趙旻昱，徐熠彬，傅冠凱，張敏

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅蘭州 730030）

現(xiàn)有各級(jí)電力公司的電力和線損統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)只有大規(guī)劃管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)了傳輸和分壓計(jì)算線損水平，資源數(shù)據(jù)采集、智能分析、計(jì)劃評(píng)估等指標(biāo)管理功能尚未實(shí)現(xiàn)[1]。在線損方面，由于缺乏統(tǒng)一的線損管理系統(tǒng)，目前各專業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)系統(tǒng)均可作為輔助，但各有側(cè)重，各自獨(dú)立運(yùn)行，缺乏交互系統(tǒng)會(huì)形成信息孤島[2]。電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)和SCADA 系統(tǒng)的重點(diǎn)是線路和變電站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一旦改變，那么規(guī)劃系統(tǒng)重點(diǎn)的電力指標(biāo)也將發(fā)生變化。電力數(shù)據(jù)的采集、分析、審核、報(bào)告、匯總、統(tǒng)計(jì)等各方面自動(dòng)化程度較低，與此同時(shí)，由于客觀變化如換線、換表或人工控制主觀因素，電源線損指標(biāo)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性很難保證，精益管理也很難提高。因此，設(shè)計(jì)了基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析的線損管理控制系統(tǒng)。在輸配和使用過(guò)程中，充分利用電力公司數(shù)據(jù)資源，整合線損發(fā)電過(guò)程中相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)采集和監(jiān)測(cè)。

1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

在電網(wǎng)全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，以大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，主要完成核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的ERP、生產(chǎn)、銷售、調(diào)度、實(shí)時(shí)采集、分析與決策等數(shù)據(jù)提取與整理，完成對(duì)統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型和主數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證以及對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析[3]。

圖1 所示為基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析臺(tái)區(qū)線損管控體系架構(gòu)。

圖1 基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析臺(tái)區(qū)線損管控體系架構(gòu)

1）接入層

接入層主要通過(guò)與SG186 市場(chǎng)營(yíng)銷系統(tǒng)、電力用戶用電信息采集系統(tǒng)、電能信息采集系統(tǒng)、EMS/SCADA 等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成，從業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)中獲得線損計(jì)算數(shù)據(jù)[4-6]。數(shù)據(jù)集成界面是通過(guò)適配器數(shù)據(jù)集成模式定制的。為確保ICSP 的安全和正常運(yùn)行，PGD、PGC 和VPP 編程序線必須與其他ADA 等業(yè)務(wù)電路完全隔離[7-9]。PIC18F4550 具有USB 接口，采用總線供電方式，所用電源均來(lái)自USB。其中D+和D-是四根USB 線中的兩根數(shù)據(jù)線，用于USB 通信。PIC18F4550 有一個(gè)內(nèi)置3.3 V 的穩(wěn)壓器，可提供內(nèi)部收發(fā)器和內(nèi)/外部上拉電路[10-11]。

2）云計(jì)算層

線損統(tǒng)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算處理需要引起高度重視。使用基于OracleDB 計(jì)算平臺(tái)來(lái)處理海量數(shù)據(jù)，并結(jié)合計(jì)劃調(diào)度與調(diào)度管理應(yīng)用數(shù)據(jù)模型[12-14]。圖2 所示為OracleDB 的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

圖2 OracleDB存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

3）應(yīng)用層

云存儲(chǔ)器提供的API 接口是一種預(yù)定義的功能，旨在向應(yīng)用程序和開發(fā)人員提供訪問(wèn)基于特定軟硬件的一組例程能力，而不需要訪問(wèn)源代碼或了解內(nèi)部工作機(jī)制的細(xì)節(jié)。采用國(guó)網(wǎng)統(tǒng)一技術(shù)平臺(tái)，建立線損管理系統(tǒng)，并在圖3 中顯示了系統(tǒng)物理部署方案。在此基礎(chǔ)上，基于功耗和模型的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理，能夠?qū)崿F(xiàn)線損在線同步、線損實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合線損計(jì)算結(jié)果，對(duì)具體線損波動(dòng)的實(shí)際原因進(jìn)行了分析，為閉環(huán)線損全周期評(píng)估提供管理環(huán)境，為減少損耗提供輔助決策支持[15]。

圖3 系統(tǒng)物理部署

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 線損管控需求分析

從系統(tǒng)功能的角度來(lái)看，應(yīng)確定系統(tǒng)不同功能之間的關(guān)系，按照功能要求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)供電公司對(duì)線損管理的要求，結(jié)合電力市場(chǎng)工作環(huán)境，推導(dǎo)出線損管理流程，如圖4 所示。

圖4 線損管理工作流程

由圖4 可知，對(duì)各層級(jí)的考核表進(jìn)行抄表工作，需先通過(guò)專業(yè)人員向線損管理系統(tǒng)輸入抄表數(shù)據(jù)或通過(guò)遠(yuǎn)程抄表返回系統(tǒng)[16]。按照數(shù)據(jù)算法對(duì)相關(guān)線損管理系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，在線損法中，專業(yè)部門負(fù)責(zé)將線損計(jì)算法的結(jié)果提交給線損管理評(píng)估部門，每個(gè)月該部門工作結(jié)束后，將初始化數(shù)據(jù)作為下個(gè)月重新開始工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

線損管理系統(tǒng)應(yīng)該提供簡(jiǎn)單易用的數(shù)據(jù)輸入功能，線損管理應(yīng)該提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)修改功能，修改傳輸過(guò)來(lái)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)隨后需要通過(guò)系統(tǒng)批準(zhǔn)后進(jìn)行修改，而且系統(tǒng)中要有修改過(guò)程記錄，這樣可以有效避免數(shù)據(jù)被隨意修改現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 元件損耗分析

2.2.1 配電線路損耗

假定有功和無(wú)功通過(guò)配線是已知的，那么配線在時(shí)間t上產(chǎn)生的功率損耗如下：

式（1）中，Pi表示在線路i內(nèi)的有功功率；P′i表示在線路i內(nèi)的無(wú)功功率；Ui表示在線路i內(nèi)的平均電壓；Ri表示在線路i內(nèi)的導(dǎo)線電阻；ni表示電路總段數(shù)。

2.2.2 配電變壓器繞組損耗

在時(shí)間t內(nèi)，如果繞組上電流保持不變，那么所產(chǎn)生的繞組損耗為：

式（2）中，ΔPhi表示第i臺(tái)配電變壓器在出現(xiàn)短路問(wèn)題后產(chǎn)生的損耗功率；Ihi表示繞組電流；I′hi表示額定電流。

2.2.3 配電變壓器鐵芯損耗

在時(shí)間t內(nèi)，鐵芯損耗計(jì)算公式為：

式（3）中，ΔPOi表示第i臺(tái)變壓器的空載損耗功率；UOi表示第i臺(tái)變壓器的額定電壓；U′Oi表示第i臺(tái)變壓器線路內(nèi)的平均電壓。

2.2.4 電纜線路損耗

第i條電纜線路損耗的計(jì)算公式如下：

2.3 增加無(wú)功補(bǔ)償管控

電力系統(tǒng)通過(guò)無(wú)功功率補(bǔ)償降損，無(wú)功當(dāng)量用Cα表示，計(jì)算公式為：

式（5）中，ΔP1表示增加無(wú)功補(bǔ)償容量前的有功損耗；ΔP2表示增加無(wú)功補(bǔ)償容量后的有功損耗；Qc表示無(wú)功補(bǔ)償容量；Q表示無(wú)功補(bǔ)償前的無(wú)功功率；U表示運(yùn)行定壓；R表示串聯(lián)補(bǔ)償前的無(wú)功電阻。

如果串聯(lián)元件只考慮上一級(jí)電壓母線，則可確定無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以前各個(gè)串聯(lián)元件的無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。基于此，增加無(wú)功補(bǔ)償降損電量計(jì)算公式為：

式（6）中，λ′表示介質(zhì)損耗；t′表示無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投運(yùn)時(shí)間。根據(jù)上述內(nèi)容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線損，開展線損計(jì)算，改變當(dāng)前每月線損周期，有助于盡快發(fā)現(xiàn)線損異常，增加處理時(shí)間。

3 實(shí) 驗(yàn)

針對(duì)基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析的臺(tái)區(qū)線損管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析。

3.1 實(shí)施背景

在2010 年，東莞局建立了電能量自動(dòng)采集系統(tǒng)和計(jì)量自動(dòng)主站系統(tǒng)，對(duì)線損異常情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)了5 000 多條配網(wǎng)線路和站點(diǎn)超過(guò)10 000 處的線損異常情況，全年無(wú)規(guī)律波動(dòng)。線損率盡管每年都在下降，但下降并不明顯。其主要原因是①調(diào)查范圍廣、用戶多，現(xiàn)有人力不能滿足其需要；②竊電行為較為集中、分工明確、方法隱蔽、不易發(fā)現(xiàn)；③測(cè)量?jī)x器精度不高，測(cè)量范圍過(guò)寬或接線錯(cuò)誤；④用戶資料丟失，造成統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤?；谠摫尘埃M(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析。

3.2 線損率管控效果分析

統(tǒng)計(jì)6 個(gè)區(qū)域的供電量和售電量，如表1 所示。

表1 6個(gè)區(qū)域供電量和售電量統(tǒng)計(jì)結(jié)果(萬(wàn)kWh)

在表1 數(shù)據(jù)的支持下，將傳統(tǒng)采用的SCADA 系統(tǒng)、電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)和基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的線損率管控效果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 3種系統(tǒng)線損率管控效果對(duì)比分析

由圖5 可知，使用SCADA 系統(tǒng)的6 個(gè)供電所都與實(shí)際值出現(xiàn)較大誤差，其中在大沙供電所處最大偏差為0.45%，與去年對(duì)比，線損下降幅度較小；使用電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)的6 個(gè)供電所都與實(shí)際值出現(xiàn)誤差，其中在龍甫供電所處最大偏差為0.28%，與去年對(duì)比，線損有所下降；使用基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)線損率在大沙供電所、東城供電所、龍甫供電所出現(xiàn)一定偏差，最大誤差為0.05%，其余供電所線損率實(shí)際值與分析值一致。由此可知，該系統(tǒng)管控效果較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電壓分配器、線分配器和分配器進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，提供線損管理的詳細(xì)數(shù)據(jù)，確定核心業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)，保證線損率計(jì)算結(jié)果能夠真實(shí)反映各個(gè)單位實(shí)際情況，由此提供與制定綜合計(jì)劃有關(guān)的電力銷售、利潤(rùn)等核心業(yè)務(wù)指標(biāo)的可靠依據(jù)。