智能电网线损计算机管理控制系统的研究

葛晓滨， 章义刚， 李锋刚， 许 剑

（1.安徽大学 计算机科学与技术学院，安徽 合肥230039；2.安徽财贸职业学院 雪岩贸易学院，安徽 合肥230601；3.合肥学院，安徽 合肥230088；4.合肥工业大学 管理学院，安徽 合肥230001；5.合肥恒卓科技有限公司，安徽 合肥230022）

1 前言

在输送和分配（变压）电能过程中，电网中各个元件所产生的功率损失和电能损失以及其它损失，统称为线路损失，简称线损。线损管理是智能电网系统中具有挑战性的难题。业内也有相关研究，如文献［1］和［2］提出了合理的降损方案。文献［3］中提出了低压线损数据质量是低压电网线损管理的重点与难点的观点。文献［4］从技术和管理层面分析了配电网线损在电力系统的重要性，从线损数据获取、数据准备、维度选择等方面分析了配电网线损数据仓库的建立过程。文献［5］－［8］探讨了线损管理相关的计算机系统开发经验。

虽然业内对智能电网的线损管理从不同的应用角度进行了相关的研究，但是缺乏在国家电网相关规范基础上的面向线损管理主题的一体化的解决方案。

本系统旨在基于IEC61968、IEC61970电力公共信息标准，研究采用计算机实时控制技术实现从线路到变电所主变，乃至各个电压等级以及整个电网的电能平衡，通过软件能动态、及时地展示智能电网各节点电量情况，通过集成线损基础数据，建立线损相关的能量节点的能量和线损数据主题，整合线损应用功能，将电能量采集系统、配变监测系统、负荷控制系统、居民集中抄表、营销MIS等采集系统的数据整合到管理信息区域，实现电能量数据的综合管理，通过数据的有效整合，建立了企业线损数据的唯一视图，在此基础上搭建一个可扩展的、稳定的动态线损应用基础架构，并在这个架构基础上建设成一体化的综合线损管理控制系统。

智能电网线损计算机管理控制系统为供电企业管理者能够动态、及时了解和掌握企业线损情况提供管理帮助，并为电网规划、电网改造及无功设备配置等重大决策提供参考依据。

2 系统设计

系统设计的技术路线是在电力公共信息标准基础上，通过统一的供售电节点设备台帐及其拓扑关系信息，整合集成分散在各异构系统中的设备信息，实施包括接入、对应、规范及数据修正等功能，通过自动化过程实现数据的录入与即时同步，并整合供电、用电侧各级电能计量近实时采集信息，采用统一接入生产控制区和管理信息区的多个采集系统的电能计量近实时数据，实现一体化的线损管理控制。

系统设计体现功能性与灵活性的结合，建立统一的计算规则，实现灵活动态的公式配置，统一标准化的统计口径等。在此基础上实施全面的线损计算与电量结构分析，实现主配网线损管理功能、线损计划与考核功能、报表功能、逐级分解的线损电量结构分析功能等，最终分析采集系统采集单元的电量状况和用户抄表电量状况，实现按任意时间段的近实时线损计算与电量分析。

2.1 系统硬件及体系设计

在三层体系结构技术路线的前提下，系统的网络结构如图1所示：

图1 系统的网络结构图

系统主要发布在电力内网管理区，并访问多个采集系统的数据接口。系统和其它应用系统的互联采用防火墙进行安全隔离，系统的应用服务器和数据库服务器之间采用加密方式传输数据，数据库服务器采用热备模式，能满足系统在运行、负载及数据存取等方面的性能要求。

2.2 系统软件逻辑功能设计

系统软件逻辑上可以划分为两大部分组成：数据集成、线损综合分析。

数据集成主要功能是通过实时数据接入服务将能量节点的电量指数数据从变电站电能量采集系统、配网自动化管理系统、负荷控制系统、低压集抄系统采集到实时数据库中，通过ETL抽取服务将变电站电能量采集系统、配网自动化系统、负荷控制系统、低压集抄系统、营销MIS系统的台帐以及轻量汇总电量数据同步到综合数据库中。

线损综合分析主要实现分析能量节点的基础电量指数数据，动态各节点计算电量，实现分层（主配网）、分压、分线、分台的综合线损分析。

2.3 软件系统设计

软件体系采用B／S结构，数据和业务逻辑可以保持同步特性，同时设计上考虑了移动性，使系统基本不受客户端及操作系统的限制，可以通过局域网／广域网实时监控和管理。

软件体系设计上，线损管理控制系统具备以下特点：

（1）容易修改某个层次而不需要改变其它层次，方便业务变更和后期延续及扩展。

（2）多个层次的分布或载入，可以扩大应用程序处理大量的用户负载和／或数据的能力。

（3）用户端只能通过逻辑层来访问数据层减少了入口点帮助系统屏蔽可能的危险入口，提高了系统安全性。

3 软件关键功能的开发技术分析

系统开发基于瀑布模型，采用MVC模式，将系统开发分解为业务模型开发、Web界面开发、及后台线损计算与统计开发三部分。业务模型开发是线损基础数据分析逻辑独立于外在显示内容和形式情况下的内在抽象，封装了线损问题的核心数据、逻辑和功能的计算关系，它独立于具体的界面表达和I／O操作。Web界面把表示线损基础数据、由计算服务计算结果及状态的信息以特定形式展示给用户，系统依托综合数据平台中的主数据管理、采集系统电量指数、能量节点的电量主题域和线损主题域，进行全方位的电量分析、主网损耗分析、配网损耗分析。它从计算服务和业务模型获得显示信息，对于相同的信息可以有多个不同的显示形式或视图。后台线损计算与统计开发是处理在线损数据模型的基础上跟踪不同的统计规则从多维度视角对线损模型数据进行分析，得到带有不同业务含义的线损结果数据并提交给Web页面进行展示。

在系统开发上有线损数据采集、高密度电量数据计算与存储、动态能量与线损计算、主网线损计算等实施关键点。

3.1 线损数据采集

实时数据接入设计将配网自动化、负荷控制、电量采集系统的实时电量指数和负荷数据从采集系统提供的镜像库（关系库）中将实时数据接入实时库，并进入分析系统。

3.2 高密度电量数据计算与存储

我们以基于实时指数计算小时电量流程为例分析高密度电量的计算与存储以及能量节点小时电量的过程，在不考虑换表流程、旁路等条件下，其流程如图2和图3所示：

图2 计算计量装置小时电量

图3 计算能量节点小时电量

3.3 动态能量与线损计算

采用低密度的汇总数据，如计量装置日电量等，考虑换表、换CT、换PT、旁路等流程，将计量装置日汇总电量作为静态稳定的汇总量，并通过该汇总量动态计算出能量节点的日、月电量和线损等。如图4所示。

图4 计算计量装置和能量节点动态电量

3.4 主网线损计算

在主网线损计算上，以某地区为例说明计算方法，首先进行一级关口电量、分县区趸售电量、市区10KV配网供电量、市区35KV及以上专线用户电量、变电站所用变电量、变电站电容器电抗器电量、10KV母线平衡差电量等，进行主网电量组成明细的分析，如图5所示。

其中：主网线损计算模型：

图5 主网电量组成明细的分析

其中K为电力节点，L为线损率、Fk为一级关口电量、Sk为二级关口电量，Pk为10KV配网供电量、Zk为35KV以上直供大用户电量。

该数学模型中所包含的各个电量指标，以一级关口电量Fk为例，其计算规则是：I级关口流入有功电量合计－I级关口流出有功电量合计。统计周期分为日和月，日以24点数据为准，部分缺失数据以20、22点数据进行补充。月以24点数据为准，部分缺失数据以20、22点数据进行补充。Fk数据来源是电能量采集系统。

电量明细分解信息包含时间信息、变电站信息、开关信息、流向、电压等级、表计方向、初指数、末指数、腰电量、峰电量、谷电量、旁路换表电量、总电量、倍率等信息。电量明细分解模型应用如表1所示。

表1 电量明细分解信息

主网的供电量、主网售电量进行损耗电量和损耗率的情况，在软件中通过多维动态的展示技术呈现主网的线损情况，如图6所示。

图6 主网的线损情况

在线损统计上，主要控制内容是：

（1）综合线损、主网线损、配网线损、主网分压线损、配网分压线损、主网分线统计、配网分线统计、主网分台统计、配网分台统计、管理区域损耗分析。

（2）采用系统内制定的不同电压等级公式，进行线损计算。

（3）采用预置的分线公式，进行线损数据分析；每条线路损耗的分析，包括供、售电、线损率，用户电量采集情况分析。

线损分析主要内容：

（1）线损方案对比分析、考核电量对比分析、主网异常分析、配网异常分析、采集率统计、抄表情况统计、抄表例日统计、线损统计报告。

（2）以不同形式进行线损指标值表现和对比分析。

（3）对开关无类型、无电压等级、无线路属性、无关口属性、无所属变电站等主网的异常数据进行表现。

（4）对电能表无所属开关、无资产号、无倍率配网的异常数据进行表现。

（5）以日、月等周期，对开关、配变、高压用户进行采集总数、自动采集数、手工录入数、缺失数据统计。

系统功能开发形成软件主界面如图7所示。

图7 线损统计与分析界面

4 结束语

通过智能电网的线损计算机管理控制系统的研究与开发，可以实现全面、动态地计算、分析电力企业各类电量和线损信息，并建立电力企业全范围开放、透明的一体化线损管理环境，能较好地提升线损数据计算和分析的实时化能力，适应智能电网线损管理精细化要求，系统已经在安徽地区应用，成效明显。

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