省地一体化在线网损分析计算平台

王晓蔚，胡文平，马斌，梁宾

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄市050021;2.国网河北省电力公司，石家庄市050021)

省地一体化在线网损分析计算平台

王晓蔚1，胡文平1，马斌2，梁宾1

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄市050021;2.国网河北省电力公司，石家庄市050021)

省地一体化在线网损分析计算平台采用CIM模型接口从EMS中直接导入电网模型，不需要人工重复建模，能跟踪电网模型的变化，保证状态估计合格率处于较高的水平，为网损的准确统计和计算奠定基础。该平台能够提供的电量数据覆盖了110 kV及以上的全部电网模型，是电量采集系统数据的重要校验和补充;基于在线数据的网损分析平台，为工作人员提供更为全面的网损电量的分析平台;通过对各种运行方式下的系统网损和设备网损情况进行分析研究，从而找到降低网损的有效途径;应用此计算平台，开展河北南部电网典型日负荷方式下线损理论计算工作;通过每日的线损理论分析，发现EMS系统在线数据存在的问题，及时解决问题，提高系统状态估计合格率。

省地一体化;在线网损分析;实时数据;线损

0 引言

在“十二五”期间，国家提出了节能减排和可持续发展的战略，对于电网企业，需要进一步降低网损，提高电能的利用效率，创造更高的社会效益和经济效益。河北南部电网(简称河北南网)北联京津唐电网，西接山西电网，南联河南电网，东接山东电网，是我国“西电东送、南北互供、全国联网”的重要通道，如何控制网损更是提高经济效益的重要手段。省地一体化在线网损分析计算平台以省调和各地调的EMS系统为数据来源［1-2］，采用IEC 61970标准从EMS系统中获取电网模型和实时数据。获得实时数据后，网损分析系统进行状态估计［3-5］，以状态估计的结果作为电网运行的基态潮流，对选定范围内电网线路和变压器等设备网损进行分析计算。在省调及各地区供电公司安装网损分析计算软件客户端，建立省地一体化在线网损分析计算平台。应用该平台可以合理制定降损方案，挖掘降损潜力，为网损管理和规划投资提供辅助决策，对科学评价电网经济运行，指导今后的降损工作起积极作用。

1 网损理论分析计算现状

我国电网的运行和管理具有典型的分层分区的特点，而调度中心内又按专业职能分为若干部门。随着信息技术的发展以及各类计算分析程序的应用和推广，各级调度中心各部门相继积累了大量的电网数据资源，这些数据资源通常都是针对本部门的特定应用而建立的，可以看作是电力系统的特定视图［6］。另一方面，许多电网计算分析程序，例如电力系统稳定计算等，需要基于相对完整准确的电网模型信息才能给出合理、可信的计算结果［7-8］。信息孤岛的出现使得这类计算分析一般只能依靠人工维护大量的计算数据，在一定程度上限制了计算程序的应用范围，同时也造成了巨大的人力浪费。近年来，标准电网模型、计算机网格等新技术的出现为建立调度中心统一的数据平台提供了可能，各类应用程序有可能通过连接数据总线的方式接入系统，避免了大量多对多私有数据接口［9］。河北南网经过多年的建设，已经具有较为完备的遥测系统，为实现在线计算提供了较好的基础。同时随着电网的发展，特别是电力市场的引入，需要更多地关注于提高电网的经济性，因此需要及时、准确地掌握系统网损的变化。

当前河北省多数地区电网的网损统计基于电量采集系统，网损理论计算基于实测日负荷进行，无法对全网网损进行深层次的精细化分析。现有的基于报表数据的离线网损分析系统局限于仅能提供离线计算功能。现有的网损分析系统是离线的，在进行分析计算时，需要离线手工建立电网模型和数据［10-12］，计算的准备时间长、周期长。传统的网损分析系统采用报表数据作为数据来源，由于报表数据都是人工记录上报，存在一定的误差及不确定性，不能对各种运行方式下的网损进行分析计算。报表本身只是一个数据文件，没有建立完整的电网模型，因此只能对历史上的网损数据进行统计，无法进行网损的深层次研究。在实际生产中，需要对各种运行方式下的系统网损和设备网损情况进行分析研究，从而找到降低网损的有效途径［13］。这需要根据电网模型，进行潮流计算、网损分析对比等计算。这些高级的分析计算功能都是传统的电量系统无法提供的。

省地一体化在线网损分析计算平台的开发弥补了离线分析计算软件和电量采集系统的不足。本系统通过调度EMS系统获取实时电网模型和运行数据，不需要人工重复建模，能实时反映电网的发展变化，提高了网损分析的计算效率。本系统能够提供的电量数据覆盖了110 kV及以上的全部电网模型，是电量采集系统数据的重要校验和补充。积分电量是以状态估计的计算结果进行电量积分计算，而电能量系统中的电量是现场实际电表的电量，2种电量的互相校核大大提高了电量数据的准确性。基于在线数据的网损分析系统，可以对不同方式下的网损情况等进行模拟分析计算，为工作人员提供更为全面的网损电量的分析平台，通过对各种运行方式下的系统网损和设备网损情况进行分析研究，从而找到降低网损的有效途径。

2 省地一体化在线网损分析计算平台开发的总体思路

省地一体化在线网损分析计算平台拟采用IEC 61970 XML/CIM/CIS标准以及国家电网公司企业标准《电网运行数据交换规范》，以河北南网现有EMS系统为基础，通过分析EMS的特点和计算要求，制定切实可行的技术方案，经济、快速地予以实施。

省地一体化在线网损分析计算平台的网损计算子系统，采用了独立的状态估计模块，在获得的SCADA量测数据基础上进行状态估计，从而排除量测系统中的坏数据。由于采用了CIM模型接口从EMS中直接导入电网模型，省地一体化在线网损分析计算平台能跟踪电网模型的变化，保证状态估计合格率处于较高的水平，为网损的准确统计和计算奠定基础。省地一体化在线网损分析计算平台与EMS的通信接口每15 min传送1次变化的量测数据，状态估计每15 min计算1次，并把计算的结果存入网损数据库，供网损分析计算。同时系统也自动监测状态估计的计算情况，当状态估计质量很差(如残差很大或合格率较低时)，系统将采用量测数据进行分析计算，同时置入相应的数据标志。

(1)以中调e语言方式从EMS系统采集实时数据，在采集的SCADA实时数据基础上，进行状态估计计算。每隔15 min保存完整的电网全息数据断面，包括电网结构、参数、量测数据、状态估计数据、关口、计算点。采用压缩技术保存，每个数据断面大小为500～600 kB，数据断面以二进制方式存入Oracle数据库中，不需要管理大量的数据文件。

(2)在省调及各供电公司安装网损分析计算软件客户端，建立省地一体化在线网损分析计算平台。应用省地一体化在线网损分析计算平台，进行河北南网典型日线损理论计算工作，完成220 kV及以上主网理论线损计算及各供电公司110 kV电网理论线损计算。

(3)开展EMS系统维护工作、为各地调提供技术支持，及时解决维护工作中遇到的问题，提高数据质量，提高状态估计合格率，保证省调及各地调状态估计合格率在95%以上。

(4)采用标准化的CIM模型作为电网模型的接口。系统遵循IEC 61970标准。通过CIM模型与EMS系统实现模型一体化，能及时获得电网的最新模型。采用网络拓扑分析的方法实现网损统计区域模型的自动搜索建模和模型的自动更新。

(5)采用快速状态估计作为在线网损分析的数据基础，采用先进的不良数据检错和辨识的快速算法，保证状态估计的速度和准确性。系统每15 min完成1次状态估计计算，并以15 min为电量梯形积分的周期，可以充分保证电量积分计算的高精度。

(6)采用基于压缩技术的电网实时断面全息存储技术，能以15 min为周期，保存完整的EMS电网模型的结构、参数、量测数据、状态估计数据，基于该全息断面，能完整再现电网的信息并进行各种潮流分析。

(7)省调和各地调PAS系统自动导出电网模型CIM文件、SVG图形文件和E格式数据文件，通过正向隔离装置，将数据传送到安全III区的数据服务器中。将这些数据通过安全III区发送到河北省电力公司数据中心的数据服务器，数据中心通过综合业务网发送到电科院的数据接收服务器中，经省地一体化在线网损分析计算平台能够正确、及时地获取电网的模型、图形和数据，并减少维护工作量。

省地一体化在线网损分析计算平台硬件配置如图1所示，其中配置1台数据接收服务器，用于接收从省调和各个地调传输的图形、模型和数据。数据库服务器安装Linux操作系统，保证其网络安全性。配置2块网卡，一块与综合业务数据网相连获取电网数据，另一块与网损系统主交换机相连，为网损系统提供数据存储服务。配置1台网损计算服务器用于保存省调和6个地调系统的数据，并完成网损分析的计算和统计等功能。配置1台微机工作站用于监视系统运行情况，以及进行相关的规划分析计算。工作站可以登录到任何计算服务器上，查看网损系统的计算结果。

各供电公司需要准备客户端计算机，硬件配置标准:CPU大于等于2.4GHz;内存大于等于4GB;硬盘大于等于50G硬盘。客户端计算机的网络访问需求包括:各供电公司网络应能够访问IP地址为10.123.97.15的21端口和1521端口，即具备访问电科院网损服务器的FTP和Oracle数据库的条件。

省地一体化在线网损分析计算平台的软件系统包括5个子系统:网损统计建模子系统、网损计算子系统、网损电量积分存储子系统、网损电量查询分析子系统、规划电网分析计算子系统。

省地一体化在线网损分析计算平台的数据存储方法如下。

(1)需要建立的用户:LOSS_HBEI，LOSS_XTAI，LOSS_HDAN，LOSS_BDING，LOSS_SJZ，LOSS_ HSHUI，LOSS_CZHOU。

(2)由于采用了表分区的存储技术，因此需要的表空间如下。

1)用来存储区域、关口、设备、计算点等历史数据，每年1个分区:LOSS_2010。

2)用来存储断面数据用于历史分析，每个月1个分区:CASE_2011_01;CASE_2011_02;CASE_2011_ 03;CASE_2011_04;CASE_2011_05;CASE_2011_06; CASE_2010_07;CASE_2010_08;CASE_2010_09; CASE_2010_10;CASE_2010_11;CASE_2010_12。

本系统具有如下的创新点:

(1)实现了根据关口定义，通过拓扑分析自动生成网损统计模型并自动维护模型;

(2)采用先进的数据库触发器技术实现了表达式电量和统计电量的自动计算，可以方便灵活地对断面的网损电量、网损率进行统计和分析;

(3)增加未来规划厂站网损分析功能，通过EMS系统获取所述实时电网模型和数据，在省调和各地调真实电网的基础上，增加新设备，建立规划态电网模型，在相应的时段内，对规划态电网网损进行分析计算;

(4)增加5年规划网损分析系统，增加了“未来规划1”、“未来规划2”、“未来规划3”、“未来规划4”、“未来规划5”等5个规划态，可以分别建立未来5年的规划电网。

通过与EMS实时信息及规划网损系统互联，实现对实时电网信息和规划电网信息的显示。利用双屏显示方法可以实现同一画面对比显示同一负荷分布情况下，实际电网和规划电网的潮流、网损等信息。

3 网损分析计算实例

应用省地一体化在线网损分析计算平台，进行河北南网典型日负荷方式下线损理论计算工作，完成220 kV及以上主网理论线损计算及各供电公司110 kV电网理论线损计算。通过线损的理论分析计算可以深入了解河北南网线损构成及分布情况，找出影响线损率变化的主要环节和因素。通过每日的线损理论分析，发现EMS系统在线数据存在的问题，及时发现问题、解决问题，提高系统状态估计合格率。对各种运行方式下的系统网损和设备网损情况进行分析研究，从而找到降低网损的有效途径。

3.1 网损分析计算流程

(1)登录网损分析系统，可以选择登录省调或6个地调的数据。

(2)进行拓扑分析，排除量测系统中的坏数据。

(3)选择研究态，将计算结果存放在所选择的研究态。

(4)进行网损分析计算，网损分析计算结果如图2中曲线所示。

3.2 典型日网损分析计算

应用省地一体化在线网损分析计算平台，进行河北南网典型日负荷方式下线损理论计算工作，其中6月份最大负荷日和上年代表日全网500 kV线损理论计算结果见表1。

(1)负荷变化对本层线损率的影响。与去年典型日相比，500 kV电网无新的发电机组接入，500 kV电源点没有变化，同时500 kV外购电量显著增加，增供电力需从高电压等级逐级经过变压器和线路转供，造成线损、变损都有不同程度的增加。

(2)电网结构和运行方式变化对本层线损率的影响。与去年代表日相比，河北南网500 kV网架结构变化不大，主要潮流走向在西电东送的大局下，呈现以电源接入相对集中的石家庄地区为中心，向周边电网辐射供电的格局。500 kV慈云站投运后独立分区运行，河北南网形成邯邢、石保、衡沧、慈云4个220 kV供电区运行，500 kV网络成为各供电分区间传输电量的唯一通道，使500 kV损耗有所上升。500 kV广元站投运后，加强了局部电网的支撑并为后续大容量机组的接入创造了条件，有利于优化局部地区潮流分布和后期主网损耗的降低。

(3)线路损失对本层线损率的影响。500 kV线路损失占比较高，线路损失占比维持较高的主要原因一是特高压和京津唐转供山东电力仍较高，河北南网穿越潮流较重，增加了线路损失;二是随着电网解环工作的逐步进行，河北南网目前形成邯邢、石保、衡沧、慈云4个220 kV供电区运行，500 kV网络作为各供电分区间传输电量的通道，线路损耗有所上升。

3.3 变压器经济运行

根据不同季节的负荷情况，通过对变电站的多台变压器分别调节冷备、热备、运行的不同运行工况，来降低全站的变损。

以2012年1月22日14:00的河北省调的数据断面为计算基础数据，该断面为春节期间负荷较小，变压器大多轻载运行。如石家庄地调的侯坊站，2台变压器额定容量为120 MVA，2号主变的有功负荷为38 MW，3号主变的有功负荷为18 MW。变压器轻载运行。2012年1月22日侯坊站的损耗如表2所示。

将侯坊站3号主变停运，其所带负荷转至侯坊站2号主变。侯坊站的损耗如表3所示。

由表2、3可得，侯坊站主变停备后，1天全站的变损减小值为1.87 MW·h。

3.4 电网运行在线数据分析日报

为了保证网损分析计算结果的准确性，必须保证在线数据的质量，省地一体化在线网损分析计算平台只有收集到了质量好的数据，才能开展准确的计算分析工作。为了更快更好地提高数据质量，课题组督促各地调开展EMS系统维护工作，为各地调提供技术支持，及时解决维护工作中遇到的问题，提高数据质量。截至目前，省调和各地调电网实时数据一直很好，各地调持续进行系统维护工作，状态估计合格率稳中有升。

整理电网运行在线数据分析日报，通过电网运行在线数据分析日报观察每日传送数据的状态估计合格率及每日的线损情况。某日的电网运行在线数据分析日报如表4～6所示。

4 系统的实际应用效果

(1)提供网损监测和降损辅助决策平台，供使用人员对网损进行监测和控制。传统的的网损分析系统是离线的，在进行分析计算时，需要离线手工建立电网模型和数据，计算的准备时间长、周期长。省地一体化在线网损分析计算平台从EMS系统中获取电网模型和实时数据。获得实时数据后，可以实现离线的网损分析和网损优化计算，为系统的优化运行提供智能的降损决策。

(2)提供基于网损电量历史数据的网损统计分析，对网损日分析提供技术支持。省地一体化在线网损分析计算平台建立了网损分析的基本模型，在此模型基础上，实现了网损统计区域的自动拓扑生成，实现了网损分析模型的自动生成和自动维护;实现了电量的积分计算和存储，根据快速状态估计计算结果进行电量的梯形积分，并将完整的电量数据保存入数据库中;实现了基于研究态的离线网损分析;系统能够根据分析计算结果提供任意时段的符合要求的报表输出。

(3)提供基于完整的电网模型数据断面的潮流分析和时段连续分析，供工作人员研究电网结构、方式变化对网损的影响，作出合理的规划和决策。在实际生产中，需要对各种运行方式下的系统网损和设备网损情况进行分析研究，从而找到降低网损的有效途径。这需要根据电网模型，进行潮流、网损分析对比、网损灵敏度、有功最优潮流等计算。

(4)能够适用于各种电压等级的电网，对地区电网同样适用，为省地联合降损提供了强大的平台。

(5)适应电网发展规划的要求，将规划电网与实际电网进行网损对比分析。目前的实时电网网损分析系统不能对规划态电网进行网损分析计算。省地一体化在线网损分析计算平台在EMS系统的实时电网网损分析系统的基础上，采用规划态电网网损分析系统完成规划态电网的网损分析计算。

程序需要继续完善的工作如下:

(1)各供电公司安装客户端，进行模型维护;

(2)2个供电公司同时进行计算时，设置优先级，开发优先级访问顺序程序，该程序能够看到前面有几个用户在等待;

(3)增加各地调分区线损，各地调220 kV主变所带110 kV变电站能自动分区;

(4)报表中增加线路和主变功率因数数据;

(5)在省公司及各地调工作平台图形界面中增加显示空载损耗和空载电流参数;

(6)各供电公司EMS数据中增加变压器空载损耗数据，没有空载损耗则没有变压器铁损，变压器损耗值偏低，铜铁损比偏大;

(7)各厂站按拼音顺序排序。

5 结论

利用省地一体化在线网损分析计算平台开展线损理论计算工作，通过对不同运行方式下线损理论计算结果的对比分析，可以找出影响河北南网经济运行的主要因素和存在的问题，基本掌握电网线损构成情况，为电网规划、建设、改造提供理论依据，对科学评价电网运行的经济性，指导今后降损工作起到积极作用。

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(编辑:张媛媛)

Online Network-Loss Calculation Platform with Provincial and Regional Integration

WANG Xiaowei1，HU Wenping1，MA Bin2，LIANG Bin1
(1.Hebei Electric Power Research Institute，State Grid Hebei Electric Power Corporation，Shijiazhuang 050021，China; 2.State Grid Hebei Electric Power Corporation，Shijiazhuang 050021，China)

The online line-loss calculation platform with province and region integration uses the CIM model interface and imports grid models directly from the EMS，which does not require building the model manually and repetitively.It can track the changes of the grid model，and ensure the qualified rate of state estimation at a higher level，which can lay the foundation for the accuracy statistics and computation of the loss-loss.The power data provided in the platform can covered all grid models of 110 kV and above，which is the verification and important supplement of power data collection system. Based on this platform，it can provide a more comprehensive analysis platform of network-loss for the staff，and find an effective way to reduce network-loss through the analysis of system loss and equipment loss under various operation modes. The theoretical calculations of line-loss in Hebei South Grid under typical daily load mode have been carried out by using this platform.Through the daily line loss analysis，it can find the problems of online data in the EMS system in time，which can improve the qualified rate of system state estimation.

province and region integration;online network-loss analysis;real-time data;line loss

TM 711

A

1000－7229(2014)01－0062－06

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.01.012［HT］

2013-07-11

2013-08-11

王晓蔚(1970)，女，博士，高工，主要从事电力系统仿真分析计算工作，E-mail:wxwhwp@163.com;

胡文平(1968)，男，博士，高工，主要从事系统运行、系统分析计算工作;

马斌(1984)，男，工程师，主要从事电力系统自动化工作;

梁宾(1986)，男，工程师，主要从事配网自动化工作。