電網(wǎng)同期線損檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)路徑

唐賡

摘 要：目前應用的線損檢測系統(tǒng)功能還不夠完善，工作側(cè)重點在統(tǒng)計方便、分析方面能力相對薄弱，在管理模式上也無法做到統(tǒng)一，存在一定的差異性。在通過詳細的數(shù)據(jù)和需求分析后，提出了電網(wǎng)同期線損檢測系統(tǒng)設計的新方案，對其軟、硬件的組成模塊和基本運行原理、主要工作內(nèi)容進行具體闡述，對通過仿真測試驗證該系統(tǒng)是否具有可實現(xiàn)性。實驗結(jié)果表明：實際電量損耗和線損率都可以控制在標準范圍之內(nèi)，通過實驗數(shù)據(jù)證明該線損檢測系統(tǒng)具備有效性和實用性。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng);同期線損;檢測系統(tǒng);仿真實驗

中圖分類號：TN80 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2022）05-0170-04

Design and implementation path of synchronous line loss detection system in power grid

Abstract： The functions of the currently applied line damage detection system are not perfect. The focus of the work is on the convenience of statistics， while the analysis ability is relatively weak， and the management mode cannot be unified， with certain differences exist. After passing detailed data and demand analysis， a new plan for the design of the power grid synchronization line loss detection system was proposed. The software and hardware components， basic operating principles， and main work content were specifically explained. The simulation test verified whether the system is realizable. The experimental results show that the actual power loss and line loss rate can be controlled within the standard range. The experimental data proves the effectiveness and practicability of the line loss detection system.

Key words： power grid;synchronous line loss;detection system;simulation experiment

伴隨著智能電表的推廣和使用，用電信息系統(tǒng)也到了完善，無論是在完整性或時效性方面都有了很大的提升，相應的線損檢測系統(tǒng)也越來越完善。近年來，我國各省市都著手于計量關(guān)口改造，構(gòu)建集抄系統(tǒng)，使現(xiàn)有的線損檢測系統(tǒng)具備基礎(chǔ)管理功能，但是通過實際使用情況來看，多數(shù)檢測系統(tǒng)存在著功能片面，分析能力薄弱的現(xiàn)象，且各區(qū)域和單位之間的管理模式無法做到統(tǒng)一，差異性較大。由于缺乏引導性和規(guī)范性，多數(shù)單位還處于獨立摸索階段，嚴重影響線損管理的進步和完善。運用現(xiàn)有的線損管理系統(tǒng)對10 kV及以下配電網(wǎng)進行管理，受管理能力的影響，線損波動較大，影響電網(wǎng)平穩(wěn)運行，因此構(gòu)建全新的線損檢測系統(tǒng)擁有很強的工程價值和實用性。為了解決先前提到的管理問題，本文提出全新的線損檢測系統(tǒng)的設計方案，并通過工程測試證明該系統(tǒng)具備實際應用效果[1-2]。

1 電網(wǎng)同期線損概述

線損指的是電能在電網(wǎng)傳輸過程中產(chǎn)生的損耗，換句話來講，線損是有功、無功電能以及電能損耗的相加總和。電網(wǎng)產(chǎn)生線損的主要原因有2方面。一方面是電能在運輸過程中產(chǎn)生的損耗，發(fā)電企業(yè)向電力用戶傳送電能時，需要以電網(wǎng)為傳播媒介，但是電網(wǎng)中設有線性變電原件，且數(shù)量眾多，會產(chǎn)生阻抗、電抗，電能在通過線性變電原件時受阻抗、電抗的影響，會發(fā)生電能損失，這是引起線損的主要原因;另一方面是電能在傳送過程中還會發(fā)生電磁轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程中也勢必會造成電能損失，也是造成線損的主要原因。除了這2點主要原因，電力設備漏電、計量設備測量不精準和管理制度不完善都會造成電量損耗。由于電能是我們應用的最為頻繁的能源之一，產(chǎn)生的線損會對電能經(jīng)濟效益造成影響，因此需要在線損檢測方面投入足夠的關(guān)注度，通過創(chuàng)建完善的系統(tǒng)來降低這方面的損耗。

（1）統(tǒng)計線損電量。由于電能表計量不準確產(chǎn)生的線損。該線損數(shù)值指的是原始供電量和實際售電量之間的差值，我們將其稱之為統(tǒng)計線損，統(tǒng)計線損又包含技術(shù)線損、管理線損2方面[3-4];

（2）技術(shù)線損。電能運輸時，通過線性變電原件收阻抗、電抗影響，產(chǎn)生的電能損失，也可稱之為理論線損。技術(shù)線損可以通過計算得到精確的數(shù)值，還可以借助相應的技術(shù)措施來起到降損的效果，也就是說技術(shù)線損是可以被控制和減少的;

（3）管理線損。電力設備陳舊、老化，運行過程時容易發(fā)生故障而產(chǎn)生的電能損失。例如計量表計算誤差較大，電力設備絕緣能力弱而引發(fā)漏電等，都是造成管理線損的直接原因。管理人員可以通過定期組織電力巡查、進行設備維修等方式來起到降低管理線損的目的。

近年來我國提倡節(jié)能減排，低碳環(huán)保的發(fā)展理念，因此控制電網(wǎng)同期線損，不僅貼合當下的發(fā)展理念，還能提高經(jīng)濟效益，具有多方面的運行優(yōu)勢。若想將線損控制在理想數(shù)值，就必須對電網(wǎng)進行的線損監(jiān)測，將降低線損作為電網(wǎng)管理的重要內(nèi)容，通過數(shù)字化的手段對其進行全面監(jiān)測和管理，并通過不斷完善最終實現(xiàn)智能管理[5]。

2 線損監(jiān)測系統(tǒng)具體架構(gòu)設計

為了更好的解決現(xiàn)階段線損管理所存在的多種問題，應該盡快的將管理過程中需要應用到的管理手段、所用技術(shù)進行統(tǒng)一規(guī)范，將線損統(tǒng)計分析作為核心功能，輔助同期、理論計算，從多方面對線損進行檢測，將設備運行狀態(tài)、最大負荷數(shù)值和各項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)掌握清楚，以此來實現(xiàn)管理精益化和實時化[6]。

2.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

于電力系統(tǒng)中應用線損檢測系統(tǒng)，可以對電網(wǎng)線損量和造成線損的原因進行全面監(jiān)測和分析，對電網(wǎng)運行進行實時監(jiān)測和管理，并將數(shù)據(jù)進行保存，方便為同期降損提供參考數(shù)據(jù)。按照邏輯功能劃分可分為4個層面，分別為數(shù)據(jù)收集模塊、信息傳送模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和業(yè)務應用模塊，系統(tǒng)會配備調(diào)用接口，供客戶端使用，方便用戶與系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。

（1）數(shù)據(jù)收集模塊。主要構(gòu)成部分是終端設備，主要工作內(nèi)容是對檢測數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場收集和存儲。采集工作完成后，通過初步篩選，判斷數(shù)據(jù)是否具有完整性，需要將無效和錯誤的數(shù)據(jù)剔除出去，將有效數(shù)據(jù)分離出來，儲存到中間數(shù)據(jù)庫，方便后期使用。該系統(tǒng)運用的是定時模式，可定期對數(shù)據(jù)進行自動收集和讀取。與此同時，該系統(tǒng)還設有電量補采功能和信息預處理功能，有助于判斷數(shù)據(jù)是否具有完整性和連續(xù)性。除了上述的常用功能，還配備了異常報警功能，對電流、電壓和電表進行在線實時檢測，可以及時捕捉異常信號，對管轄區(qū)的電網(wǎng)進行動態(tài)監(jiān)控，在線損突變時可以及時報警;

（2）信息傳送模塊。作為系統(tǒng)與服務主站之間的連接通道，為二者之間的信息傳輸提供穩(wěn)定通道，該系統(tǒng)中的信息傳送模塊運用的是GPRS公網(wǎng)和230M無線網(wǎng)，為信息提供更加穩(wěn)定的傳輸環(huán)境;

（3）數(shù)據(jù)處理模塊，信息完成篩選后，對其進行管理，還可將零散數(shù)據(jù)進行分類歸納，以統(tǒng)計報表的形成展現(xiàn)出來，使其更具直觀性，方便對比。后期工作人員在使用時，參數(shù)數(shù)值、設備型號等內(nèi)容一目了然，便于技術(shù)人員進行查詢和維護。其中的線損管理功能還可按不同時段對數(shù)據(jù)進行分析，時段可按月度、季度和年度來劃分。另外，該系統(tǒng)還可對采集回的數(shù)據(jù)進行分類整理，規(guī)范且準確的數(shù)據(jù)可以為電力企業(yè)的線損管理和日常營銷提供參考依據(jù)，有助于公司管理層做出正確的運行決策[7-8]。

2.2 總體架構(gòu)設計

為了確保使用功能全面和對系統(tǒng)進行實時監(jiān)測的需求，在線損監(jiān)測系統(tǒng)的總體架構(gòu)設計方面需要更加嚴謹，經(jīng)過反復研究和實驗，將其組成部分劃分為4個層面，分別為后臺服務基站、通信板塊、信息存儲板塊和用戶終端。為了方便不同系統(tǒng)之間進行信息傳遞，該系統(tǒng)運用了Service-Oriented Architecture架構(gòu)設計，通過Enerprise Service Bus服務總線完成與外部系統(tǒng)的信息交互工作。其具體框架構(gòu)成如圖1所示。

由圖1可知，各模塊之間聯(lián)系緊密，即可獨立運行還能協(xié)調(diào)工作，分布式架構(gòu)更具實際運行效果，對各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理[9-10]。并根據(jù)用戶的實際需要將多個模塊整合在同一臺工作站中，方便用戶使用。運用GPRS專網(wǎng)和230 M專網(wǎng)對客戶進行通信測試服務，運用自身帶有的測算力對各層級設備進行聯(lián)調(diào)測試，應用于單體或系統(tǒng)之中都可以，在需要時還可以完成上下行數(shù)的數(shù)據(jù)傳輸及交換工作。該線損監(jiān)測系統(tǒng)在運行時主要借助Enerprise Service Bus總線將所獲取的電能表數(shù)據(jù)和線損統(tǒng)計量等內(nèi)容由服務終端傳送至主站端線。對信息進行基本處理后，將所得結(jié)果回傳至監(jiān)測系統(tǒng)。該線損監(jiān)測系統(tǒng)的框架擁有良好的兼容性和靈活性，在使用時可以根據(jù)使用者的實際需求或突發(fā)情況調(diào)整服務模塊、內(nèi)容和目標，更改時不影響其他模塊的工作狀態(tài)，系統(tǒng)可對多平臺進行異構(gòu)服務，調(diào)用時更加靈活[11]。

2.3 軟件架構(gòu)設計方案

在創(chuàng)建線損監(jiān)測系統(tǒng)軟件框架時，使用的是Visual C++技術(shù)，其具體框架如圖2所示。

由圖2可知，線損分析模塊主要由4部分構(gòu)成，4個模塊協(xié)同合作，最終實現(xiàn)對線損全面監(jiān)測的目的。為了更好的掌握電網(wǎng)中線性變電元件的耗損情況，需要將電網(wǎng)設備原有參數(shù)和實際負荷參數(shù)結(jié)合起來進行深度計算，并根據(jù)電力運輸線路中不同分段的節(jié)點線損數(shù)量，判斷出電網(wǎng)中的傳送能力較為薄弱的線路或節(jié)點，以便對電網(wǎng)進行更具針對性的局部維護和監(jiān)管，起到更好的降損效果[12]。該系統(tǒng)中采用的計算方法主要有3種，分別為電量法、電流法和潮流法，除了應用先進的計算方法，還需要結(jié)合工作人員提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，才能獲得更加準確的計算結(jié)果。

此外，為了使用者可以快速的獲取線損信息和比對結(jié)果，該系統(tǒng)中還特別添加了數(shù)據(jù)庫表模塊對所得結(jié)果進行存儲，方便用戶調(diào)取和使用。當用戶輸入指定口令查詢線損情況時，后臺會直接調(diào)取相關(guān)記錄并進行展示，可以大幅度減少操作和等待時間，其具體流程如圖3所示。

3 仿真實驗和線損管理建議

3.1 仿真實驗

為了檢測該線損監(jiān)測系統(tǒng)是否具備可實施性，我們對其進行了仿真測試，將電路中的負荷節(jié)點數(shù)量設為18個，數(shù)值為10 kV，并且將各級配變?nèi)萘亢烷L度數(shù)值都做了明確的規(guī)定[13-14]。將原有的線損監(jiān)測系統(tǒng)和本文提到的進行數(shù)據(jù)對比，并將其同期結(jié)果通過表格的形式展示出來，具體情況如表1所示。

由表1可知，無論是在實際線損率和監(jiān)測線損率上，本文所提到的系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)上都更具優(yōu)勢，計算結(jié)果與預定數(shù)值更加接近，通過仿真實驗證明該系統(tǒng)具備有效性和實用性。

3.2 線損管理發(fā)展建議

（1）規(guī)范業(yè)務管理，與電網(wǎng)檢測中應用同期線損監(jiān)測系統(tǒng)，有助于提升各部門之間的協(xié)同性，可應用于關(guān)口計量和檔案管理等多個層面之中，可以實現(xiàn)跨專業(yè)操作，使工作更具時效性和協(xié)調(diào)性，提升電力企業(yè)的工作效率，構(gòu)建增加完善的工作體系;

（2）提升應用水平，應用線損監(jiān)測系統(tǒng)，可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)更具準確性和時效性，為用戶提供更具參考價值的整合數(shù)據(jù)。還可將用戶檔案和用電信息趨于統(tǒng)一，進而提升電力系統(tǒng)整體的數(shù)據(jù)質(zhì)量，最終達到提升系統(tǒng)應用水平的目的;

（3）加強線損精益化管理，對多電路線損數(shù)據(jù)進行同期管理，從線損數(shù)據(jù)和波動中我們就可以直觀的判斷出該電力單位或該承包線段的管控、降損能力，進行深入分析后還可判斷出其在生產(chǎn)經(jīng)營中面臨的具體問題，實現(xiàn)從“單純控制指標數(shù)值”到“真正控制降損”的轉(zhuǎn)變，將工作落到實處，充分調(diào)動各電力企業(yè)和基層員工的節(jié)能損耗的意識，發(fā)揮自身的創(chuàng)新性和主觀能動性，切實提升線損管控水平[15];

（4）提高經(jīng)濟效益，與實際管理中應用線損檢測系統(tǒng)，可以大幅度減少統(tǒng)計人員的日常工作量，用智能代替人工，更具效率和準確性。另外，應用該監(jiān)測系統(tǒng)，還能檢測出易損、重損單元，及時發(fā)現(xiàn)用戶的竊電行為和計量裝置運行異常等行為，減少不必要的設備損耗，從多個方面為電力公司減少經(jīng)濟損失，經(jīng)濟效益，確保電力企業(yè)可以穩(wěn)定健康的運行;

（5）挖掘數(shù)據(jù)價值，應用線損監(jiān)測系統(tǒng)后，可為企業(yè)和工作人員提供實時采集數(shù)據(jù)，為企業(yè)經(jīng)營提供準確可靠的經(jīng)營指標，嚴格把控審計風險。對購電、售電和損耗的各項數(shù)據(jù)進行深度分析，為企業(yè)決策者提供更好的參考參數(shù)。國家通過調(diào)查同期線損情況，還可以深入掌握電網(wǎng)損耗情況，對不同的地區(qū)和電力單位推行不同的管控政策，加強成本管理，爭取出更好地電價政策，為廣大用電用戶直接購電提供有力支撐。還可將各行業(yè)的用電信息情況進行整合，將具體用電量和經(jīng)濟社會指標聯(lián)系起來，為政府提供宏觀經(jīng)濟決策，對于經(jīng)濟架構(gòu)的調(diào)整和綠色節(jié)能減排提供輔助參考資料[16]。

4 結(jié)語

伴隨著電網(wǎng)的深度發(fā)展，用電客戶的需求也在不斷提升，電網(wǎng)電能質(zhì)量管理也成為電力企業(yè)需要著重加強的工作內(nèi)容，而線損檢測系統(tǒng)作為其中重要的一方面，更是需要投入足夠的關(guān)注度對其進行發(fā)展。本文基于此種情況設計了一套電網(wǎng)同期線損監(jiān)測系統(tǒng)，從硬件和軟件方面入手，從計算方法、系統(tǒng)模型和架構(gòu)等多個方面進行設計和闡述，以此來堅實線損管理基礎(chǔ)，消除噪聲數(shù)據(jù)，提升計算準確率，為使用者提供更具準確性的源頭數(shù)據(jù)。并創(chuàng)建相應的異常內(nèi)控體制，大幅度縮短處理異常狀態(tài)的時間。最后為了驗證該線損監(jiān)測系統(tǒng)具備有效性和可應用性，制定了仿真實驗的實驗背景和各項數(shù)據(jù)參數(shù)，與此種情況下進行了測試，并根據(jù)實際測試結(jié)果給出了適當?shù)匕l(fā)展建議，方便今后其更好地為電力系統(tǒng)服務。

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收稿日期：2021-03-03;修回日期：2022-04-27

作者簡介：唐? ? 賡（1981-），男，碩士，研究方向：供用電技術(shù)及自動控制。