葛曉濱， 章義剛， 李鋒剛， 許 劍

（1.安徽大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥230039；2.安徽財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院 雪巖貿(mào)易學(xué)院，安徽 合肥230601；3.合肥學(xué)院，安徽 合肥230088；4.合肥工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)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

在輸送和分配（變壓）電能過程中，電網(wǎng)中各個(gè)元件所產(chǎn)生的功率損失和電能損失以及其它損失，統(tǒng)稱為線路損失，簡稱線損。線損管理是智能電網(wǎng)系統(tǒng)中具有挑戰(zhàn)性的難題。業(yè)內(nèi)也有相關(guān)研究，如文獻(xiàn)［1］和［2］提出了合理的降損方案。文獻(xiàn)［3］中提出了低壓線損數(shù)據(jù)質(zhì)量是低壓電網(wǎng)線損管理的重點(diǎn)與難點(diǎn)的觀點(diǎn)。文獻(xiàn)［4］從技術(shù)和管理層面分析了配電網(wǎng)線損在電力系統(tǒng)的重要性，從線損數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、維度選擇等方面分析了配電網(wǎng)線損數(shù)據(jù)倉庫的建立過程。文獻(xiàn)［5］－［8］探討了線損管理相關(guān)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

雖然業(yè)內(nèi)對智能電網(wǎng)的線損管理從不同的應(yīng)用角度進(jìn)行了相關(guān)的研究，但是缺乏在國家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上的面向線損管理主題的一體化的解決方案。

本系統(tǒng)旨在基于IEC61968、IEC61970電力公共信息標(biāo)準(zhǔn)，研究采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)從線路到變電所主變，乃至各個(gè)電壓等級(jí)以及整個(gè)電網(wǎng)的電能平衡，通過軟件能動(dòng)態(tài)、及時(shí)地展示智能電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電量情況，通過集成線損基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立線損相關(guān)的能量節(jié)點(diǎn)的能量和線損數(shù)據(jù)主題，整合線損應(yīng)用功能，將電能量采集系統(tǒng)、配變監(jiān)測系統(tǒng)、負(fù)荷控制系統(tǒng)、居民集中抄表、營銷MIS等采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合到管理信息區(qū)域，實(shí)現(xiàn)電能量數(shù)據(jù)的綜合管理，通過數(shù)據(jù)的有效整合，建立了企業(yè)線損數(shù)據(jù)的唯一視圖，在此基礎(chǔ)上搭建一個(gè)可擴(kuò)展的、穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)線損應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)，并在這個(gè)架構(gòu)基礎(chǔ)上建設(shè)成一體化的綜合線損管理控制系統(tǒng)。

智能電網(wǎng)線損計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)為供電企業(yè)管理者能夠動(dòng)態(tài)、及時(shí)了解和掌握企業(yè)線損情況提供管理幫助，并為電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)改造及無功設(shè)備配置等重大決策提供參考依據(jù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線是在電力公共信息標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)一的供售電節(jié)點(diǎn)設(shè)備臺(tái)帳及其拓?fù)潢P(guān)系信息，整合集成分散在各異構(gòu)系統(tǒng)中的設(shè)備信息，實(shí)施包括接入、對應(yīng)、規(guī)范及數(shù)據(jù)修正等功能，通過自動(dòng)化過程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入與即時(shí)同步，并整合供電、用電側(cè)各級(jí)電能計(jì)量近實(shí)時(shí)采集信息，采用統(tǒng)一接入生產(chǎn)控制區(qū)和管理信息區(qū)的多個(gè)采集系統(tǒng)的電能計(jì)量近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一體化的線損管理控制。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)體現(xiàn)功能性與靈活性的結(jié)合，建立統(tǒng)一的計(jì)算規(guī)則，實(shí)現(xiàn)靈活動(dòng)態(tài)的公式配置，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)計(jì)口徑等。在此基礎(chǔ)上實(shí)施全面的線損計(jì)算與電量結(jié)構(gòu)分析，實(shí)現(xiàn)主配網(wǎng)線損管理功能、線損計(jì)劃與考核功能、報(bào)表功能、逐級(jí)分解的線損電量結(jié)構(gòu)分析功能等，最終分析采集系統(tǒng)采集單元的電量狀況和用戶抄表電量狀況，實(shí)現(xiàn)按任意時(shí)間段的近實(shí)時(shí)線損計(jì)算與電量分析。

2.1 系統(tǒng)硬件及體系設(shè)計(jì)

在三層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)路線的前提下，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)主要發(fā)布在電力內(nèi)網(wǎng)管理區(qū)，并訪問多個(gè)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。系統(tǒng)和其它應(yīng)用系統(tǒng)的互聯(lián)采用防火墻進(jìn)行安全隔離，系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間采用加密方式傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用熱備模式，能滿足系統(tǒng)在運(yùn)行、負(fù)載及數(shù)據(jù)存取等方面的性能要求。

2.2 系統(tǒng)軟件邏輯功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件邏輯上可以劃分為兩大部分組成：數(shù)據(jù)集成、線損綜合分析。

數(shù)據(jù)集成主要功能是通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入服務(wù)將能量節(jié)點(diǎn)的電量指數(shù)數(shù)據(jù)從變電站電能量采集系統(tǒng)、配網(wǎng)自動(dòng)化管理系統(tǒng)、負(fù)荷控制系統(tǒng)、低壓集抄系統(tǒng)采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，通過ETL抽取服務(wù)將變電站電能量采集系統(tǒng)、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、負(fù)荷控制系統(tǒng)、低壓集抄系統(tǒng)、營銷MIS系統(tǒng)的臺(tái)帳以及輕量匯總電量數(shù)據(jù)同步到綜合數(shù)據(jù)庫中。

線損綜合分析主要實(shí)現(xiàn)分析能量節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)電量指數(shù)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)各節(jié)點(diǎn)計(jì)算電量，實(shí)現(xiàn)分層（主配網(wǎng)）、分壓、分線、分臺(tái)的綜合線損分析。

2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件體系采用B／S結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)邏輯可以保持同步特性，同時(shí)設(shè)計(jì)上考慮了移動(dòng)性，使系統(tǒng)基本不受客戶端及操作系統(tǒng)的限制，可以通過局域網(wǎng)／廣域網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

軟件體系設(shè)計(jì)上，線損管理控制系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：

（1）容易修改某個(gè)層次而不需要改變其它層次，方便業(yè)務(wù)變更和后期延續(xù)及擴(kuò)展。

（2）多個(gè)層次的分布或載入，可以擴(kuò)大應(yīng)用程序處理大量的用戶負(fù)載和／或數(shù)據(jù)的能力。

（3）用戶端只能通過邏輯層來訪問數(shù)據(jù)層減少了入口點(diǎn)幫助系統(tǒng)屏蔽可能的危險(xiǎn)入口，提高了系統(tǒng)安全性。

3 軟件關(guān)鍵功能的開發(fā)技術(shù)分析

系統(tǒng)開發(fā)基于瀑布模型，采用MVC模式，將系統(tǒng)開發(fā)分解為業(yè)務(wù)模型開發(fā)、Web界面開發(fā)、及后臺(tái)線損計(jì)算與統(tǒng)計(jì)開發(fā)三部分。業(yè)務(wù)模型開發(fā)是線損基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析邏輯獨(dú)立于外在顯示內(nèi)容和形式情況下的內(nèi)在抽象，封裝了線損問題的核心數(shù)據(jù)、邏輯和功能的計(jì)算關(guān)系，它獨(dú)立于具體的界面表達(dá)和I／O操作。Web界面把表示線損基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、由計(jì)算服務(wù)計(jì)算結(jié)果及狀態(tài)的信息以特定形式展示給用戶，系統(tǒng)依托綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)中的主數(shù)據(jù)管理、采集系統(tǒng)電量指數(shù)、能量節(jié)點(diǎn)的電量主題域和線損主題域，進(jìn)行全方位的電量分析、主網(wǎng)損耗分析、配網(wǎng)損耗分析。它從計(jì)算服務(wù)和業(yè)務(wù)模型獲得顯示信息，對于相同的信息可以有多個(gè)不同的顯示形式或視圖。后臺(tái)線損計(jì)算與統(tǒng)計(jì)開發(fā)是處理在線損數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上跟蹤不同的統(tǒng)計(jì)規(guī)則從多維度視角對線損模型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到帶有不同業(yè)務(wù)含義的線損結(jié)果數(shù)據(jù)并提交給Web頁面進(jìn)行展示。

在系統(tǒng)開發(fā)上有線損數(shù)據(jù)采集、高密度電量數(shù)據(jù)計(jì)算與存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)能量與線損計(jì)算、主網(wǎng)線損計(jì)算等實(shí)施關(guān)鍵點(diǎn)。

3.1 線損數(shù)據(jù)采集

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入設(shè)計(jì)將配網(wǎng)自動(dòng)化、負(fù)荷控制、電量采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)電量指數(shù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)從采集系統(tǒng)提供的鏡像庫（關(guān)系庫）中將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入實(shí)時(shí)庫，并進(jìn)入分析系統(tǒng)。

3.2 高密度電量數(shù)據(jù)計(jì)算與存儲(chǔ)

我們以基于實(shí)時(shí)指數(shù)計(jì)算小時(shí)電量流程為例分析高密度電量的計(jì)算與存儲(chǔ)以及能量節(jié)點(diǎn)小時(shí)電量的過程，在不考慮換表流程、旁路等條件下，其流程如圖2和圖3所示：

圖2 計(jì)算計(jì)量裝置小時(shí)電量

圖3 計(jì)算能量節(jié)點(diǎn)小時(shí)電量

3.3 動(dòng)態(tài)能量與線損計(jì)算

采用低密度的匯總數(shù)據(jù)，如計(jì)量裝置日電量等，考慮換表、換CT、換PT、旁路等流程，將計(jì)量裝置日匯總電量作為靜態(tài)穩(wěn)定的匯總量，并通過該匯總量動(dòng)態(tài)計(jì)算出能量節(jié)點(diǎn)的日、月電量和線損等。如圖4所示。

圖4 計(jì)算計(jì)量裝置和能量節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)電量

3.4 主網(wǎng)線損計(jì)算

在主網(wǎng)線損計(jì)算上，以某地區(qū)為例說明計(jì)算方法，首先進(jìn)行一級(jí)關(guān)口電量、分縣區(qū)躉售電量、市區(qū)10KV配網(wǎng)供電量、市區(qū)35KV及以上專線用戶電量、變電站所用變電量、變電站電容器電抗器電量、10KV母線平衡差電量等，進(jìn)行主網(wǎng)電量組成明細(xì)的分析，如圖5所示。

其中：主網(wǎng)線損計(jì)算模型：

圖5 主網(wǎng)電量組成明細(xì)的分析

其中K為電力節(jié)點(diǎn)，L為線損率、Fk為一級(jí)關(guān)口電量、Sk為二級(jí)關(guān)口電量，Pk為10KV配網(wǎng)供電量、Zk為35KV以上直供大用戶電量。

該數(shù)學(xué)模型中所包含的各個(gè)電量指標(biāo)，以一級(jí)關(guān)口電量Fk為例，其計(jì)算規(guī)則是：I級(jí)關(guān)口流入有功電量合計(jì)－I級(jí)關(guān)口流出有功電量合計(jì)。統(tǒng)計(jì)周期分為日和月，日以24點(diǎn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，部分缺失數(shù)據(jù)以20、22點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。月以24點(diǎn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，部分缺失數(shù)據(jù)以20、22點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。Fk數(shù)據(jù)來源是電能量采集系統(tǒng)。

電量明細(xì)分解信息包含時(shí)間信息、變電站信息、開關(guān)信息、流向、電壓等級(jí)、表計(jì)方向、初指數(shù)、末指數(shù)、腰電量、峰電量、谷電量、旁路換表電量、總電量、倍率等信息。電量明細(xì)分解模型應(yīng)用如表1所示。

表1 電量明細(xì)分解信息

主網(wǎng)的供電量、主網(wǎng)售電量進(jìn)行損耗電量和損耗率的情況，在軟件中通過多維動(dòng)態(tài)的展示技術(shù)呈現(xiàn)主網(wǎng)的線損情況，如圖6所示。

圖6 主網(wǎng)的線損情況

在線損統(tǒng)計(jì)上，主要控制內(nèi)容是：

（1）綜合線損、主網(wǎng)線損、配網(wǎng)線損、主網(wǎng)分壓線損、配網(wǎng)分壓線損、主網(wǎng)分線統(tǒng)計(jì)、配網(wǎng)分線統(tǒng)計(jì)、主網(wǎng)分臺(tái)統(tǒng)計(jì)、配網(wǎng)分臺(tái)統(tǒng)計(jì)、管理區(qū)域損耗分析。

（2）采用系統(tǒng)內(nèi)制定的不同電壓等級(jí)公式，進(jìn)行線損計(jì)算。

（3）采用預(yù)置的分線公式，進(jìn)行線損數(shù)據(jù)分析；每條線路損耗的分析，包括供、售電、線損率，用戶電量采集情況分析。

線損分析主要內(nèi)容：

（1）線損方案對比分析、考核電量對比分析、主網(wǎng)異常分析、配網(wǎng)異常分析、采集率統(tǒng)計(jì)、抄表情況統(tǒng)計(jì)、抄表例日統(tǒng)計(jì)、線損統(tǒng)計(jì)報(bào)告。

（2）以不同形式進(jìn)行線損指標(biāo)值表現(xiàn)和對比分析。

（3）對開關(guān)無類型、無電壓等級(jí)、無線路屬性、無關(guān)口屬性、無所屬變電站等主網(wǎng)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行表現(xiàn)。

（4）對電能表無所屬開關(guān)、無資產(chǎn)號(hào)、無倍率配網(wǎng)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行表現(xiàn)。

（5）以日、月等周期，對開關(guān)、配變、高壓用戶進(jìn)行采集總數(shù)、自動(dòng)采集數(shù)、手工錄入數(shù)、缺失數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

系統(tǒng)功能開發(fā)形成軟件主界面如圖7所示。

圖7 線損統(tǒng)計(jì)與分析界面

4 結(jié)束語

通過智能電網(wǎng)的線損計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)全面、動(dòng)態(tài)地計(jì)算、分析電力企業(yè)各類電量和線損信息，并建立電力企業(yè)全范圍開放、透明的一體化線損管理環(huán)境，能較好地提升線損數(shù)據(jù)計(jì)算和分析的實(shí)時(shí)化能力，適應(yīng)智能電網(wǎng)線損管理精細(xì)化要求，系統(tǒng)已經(jīng)在安徽地區(qū)應(yīng)用，成效明顯。

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