楊 瀅，黃 靜

（浙江電力調(diào)度通信中心，杭州 310007）

0 引言

“十一五”期間國家提出了節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，電網(wǎng)企業(yè)需要通過節(jié)能調(diào)度進一步降低網(wǎng)損，提高電能利用效率。對于浙江電網(wǎng)這樣一個重負荷輸電網(wǎng)，控制網(wǎng)損是實現(xiàn)節(jié)能調(diào)度、提高經(jīng)濟效益的重要手段。

電網(wǎng)電能損耗計算包括統(tǒng)計線損率計算和理論線損率計算，傳統(tǒng)方法是月初收集各統(tǒng)調(diào)發(fā)電廠、變電站上月電表計量數(shù)據(jù)，人工錄入到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DMS）中匯總，每月需耗費大量時間在數(shù)據(jù)錄入與數(shù)據(jù)檢查上。而理論線損率計算則基于當年實測日負荷進行，在進行分析計算時，需要離線手工建立電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)，計算的準備時間和周期都較長，存在實時性差、統(tǒng)計范圍有限、無法深層次精細化地分析全網(wǎng)網(wǎng)損、不能進行降損優(yōu)化分析等局限性。

目前在建的電能量采集系統(tǒng)從理論上講可以節(jié)省統(tǒng)計網(wǎng)損率計算中的人工收集與錄入工作量，但遠程采集系統(tǒng)測點數(shù)以萬計，傳輸通道復雜，不可避免會產(chǎn)生錯誤。由于沒有甄別依據(jù)，從海量數(shù)據(jù)中辨識錯誤數(shù)據(jù)也需耗費大量時間，造成電能量采集系統(tǒng)的電量數(shù)據(jù)無法直接用于網(wǎng)損統(tǒng)計。

因此，開發(fā)1套網(wǎng)損在線分析系統(tǒng)，一方面可以實時提供網(wǎng)損的在線監(jiān)測和分析，為調(diào)度人員提供實時的降損輔助決策；另一方面可以對不同方式下的網(wǎng)損情況進行模擬分析計算，提供全面的網(wǎng)損電量分析平臺；還可以利用在線積分獲得的電量數(shù)據(jù)對電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行校核和補充，使采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能用于統(tǒng)計網(wǎng)損率的計算，提高工作效率。

1 總體構(gòu)思與功能

浙江電網(wǎng)實時網(wǎng)損分析系統(tǒng)的總體設(shè)計思想是“在線分析和離線分析相結(jié)合，電力分析和電量統(tǒng)計相結(jié)合”，主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）計算采用的電網(wǎng)模型和實時數(shù)據(jù)取自O(shè)PEN-3000電能管理系統(tǒng)（EMS）并與EMS系統(tǒng)保持一致，保證網(wǎng)損分析系統(tǒng)的實時性和準確性。電網(wǎng)模型（網(wǎng)絡拓撲和設(shè)備參數(shù)）交換采用IEC 61970標準中規(guī)定的CIM/XML格式；遙測、遙信實時數(shù)據(jù)采用E文本標準規(guī)約進行通信，每5 min獲得1次實時數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)電網(wǎng)實時運行情況進行在線網(wǎng)損計算，并對網(wǎng)損電量進行實時積分存儲。實現(xiàn)與電能量采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的對接，將積分電量與采集系統(tǒng)的電表電量進行逐日比對，發(fā)現(xiàn)偏差立刻報警。

（3）系統(tǒng)自動保存電網(wǎng)的完整歷史斷面，在此基礎(chǔ)上進行離線網(wǎng)損分析和網(wǎng)損優(yōu)化計算，為優(yōu)化運行提供智能的降損決策；離線計算既可對1個特定時間斷面進行網(wǎng)損分析，又可對多個斷面的連續(xù)時段進行網(wǎng)損積分電量分析。圖1所示為實時網(wǎng)損分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程。

2 技術(shù)方案

2.1 網(wǎng)損模型自動生成與維護

以往離線網(wǎng)損分析軟件在電網(wǎng)模型發(fā)生變化，如發(fā)電廠、變電站投運或退役時，需要人工維護電網(wǎng)模型，并對網(wǎng)損統(tǒng)計關(guān)口進行添加和刪除操作。實時網(wǎng)損分析系統(tǒng)已經(jīng)具備了從EMS系統(tǒng)中導入完整電網(wǎng)模型的功能，用戶僅需定義統(tǒng)計區(qū)域中關(guān)口線路、主變的位置，系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)自動生成網(wǎng)損統(tǒng)計區(qū)域的設(shè)備集合。當EMS系統(tǒng)的電網(wǎng)模型變化后，系統(tǒng)能自動重新進行拓撲搜索，更新網(wǎng)損統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備，自動適應電網(wǎng)的變化。

系統(tǒng)除了實現(xiàn)統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)設(shè)備的免維護，還考慮了降低關(guān)口的維護量。基于浙江主網(wǎng)500kV變電所關(guān)口定義在500kV主變中壓側(cè)，220kV變電所關(guān)口定義在220kV主變高壓側(cè)的原則，上述變電所關(guān)口均可由系統(tǒng)按默認規(guī)則自動定義。采用這種方式后，僅需要人工維護網(wǎng)損統(tǒng)計區(qū)域的關(guān)口線路（如省際聯(lián)絡線關(guān)口、發(fā)電廠送出關(guān)口等），統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)部的設(shè)備（如新增線路、主變等）不需要人工維護，系統(tǒng)能自動生成并隨電網(wǎng)模型變化實時更新。由于關(guān)口線路變化相對較小，因此這種方式基本上實現(xiàn)了網(wǎng)損統(tǒng)計模型的自動維護，大大降低了系統(tǒng)維護的工作量。

2.2 對電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校驗功能

圖1 網(wǎng)損在線分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

主網(wǎng)網(wǎng)損率分月統(tǒng)計工作要運用電能量采集系統(tǒng)遠程傳送的數(shù)據(jù)，因此必須事先對采集系統(tǒng)的電量數(shù)據(jù)進行校驗。

實時網(wǎng)損分析系統(tǒng)具備獨立的狀態(tài)估計模塊，在實時獲得的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行狀態(tài)估計，從而排除電能量采集系統(tǒng)中的壞數(shù)據(jù)。由于采用了CIM模型接口從OPEN3000-EMS中導入電網(wǎng)模型，網(wǎng)損分析系統(tǒng)能實時跟蹤電網(wǎng)模型的變化，保證狀態(tài)估計合格率處于較高的水平，為網(wǎng)損的準確統(tǒng)計和計算奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)了與電能量采集系統(tǒng)對接的數(shù)據(jù)接口，將系統(tǒng)實時積分計算的關(guān)口電量與電能量系統(tǒng)的關(guān)口電量進行以天為單位的比對和校驗，一旦發(fā)現(xiàn)偏差立即報警，從而實現(xiàn)對電能量采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的及時維護，使電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)用于月度網(wǎng)損率統(tǒng)計成為可能。

2.3 網(wǎng)損分析功能

2.3.1 網(wǎng)損靈敏度與最優(yōu)潮流的實時計算

網(wǎng)損靈敏度指發(fā)電機組有功出力對網(wǎng)損統(tǒng)計區(qū)域的網(wǎng)損變化靈敏度，衡量機組增加單位有功出力后區(qū)域網(wǎng)損增加值的大小。系統(tǒng)針對電網(wǎng)每5 min計算1次網(wǎng)損靈敏度，給出當前時刻各個發(fā)電機組有功出力對統(tǒng)計區(qū)域網(wǎng)損的靈敏度；按照正負靈敏度大小進行機組排序，給出降低網(wǎng)損的機組有功調(diào)節(jié)方向。

根據(jù)潮流方程，全網(wǎng)應滿足功率平衡條件，即全網(wǎng)注入功率之和應等于網(wǎng)絡損耗：

式中：Pi為節(jié)點注入有功功率；Ploss為系統(tǒng)有功網(wǎng)損； j∈i表示 j和 i之間有支路關(guān)聯(lián)； Ui，Uj，θij分別為母線電壓幅值和相角；Gij為節(jié)點導納矩陣元素Yij的實部。

網(wǎng)損靈敏度的計算方法是：在實時的潮流計算結(jié)果基礎(chǔ)上，先求出各個母線電壓對區(qū)域總網(wǎng)損的靈敏度，然后再計算出每臺發(fā)電機的有功出力對母線電壓的靈敏度，二者疊加就是發(fā)電機出力對統(tǒng)計區(qū)域網(wǎng)損的靈敏度。母線j上的機組有功出力對整個系統(tǒng)網(wǎng)損的靈敏度Sj為：系統(tǒng)網(wǎng)損的靈敏度；Δθi，ΔUi為母線j上機組有功對母線i電壓（角度與幅值）的靈敏度。

網(wǎng)損靈敏度計算為機組出力提供了調(diào)節(jié)方向，但最佳調(diào)節(jié)量需要通過最優(yōu)潮流計算獲得。最優(yōu)潮流計算周期為5 min，以全網(wǎng)網(wǎng)損最小化為目標，以母線和支路不過載為約束，通過計算給出可調(diào)節(jié)機組的有功出力調(diào)節(jié)量，從而為實時降損提供輔助決策。

2.3.2 電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲

在網(wǎng)損分析系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫中，除以5 min為周期保存區(qū)域、關(guān)口、設(shè)備的單位時段電量，還以5 min為周期保存了狀態(tài)估計的完整斷面。這個斷面包含完整的EMS電網(wǎng)計算模型的信息，包括電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、實時量測數(shù)據(jù)和狀態(tài)估計數(shù)據(jù)，可以完整地復現(xiàn)當時電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)、參數(shù)、SCADA量測和狀態(tài)估計結(jié)果，并且在斷面上可以進行各種潮流分析和計算。全息數(shù)據(jù)斷面的存儲采用了壓縮方式，直接以二進制數(shù)據(jù)包方式存入歷史數(shù)據(jù)庫，優(yōu)點是占用空間小，斷面信息完整、全面，減輕了大量數(shù)據(jù)文件管理的負擔。

2.3.3 基于歷史數(shù)據(jù)斷面的網(wǎng)損離線分析

系統(tǒng)設(shè)計了“研究態(tài)“模式，可以針對歷史斷面進行網(wǎng)損分析而不會影響實時網(wǎng)損的計算與數(shù)據(jù)保存。通過調(diào)取存儲在數(shù)據(jù)庫中的全息歷史斷面，系統(tǒng)可以進行各類潮流分析計算，重現(xiàn)歷史上某個時刻或某段時間的電網(wǎng)運行狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上可以進行以下3種形式的模擬操作：

（1）單一斷面分析：在1個歷史斷面上進行線路、主變、機組、電容電抗投退和電網(wǎng)參數(shù)調(diào)整等模擬操作，給出模擬操作前后系統(tǒng)網(wǎng)損的變化情況。

（2）時段分析：以某日或某個指定時段的全部斷面為參考，對每個斷面進行模擬操作后潮流計算，并對潮流結(jié)果進行電量梯形積分，可以得到在運行方式改變后，整個時段的網(wǎng)損電量相對于歷史的變化情況。

（3）連續(xù)調(diào)節(jié)分析：在某個斷面基礎(chǔ)上，模擬連續(xù)調(diào)節(jié)某個控制量（如機端電壓、主變阻抗），系統(tǒng)可以連續(xù)模擬進行潮流計算，給出相關(guān)設(shè)備或區(qū)域的網(wǎng)損變化情況。

3 應用舉例

3.1 網(wǎng)損靈敏度和最優(yōu)潮流實時計算

表1為2010年11月15日10∶00，網(wǎng)損分析系統(tǒng)給出的500kV電網(wǎng)發(fā)電機的網(wǎng)損靈敏度。

表1500kV電網(wǎng)網(wǎng)損靈敏度排序

系統(tǒng)將發(fā)電機分別按照正、負網(wǎng)損靈敏度排序，前6項為正靈敏度，即增加發(fā)電機出力會導致區(qū)域網(wǎng)損的提高；后3項為負靈敏度，即增加發(fā)電機出力會導致區(qū)域網(wǎng)損的降低。將正、負靈敏度發(fā)電機調(diào)節(jié)組成“調(diào)節(jié)對”，即降低正靈敏度發(fā)電機出力、增高負靈敏度發(fā)電機出力，可以達到降低系統(tǒng)網(wǎng)損的效果。比如適當減少玉環(huán)、樂清發(fā)電廠機組出力，增加勝龍、北侖發(fā)電廠機組出力，對500kV電網(wǎng)網(wǎng)損有改善作用。系統(tǒng)也可同理給出220kV出線發(fā)電廠對220kV電網(wǎng)網(wǎng)損的靈敏度信息。

表2為2010年12月28日12∶30，以浙江電網(wǎng)全網(wǎng)（500kV和220kV主網(wǎng)）網(wǎng)損最小為目標進行最優(yōu)潮流計算，系統(tǒng)給出的所有可調(diào)發(fā)電機的調(diào)節(jié)策略。由表2可見，適當降低500kV出線發(fā)電廠機組出力，增加220kV出線發(fā)電廠機組出力，減少發(fā)電有功出力的遠距離傳輸能在一定程度上降低浙江主網(wǎng)網(wǎng)損。計算得出在表2所示調(diào)節(jié)策略下系統(tǒng)網(wǎng)損量下降了3.23%。

3.2 網(wǎng)損與潮流的數(shù)值關(guān)系分析

系統(tǒng)可提供針對實時網(wǎng)損潮流和網(wǎng)損電量的各類曲線的比對功能。通過對浙江電網(wǎng)500kV區(qū)域上網(wǎng)電量和網(wǎng)損電量、網(wǎng)損率在數(shù)值上的變化關(guān)系進行比對，發(fā)現(xiàn)在浙江電網(wǎng)500kV區(qū)域上網(wǎng)電量的正常變化范圍內(nèi)，關(guān)口上網(wǎng)電量與網(wǎng)損電量或網(wǎng)損率基本呈線性關(guān)系，變化斜率約為0.01萬kWh。即上網(wǎng)電量每增加1萬kWh，網(wǎng)損增加為0.01萬kWh；而電量網(wǎng)損率的變化斜率約為0.003%/萬kWh，上網(wǎng)電量每增加1萬kWh，網(wǎng)損率增加為0.003%。

表2 最優(yōu)潮流計算得到的發(fā)電機出力調(diào)節(jié)策略

3.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化對網(wǎng)損的影響

2008年投運的500kV丹浦5445、溪浦5446雙線是浙江南部電網(wǎng)“日”字形結(jié)構(gòu)東西聯(lián)絡的重要通道。系統(tǒng)通過模擬兩線退出運行，評估兩線的投產(chǎn)對500kV網(wǎng)損的影響。以2010年12月6日00∶00-12月7日 00∶00全天的 288個全息數(shù)據(jù)斷面作為分析對象，圖2給出兩線投運和停運2種方式下500kV網(wǎng)損電量的對比曲線，曲線每點代表500kV電網(wǎng)5 min網(wǎng)損電量的歷史值（投運）和模擬值（停運）。

圖2 丹浦5445、溪浦5446雙線退出運行前后網(wǎng)損電量對比

從圖2可以看出，當?shù)て?445、溪浦5446雙線停運后整個500kV區(qū)域的網(wǎng)損大于雙線運行的網(wǎng)損。經(jīng)統(tǒng)計，雙線模擬停運后500kV網(wǎng)損率為0.555%，比當日歷史統(tǒng)計值0.504%上升了0.051個百分點。說明該500kV聯(lián)絡通道的投運不僅加固了浙江電網(wǎng)500kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，同時也降低了主網(wǎng)網(wǎng)損。

3.4 發(fā)電方式變化對網(wǎng)損的影響

浙江電網(wǎng)近年投產(chǎn)的大型機組主要分布在東南沿海，這些發(fā)電廠出力需通過北送和西送通道送出，但送出通道的潮流重載對電網(wǎng)網(wǎng)損的影響一直無法得到量化分析。本系統(tǒng)投運后，可以對發(fā)電廠發(fā)電方式進行模擬，研究不同發(fā)電方式對網(wǎng)損的影響。

以減少浙江沿海機組出力、增加浙江內(nèi)地機組出力的發(fā)電方式為例，分析了2010年12月12日系統(tǒng)對不同發(fā)電方式下網(wǎng)損變化的定量計算，模擬的發(fā)電方式變化如表3所示。

表3 在實際發(fā)電量基礎(chǔ)上進行發(fā)電調(diào)節(jié)模擬

在該調(diào)節(jié)方案下，沿海機組共減少出力約1233 MW，內(nèi)地機組共增加出力約1235 MW，總有功出力基本維持不變。將表3中調(diào)節(jié)方式作用到12月12日全天的288個電網(wǎng)全息數(shù)據(jù)斷面上，并對每個斷面進行潮流和電量計算，得到該發(fā)電方式下的500kV網(wǎng)損率為0.408%，與原發(fā)電方式下500kV網(wǎng)損率0.444%相比下降了約0.036個百分點，從數(shù)值上驗證了沿海發(fā)電廠出力增加會導致500kV網(wǎng)損率升高的推斷。

4 結(jié)語

浙江電網(wǎng)實時網(wǎng)損分析系統(tǒng)從EMS系統(tǒng)實時獲取電網(wǎng)模型，根據(jù)關(guān)口自動生成網(wǎng)損統(tǒng)計區(qū)域，降低了網(wǎng)損統(tǒng)計模型的人工維護量。系統(tǒng)通過實時網(wǎng)損靈敏度和最優(yōu)潮流計算為降損輔助決策提供了依據(jù)；系統(tǒng)在實時狀態(tài)估計基礎(chǔ)上進行電量積分計算，為電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提供校驗和補充，提高了線損率統(tǒng)計的工作效率；研究態(tài)下針對網(wǎng)損的各種運行方式模擬分析，是研究電網(wǎng)運行方式變化從而有效降低電網(wǎng)損耗的重要工具。

[1]張伯明，陳壽孫.高等電力網(wǎng)絡分析[M].北京：清華大學出版社，1999.

[2]許漢平，侯進峰，施流忠，等.基于狀態(tài)估計數(shù)據(jù)的電網(wǎng)線損理論計算方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003，27（3）∶59-62.

[3]陳淡龍.降低網(wǎng)損的技術(shù)措施[J].東北電力技術(shù)，2007，28（5）∶47-49.