一种基于地方小水电配网线路转供电智能辅助决策软件设计与实现

刘同斌 何泉 陈晓湖 李谭龙

【关键词】小水电;负荷曲线;方式安排;配网调度

（一）现状

现许多小水电主要以径流式为主，不具备大型蓄水调控能力，对天气依赖度高，难以预测。小水电较为分散，水电资源主要分布在山区，远离供电核心区域，不利于小水电就地消纳。小水电技术落后，大部分小水电投产时间早，后期投入小，造成小水电发展停滞不前。地方小水电现时基本处于有水就发，电网全部接收的状态，综合利用率不高，地方小水电管理还处在较低水平。现在迫切需要对小水电发电能力进行梳理，对有调节能力的小水电进行发电安排，让调度运行、方式安排、供电所运维提供依据，更好地为配网服务。

（二）總体目标

1、实现小水电数据的获取

收集原始数据，通过接口方式实时获取计量系统配变数据、配网线路模型结构形成庞大的数据群组。配网主站将为每个小水电站采集或计算如下数据：有功出力（kw）、无功功率（kVar）、电压（kV）、电流（A）、功率因素、上网电量（kWh）、用网电量（kWh）等。

2、实现配网线路实际负荷的曲线展示

配网线路在配网主站系统展示的负荷曲线的数据来源是通过站内开关采集上送配网主站，而涉及小水电站的站内开关负荷未能加入小水电发电量，导致实际负荷值大于配网主站显示的负荷值。因此通过对电的遥测数据进行线路小水电站历史数据分析，与小水电负荷曲线的叠加，可以实现配网线路实际负荷的曲线展示。可选择“曲线类型”（日曲线、月曲线、年曲线）、任意时间范围、单个水电负荷曲线显示、多个水电负荷曲线显示、全量水电负荷曲线显示查询小水电线路的实际负荷曲线。

3、实现转供电负荷的曲线的模拟

根据站内开关历史负荷曲线，以小水电发电能力预测功能为基础。形成小水电多种发电曲线图元。通过历史曲线，形成配网线路负荷预测曲线，并且可根据转供前两条线路的历史曲线，形成转供后配网线路的曲线，同时可通过人工手动调整曲线。同时根据配网线路的紧急上限值，自动生成配网线路负荷上限曲线。

4、提供小水电顶峰发电预安排报告

基于以上曲线和小水电发电时间安排，根据模拟转供电负荷曲线，自动生成配网线路转供电小水电顶峰发电安排报告，可以实现地方小水电合理安排，提高配电网可靠性。

软件采用前后端分离的模式进行搭建，前端为静态页面展示与动态脚本语言对后端服务进行请求，并展示于界面，后端则为无状态服务向前端提供RPC远程调用的服务。前端使用Vue渐进式框架对用户界面进行搭建，Vue结合JavaScript动态脚本语言，对页面数据、事件、组件等进行相应的业务监听与操作。后端服务主要采用Java语言进行代码编写与封装，后台项目通过SSM（Sp ring+Sp ringMVC+Mybatis）的整合，对业务模块以“微服务”的架构进行封装。前后端的通讯采用的是HTTPS协议，在HTTP协议上加上TLS/SSL协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，从而保证数据的安全性。数据库采用了轻量级关系型数据库Mysql，Nginx则是一个高性能的HTTP和反向代理web服务器，同时也提供了IMAP/POP3/SMTP服务。整个系统软件架构从上至下，细分为五层，分别是：客户端展示层、代理层、注册/配置中心、服务层、持久层。

（一）数据流设计

小水电数据流主要有静态台账数据和动态实时采集数据。前者来自于配网主站系统的数据台账，后者则来自计量自动化系统。静态数据的动态采集首先从计量系统中定时导出断面文件，导出频率为一天一个，然后通过本软件自定义的sfcp服务进行获取，获取过程中把文件同步至本软件服务器指定路径中，通过配置自定义定时脚本对文件进行解析并入库。实时数据则通过微服务封装的RPC远程调阅客户端进行实时获取。从静态数据服务至动态数据服务，均通过日志输出服务进行流式分析出力，实时监控本软件数据流所有步骤。

（二）小水电监视界面展示

基于配网主站三区系统的CIM模型库，抽取“区域一供电昕一变电站一馈线——小水电配变”五级信息。建立树形结构。为树形结构中的各节点建立复合索引（中文全字、拼音全拼、拼音首字母等）。提供索引检索功能，通过检索功能快速定位节点并打开其信息页面，实现小水电动态数据和静态数据的展示。

（三）小水电历史曲线查询

通过对前端调用与后端处理逻辑进行解耦，一方面通过JVM缓存已处理好的、具有统一规范的小水电曲线数据，另一方面通过页面点击触发的曲线数据查询服务，从内存将数据读取，实现小水电站的历史数据进行分析，并通过曲线进行展示。

（四）配网线路实际负荷查询

通过条件设置面板进行控制显示馈线的原始负荷曲线，选择所属馈线的小水电曲线进行计算，实现配网线路实际负荷的曲线展示。可选择“曲线类型”（日曲线、月曲线、年曲线）、任意时间范围、单个水电负荷曲线显示、多个水电负荷曲线显示、全量水电负荷曲线显示查询小水电线路的实际负荷曲线。

（五）小水电线路负荷预测分析

通过自定义配置的预测算法功能，可动态编辑预测算法。在界面中通过选择过去的历史日期，运用数学运算符进行公式配置与保存，后台服务将动态感应配置的预测算法进行计算，实现小水电线路负荷预测，并通过曲线的方式展示。

（六）转供电负荷的曲线的模拟

通过预测曲线数据与历史曲线数据进行比对。预测曲线数据在历史曲线数据之上为供电正常区间，当预测曲线数据在历史曲线数据之下，则为供电不足，需要人工对供电不足区间选择性投入小水电，降低线路负荷压力，使得预测曲线所有数值在历史曲线之上，保证居民用电。通过转供电负荷曲线模拟，调度可以实现地方小水电合理安排，提高配电网可靠性。

（七）小水电顶峰发电预安排报告导出

根据转供电负荷的曲线的模拟，基于小水电的发电安排，通过使用Vue报表模板定制组件，在界面上自定义小水电预安排报告模板，自动生成配网线路转供电小水电顶峰发电安排报告，减轻方式、调度工作，提高工作效率。

本软件设计通过对小水电发电能力进行梳理。将小水电数据集成管理起来，建立起小水电数据实时监控，并提供馈线负荷叠加分析，显示馈线的实际负荷曲线。同时结合负荷预测曲线计算，形成配网线路转供电模拟负荷曲线，对有调节能力的小水电进行安排，为调度运行、方式安排、供电所运维提供依据，可以有效减少转供线路压力，大大提高配电网可靠性，更好地为配网服务。