基于ＧＩＳ的配网网损计算的研究与实现

周岳川

【摘要】 介绍了一种基于GIS的配网网损计算方法。该方法根据GIS系统数据存储方式的特点,重新定义了新的数据表格式,并将GIS数据库中的数据导入,定义特殊的节点数据结构,加快了潮流计算速度,进而进行网损计算。

【关键词】 GIS;配电网;网损计算;潮流计算

一、引言

理论网损在计算配电网经济运行、无功优化及电网改造的基础,是考核电力部门运行管理水平的重要技术经济指标,具有极其重要的作用。通过计算,可以对配电网的馈电线路结构、布局是否合理做出评价,可以了解网损的分布情况和薄弱环节。而网损计算以潮流计算为基础。

10kV配电网为简化继电保护需要运行时呈辐射状,并且R/X比较高,这两个特点使经典的潮流算法在配电网的应用受到挑战。PQ分解法由于解耦条件的不满足而陷入困境,牛顿法也常常陷于病态,需要加以修正。从实际情况来看,10kV配电网负荷不像输电网那样呈点状分布,而是呈面状分布,负荷点数目巨大。鉴于此,人们针对配电网潮流提出了特殊的解法,有些学者提出一些面向支路的前推回代法[1～3],

本文在GIS的平台上不但实现SCADA 系统的原有功能,而且通过将GIS系统数据导入到新定义的数据表中、定义特殊节点数据结构、采用前推回代算法实现了辐射状配电网潮流计算,进而对配网的网损进行了计算。

二、新数据表的建立

在为配网作完GIS系统后,在GIS系统数据表中,各个设备之间的联系都是通过配电杆塔的唯一标示符ID作为中介联系在一起的。而在配电杆塔数据表中并不是每个杆塔的ID都能在配变数据表找到,这就使传统的节点编号方法提出了挑战。这里我们将传统的编号方法进行了改进。不再设置支路结构,而只定义了一个节点结构,将支路的信息记录到其末点的节点结构中。而且,在对杆塔进行节点编号时,如果按常规编号方法,那么节点的个数将会达到几百个,严重影响计算速度和占用大量内存,本文首先将那些没有带负荷、断路器和隔离开关的节点进行了合并,然后将其写入到新的数据表中,以图1为例进行合并说明,假设杆塔gn和杆塔gm的P、Q为零,杆塔gk没有下一层节点,进行搜索形成结构链表时,若按常规编号方法,杆塔gn、杆塔gm、杆塔gk会分别作为一个节点进行记录,而本算法将杆塔n1、杆塔n2和杆塔n4合并为一个点。将从杆塔i到杆塔n4之间的支路信息记录到一个新的节点N。

实际的配电网络中有的杆塔上安装有断路器和隔离开关,因此还必须确定隔离开关的状态方可搜索其下一根杆塔。为此所建立的数据表部分字段如下:

节点ID、节点有功、节点无功、节点类型、状态、所连结点1、支路电阻1、支路电抗1…..所连结点n、支路电阻n、支路电抗n。

三、GIS系统数据的存储结构及各段线路流过功率的确定

基于GIS的配电自动化系统将整个电网的运行情况及各个设备的基本信息,以杆塔、配变、FTU、配电导线、断路器和隔离开关等图层的形式在GIS平台上展现给操作员。各个设备数据表之间以唯一的表示符ID为纽带联系在一起。实际配网中安装的FTU数量不多,因而在对实际运行时无法得到各个配变所带负荷的具体量。而只能得到主馈线上部分安装有FTU的测量点上传的数据。为此,在配电网络进行潮流计算时,我们做了以下几点假设:

(1)假设配电网络为三相平衡网络,可用等值的单相网络来计算。

(2)假设所有配电变压器的负荷在同一时刻为相同的负荷率。

(3)假设各负荷的功率因数相同。

(4)假设所有配电变压器均处于同一负荷率下,根据各配电变压器的额定容量来分配根节点上的总负荷。

根据以上几点假设,便可以通过FTU上传的数据,利用“首末节点定向法[5]”思想确定FTU测量数据为那几个配变的数据,实时确定流过各段配电导线的有功和无功。

四、网络拓扑及形成层次关系

考虑到电网拓扑结构不是固定的。在发生故障后,通过故障隔离改变了网拓扑,在拓扑分析时,我们通过判断某一杆塔是否安装有断路器和隔离开关,并根据其状态来判断是否继续向下进行拓扑分析。(如图1中)若杆塔i上安装了隔离开关且处于打开状态,则当搜索到它时,此分支拓扑分析结束,将杆塔i记作一个节点,并记录其子节点为空。这样可以通过搜索新建数据表实时进行网络拓扑分析、潮流计算,可加快搜索速度。

考虑GIS数据的特殊性,建立了如下节点结构体:

{节点ID节点的层次 节点有功节点无功 节点阻抗 节点电压 子节点数组 }

配电自动化系统中在SCADA工作站,在线潮流计算模块有软件定时器触发或者出现开关变位,定时将通信系统获得的实时测量数据和在线或离线负荷预测结果,经实时潮流计算后,便可以进行网损计算。将全网完整的状态信息向实时数据库输出。

五、实例验证

依据本文给出思路,用Visual C#编制了相应的应用程序。分别以IEEE33节点的树状网络和某实际农村配电网中某一馈线分支为例为例,验证潮流算法的正确性和有效性[6]。进行网损计算时,采取以每条馈线作为子系统进行此馈线的能量损耗计算,然后,将所有的馈线损耗相加,最终得到整个配网的网损。

通过重新定义数据表格式和利用特殊数据结构,根据SCADA系统采集的实时负荷,采取基于区间FTU的功率分配方法,实现了快速准确的实时潮流分析。再此基础上,又利用潮流计算结果进行了部分馈线的网损计算,结果表明,计算结果正确有效。目前,作为一高级功能模块已应用于某实际配电自动化系统工程中。

参考文献

[1]戴雯霞,吴捷.基于支路电流的配网潮流前推后代法.继电器[J].2002.30(5):6～13

[2]杨仪松,王宽,周玲等.一种配电网潮流计算的新方法,继电器[J].2006,34(13):46～79,76

[3]王淳.一种实用的辐射网潮流算法.继电器[J].2005(12):13～16

[4]刘伟,李恒,孙福杰等.基于GIS和区间 FTU 的配电网网损计算方法[J].电网技术.2003(4):68～71

[5]黄单舸.配电自动化SCADA软件支持系统的研究和开发[D].中国农业大学硕士学位论文.2000