浙江電網(wǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)損分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊 瀅，黃 靜

（浙江電力調(diào)度通信中心，杭州 310007）

0 引言

“十一五”期間國家提出了節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，電網(wǎng)企業(yè)需要通過節(jié)能調(diào)度進(jìn)一步降低網(wǎng)損，提高電能利用效率。對(duì)于浙江電網(wǎng)這樣一個(gè)重負(fù)荷輸電網(wǎng)，控制網(wǎng)損是實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)度、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。

電網(wǎng)電能損耗計(jì)算包括統(tǒng)計(jì)線損率計(jì)算和理論線損率計(jì)算，傳統(tǒng)方法是月初收集各統(tǒng)調(diào)發(fā)電廠、變電站上月電表計(jì)量數(shù)據(jù)，人工錄入到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DMS）中匯總，每月需耗費(fèi)大量時(shí)間在數(shù)據(jù)錄入與數(shù)據(jù)檢查上。而理論線損率計(jì)算則基于當(dāng)年實(shí)測(cè)日負(fù)荷進(jìn)行，在進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，需要離線手工建立電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)，計(jì)算的準(zhǔn)備時(shí)間和周期都較長(zhǎng)，存在實(shí)時(shí)性差、統(tǒng)計(jì)范圍有限、無法深層次精細(xì)化地分析全網(wǎng)網(wǎng)損、不能進(jìn)行降損優(yōu)化分析等局限性。

目前在建的電能量采集系統(tǒng)從理論上講可以節(jié)省統(tǒng)計(jì)網(wǎng)損率計(jì)算中的人工收集與錄入工作量，但遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)數(shù)以萬計(jì)，傳輸通道復(fù)雜，不可避免會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。由于沒有甄別依據(jù)，從海量數(shù)據(jù)中辨識(shí)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)也需耗費(fèi)大量時(shí)間，造成電能量采集系統(tǒng)的電量數(shù)據(jù)無法直接用于網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)。

因此，開發(fā)1套網(wǎng)損在線分析系統(tǒng)，一方面可以實(shí)時(shí)提供網(wǎng)損的在線監(jiān)測(cè)和分析，為調(diào)度人員提供實(shí)時(shí)的降損輔助決策；另一方面可以對(duì)不同方式下的網(wǎng)損情況進(jìn)行模擬分析計(jì)算，提供全面的網(wǎng)損電量分析平臺(tái)；還可以利用在線積分獲得的電量數(shù)據(jù)對(duì)電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校核和補(bǔ)充，使采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能用于統(tǒng)計(jì)網(wǎng)損率的計(jì)算，提高工作效率。

1 總體構(gòu)思與功能

浙江電網(wǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)損分析系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想是“在線分析和離線分析相結(jié)合，電力分析和電量統(tǒng)計(jì)相結(jié)合”，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

（1）計(jì)算采用的電網(wǎng)模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)取自O(shè)PEN-3000電能管理系統(tǒng)（EMS）并與EMS系統(tǒng)保持一致，保證網(wǎng)損分析系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。電網(wǎng)模型（網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)備參數(shù)）交換采用IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的CIM/XML格式；遙測(cè)、遙信實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用E文本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約進(jìn)行通信，每5 min獲得1次實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況進(jìn)行在線網(wǎng)損計(jì)算，并對(duì)網(wǎng)損電量進(jìn)行實(shí)時(shí)積分存儲(chǔ)。實(shí)現(xiàn)與電能量采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的對(duì)接，將積分電量與采集系統(tǒng)的電表電量進(jìn)行逐日比對(duì)，發(fā)現(xiàn)偏差立刻報(bào)警。

（3）系統(tǒng)自動(dòng)保存電網(wǎng)的完整歷史斷面，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行離線網(wǎng)損分析和網(wǎng)損優(yōu)化計(jì)算，為優(yōu)化運(yùn)行提供智能的降損決策；離線計(jì)算既可對(duì)1個(gè)特定時(shí)間斷面進(jìn)行網(wǎng)損分析，又可對(duì)多個(gè)斷面的連續(xù)時(shí)段進(jìn)行網(wǎng)損積分電量分析。圖1所示為實(shí)時(shí)網(wǎng)損分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程。

2 技術(shù)方案

2.1 網(wǎng)損模型自動(dòng)生成與維護(hù)

以往離線網(wǎng)損分析軟件在電網(wǎng)模型發(fā)生變化，如發(fā)電廠、變電站投運(yùn)或退役時(shí)，需要人工維護(hù)電網(wǎng)模型，并對(duì)網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)關(guān)口進(jìn)行添加和刪除操作。實(shí)時(shí)網(wǎng)損分析系統(tǒng)已經(jīng)具備了從EMS系統(tǒng)中導(dǎo)入完整電網(wǎng)模型的功能，用戶僅需定義統(tǒng)計(jì)區(qū)域中關(guān)口線路、主變的位置，系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自動(dòng)生成網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)區(qū)域的設(shè)備集合。當(dāng)EMS系統(tǒng)的電網(wǎng)模型變化后，系統(tǒng)能自動(dòng)重新進(jìn)行拓?fù)渌阉?，更新網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備，自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)的變化。

系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)設(shè)備的免維護(hù)，還考慮了降低關(guān)口的維護(hù)量。基于浙江主網(wǎng)500kV變電所關(guān)口定義在500kV主變中壓側(cè)，220kV變電所關(guān)口定義在220kV主變高壓側(cè)的原則，上述變電所關(guān)口均可由系統(tǒng)按默認(rèn)規(guī)則自動(dòng)定義。采用這種方式后，僅需要人工維護(hù)網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)區(qū)域的關(guān)口線路（如省際聯(lián)絡(luò)線關(guān)口、發(fā)電廠送出關(guān)口等），統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)部的設(shè)備（如新增線路、主變等）不需要人工維護(hù)，系統(tǒng)能自動(dòng)生成并隨電網(wǎng)模型變化實(shí)時(shí)更新。由于關(guān)口線路變化相對(duì)較小，因此這種方式基本上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)模型的自動(dòng)維護(hù)，大大降低了系統(tǒng)維護(hù)的工作量。

2.2 對(duì)電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能

圖1 網(wǎng)損在線分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

主網(wǎng)網(wǎng)損率分月統(tǒng)計(jì)工作要運(yùn)用電能量采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳送的數(shù)據(jù)，因此必須事先對(duì)采集系統(tǒng)的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。

實(shí)時(shí)網(wǎng)損分析系統(tǒng)具備獨(dú)立的狀態(tài)估計(jì)模塊，在實(shí)時(shí)獲得的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，從而排除電能量采集系統(tǒng)中的壞數(shù)據(jù)。由于采用了CIM模型接口從OPEN3000-EMS中導(dǎo)入電網(wǎng)模型，網(wǎng)損分析系統(tǒng)能實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)模型的變化，保證狀態(tài)估計(jì)合格率處于較高的水平，為網(wǎng)損的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)和計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)了與電能量采集系統(tǒng)對(duì)接的數(shù)據(jù)接口，將系統(tǒng)實(shí)時(shí)積分計(jì)算的關(guān)口電量與電能量系統(tǒng)的關(guān)口電量進(jìn)行以天為單位的比對(duì)和校驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)偏差立即報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能量采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的及時(shí)維護(hù)，使電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)用于月度網(wǎng)損率統(tǒng)計(jì)成為可能。

2.3 網(wǎng)損分析功能

2.3.1 網(wǎng)損靈敏度與最優(yōu)潮流的實(shí)時(shí)計(jì)算

網(wǎng)損靈敏度指發(fā)電機(jī)組有功出力對(duì)網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)區(qū)域的網(wǎng)損變化靈敏度，衡量機(jī)組增加單位有功出力后區(qū)域網(wǎng)損增加值的大小。系統(tǒng)針對(duì)電網(wǎng)每5 min計(jì)算1次網(wǎng)損靈敏度，給出當(dāng)前時(shí)刻各個(gè)發(fā)電機(jī)組有功出力對(duì)統(tǒng)計(jì)區(qū)域網(wǎng)損的靈敏度；按照正負(fù)靈敏度大小進(jìn)行機(jī)組排序，給出降低網(wǎng)損的機(jī)組有功調(diào)節(jié)方向。

根據(jù)潮流方程，全網(wǎng)應(yīng)滿足功率平衡條件，即全網(wǎng)注入功率之和應(yīng)等于網(wǎng)絡(luò)損耗：

式中：Pi為節(jié)點(diǎn)注入有功功率；Ploss為系統(tǒng)有功網(wǎng)損； j∈i表示 j和 i之間有支路關(guān)聯(lián)； Ui，Uj，θij分別為母線電壓幅值和相角；Gij為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣元素Yij的實(shí)部。

網(wǎng)損靈敏度的計(jì)算方法是：在實(shí)時(shí)的潮流計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，先求出各個(gè)母線電壓對(duì)區(qū)域總網(wǎng)損的靈敏度，然后再計(jì)算出每臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功出力對(duì)母線電壓的靈敏度，二者疊加就是發(fā)電機(jī)出力對(duì)統(tǒng)計(jì)區(qū)域網(wǎng)損的靈敏度。母線j上的機(jī)組有功出力對(duì)整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)損的靈敏度Sj為：系統(tǒng)網(wǎng)損的靈敏度；Δθi，ΔUi為母線j上機(jī)組有功對(duì)母線i電壓（角度與幅值）的靈敏度。

網(wǎng)損靈敏度計(jì)算為機(jī)組出力提供了調(diào)節(jié)方向，但最佳調(diào)節(jié)量需要通過最優(yōu)潮流計(jì)算獲得。最優(yōu)潮流計(jì)算周期為5 min，以全網(wǎng)網(wǎng)損最小化為目標(biāo)，以母線和支路不過載為約束，通過計(jì)算給出可調(diào)節(jié)機(jī)組的有功出力調(diào)節(jié)量，從而為實(shí)時(shí)降損提供輔助決策。

2.3.2 電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

在網(wǎng)損分析系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫中，除以5 min為周期保存區(qū)域、關(guān)口、設(shè)備的單位時(shí)段電量，還以5 min為周期保存了狀態(tài)估計(jì)的完整斷面。這個(gè)斷面包含完整的EMS電網(wǎng)計(jì)算模型的信息，包括電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)和狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)，可以完整地復(fù)現(xiàn)當(dāng)時(shí)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、參數(shù)、SCADA量測(cè)和狀態(tài)估計(jì)結(jié)果，并且在斷面上可以進(jìn)行各種潮流分析和計(jì)算。全息數(shù)據(jù)斷面的存儲(chǔ)采用了壓縮方式，直接以二進(jìn)制數(shù)據(jù)包方式存入歷史數(shù)據(jù)庫，優(yōu)點(diǎn)是占用空間小，斷面信息完整、全面，減輕了大量數(shù)據(jù)文件管理的負(fù)擔(dān)。

2.3.3 基于歷史數(shù)據(jù)斷面的網(wǎng)損離線分析

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了“研究態(tài)“模式，可以針對(duì)歷史斷面進(jìn)行網(wǎng)損分析而不會(huì)影響實(shí)時(shí)網(wǎng)損的計(jì)算與數(shù)據(jù)保存。通過調(diào)取存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的全息歷史斷面，系統(tǒng)可以進(jìn)行各類潮流分析計(jì)算，重現(xiàn)歷史上某個(gè)時(shí)刻或某段時(shí)間的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行以下3種形式的模擬操作：

（1）單一斷面分析：在1個(gè)歷史斷面上進(jìn)行線路、主變、機(jī)組、電容電抗投退和電網(wǎng)參數(shù)調(diào)整等模擬操作，給出模擬操作前后系統(tǒng)網(wǎng)損的變化情況。

（2）時(shí)段分析：以某日或某個(gè)指定時(shí)段的全部斷面為參考，對(duì)每個(gè)斷面進(jìn)行模擬操作后潮流計(jì)算，并對(duì)潮流結(jié)果進(jìn)行電量梯形積分，可以得到在運(yùn)行方式改變后，整個(gè)時(shí)段的網(wǎng)損電量相對(duì)于歷史的變化情況。

（3）連續(xù)調(diào)節(jié)分析：在某個(gè)斷面基礎(chǔ)上，模擬連續(xù)調(diào)節(jié)某個(gè)控制量（如機(jī)端電壓、主變阻抗），系統(tǒng)可以連續(xù)模擬進(jìn)行潮流計(jì)算，給出相關(guān)設(shè)備或區(qū)域的網(wǎng)損變化情況。

3 應(yīng)用舉例

3.1 網(wǎng)損靈敏度和最優(yōu)潮流實(shí)時(shí)計(jì)算

表1為2010年11月15日10∶00，網(wǎng)損分析系統(tǒng)給出的500kV電網(wǎng)發(fā)電機(jī)的網(wǎng)損靈敏度。

表1500kV電網(wǎng)網(wǎng)損靈敏度排序

系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)分別按照正、負(fù)網(wǎng)損靈敏度排序，前6項(xiàng)為正靈敏度，即增加發(fā)電機(jī)出力會(huì)導(dǎo)致區(qū)域網(wǎng)損的提高；后3項(xiàng)為負(fù)靈敏度，即增加發(fā)電機(jī)出力會(huì)導(dǎo)致區(qū)域網(wǎng)損的降低。將正、負(fù)靈敏度發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)組成“調(diào)節(jié)對(duì)”，即降低正靈敏度發(fā)電機(jī)出力、增高負(fù)靈敏度發(fā)電機(jī)出力，可以達(dá)到降低系統(tǒng)網(wǎng)損的效果。比如適當(dāng)減少玉環(huán)、樂清發(fā)電廠機(jī)組出力，增加勝龍、北侖發(fā)電廠機(jī)組出力，對(duì)500kV電網(wǎng)網(wǎng)損有改善作用。系統(tǒng)也可同理給出220kV出線發(fā)電廠對(duì)220kV電網(wǎng)網(wǎng)損的靈敏度信息。

表2為2010年12月28日12∶30，以浙江電網(wǎng)全網(wǎng)（500kV和220kV主網(wǎng)）網(wǎng)損最小為目標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)潮流計(jì)算，系統(tǒng)給出的所有可調(diào)發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)策略。由表2可見，適當(dāng)降低500kV出線發(fā)電廠機(jī)組出力，增加220kV出線發(fā)電廠機(jī)組出力，減少發(fā)電有功出力的遠(yuǎn)距離傳輸能在一定程度上降低浙江主網(wǎng)網(wǎng)損。計(jì)算得出在表2所示調(diào)節(jié)策略下系統(tǒng)網(wǎng)損量下降了3.23%。

3.2 網(wǎng)損與潮流的數(shù)值關(guān)系分析

系統(tǒng)可提供針對(duì)實(shí)時(shí)網(wǎng)損潮流和網(wǎng)損電量的各類曲線的比對(duì)功能。通過對(duì)浙江電網(wǎng)500kV區(qū)域上網(wǎng)電量和網(wǎng)損電量、網(wǎng)損率在數(shù)值上的變化關(guān)系進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)在浙江電網(wǎng)500kV區(qū)域上網(wǎng)電量的正常變化范圍內(nèi)，關(guān)口上網(wǎng)電量與網(wǎng)損電量或網(wǎng)損率基本呈線性關(guān)系，變化斜率約為0.01萬kWh。即上網(wǎng)電量每增加1萬kWh，網(wǎng)損增加為0.01萬kWh；而電量網(wǎng)損率的變化斜率約為0.003%/萬kWh，上網(wǎng)電量每增加1萬kWh，網(wǎng)損率增加為0.003%。

表2 最優(yōu)潮流計(jì)算得到的發(fā)電機(jī)出力調(diào)節(jié)策略

3.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化對(duì)網(wǎng)損的影響

2008年投運(yùn)的500kV丹浦5445、溪浦5446雙線是浙江南部電網(wǎng)“日”字形結(jié)構(gòu)東西聯(lián)絡(luò)的重要通道。系統(tǒng)通過模擬兩線退出運(yùn)行，評(píng)估兩線的投產(chǎn)對(duì)500kV網(wǎng)損的影響。以2010年12月6日00∶00-12月7日 00∶00全天的 288個(gè)全息數(shù)據(jù)斷面作為分析對(duì)象，圖2給出兩線投運(yùn)和停運(yùn)2種方式下500kV網(wǎng)損電量的對(duì)比曲線，曲線每點(diǎn)代表500kV電網(wǎng)5 min網(wǎng)損電量的歷史值（投運(yùn)）和模擬值（停運(yùn)）。

圖2 丹浦5445、溪浦5446雙線退出運(yùn)行前后網(wǎng)損電量對(duì)比

從圖2可以看出，當(dāng)?shù)て?445、溪浦5446雙線停運(yùn)后整個(gè)500kV區(qū)域的網(wǎng)損大于雙線運(yùn)行的網(wǎng)損。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，雙線模擬停運(yùn)后500kV網(wǎng)損率為0.555%，比當(dāng)日歷史統(tǒng)計(jì)值0.504%上升了0.051個(gè)百分點(diǎn)。說明該500kV聯(lián)絡(luò)通道的投運(yùn)不僅加固了浙江電網(wǎng)500kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，同時(shí)也降低了主網(wǎng)網(wǎng)損。

3.4 發(fā)電方式變化對(duì)網(wǎng)損的影響

浙江電網(wǎng)近年投產(chǎn)的大型機(jī)組主要分布在東南沿海，這些發(fā)電廠出力需通過北送和西送通道送出，但送出通道的潮流重載對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)損的影響一直無法得到量化分析。本系統(tǒng)投運(yùn)后，可以對(duì)發(fā)電廠發(fā)電方式進(jìn)行模擬，研究不同發(fā)電方式對(duì)網(wǎng)損的影響。

以減少浙江沿海機(jī)組出力、增加浙江內(nèi)地機(jī)組出力的發(fā)電方式為例，分析了2010年12月12日系統(tǒng)對(duì)不同發(fā)電方式下網(wǎng)損變化的定量計(jì)算，模擬的發(fā)電方式變化如表3所示。

表3 在實(shí)際發(fā)電量基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)電調(diào)節(jié)模擬

在該調(diào)節(jié)方案下，沿海機(jī)組共減少出力約1233 MW，內(nèi)地機(jī)組共增加出力約1235 MW，總有功出力基本維持不變。將表3中調(diào)節(jié)方式作用到12月12日全天的288個(gè)電網(wǎng)全息數(shù)據(jù)斷面上，并對(duì)每個(gè)斷面進(jìn)行潮流和電量計(jì)算，得到該發(fā)電方式下的500kV網(wǎng)損率為0.408%，與原發(fā)電方式下500kV網(wǎng)損率0.444%相比下降了約0.036個(gè)百分點(diǎn)，從數(shù)值上驗(yàn)證了沿海發(fā)電廠出力增加會(huì)導(dǎo)致500kV網(wǎng)損率升高的推斷。

4 結(jié)語

浙江電網(wǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)損分析系統(tǒng)從EMS系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取電網(wǎng)模型，根據(jù)關(guān)口自動(dòng)生成網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)區(qū)域，降低了網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)模型的人工維護(hù)量。系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)網(wǎng)損靈敏度和最優(yōu)潮流計(jì)算為降損輔助決策提供了依據(jù)；系統(tǒng)在實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行電量積分計(jì)算，為電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提供校驗(yàn)和補(bǔ)充，提高了線損率統(tǒng)計(jì)的工作效率；研究態(tài)下針對(duì)網(wǎng)損的各種運(yùn)行方式模擬分析，是研究電網(wǎng)運(yùn)行方式變化從而有效降低電網(wǎng)損耗的重要工具。

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