數字化電網技術在電網規劃設計中的應用探討

廣東電網有限責任公司廣州供電局 段 斐

1 數字化電網規劃設計中信息處理方法分析

1.1 關聯規則算法

數字化電網規劃過程中，主要通過關聯規則計算的方式完成數據的云挖掘，其中關聯規則算法適用于數字化電網規劃的原因在于：電網中各信息之間具備一定的關聯性，能夠以數學計算的形式獲取電網信息數據的運作模式，以及相關的轉變規律等。

其中，關聯規則算法以產生關聯規則運行算法時的基本流程如下。首先，需要針對項目集進行生成處理，在此基礎上對數據庫進行掃描，觀察項目集的出現頻次，針對頻繁集進行保留，對不頻繁的項目集進行舍棄，同時反復進行上述過程，隨著項目集大小的不斷增加，使算法能夠針對數據之間的關聯規則進行進一步識別與分析。在數字化電網中，判斷數據挖掘的規則信息是否具備關聯規則，則判斷最小置信度閾值是否滿足條件，即0＜min_sup ＜1時，最小閾值代表著子信息集中被認可的最低頻率信息。其中，0＜min_sup ＜1是常用的最小閾值表達形式。

1.2 數字化電網信息特征提取

數字化電網異常信息獲取的步驟主要為：首先是提取電網中的異常數據信息，而后傳輸至算法中，其次利用關聯規則算法對提取出的電網中的異常信息進行數據挖掘分析，而后自適應處理采集到的價值位置信息，最后獲得所需的電網中的特征分量信息。

其中，利用關聯規則算法挖掘異常信息數據特征的數理形式如下：若x1代表數字化電網中的信息，g（x1）代表信息分類等級，那么獲得的判斷數字化電網中異常信息的公式則為，若g（x1）≤200，則r（x1）=1；若200＜g（x1）≤1000，那么r（x1）=2；若g（x1）＞1000，則r（x1）=3?；跀祿渥?，提取數字化信息特征，即：X（m）=Aa×e-j，式中：Aa是電網信息對應樣本信息方差，M 代表關聯規則信息對應函數。率先提取電網系統中的異常信息，隨后實施分析。

1.3 數字化電網信息特征關聯計算

數字化電網中關于電網信息特征的數據云挖掘操作，離不開信息類別的判斷、信息特征的識別以及關聯度的計算，三者一同組成了數字化電網信息特征關聯計算的基礎。若xi、xj=任意信息值，r=距離閾值，當|xi-xj|＜r 時，能夠獲得包含信息頻率H、獨立關系K（xi）在內的關聯函數；若ni=信息特征，fij=關聯信息i 在總信息集di出現的次數，fik=關聯信息i 在子信息集k 出現的次數，則能夠獲得包括關聯函數在內的信息加權結果的函數公式。

總的來說，數字化電網規劃中，信息關聯的判斷以及數據挖掘工作，離不開以關聯規則算法為基礎的數據建模環節。通過一系列建模操作，最終能夠獲得數據挖掘的信息分析結構，而后為數字化電網技術的應用提供相對精準的數據參考[1]。

2 數字化電網系統框架設計

2.1 硬件結構

作為未來電網系統的重要發展趨勢以及發展方向，數字化電網需要多元化的技術作為基礎和支持。例如，在信號采集與回路驅動層面，引進了微處理技術、傳感器技術以及PLC 控制技術，在網絡信號監控層面，引進了標準化網絡接口同時采用分布式網絡結構，保障了電網信號傳輸效率與準確性。系統硬件體系涵蓋顯示器、客戶端以及數據庫等基礎部件構成，對應網絡服務器主要針對各種網絡需求進行及時響應處理，數據庫針對電力工程專業數據以及地理信息實施全面整合調度、存儲，客戶端負責發送相關調度指令，并針對各種外部需求信息實施采集、處理，顯示裝置應該迎合多場景呈現訴求，設計遠程、便捷展示圖形，提高需求響應效率，提高數據可靠性[2]。

2.2 軟件結構

作為電網管理規劃的另一項重要組成部分，軟件架構的設計同樣具有重要作用。數字化電網平臺建設過程當中，應當以用戶實際需求為核心，基于統一數據格式以及數據標準進行協調，綜合運用衛星影像數據、國土資源信息以及林業資源信息為電網規劃方案提供支持。

3 數字化電網技術在電網規劃設計中的數據設計

3.1 數據種類

受到電網服務對象以及業務內容等相關因素的影響，其建設規劃過程當中所涉及的數據信息類別較為多元，形態較為復雜，因此在規劃方案構建的同時，技術團隊應當基于統一的數字化平臺，分別針對其信息化需求、電氣功能需求以及成本需求進行綜合測算，并給出可視化的建設解決方案。

如某電力工程中，新增66條輸電走廊、8個輸電網變電站以及6個配電網變電站，計劃投資總額達到7984萬元，在輸電網間線路工程中投入4849萬元，在配電網以及輸電網線路中投入1529萬元，在負荷及配電線路中投入233萬元，其中配電網以及輸電網對應變電站建設分別投資1141萬元以及232萬元[3]。此次工程相關數據如下：線路平均負載20.87%、線路重載2.41%、線路輕載82.07%、線路潮流不均勻度19.05%、變電站平均負載率29.18%、變電站重載率6.65%、變電站輕載率81.09%、變電站負載率不均勻度26.24%。

除上述建設成本以及基礎性指標內容之外，數字化電網技術應用與規劃方案建設過程當中，還涉及一系列專題化數據信息。其中包括了目標地點行政區劃、交通流量、衛星遙感影像、航空影像、周邊電力配套設施配置情況、人口密集程度、自然環境狀況以及礦產資源分布情況，等等。借助數字化技術對以上數據信息進行挖掘和利用，能夠進一步強化電網規劃建設方案與現場環境特性，以及區域發展要求之間的契合度。具體見表1。

表1 數據詳細狀況

3.2 大數據調度

綜合考慮上下級電網線路協調規劃以及變電站模型，把電網線路以及變電站當成統一整體。隨著時代的不斷發展以及社會的不斷進步，對于電網建設規劃與管理過程當中的數據分析與處理能力提出了更高的要求。在以往的電網建設規劃過程當中，受到技術因素的制約與限制，對于矢量數據、海量影像的存儲與利用難度較大，系統內部存儲空間較為有限，不利于電網規劃的可視化發展要求，影響了規劃方案的建設效率。

近年來，隨著數字化技術的廣泛應用，使傳統的電網布局以及電網規劃方式也發生了一定的變化，大尺度、高精度、多類別的數據分析技術在電網規劃與設計領域得到了更加廣泛的應用，數據與影像信息的存儲大范圍應用金字塔結構，一方面節約了系統內部的存儲空間，另一方面也使數據影像的調取與查閱效率得到了進一步提升。

在此基礎上，能夠為規劃團隊以及技術人員提供更加清晰的可視化信息內容，為電網的規劃建設提供更加準確可靠的依據與參考。與此同時，借助動態加載技術，還能夠按照圖像信息特征針對系統加載性能進行適時調節，減少了資源的無謂消耗，使系統整體運行效率得到質的飛躍[4]。

3.3 數據庫設計

在數字化時代電網規劃與建設過程當中，數據庫建設對于提升規劃水平以及規劃成效發揮著重要作用。但在以往數據庫建設過程當中，受到技術與算法因素的影響，數據庫的建設與應用效率往往較為低下，難以為系統提供高質量的數據支持以及數據服務。而借助數字化電網技術，能夠針對電網建設現場專題數據進行更加廣泛地利用，同時能夠針對關鍵數據進行層次化管理與儲存，提升了數據庫管理與應用水平。

在數字化電網技術應用的同時，數據庫設計過程當中應當按照服務要求，以及服務對象特點將其主要分為系統儲存庫、功能業務庫、電力設備基礎數據庫、模型庫以及影像地形庫，同時將相關數據信息進行同步，借助網絡接口協議針對相關信息進行實時溝通與共享，技術人員應當考慮到不同種類庫的基本特點，更好地開展數據儲存與服務活動，為電網規劃建設工作提供更加堅定的支持。

4 數字化電網技術在電網規劃設計中的應用流程

4.1 資料采集整理

基于上文能夠得出結論，在電網規劃建設過程當中，數字化電網技術的應用主要涵蓋了固定數據處置、數據實時更新等相關工作，因此對于數據信息的可靠性以及共享網絡的穩定性提出了一定要求。在電網規劃建設過程中對數字化電網技術進行應用的同時，能夠借助三維模型、現場影像以及各類專題數據進行綜合分析，保障電網規劃與設計依據的準確可靠。

4.2 設計流程

作為電網規劃設計過程當中的關鍵，強化設計流程優化同樣具有關鍵性作用。設計團隊應當充分明確數字化電網規劃與設計技術的優勢與特點，基于一體化設計系統盡可能提升方案精度與可行性，使設計方案當中存在的問題能夠得到較為及時地處理與優化，保障電網整體運行可靠性。在設計過程當中，技術團隊可將現場各項參數指標錄入到系統平臺當中，并進行三維建模，使設計人員能夠更加直觀地掌握電網規劃與布局現場的地質環境信息，并能夠從宏觀角度對線路走向以及線路密度進行分析，使電網規劃設計工作的開展能夠得到更加便捷的技術輔助與支持，有效提升方案整體可行性，減少電網規劃方案的整體成本，保障電網布局合理性。

4.3 三維控件設計

三維控件作為數字化平臺相關功能設計實現的基礎載體，具有功能較為多樣、運行效率較高等特性，在數字化電網技術支持下的電網布局規劃與設計領域當中具有重要的應用價值以及應用意義。相關技術人員以及設計團隊可借助三維空間針對目標位置空間環境進行全面分析，同時能夠基于設計目標以及設計需求提供輔助性的參考意見，在此基礎上，設計人員還能夠按照方案內部的專題要求，對電網規劃建設過程當中所涉及的關聯性數據信息進行分類、調閱與查詢，使空間內部參數指標更加細致，為優化電網布局以及電網規劃方案提供數值層面的依據。

此外，借助三維控件，還能夠將目標地點的人口分布情況、交通密度以及電網布設情況等相關信息進行整合分析，并能夠按照國家要求以及目標設計要求，針對電網設施設備的布局情況進行進一步分析，提升電網方案規劃設計的合理性，同時能夠依托可視化三維模型針對方案內容進行直觀展示。

綜上所述，數字化電網基于專業電網數據以及多樣地理信息，全面覆蓋整個規劃區域，優化設計配電網架以及主網架對應輸電線路、變電站和電源點，同時在電網規劃開發中還擁有輔助設計功能，能夠進一步擴大投資建設效率，提升整體工作效率，在智能塔桿建設、線路優化以及施工管理等方面引入可視化技術，提升電網規劃科學性。