劉道新，胡航海，張文晉，陸 鑫，胡劍地

（1.國(guó)網(wǎng)電網(wǎng)公司 北京100031；2.國(guó)網(wǎng)信通億力科技有限責(zé)任公司 福建 福州350003）

配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉道新1，胡航海1，張文晉2，陸 鑫2，胡劍地2

（1.國(guó)網(wǎng)電網(wǎng)公司 北京100031；2.國(guó)網(wǎng)信通億力科技有限責(zé)任公司 福建 福州350003）

針對(duì)線損管理所面臨的功能單一、以統(tǒng)計(jì)為主、分析功能薄弱、管理模式存在較大差異性以及規(guī)范不統(tǒng)一等問(wèn)題。通過(guò)分析同期線損計(jì)算與管理需求的基礎(chǔ)上提出了相關(guān)的線損監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，詳述了系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的測(cè)試功能及流程，設(shè)計(jì)了該平臺(tái)的軟、硬件系統(tǒng)并分析了各組成模塊及其功能。以福州市某區(qū)供電線路作為為例，通過(guò)對(duì)該段線路包含的18個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的10kV配電線路網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用自研的配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算與在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)際電能損耗和實(shí)際線損率與監(jiān)測(cè)電能損耗和監(jiān)測(cè)線損率的相對(duì)誤差分別為0.597%和2.846%，計(jì)算結(jié)果與同期實(shí)測(cè)總線損相接近，證明了該系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。

配電網(wǎng)；同期線損；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；線損計(jì)算

隨著智能電表的推廣、用電信息系統(tǒng)的建設(shè)，使得數(shù)據(jù)的完整性和實(shí)時(shí)性較以前有了較大的提高，線損業(yè)務(wù)管理?xiàng)l件越來(lái)越完善。同時(shí)，各?。ㄊ校╇娏鞠群箝_(kāi)始計(jì)量關(guān)口改造，建立集抄系統(tǒng)，完成了部分線損綜合管理的功能，但多數(shù)存在功能單一，以統(tǒng)計(jì)為主，分析功能薄弱的問(wèn)題，且各單位管理模式存在較大差異性。由于各單位仍處于獨(dú)立摸索階段，導(dǎo)致規(guī)范不統(tǒng)一，束縛了線損管理模式的進(jìn)步[1]。另外，我國(guó)目前10 kV及以下配網(wǎng)的線損多以管理線損占主導(dǎo)，由管理因素造成的線損波動(dòng)的影響尤其突出，因此對(duì)電力企業(yè)而言，同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)具有較強(qiáng)的工程價(jià)值。

國(guó)內(nèi)各級(jí)電力公司及科研院所諸多學(xué)者在線損管理及計(jì)算等方面進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的研究成果[2-6]，如文獻(xiàn)[7]利用配電網(wǎng)各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率、電壓，提出了同期線損的理論計(jì)算方法，可精確地計(jì)算出某10 kV配電系統(tǒng)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間的線路損耗；文獻(xiàn)[8]介紹了基于實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)的10 kV配電網(wǎng)線損自動(dòng)化管理系統(tǒng)，并就其中的線損管理問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

為有效解決線損管理所面臨的各項(xiàng)問(wèn)題，文中在分析同期線損計(jì)算與管理需求的基礎(chǔ)上提出了相關(guān)的線損監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，詳述了系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的測(cè)試功能及流程。設(shè)計(jì)了該平臺(tái)的軟、硬件系統(tǒng)，最后進(jìn)行了工程測(cè)試應(yīng)用以驗(yàn)證該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確性。

1 線損分析與統(tǒng)計(jì)管理現(xiàn)狀

線損是電能從發(fā)電廠傳輸?shù)接脩舳诉^(guò)程中由于多方面原因造成的有功、無(wú)功電能或電壓損失。通常，可根據(jù)線損的原因?qū)⑴渚W(wǎng)損耗分為不變損耗和可變損耗兩大類。其中，不變損耗與負(fù)荷電流、電壓的變化無(wú)關(guān)；而可變損耗由電網(wǎng)中各輸配設(shè)備的電阻在通過(guò)電流時(shí)所產(chǎn)生的，隨電流的增大而增大，如電力線路、變壓器繞組中的損耗。另外，從線損性質(zhì)的角度則可分為技術(shù)線損和管理線損兩大類，技術(shù)線損可視為全網(wǎng)個(gè)元器件以及線路損耗的總和，管理線損則指因經(jīng)營(yíng)管理問(wèn)題而造成的電能損失，如偷漏電、抄表錯(cuò)誤等造成的線損[9]。

目前，對(duì)配網(wǎng)線損的管理存在以下現(xiàn)狀：

1）傳統(tǒng)抄表方式造成了供售電量發(fā)行的不同步，計(jì)量統(tǒng)計(jì)的不同期導(dǎo)致了月度線損率呈現(xiàn)“大月大、小月小”的波動(dòng)趨勢(shì)。

2）為滿足電量、線損及財(cái)務(wù)相關(guān)指標(biāo)的考核要求，人為“調(diào)控”電量，造成電量、線損統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)失真，對(duì)實(shí)際線損管理工作失去有效的指導(dǎo)意義。

3）線損指標(biāo)失真或人為“調(diào)控”結(jié)果難以真實(shí)反映線損工作中的管理真空地帶，無(wú)法有效促進(jìn)部門協(xié)作工作。

4）信息系統(tǒng)的集成度水平和管理水平不高造成數(shù)據(jù)的冗余和偏差。

5）由于缺乏統(tǒng)一的電量、線損統(tǒng)計(jì)與管理工具，基層人員需要從多個(gè)系統(tǒng)中抽取數(shù)據(jù)并人工核對(duì)、填報(bào)，手工計(jì)算工作量大、效率低。

6）電量及線損統(tǒng)計(jì)管理協(xié)同機(jī)制需進(jìn)一步完善。

2 配電網(wǎng)線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

為有效解決線損管理所面臨的各項(xiàng)問(wèn)題，應(yīng)盡快建立統(tǒng)一的管理模式、技術(shù)規(guī)范，以線損統(tǒng)計(jì)分析、同期計(jì)算、理論計(jì)算、優(yōu)化分析為核心功能，以關(guān)口屬性定義、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、負(fù)荷預(yù)測(cè)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以其他專業(yè)銜接技術(shù)、支持保障體系，最終實(shí)現(xiàn)精益化、實(shí)時(shí)化的線損管理與分析目標(biāo)[10-11]。

2.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線損量和線損原因的在線監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)在線管理模式，提供同期降損依據(jù)參考。按邏輯功能可劃分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層等4個(gè)層次，系統(tǒng)對(duì)外提供調(diào)用接口，供客戶端程序使用或與其它系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

其中，數(shù)據(jù)采集層主要由終端設(shè)備組成，主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)采集，之后分析數(shù)據(jù)的完整性，進(jìn)行初步篩選，剔除無(wú)效或錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，將有效數(shù)據(jù)存入中間數(shù)據(jù)庫(kù)，以備為線損計(jì)算和分析提供數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)采用定時(shí)模式，可實(shí)現(xiàn)定期自動(dòng)采集、定期自動(dòng)讀取用電營(yíng)銷數(shù)據(jù)等操作。同時(shí)，系統(tǒng)還提供相應(yīng)的電量補(bǔ)采功能及前期數(shù)據(jù)預(yù)處理方法以滿足數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性的需求。另外，該層還具有異常報(bào)警功能，可實(shí)現(xiàn)電流在線監(jiān)測(cè)、電壓在線監(jiān)測(cè)、諧波在線監(jiān)測(cè)、電表在線監(jiān)測(cè)，對(duì)出現(xiàn)的各種異常事件進(jìn)行捕捉，實(shí)現(xiàn)線損突變提示報(bào)警和管轄區(qū)所有配變的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

數(shù)據(jù)傳輸層是系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備與服務(wù)主站間的通信信道，用以實(shí)現(xiàn)彼此間的信息傳輸。該層采用GPRS公網(wǎng)和230M無(wú)線專網(wǎng)作為信道[12]。數(shù)據(jù)處理層可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，線損管理及統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能，主要用來(lái)對(duì)各采集參數(shù)、設(shè)備型號(hào)等資料進(jìn)行規(guī)范化管理，便于運(yùn)維人員查詢與維護(hù)。提供數(shù)據(jù)庫(kù)中電量及其它各類信息的查詢，管理及維護(hù)等功能。其線損管理功能可實(shí)現(xiàn)線損的理論計(jì)算與按月、季、年的統(tǒng)計(jì)分析。

此外，該系統(tǒng)對(duì)采集回的大量原始用電現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，可進(jìn)行有針對(duì)性分類整理，并可與營(yíng)銷管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)相連接，其所提供的數(shù)據(jù)支持可為電力企業(yè)的線損管理及電力營(yíng)銷策略提供有利的參考意義。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

為涵蓋上述功能并滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的測(cè)試要求，配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由后臺(tái)服務(wù)主站、通信模塊、存儲(chǔ)模塊以及現(xiàn)場(chǎng)用戶終端等組成。為滿足于多系統(tǒng)間的信息交互，該系統(tǒng)采用SOA （Service-Oriented Architecture）架構(gòu)設(shè)計(jì)[13]，通過(guò)ESB服務(wù)總線（ESB，Enerprise Service Bus）約定與外部系統(tǒng)信息交互規(guī)則。系統(tǒng)部署架構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)框圖

其中，后臺(tái)服務(wù)主站由Web服務(wù)器、多個(gè)后臺(tái)工作站、應(yīng)用服務(wù)器、前置設(shè)備等組成，完成數(shù)據(jù)分析和管理等相關(guān)任務(wù)，并作出相應(yīng)的判決。后臺(tái)服務(wù)主站采取分布式架構(gòu)，各個(gè)功能模塊之間相對(duì)獨(dú)立，但統(tǒng)一管理各數(shù)據(jù)庫(kù)資源。根據(jù)用戶的需求，可將模塊功能實(shí)現(xiàn)集合安裝在同一臺(tái)工作站內(nèi)，或分布在多個(gè)工作站上。

通訊模塊利用230M無(wú)線專網(wǎng)和GPRS公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)的計(jì)量模塊和和通信測(cè)試服務(wù)，完成對(duì)各層設(shè)備的單體或系統(tǒng)級(jí)聯(lián)調(diào)測(cè)試、上下行數(shù)據(jù)傳輸交換等任務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)用戶終端主要由各類現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端組成，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)功能。

配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工作過(guò)程中通過(guò)ESB總線將抄讀電能表數(shù)據(jù)、采集統(tǒng)計(jì)量等從終端發(fā)送給主站端線損計(jì)算采集系統(tǒng)[14]，待數(shù)據(jù)初步處理完成之后，將計(jì)算或查詢的結(jié)果信息回傳給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該架構(gòu)設(shè)計(jì)方案具有較強(qiáng)的兼容性和靈活性，可在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程實(shí)時(shí)地根據(jù)人為需要增減或更改服務(wù)模塊、服務(wù)內(nèi)容以及服務(wù)目標(biāo)，其更改過(guò)程不影響其他服務(wù)操作，便于系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)異構(gòu)的服務(wù)調(diào)用需求。

2.3 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方案

配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件采用Visual C++作為軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，其軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)

從圖2中可以看出，線損分析模塊主要可以分四部分，其中線損自動(dòng)計(jì)算與處理部分包括線損計(jì)算結(jié)果顯示、三相負(fù)荷不平衡分析、母線不平衡分析、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行結(jié)果分析、配變調(diào)串分析、線損綜合分析、線損率指標(biāo)月報(bào)、線損對(duì)比分析等，完成該系統(tǒng)對(duì)線損監(jiān)測(cè)的主要功能。為掌握配電網(wǎng)中各元件的損失情況，需根據(jù)配電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)及實(shí)際的負(fù)荷情況進(jìn)行理論線損計(jì)算工作，同時(shí)根據(jù)線路中各段、各節(jié)點(diǎn)的理論線損量，確定配電網(wǎng)中的薄弱線路或薄弱節(jié)點(diǎn)，以便在運(yùn)維過(guò)程中采取有效的降損技術(shù)措施進(jìn)行局部維護(hù)與監(jiān)管。該系統(tǒng)內(nèi)置的理論線損計(jì)算模塊包含3種計(jì)算方法，即電量法、電流法和潮流計(jì)算法，在計(jì)算時(shí)結(jié)合電力公司業(yè)務(wù)人員提供的各級(jí)配電網(wǎng)具體情況給出理論計(jì)算結(jié)果。

另外，為便于用戶快速高效在界面上查詢到線損分析的結(jié)果信息，該系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了一系列數(shù)據(jù)庫(kù)表對(duì)線損分析的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。用戶對(duì)指定條件下的線損進(jìn)行分析時(shí)，后臺(tái)直接查詢數(shù)據(jù)庫(kù)表中相應(yīng)記錄并展示，可有效縮短操作時(shí)間。該軟件的計(jì)算流程如圖3所示。

圖3 軟件計(jì)算流程框圖

3 工程示范應(yīng)用與線損管理建議

3.1 系統(tǒng)工程應(yīng)用

以福州市某區(qū)供電線路為例，該段線路復(fù)雜，線損率久高不降，該段線路為包含18個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的10 kV配電線路網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)際配電線路網(wǎng)絡(luò)繪制該段配電線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，并在圖中標(biāo)明了各級(jí)配變?nèi)萘亢透鞫尉€路長(zhǎng)度，如圖4所示。

圖4 配網(wǎng)電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

對(duì)該地區(qū)應(yīng)用自研的配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算與在線監(jiān)測(cè)，2015年10月同期監(jiān)視結(jié)果與實(shí)際線損測(cè)量結(jié)果對(duì)比情況列于表1，從中可看出采用該系統(tǒng)的內(nèi)部理論模型可有效計(jì)算配電線路理論總電能損耗和理論線損率，其計(jì)算結(jié)果與同期實(shí)測(cè)總線損相接近，證明了該系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。

3.2 線損管理發(fā)展建議

1）規(guī)范業(yè)務(wù)管理

重點(diǎn)梳理解決關(guān)口計(jì)量管理、檔案管理、降損管理等跨專業(yè)問(wèn)題，明確各專業(yè)銜接和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同，切實(shí)落實(shí)“三集五大”體系建設(shè)要求。

2）提升應(yīng)用水平

提高發(fā)展專業(yè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，營(yíng)銷專業(yè)用戶檔案、電量信息的一致性，運(yùn)檢專業(yè)設(shè)備檔案的真實(shí)性以及調(diào)度專業(yè)的統(tǒng)一性，促進(jìn)各專業(yè)系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)質(zhì)量，提升系統(tǒng)應(yīng)用水平。

3）促進(jìn)線損精益化管理

表1 配電線路損耗對(duì)比結(jié)果

實(shí)行同期統(tǒng)計(jì)，線損指標(biāo)及其波動(dòng)可以客觀反映單位節(jié)能降損和管控水平，月度線損率還原歸真，可敏感及時(shí)反映生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)問(wèn)題，引導(dǎo)各單位的工作精力從“簡(jiǎn)單地指標(biāo)數(shù)值調(diào)控”調(diào)整到“真正的降損控制”，將充分發(fā)揮各基層單位節(jié)能降損積極性與創(chuàng)造性，切實(shí)提升國(guó)家電網(wǎng)公司各層級(jí)的整體線損管控水平[15-16]。

4）提高經(jīng)濟(jì)效益

大大減輕了統(tǒng)計(jì)人員的工作量；另外，通過(guò)在線同期線損的監(jiān)測(cè)分析即時(shí)發(fā)現(xiàn)重?fù)p、高損單元，減少用戶竊電行為、計(jì)量裝置問(wèn)題和不必要的電網(wǎng)設(shè)備損耗，給國(guó)家電網(wǎng)公司挽回直接經(jīng)濟(jì)收入。

5）挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值

提供實(shí)時(shí)源頭采集的數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)，保證經(jīng)營(yíng)指標(biāo)真實(shí)可靠，嚴(yán)控審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)；深化“購(gòu)電支出、售電收入、電網(wǎng)損耗”同期數(shù)據(jù)分析，為決策分析提供真實(shí)參考；掌握國(guó)家電網(wǎng)公司電網(wǎng)損耗成本情況，為國(guó)家電網(wǎng)公司加強(qiáng)成本管理、爭(zhēng)取電價(jià)政策，應(yīng)對(duì)大用戶直購(gòu)電提供有理支撐；通過(guò)匯集各類、各行業(yè)用戶的電量信息，為深入分析電量與經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo)關(guān)系提供重要參考，為政府在宏觀經(jīng)濟(jì)決策、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整及節(jié)能減排提供第一手的資料。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研究了同期線損在線損管理、營(yíng)配貫通、設(shè)備資產(chǎn)管理等方面的系統(tǒng)架構(gòu)、監(jiān)測(cè)模型及計(jì)算方法，以夯實(shí)線損管理基礎(chǔ)，消除線損計(jì)算過(guò)程中噪聲數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源頭獲取和線損歸真；建立“全面、自動(dòng)、實(shí)時(shí)”智能監(jiān)測(cè)體系，建立配套異常內(nèi)控機(jī)制，縮短異常處理時(shí)間。最后為驗(yàn)證實(shí)時(shí)測(cè)試仿真系統(tǒng)的有效性，在指定的環(huán)境條件下，進(jìn)行了測(cè)試，同時(shí)給出了改進(jìn)線損管理的發(fā)展建議，其結(jié)果可驗(yàn)證管理系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可行性。

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Design and implementation of a synchronous line loss monitoring system in distribution network

LIU Dao-xin1，HU Hang-hai1，ZHANG Wen-jin2，LU Xin2，HU Jian-di2
（1.State Grid Corporation of China，Beijing 100301，China；2.SGIT-GreatPower，F(xiàn)uzhou 350003，China）

Aiming at the various problems of line loss management such as function is single，take statistics as the main issue，the analysis function is weak，the management pattern has the big difference and the standard is not unified and so on.This paper proposed the design scheme of line loss monitoring and management system based on the analysis of line loss calculation and management requirement，and detailed the testing function and process which the system could realize.The software and hardware of the platform system were designed and the function of each composition module were analyzed.Taking the power supply line in a district of Fuzhou city as an example，10kV distribution line network with 18 load nodes which are included in this section，application of independent research and developed synchronous line loss monitoring system in distribution network to calculate and on line monitoring test.Test results show that the actual power loss and the actual line loss rate and monitoring of power loss and monitoring the relative error of line loss rate is 0.597%and 2.846%respectively.The calculated results are close to the measured bus losses，which has proved that the validity and practicability of the system.

distribution network；synchronous line loss；monitoring system；line loss calculation

TN87

：A

：1674－6236（2017）05-0042-04

2016-01-29稿件編號(hào)：201601280

劉道新（1970—），男，山東濟(jì)南人，博士，高級(jí)工程師。研究方向：電力統(tǒng)計(jì)管理、電力技術(shù)信息化等。