于文波

(沈陽工程學(xué)院電力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展，線損計(jì)算與分析軟件得到廣泛應(yīng)用。我國現(xiàn)有的配電網(wǎng)分析計(jì)算軟件大多數(shù)是在離線狀態(tài)下進(jìn)行，且基于文本操作界面，計(jì)算時(shí)需人工按一定的文本格式進(jìn)行輸入和輸出大量的數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，就變得復(fù)雜而且容易出錯(cuò)，易造成原始數(shù)據(jù)的偶然誤差;由于計(jì)算結(jié)果往往滯后于即時(shí)電網(wǎng)損失，因此失去了對(duì)線損分析工作的實(shí)際指導(dǎo)意義。

隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化的不斷完善，基于網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)實(shí)時(shí)線損計(jì)算和分析的基本條件已經(jīng)成熟。因此，研究和開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)線損計(jì)算與分析軟件，對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)施、線損管理工作的科學(xué)有效開展、降低線損、節(jié)約能源、提高供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1 系統(tǒng)概述

配電系統(tǒng)具有地域分布廣、線路復(fù)雜、設(shè)備量大等特點(diǎn)，并且配電系統(tǒng)中的電力設(shè)備及相關(guān)數(shù)據(jù)與地理位置相關(guān)，體現(xiàn)空間分布的特點(diǎn)。針對(duì)配電網(wǎng)的這些特點(diǎn)，系統(tǒng)選用中科院地理所超圖公司組件式地理信息系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)Super-Map Objects，開發(fā)出適合6～10 kV配電網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)的圖形編輯系統(tǒng)，結(jié)合Visual B開發(fā)工具，根據(jù)配電網(wǎng)自動(dòng)化分析計(jì)算軟件的功能要求，針對(duì)現(xiàn)有線損計(jì)算軟件存在的問題及新技術(shù)的發(fā)展情況，開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)線損計(jì)算與分析系統(tǒng)，該軟件從功能上可分為圖形繪制、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?、理論線損計(jì)算、在線線損計(jì)算及數(shù)據(jù)管理幾大功能模塊。［1］

GIS與SCADA結(jié)合用于6～10 kV配電網(wǎng)的理論線損計(jì)算。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫接口和SCADA系統(tǒng)建立連接，可以減少繁瑣的手工輸入數(shù)據(jù)過程，且能避免人為輸入錯(cuò)誤，提高工作效率。利用SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行線損計(jì)算，計(jì)算結(jié)果具有實(shí)時(shí)性，得到的理論線損與實(shí)際線損更加相符。

2 配電網(wǎng)線損計(jì)算與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)線損計(jì)算與分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)維護(hù)和數(shù)據(jù)查詢子模塊。［2］其中數(shù)據(jù)輸入主要采用手工輸入、圖形輸入以及與其他配電管理系統(tǒng)接口導(dǎo)入數(shù)據(jù)的方法。

1)表格輸入:將系統(tǒng)中所需要的數(shù)據(jù)(設(shè)備參數(shù)、24 h電流及電量等)以表格字段方式輸入數(shù)據(jù)庫。

2)圖形輸入:系統(tǒng)根據(jù)配電網(wǎng)接線圖的設(shè)備符號(hào)繪制標(biāo)準(zhǔn)，利用SuperMap Objects提供的強(qiáng)大的圖形繪制功能，創(chuàng)建用戶自定義的通用圖形工具，使所繪制的設(shè)備圖形更加形象、直觀。在配電線路接線圖上可直觀地進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入工作，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)和圖形結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的互聯(lián)和系統(tǒng)的自動(dòng)識(shí)別(如，自動(dòng)節(jié)點(diǎn)編號(hào)、自動(dòng)電壓等級(jí)分析、設(shè)備關(guān)聯(lián)分析等)，圖形輸入方式直觀、簡單、不易出錯(cuò)，可以大大減輕枯燥和繁瑣的數(shù)據(jù)輸入工作。

3)數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取:線損管理工作中所需要的數(shù)據(jù)大多已存在于電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)(SCADA/EMS)或營銷MIS系統(tǒng)等已有的軟件系統(tǒng)中，從現(xiàn)有軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中獲取原始數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)格式讀入系統(tǒng)自動(dòng)生成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的逐步積累，從而避免了大量重復(fù)錄入，提高了工作效率。系統(tǒng)與其他數(shù)據(jù)庫接口通過VB提供的網(wǎng)絡(luò)編程接口控件winsock實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與以下幾個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口:

①與電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)接口。線損計(jì)算系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)線損計(jì)算與常規(guī)的線損理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析的功能;線損管理系統(tǒng)要能夠與現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和接收，并進(jìn)行實(shí)時(shí)線損計(jì)算。

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)接口程序代碼如下:

②與配電GIS系統(tǒng)的接口。系統(tǒng)直接利用地理信息系統(tǒng)的地理線路圖，基本信息參數(shù)、設(shè)備參數(shù)等數(shù)據(jù)來自于配電地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崟r(shí)掌握10 kV配電系統(tǒng)的線路和設(shè)備情況，可以實(shí)時(shí)計(jì)算理論線損，動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)變化，及時(shí)修改信息。

③與營銷MIS系統(tǒng)的接口。系統(tǒng)可從營銷MIS系統(tǒng)接收實(shí)際的售電量數(shù)據(jù)，以抄見電量進(jìn)行配電網(wǎng)的線損計(jì)算和分析，從而考核不明損失的大小。

2.3 配電網(wǎng)理論線損計(jì)算模塊

線損計(jì)算模塊通過自動(dòng)獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及輸入數(shù)據(jù)，選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算方法自動(dòng)計(jì)算理論線損值并輸出結(jié)果。配電網(wǎng)理論線損計(jì)算模塊線損計(jì)算總體流程圖如圖2所示。［3］本系統(tǒng)提供的配電網(wǎng)理論計(jì)算的基本方法為等值電阻法，計(jì)算時(shí)可選擇均方根電流法、平均電流法、電量法、容量法和前推回代潮流計(jì)算法等方法計(jì)算。

圖2 配電網(wǎng)理論線損計(jì)算模塊線損計(jì)算總體流程圖

等值電阻法是把復(fù)雜的配電線路利用線路參數(shù)計(jì)算并簡化成一個(gè)等值損耗電阻［4］，這就不需要采用配電網(wǎng)收集運(yùn)行數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算，也能夠達(dá)到一定的準(zhǔn)確性。因而對(duì)配電網(wǎng)線損計(jì)算具有可行性和實(shí)用性，可以用在計(jì)算低壓電網(wǎng)的線損和包含小電源的配電網(wǎng)線損。

均方根電流法適用于供電較為均衡［5］，負(fù)荷峰谷差較小，日負(fù)荷曲線較為平坦的電網(wǎng)計(jì)算，其輸入界面如圖3所示。在圖3中填入計(jì)算日期、K系數(shù)、代表日供電量和24 h線路首端的電流，代表日供電量只需在計(jì)算理論線損的修正值時(shí)輸入。計(jì)算結(jié)果界面如圖4所示。

圖3 理論線損均方根電流法計(jì)算輸入界面

圖4 計(jì)算結(jié)果界面

電量法簡便易行，且精度較高，是現(xiàn)行常用的新方法。

容量法不需采集各臺(tái)變壓器的電量，是一種簡單的近似估算法。

前推回代潮流計(jì)算法精度最高。［6］但所需的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)整理和輸入工作量大。

2.4 線損分析與降損決策模塊

線損分析功能是線損計(jì)算系統(tǒng)必不可少的一部分，系統(tǒng)僅能查看線損計(jì)算的結(jié)果，只有通過對(duì)線損計(jì)算結(jié)果的分析，找出系統(tǒng)中影響線損的關(guān)鍵性因素，才能提出合理的改進(jìn)方案。

2.4.1 模塊與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系

線損分析模塊為用戶統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測等決策支持功能。首先通過對(duì)線損數(shù)據(jù)進(jìn)行多種方式的統(tǒng)計(jì)和分析，得到當(dāng)前線損工作現(xiàn)狀及存在的問題，再經(jīng)計(jì)算降損和管理降損的模擬運(yùn)算，找到降低線損的最佳途徑和方法，為決策工作提供科學(xué)、準(zhǔn)確、有力的依據(jù)。該模塊功能包括指標(biāo)分析、技術(shù)降損分析和管理降損分析等子模塊。線損分析模塊與數(shù)據(jù)庫關(guān)系如圖5所示。

圖5 線損分析模塊與數(shù)據(jù)庫關(guān)系圖

2.4.2 降損綜合分析根據(jù)線損理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行線損分析是線損管理工作的重要內(nèi)容。降低線損一般通過減小元件的電阻和流過元件中的電流兩種途徑來實(shí)現(xiàn)。［7］通過加大線路導(dǎo)線的截面，采用新型、節(jié)能型變壓器及計(jì)量設(shè)備等措施，可以減小元件的電阻。當(dāng)供電負(fù)荷一定時(shí)，可通過提高功率因數(shù)和增加電壓等方法來減小流過元件的電流。提高功率因數(shù)即要減少無功電流，在配電網(wǎng)各級(jí)電壓的用電設(shè)備旁并聯(lián)電容器，可以將存在的感性無功負(fù)荷就地以容性無功負(fù)荷平衡掉。增加供電電壓就是要盡量減少低電壓等級(jí)的線路長距離供電，可以在負(fù)荷中心引入高電壓。

根據(jù)《電力網(wǎng)電能損耗管理規(guī)定》，系統(tǒng)線損分析模塊可以對(duì)線路電壓改變、功率因數(shù)改變、導(dǎo)線型號(hào)改變、變壓器型號(hào)改變等情況下的線損變化進(jìn)行分析。［8］通過系統(tǒng)選擇降損分析措施，并進(jìn)行具體設(shè)置和線損計(jì)算，得到模擬改變線路后的理論線損，并與之前的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，可依據(jù)通過不同措施得到的計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)線路改造。

現(xiàn)以遼陽縣農(nóng)電局所轄10 kV線路的7條線路為例，進(jìn)行理論線損計(jì)算，輸入月有功電量和月無功電量和運(yùn)行時(shí)間，所得結(jié)果匯總報(bào)表如圖6所示。

圖6 理論線損計(jì)算結(jié)果匯總報(bào)表界面

在報(bào)表中可以看出，5號(hào)線的理論線損率比較大，對(duì)其進(jìn)行降損計(jì)算，分別采用提高功率因數(shù)2%和增加電壓3%兩種措施，所得結(jié)果如圖7所示。

圖7 降損計(jì)算結(jié)果報(bào)表界面

降損管理模塊的使用，有助于供電公司及下屬各基層供電公司實(shí)現(xiàn)線損數(shù)據(jù)的科學(xué)化、規(guī)范化、信息化管理。

2.5 報(bào)表模塊

報(bào)表模塊可以對(duì)輸入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、計(jì)算的中間結(jié)果和最終結(jié)果進(jìn)行匯總和打印，也可以顯示和打印分線和分區(qū)的線損計(jì)算情況。單擊報(bào)表界面“打印保存”按鈕可以打印報(bào)表，且能對(duì)其打印輸出格式進(jìn)行設(shè)置，圖8為報(bào)表打印設(shè)置界面。

圖8 理論線損計(jì)算結(jié)果報(bào)表打印設(shè)置界面

3 結(jié)語

針對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)線損計(jì)算存在的問題，在總結(jié)他人成果的基礎(chǔ)上，以6～10 kV的配電網(wǎng)為主要研究對(duì)象，考慮到配電網(wǎng)輻射狀的特點(diǎn)，選用中科院地理所超圖公司組件式GIS系統(tǒng)軟件為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合VB開發(fā)工具，開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)線損計(jì)算與分析系統(tǒng)。結(jié)論如下:

1)對(duì)配電網(wǎng)線損計(jì)算與分析系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，包括平臺(tái)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。完成了配電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫建模和配電網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)拓?fù)涞拇鎯?chǔ)。

2)系統(tǒng)采用傳統(tǒng)算法和配網(wǎng)前推回代潮流計(jì)算法，將電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)(SCADA/EMS)和營銷MIS系統(tǒng)等已有數(shù)據(jù)通過接口導(dǎo)入到本系統(tǒng)中，進(jìn)行在線理論線損的計(jì)算，使配電自動(dòng)化系統(tǒng)資源達(dá)到共享和合理利用，實(shí)現(xiàn)了線損計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)化。

3)系統(tǒng)與SCADA/EMS結(jié)合，用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行配電網(wǎng)的理論線損計(jì)算，且對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)配電網(wǎng)管理更具有實(shí)際意義。

4)系統(tǒng)考慮了降損計(jì)算分析功能，允許改變導(dǎo)線型號(hào)或確定優(yōu)先補(bǔ)償點(diǎn)及補(bǔ)償容量來改善功率因數(shù)，對(duì)線損結(jié)果進(jìn)行比較，確定降損措施;允許將配電網(wǎng)中的高耗能變壓器更換為節(jié)能型變壓器，對(duì)更換前后的線損結(jié)果進(jìn)行比較、分析，提高降損效果。

［1］王靜.配電網(wǎng)線損計(jì)算模型設(shè)計(jì)及其應(yīng)用程序開發(fā)［D］.太原:太原理工大學(xué)，2012.

［2］劉立霞.可視化配電網(wǎng)線損計(jì)算與管理系統(tǒng)［D］.保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

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