電網(wǎng)同期線損檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)路徑

唐 賡

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

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(yīng)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(dǎo)性和規(guī)范性，多數(shù)單位還處于獨立摸索階段，嚴(yán)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(shè)計方案，并通過工程測試證明該系統(tǒng)具備實際應(yīng)用效果。

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(shè)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(shè)備漏電、計量設(shè)備測量不精準(zhǔn)和管理制度不完善都會造成電量損耗。由于電能是我們應(yīng)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(zhǔn)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；

（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(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(dāng)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。

2 線損監(jiān)測系統(tǒng)具體架構(gòu)設(shè)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(yīng)該盡快的將管理過程中需要應(yīng)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(shè)備運行狀態(tài)、最大負(fù)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。

2.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

于電力系統(tǒng)中應(yīng)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(wù)應(yīng)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(shè)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(shè)有電量補采功能和信息預(yù)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(wù)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(shè)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(zhǔn)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。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)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(shè)計方面需要更加嚴(yán)謹(jǐn)，經(jīng)過反復(fù)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(wù)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(shè)計，通過Enerprise Service Bus服務(wù)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。

圖1 電網(wǎng)同期線損監(jiān)測系統(tǒng)具體框架構(gòu)成Fig.1 The specific framework of the synchronous line loss monitoring system of the power grid

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。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(wù)，運用自身帶有的測算力對各層級設(shè)備進行聯(lián)調(diào)測試，應(yīng)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(wù)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(wù)模塊、內(nèi)容和目標(biāo)，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(wù)，調(diào)用時更加靈活。

2.3 軟件架構(gòu)設(shè)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。

圖2 電網(wǎng)同期線損監(jiān)測系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)Fig.2 The overall architecture of the power grid synchronization line loss monitoring system software

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(shè)備原有參數(shù)和實際負(fù)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。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(yīng)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(zhǔn)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(dāng)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。

圖3 軟件計算流程框圖Fig.3 Block diagram of software calculation process

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(fù)荷節(jié)點數(shù)量設(shè)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。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(yù)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。

表1 電網(wǎng)同期線損情況對比Tab.1 Comparison of line loss in the same period of power grid

3.2 線損管理發(fā)展建議

（1）規(guī)范業(yè)務(wù)管理，與電網(wǎng)檢測中應(yīng)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(yīng)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(yīng)用水平，應(yīng)用線損監(jiān)測系統(tǒng)，可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)更具準(zhǔn)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(yīng)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(biāo)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；

（4）提高經(jīng)濟效益，與實際管理中應(yīng)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(zhǔn)確性。另外，應(yīng)用該監(jiān)測系統(tǒng)，還能檢測出易損、重?fù)p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(shè)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(yīng)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(zhǔn)確可靠的經(jīng)營指標(biāo)，嚴(yán)格把控審計風(fēng)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(biāo)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。

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(shè)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(shè)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(zhǔn)確率，為使用者提供更具準(zhǔn)確性的源頭數(shù)據(jù)。并創(chuàng)建相應(yīng)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(yīng)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(dāng)?shù)匕l(fā)展建議，方便今后其更好地為電力系統(tǒng)服務(wù)。