潘 星，王 政，王 濤

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014；2.浙江省電力公司，杭州 310007；3.湖州電力局，浙江 湖州 313000）

0 引言

電網(wǎng)電能損耗（簡(jiǎn)稱(chēng)線損）是國(guó)家考核電力部門(mén)的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也是表征電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)水平、生產(chǎn)水平和經(jīng)營(yíng)管理水平的一項(xiàng)綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。電網(wǎng)在輸送電能時(shí)產(chǎn)生的電能損耗直接影響電力的使用效率和經(jīng)濟(jì)效益，隨著電力體制改革的日益深化，降低線損越發(fā)顯現(xiàn)其重要性。我國(guó)在線損管理分析方面起步較早，取得了許多成果，本著“技術(shù)線損最優(yōu)化、管理線損最小化”的降損理念，線損專(zhuān)業(yè)管理由粗放型轉(zhuǎn)向科學(xué)、規(guī)范的良性循環(huán)。利用理論線損計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)實(shí)際降損節(jié)能工作，成為降低供電成本、提高供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要技術(shù)手段。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和新技術(shù)新設(shè)備應(yīng)用層出不窮，線損理論計(jì)算分析已滯后于電力行業(yè)的發(fā)展，影響了企業(yè)經(jīng)濟(jì)的決策[1-2]。

浙江省電力公司線損理論計(jì)算工作始于2004年，采用單機(jī)模式，大量工作如圖紙更新、數(shù)據(jù)錄入等均集中在線損專(zhuān)責(zé)身上，存在大量重復(fù)改圖和數(shù)據(jù)錄入工作，降損分析的效率大大降低。由于這套獨(dú)立的、靜態(tài)的線損理論計(jì)算分析系統(tǒng)計(jì)算、分析的覆蓋面低，計(jì)算結(jié)果不能有效指導(dǎo)電網(wǎng)實(shí)際降損工作。為了提高電網(wǎng)線損理論計(jì)算的準(zhǔn)確度和減輕線損管理工作人員的工作量，有必要開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)化線損理論計(jì)算與分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信息系統(tǒng)中有（無(wú)）功功率、電壓、電流等實(shí)時(shí)信息的自動(dòng)采集，經(jīng)過(guò)潮流計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析等步驟，自動(dòng)完成電網(wǎng)各電壓等級(jí)、元件的線損理論計(jì)算與分析。新開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)將原有人工數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、匯總的工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)采集和計(jì)算，對(duì)電網(wǎng)線損構(gòu)成的分析由單一計(jì)算、靜態(tài)分析轉(zhuǎn)變?yōu)殡S負(fù)荷、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式等變化的跟蹤計(jì)算、動(dòng)態(tài)分析，全面提高當(dāng)前電網(wǎng)線損計(jì)算分析和指導(dǎo)實(shí)際工作的水平[3]。

1 線損理論計(jì)算的數(shù)據(jù)來(lái)源

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在體系構(gòu)架設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)[4]。PI系統(tǒng)特有的先進(jìn)儲(chǔ)存算法，保證了所提取的數(shù)據(jù)能反映實(shí)際過(guò)程中的準(zhǔn)確值；PI系統(tǒng)獨(dú)特的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)，保證了系統(tǒng)可在幾十秒內(nèi)完成訪問(wèn)1周或10年前的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)相比，PI系統(tǒng)具有更為完備的安全體系架構(gòu)，且具有豐富的平臺(tái)支持環(huán)境、應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具，能在不影響數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度的情況下極大地節(jié)省硬盤(pán)空間，且具有靈活的擴(kuò)展性[5]。鑒于PI數(shù)據(jù)庫(kù)所具有的以上技術(shù)特點(diǎn)，采用PI系統(tǒng)作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是明智的選擇。

浙江省電力公司實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PI系統(tǒng)）自建成以來(lái)，陸續(xù)接入了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)、電能量自動(dòng)采集系統(tǒng)、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)等大量實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)管控一體化打下了良好的信息化基礎(chǔ)。但是，PI數(shù)據(jù)庫(kù)提供的只是一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)，必須通過(guò)深入的基于該平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)，才能最大限度地將其提供的數(shù)據(jù)利用起來(lái)。當(dāng)前，公司系統(tǒng)PI應(yīng)用主要服務(wù)于地區(qū)電力局，很少有全省統(tǒng)一開(kāi)發(fā)的PI應(yīng)用，尤其在技術(shù)線損分析方面尚無(wú)應(yīng)用實(shí)例。

目前開(kāi)展線損理論計(jì)算所需數(shù)據(jù)包括：

（1）35kV～220kV變電站主變壓器各側(cè)及各路進(jìn)出線全天的正點(diǎn)電流、有功功率、無(wú)功功率及全天累計(jì)有功電量、無(wú)功電量，各側(cè)母線全天正點(diǎn)電壓。

（2）35kV～110kV直供大用戶(hù)專(zhuān)用變壓器高壓側(cè)全天的正點(diǎn)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率和全天累計(jì)有功電量、無(wú)功電量。

（3）0.4kV典型低壓臺(tái)區(qū)全天有功電量、無(wú)功電量、電壓及24 h每個(gè)正點(diǎn)A，B，C，N各相電流。

PI數(shù)據(jù)庫(kù)與SCADA系統(tǒng)、能量管理（EMS）系統(tǒng)、電能量自動(dòng)采集系統(tǒng)等已建立了數(shù)據(jù)接口，將負(fù)荷控制系統(tǒng)、集抄系統(tǒng)以及用電營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)等相關(guān)數(shù)據(jù)接入后，其數(shù)據(jù)已基本滿足線損理論計(jì)算工作的需要。

2 系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)化線損理論計(jì)算分析系統(tǒng)的主要目的是通過(guò)對(duì)電網(wǎng)損耗的有效分析，合理評(píng)估電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，降低電網(wǎng)電能損耗，提高電網(wǎng)設(shè)備輸電能力。系統(tǒng)的主要任務(wù)是建立數(shù)學(xué)模型，并基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)資源，安全、可靠、方便地完成全網(wǎng)負(fù)荷實(shí)測(cè)、線損理論計(jì)算和分析等工作，實(shí)現(xiàn)線損計(jì)算數(shù)據(jù)的集中管理和分布式維護(hù)。

為了最大限度地利用當(dāng)前供電企業(yè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)已有的軟硬件資源，減少經(jīng)費(fèi)投入，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)時(shí)可選擇這樣的運(yùn)行環(huán)境：后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為ORACLE，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為支持TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)，前端客戶(hù)機(jī)操作系統(tǒng)為Windows 98/2000/XP。系統(tǒng)完全搭建在企業(yè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)有的運(yùn)行環(huán)境之中，最大限度減少開(kāi)發(fā)成本和經(jīng)費(fèi)投入。采用3層結(jié)構(gòu)，由數(shù)據(jù)層、計(jì)算層和表現(xiàn)層構(gòu)成，與現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)系如圖1所示。系統(tǒng)從已有的信息系統(tǒng)中獲取設(shè)備參數(shù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以C/S結(jié)構(gòu)離線計(jì)算，以Web方式展示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)層主要依靠PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，表現(xiàn)層可與其它信息系統(tǒng)展示平臺(tái)整合，主要開(kāi)發(fā)內(nèi)容落實(shí)在計(jì)算層以及計(jì)算層與數(shù)據(jù)層和表現(xiàn)層的相關(guān)接口。系統(tǒng)功能最終實(shí)現(xiàn)6個(gè)方面內(nèi)容：圖形繪制電網(wǎng)模型、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及潮流計(jì)算方法選擇、PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)接口、離線線損計(jì)算分析、計(jì)算結(jié)果打印及圖表展示以及計(jì)算結(jié)果Web展示接口，各功能邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)模塊邏輯關(guān)系圖

系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）實(shí)現(xiàn)線損計(jì)算一體化。分布式部署、集中化維護(hù)，充分利用PI數(shù)據(jù)庫(kù)公共資源和超大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，整合各相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并加以集中應(yīng)用，通過(guò)客戶(hù)端多機(jī)協(xié)同工作，滿足本系統(tǒng)以及各級(jí)部門(mén)開(kāi)展線損理論計(jì)算的需要，同時(shí)降低人工數(shù)據(jù)處理的工作量。

（2）形成比較完整的功能體系。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接口導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)電壓等級(jí)理論線損計(jì)算，實(shí)現(xiàn)全Web計(jì)算結(jié)果展示，將線損計(jì)算與線損分析相結(jié)合，生成標(biāo)準(zhǔn)的線損決策報(bào)告，提供降損解決方案。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化管理，縮短線損計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析時(shí)間，形成即時(shí)計(jì)算、即時(shí)分析的工作方式。系統(tǒng)模型、算法、元件設(shè)計(jì)和界面展示等各部分相對(duì)獨(dú)立，易于功能的擴(kuò)展。

（3）形成比較完善的計(jì)算數(shù)據(jù)管理體系。系統(tǒng)以數(shù)據(jù)為中心，利用全省統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，并依靠PI數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，保證各單位有一套最新、最有效的數(shù)據(jù)，不受人員變動(dòng)和崗位更換的影響。同一個(gè)數(shù)據(jù)只需在一個(gè)源頭進(jìn)行維護(hù)，避免重復(fù)工作。系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程簡(jiǎn)單，工作人員能更有效地進(jìn)行損耗分析和制定技術(shù)降損方案。有效積累理論線損的科學(xué)數(shù)據(jù)，促進(jìn)公司系統(tǒng)全面及時(shí)掌握電網(wǎng)及設(shè)備運(yùn)行負(fù)載狀況，使線損計(jì)算數(shù)據(jù)能更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

（4）實(shí)現(xiàn)更智能的線損分析功能。從線損比對(duì)分析、趨勢(shì)分析和線損敏感因子分析等方面提升線損分析水平，自動(dòng)完成理論線損值與統(tǒng)計(jì)值對(duì)比分析以及電網(wǎng)運(yùn)行方式變化前后線損理論值的差異分析，通過(guò)對(duì)統(tǒng)計(jì)線損值和理論線損值的同比、環(huán)比分析，預(yù)測(cè)線損的變化趨勢(shì)。通過(guò)改變線損計(jì)算邊界條件跟蹤計(jì)算，進(jìn)行線損敏感因子判斷與分析，自動(dòng)找出降損節(jié)能關(guān)鍵點(diǎn)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

浙江電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化線損理論計(jì)算分析系統(tǒng)于2010年初步建成，實(shí)現(xiàn)了圖形化建模、批量導(dǎo)入設(shè)備參數(shù)、自動(dòng)獲取運(yùn)行數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果圖形展示、計(jì)算分析和報(bào)告生成等幾大功能。

3.1 功能介紹

（1）采用圖模轉(zhuǎn)換技術(shù)，電網(wǎng)一次接線圖建模采用圖形化顯示和編輯，界面友好，操作簡(jiǎn)便。設(shè)備參數(shù)能批量導(dǎo)入和修改，可以直接通過(guò)電網(wǎng)設(shè)備元件模型進(jìn)行編輯。圖形化電網(wǎng)建模如圖3所示。

（2）開(kāi)發(fā)完成與PI數(shù)據(jù)庫(kù)交互接口，同時(shí)留有PMS系統(tǒng)中設(shè)備參數(shù)文件導(dǎo)入通道，能從已有的信息系統(tǒng)中獲取設(shè)備參數(shù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，大大減少技術(shù)人員進(jìn)行線損理論計(jì)算的工作量。

圖3 電網(wǎng)建模圖

（3）完成計(jì)算后能進(jìn)行計(jì)算結(jié)果圖表展示分析。計(jì)算結(jié)果分客戶(hù)端和Web兩個(gè)層面進(jìn)行展示，增加了理論線損查看和分析手段，提高線損分析能力。

客戶(hù)端可以進(jìn)行線損統(tǒng)計(jì)結(jié)果曲線圖、柱狀圖、趨勢(shì)圖的繪制。計(jì)算數(shù)據(jù)分電壓等級(jí)、分元件、分區(qū)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶(hù)可根據(jù)不同的查詢(xún)條件查找相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)報(bào)表、圖形、Excel方式展示，如圖4所示。

圖4 計(jì)算結(jié)果客戶(hù)端顯示

Web頁(yè)面展示可實(shí)現(xiàn)計(jì)算數(shù)據(jù)與GIS系統(tǒng)結(jié)合，直接顯示變電站和線路某時(shí)刻的理論損耗值和損耗率，并對(duì)每日異常數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警和告警，計(jì)算結(jié)果斷面展示如圖5所示。

單獨(dú)選擇某個(gè)電氣設(shè)備可查看指定時(shí)段內(nèi)線損理論值趨勢(shì)。變壓器損耗、導(dǎo)線損耗、線損率曲線等亦可按地區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并輸出計(jì)算結(jié)果。

3.2 主要技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

（1）PI數(shù)據(jù)庫(kù)交互接口開(kāi)發(fā)。為保證接口交互數(shù)據(jù)的完整性和通信有效性，綜合考慮當(dāng)前的設(shè)備資源條件和計(jì)算所需數(shù)據(jù)時(shí)間要求，確定采用文件傳送的方式，并在數(shù)據(jù)寫(xiě)入前后添加文件模版檢查、數(shù)據(jù)檢測(cè)、傳輸通道偵聽(tīng)等監(jiān)視功能，保證數(shù)據(jù)傳送效率。獲取運(yùn)行數(shù)據(jù)后還可在客戶(hù)端進(jìn)行人工檢查和修正，避免因數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)、測(cè)點(diǎn)丟失等問(wèn)題導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤。

圖5 計(jì)算結(jié)果斷面展示

（2）建模與計(jì)算。系統(tǒng)的模型、算法、元件設(shè)計(jì)和界面展示等各部分相對(duì)獨(dú)立，易于功能擴(kuò)展。提供多種適應(yīng)不同條件（不同地區(qū)、不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)）的電能損耗計(jì)算和降損分析算法，建立算法庫(kù)，根據(jù)需要選擇不同的算法進(jìn)行計(jì)算和分析。

（3）計(jì)算結(jié)果展示分析。為便于理論線損查看和分析，提高線損分析能力，采取圖形化方式展示計(jì)算結(jié)果，直觀了解區(qū)域電網(wǎng)線損情況；通過(guò)顏色變化告警變壓器重載或輕載，結(jié)合地理信息進(jìn)行線損分析判斷；分區(qū)域匯總線損值，提高常規(guī)工作效率；實(shí)現(xiàn)線路、變壓器損耗趨勢(shì)查詢(xún)，快速、全面了解重?fù)p設(shè)備損耗歷史，為線損分析和技術(shù)降損提供數(shù)據(jù)支撐和理論指導(dǎo)。

4 結(jié)論與展望

目前我國(guó)正在積極建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，加強(qiáng)節(jié)能降耗已成為國(guó)家政策的重要內(nèi)容?？刂凭€損、降低線損、提倡電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)方式運(yùn)行成為電力企業(yè)現(xiàn)代化管理的核心內(nèi)容，也是電力企業(yè)生存和發(fā)展的必要條件。因此按照線損管理和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求，提高電網(wǎng)線損計(jì)算和分析研究的及時(shí)性和準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)線損理論計(jì)算分析全過(guò)程計(jì)算信息化智能管理，使理論計(jì)算結(jié)果能更準(zhǔn)確地指導(dǎo)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等工作已迫在眉睫。

網(wǎng)絡(luò)化理論線損計(jì)算分析系統(tǒng)充分利用PI數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線損理論計(jì)算應(yīng)用，最大化地利用現(xiàn)有設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)資源，提高線損管理水平。該系統(tǒng)有效地積累科學(xué)數(shù)據(jù)，促進(jìn)各供電企業(yè)全面掌握電網(wǎng)及設(shè)備運(yùn)行負(fù)載狀況，了解電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)和線損的構(gòu)成，指導(dǎo)電網(wǎng)建設(shè)與改造工作，提高線損專(zhuān)責(zé)人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，并為編制電網(wǎng)降損節(jié)能規(guī)劃、制定有針對(duì)性的降損措施等工作提供量化指標(biāo)和技術(shù)依據(jù)。

由于目前不具備條件采集大量分散的380 V低壓臺(tái)區(qū)實(shí)時(shí)信息，因而尚未實(shí)現(xiàn)該電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算，因此需進(jìn)一步研究改進(jìn)以便最終實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的線損理論計(jì)算分析與匯總，并通過(guò)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，向線損智能化理論計(jì)算分析管理系統(tǒng)發(fā)展，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)技術(shù)降損及效益分析功能，提出技術(shù)降損措施并分析其降損效果，實(shí)現(xiàn)投資回收效益分析。

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