網(wǎng)絡化線損理論計算分析系統(tǒng)的建設及應用

潘 星，王 政，王 濤

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014；2.浙江省電力公司，杭州 310007；3.湖州電力局，浙江 湖州 313000）

0 引言

電網(wǎng)電能損耗（簡稱線損）是國家考核電力部門的一項重要經(jīng)濟指標，也是表征電力系統(tǒng)規(guī)劃設計水平、生產(chǎn)水平和經(jīng)營管理水平的一項綜合性技術(shù)經(jīng)濟指標。電網(wǎng)在輸送電能時產(chǎn)生的電能損耗直接影響電力的使用效率和經(jīng)濟效益，隨著電力體制改革的日益深化，降低線損越發(fā)顯現(xiàn)其重要性。我國在線損管理分析方面起步較早，取得了許多成果，本著“技術(shù)線損最優(yōu)化、管理線損最小化”的降損理念，線損專業(yè)管理由粗放型轉(zhuǎn)向科學、規(guī)范的良性循環(huán)。利用理論線損計算結(jié)果指導實際降損節(jié)能工作，成為降低供電成本、提高供電企業(yè)經(jīng)濟效益的重要技術(shù)手段。然而，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和新技術(shù)新設備應用層出不窮，線損理論計算分析已滯后于電力行業(yè)的發(fā)展，影響了企業(yè)經(jīng)濟的決策[1-2]。

浙江省電力公司線損理論計算工作始于2004年，采用單機模式，大量工作如圖紙更新、數(shù)據(jù)錄入等均集中在線損專責身上，存在大量重復改圖和數(shù)據(jù)錄入工作，降損分析的效率大大降低。由于這套獨立的、靜態(tài)的線損理論計算分析系統(tǒng)計算、分析的覆蓋面低，計算結(jié)果不能有效指導電網(wǎng)實際降損工作。為了提高電網(wǎng)線損理論計算的準確度和減輕線損管理工作人員的工作量，有必要開發(fā)網(wǎng)絡化線損理論計算與分析系統(tǒng)，實現(xiàn)各類信息系統(tǒng)中有（無）功功率、電壓、電流等實時信息的自動采集，經(jīng)過潮流計算、統(tǒng)計分析等步驟，自動完成電網(wǎng)各電壓等級、元件的線損理論計算與分析。新開發(fā)的系統(tǒng)將原有人工數(shù)據(jù)采集、計算、匯總的工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣硬杉陀嬎悖瑢﹄娋W(wǎng)線損構(gòu)成的分析由單一計算、靜態(tài)分析轉(zhuǎn)變?yōu)殡S負荷、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行方式等變化的跟蹤計算、動態(tài)分析，全面提高當前電網(wǎng)線損計算分析和指導實際工作的水平[3]。

1 線損理論計算的數(shù)據(jù)來源

PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在體系構(gòu)架設計和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等方面具有顯著優(yōu)勢[4]。PI系統(tǒng)特有的先進儲存算法，保證了所提取的數(shù)據(jù)能反映實際過程中的準確值；PI系統(tǒng)獨特的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)，保證了系統(tǒng)可在幾十秒內(nèi)完成訪問1周或10年前的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相比，PI系統(tǒng)具有更為完備的安全體系架構(gòu)，且具有豐富的平臺支持環(huán)境、應用開發(fā)環(huán)境和工具，能在不影響數(shù)據(jù)讀寫速度的情況下極大地節(jié)省硬盤空間，且具有靈活的擴展性[5]。鑒于PI數(shù)據(jù)庫所具有的以上技術(shù)特點，采用PI系統(tǒng)作為實時數(shù)據(jù)中心的開發(fā)平臺是明智的選擇。

浙江省電力公司實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（以下簡稱PI系統(tǒng)）自建成以來，陸續(xù)接入了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)、電能量自動采集系統(tǒng)、設備在線監(jiān)測等大量實時/歷史數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)管控一體化打下了良好的信息化基礎(chǔ)。但是，PI數(shù)據(jù)庫提供的只是一個數(shù)據(jù)平臺，必須通過深入的基于該平臺的二次開發(fā)，才能最大限度地將其提供的數(shù)據(jù)利用起來。當前，公司系統(tǒng)PI應用主要服務于地區(qū)電力局，很少有全省統(tǒng)一開發(fā)的PI應用，尤其在技術(shù)線損分析方面尚無應用實例。

目前開展線損理論計算所需數(shù)據(jù)包括：

（1）35kV～220kV變電站主變壓器各側(cè)及各路進出線全天的正點電流、有功功率、無功功率及全天累計有功電量、無功電量，各側(cè)母線全天正點電壓。

（2）35kV～110kV直供大用戶專用變壓器高壓側(cè)全天的正點電壓、電流、有功功率、無功功率和全天累計有功電量、無功電量。

（3）0.4kV典型低壓臺區(qū)全天有功電量、無功電量、電壓及24 h每個正點A，B，C，N各相電流。

PI數(shù)據(jù)庫與SCADA系統(tǒng)、能量管理（EMS）系統(tǒng)、電能量自動采集系統(tǒng)等已建立了數(shù)據(jù)接口，將負荷控制系統(tǒng)、集抄系統(tǒng)以及用電營銷系統(tǒng)等相關(guān)數(shù)據(jù)接入后，其數(shù)據(jù)已基本滿足線損理論計算工作的需要。

2 系統(tǒng)建設架構(gòu)

網(wǎng)絡化線損理論計算分析系統(tǒng)的主要目的是通過對電網(wǎng)損耗的有效分析，合理評估電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟效益，提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性，降低電網(wǎng)電能損耗，提高電網(wǎng)設備輸電能力。系統(tǒng)的主要任務是建立數(shù)學模型，并基于PI數(shù)據(jù)庫資源，安全、可靠、方便地完成全網(wǎng)負荷實測、線損理論計算和分析等工作，實現(xiàn)線損計算數(shù)據(jù)的集中管理和分布式維護。

為了最大限度地利用當前供電企業(yè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)已有的軟硬件資源，減少經(jīng)費投入，設計開發(fā)本系統(tǒng)時可選擇這樣的運行環(huán)境：后臺數(shù)據(jù)庫為ORACLE，網(wǎng)絡環(huán)境為支持TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)，前端客戶機操作系統(tǒng)為Windows 98/2000/XP。系統(tǒng)完全搭建在企業(yè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)有的運行環(huán)境之中，最大限度減少開發(fā)成本和經(jīng)費投入。采用3層結(jié)構(gòu)，由數(shù)據(jù)層、計算層和表現(xiàn)層構(gòu)成，與現(xiàn)有自動化系統(tǒng)的關(guān)系如圖1所示。系統(tǒng)從已有的信息系統(tǒng)中獲取設備參數(shù)和實時運行數(shù)據(jù)，以C/S結(jié)構(gòu)離線計算，以Web方式展示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)層主要依靠PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，表現(xiàn)層可與其它信息系統(tǒng)展示平臺整合，主要開發(fā)內(nèi)容落實在計算層以及計算層與數(shù)據(jù)層和表現(xiàn)層的相關(guān)接口。系統(tǒng)功能最終實現(xiàn)6個方面內(nèi)容：圖形繪制電網(wǎng)模型、系統(tǒng)參數(shù)設置及潮流計算方法選擇、PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)接口、離線線損計算分析、計算結(jié)果打印及圖表展示以及計算結(jié)果Web展示接口，各功能邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)模塊邏輯關(guān)系圖

系統(tǒng)技術(shù)特點主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）實現(xiàn)線損計算一體化。分布式部署、集中化維護，充分利用PI數(shù)據(jù)庫公共資源和超大數(shù)據(jù)存儲量，整合各相關(guān)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并加以集中應用，通過客戶端多機協(xié)同工作，滿足本系統(tǒng)以及各級部門開展線損理論計算的需要，同時降低人工數(shù)據(jù)處理的工作量。

（2）形成比較完整的功能體系。通過數(shù)據(jù)庫接口導入系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全電網(wǎng)電壓等級理論線損計算，實現(xiàn)全Web計算結(jié)果展示，將線損計算與線損分析相結(jié)合，生成標準的線損決策報告，提供降損解決方案。實現(xiàn)遠程化管理，縮短線損計算和統(tǒng)計分析時間，形成即時計算、即時分析的工作方式。系統(tǒng)模型、算法、元件設計和界面展示等各部分相對獨立，易于功能的擴展。

（3）形成比較完善的計算數(shù)據(jù)管理體系。系統(tǒng)以數(shù)據(jù)為中心，利用全省統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理，并依靠PI數(shù)據(jù)庫進行歷史數(shù)據(jù)存儲，保證各單位有一套最新、最有效的數(shù)據(jù)，不受人員變動和崗位更換的影響。同一個數(shù)據(jù)只需在一個源頭進行維護，避免重復工作。系統(tǒng)維護過程簡單，工作人員能更有效地進行損耗分析和制定技術(shù)降損方案。有效積累理論線損的科學數(shù)據(jù)，促進公司系統(tǒng)全面及時掌握電網(wǎng)及設備運行負載狀況，使線損計算數(shù)據(jù)能更好地指導生產(chǎn)實踐。

（4）實現(xiàn)更智能的線損分析功能。從線損比對分析、趨勢分析和線損敏感因子分析等方面提升線損分析水平，自動完成理論線損值與統(tǒng)計值對比分析以及電網(wǎng)運行方式變化前后線損理論值的差異分析，通過對統(tǒng)計線損值和理論線損值的同比、環(huán)比分析，預測線損的變化趨勢。通過改變線損計算邊界條件跟蹤計算，進行線損敏感因子判斷與分析，自動找出降損節(jié)能關(guān)鍵點。

3 系統(tǒng)應用

浙江電網(wǎng)網(wǎng)絡化線損理論計算分析系統(tǒng)于2010年初步建成，實現(xiàn)了圖形化建模、批量導入設備參數(shù)、自動獲取運行數(shù)據(jù)、計算結(jié)果圖形展示、計算分析和報告生成等幾大功能。

3.1 功能介紹

（1）采用圖模轉(zhuǎn)換技術(shù)，電網(wǎng)一次接線圖建模采用圖形化顯示和編輯，界面友好，操作簡便。設備參數(shù)能批量導入和修改，可以直接通過電網(wǎng)設備元件模型進行編輯。圖形化電網(wǎng)建模如圖3所示。

（2）開發(fā)完成與PI數(shù)據(jù)庫交互接口，同時留有PMS系統(tǒng)中設備參數(shù)文件導入通道，能從已有的信息系統(tǒng)中獲取設備參數(shù)和實時運行數(shù)據(jù)，大大減少技術(shù)人員進行線損理論計算的工作量。

圖3 電網(wǎng)建模圖

（3）完成計算后能進行計算結(jié)果圖表展示分析。計算結(jié)果分客戶端和Web兩個層面進行展示，增加了理論線損查看和分析手段，提高線損分析能力。

客戶端可以進行線損統(tǒng)計結(jié)果曲線圖、柱狀圖、趨勢圖的繪制。計算數(shù)據(jù)分電壓等級、分元件、分區(qū)存儲在數(shù)據(jù)庫中，用戶可根據(jù)不同的查詢條件查找相應的數(shù)據(jù)，并通過報表、圖形、Excel方式展示，如圖4所示。

圖4 計算結(jié)果客戶端顯示

Web頁面展示可實現(xiàn)計算數(shù)據(jù)與GIS系統(tǒng)結(jié)合，直接顯示變電站和線路某時刻的理論損耗值和損耗率，并對每日異常數(shù)據(jù)進行預警和告警，計算結(jié)果斷面展示如圖5所示。

單獨選擇某個電氣設備可查看指定時段內(nèi)線損理論值趨勢。變壓器損耗、導線損耗、線損率曲線等亦可按地區(qū)進行統(tǒng)計并輸出計算結(jié)果。

3.2 主要技術(shù)難點及解決方案

（1）PI數(shù)據(jù)庫交互接口開發(fā)。為保證接口交互數(shù)據(jù)的完整性和通信有效性，綜合考慮當前的設備資源條件和計算所需數(shù)據(jù)時間要求，確定采用文件傳送的方式，并在數(shù)據(jù)寫入前后添加文件模版檢查、數(shù)據(jù)檢測、傳輸通道偵聽等監(jiān)視功能，保證數(shù)據(jù)傳送效率。獲取運行數(shù)據(jù)后還可在客戶端進行人工檢查和修正，避免因數(shù)據(jù)對應、測點丟失等問題導致計算錯誤。

圖5 計算結(jié)果斷面展示

（2）建模與計算。系統(tǒng)的模型、算法、元件設計和界面展示等各部分相對獨立，易于功能擴展。提供多種適應不同條件（不同地區(qū)、不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)）的電能損耗計算和降損分析算法，建立算法庫，根據(jù)需要選擇不同的算法進行計算和分析。

（3）計算結(jié)果展示分析。為便于理論線損查看和分析，提高線損分析能力，采取圖形化方式展示計算結(jié)果，直觀了解區(qū)域電網(wǎng)線損情況；通過顏色變化告警變壓器重載或輕載，結(jié)合地理信息進行線損分析判斷；分區(qū)域匯總線損值，提高常規(guī)工作效率；實現(xiàn)線路、變壓器損耗趨勢查詢，快速、全面了解重損設備損耗歷史，為線損分析和技術(shù)降損提供數(shù)據(jù)支撐和理論指導。

4 結(jié)論與展望

目前我國正在積極建設節(jié)約型社會，加強節(jié)能降耗已成為國家政策的重要內(nèi)容?？刂凭€損、降低線損、提倡電網(wǎng)經(jīng)濟方式運行成為電力企業(yè)現(xiàn)代化管理的核心內(nèi)容，也是電力企業(yè)生存和發(fā)展的必要條件。因此按照線損管理和電網(wǎng)經(jīng)濟運行的需求，提高電網(wǎng)線損計算和分析研究的及時性和準確度，實現(xiàn)電網(wǎng)線損理論計算分析全過程計算信息化智能管理，使理論計算結(jié)果能更準確地指導電網(wǎng)的經(jīng)濟運行等工作已迫在眉睫。

網(wǎng)絡化理論線損計算分析系統(tǒng)充分利用PI數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行線損理論計算應用，最大化地利用現(xiàn)有設備和網(wǎng)絡資源，提高線損管理水平。該系統(tǒng)有效地積累科學數(shù)據(jù)，促進各供電企業(yè)全面掌握電網(wǎng)及設備運行負載狀況，了解電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)和線損的構(gòu)成，指導電網(wǎng)建設與改造工作，提高線損專責人員發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，并為編制電網(wǎng)降損節(jié)能規(guī)劃、制定有針對性的降損措施等工作提供量化指標和技術(shù)依據(jù)。

由于目前不具備條件采集大量分散的380 V低壓臺區(qū)實時信息，因而尚未實現(xiàn)該電壓等級的網(wǎng)絡化計算，因此需進一步研究改進以便最終實現(xiàn)全網(wǎng)的線損理論計算分析與匯總，并通過實時運行數(shù)據(jù)采集，向線損智能化理論計算分析管理系統(tǒng)發(fā)展，在原有基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)技術(shù)降損及效益分析功能，提出技術(shù)降損措施并分析其降損效果，實現(xiàn)投資回收效益分析。

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