基于網絡的配電網線損計算與分析系統研究

于文波

(沈陽工程學院電力學院，遼寧 沈陽 110136)

0 引言

隨著計算機技術、網絡技術和配電網自動化的發展，線損計算與分析軟件得到廣泛應用。我國現有的配電網分析計算軟件大多數是在離線狀態下進行，且基于文本操作界面，計算時需人工按一定的文本格式進行輸入和輸出大量的數據，當系統達到一定規模時，就變得復雜而且容易出錯，易造成原始數據的偶然誤差;由于計算結果往往滯后于即時電網損失，因此失去了對線損分析工作的實際指導意義。

隨著配電網自動化的不斷完善，基于網絡的配電網實時線損計算和分析的基本條件已經成熟。因此，研究和開發基于網絡的配電網線損計算與分析軟件，對配電網自動化的實施、線損管理工作的科學有效開展、降低線損、節約能源、提高供電企業的經濟效益具有重要意義。

1 系統概述

配電系統具有地域分布廣、線路復雜、設備量大等特點，并且配電系統中的電力設備及相關數據與地理位置相關，體現空間分布的特點。針對配電網的這些特點，系統選用中科院地理所超圖公司組件式地理信息系統軟件開發平臺Super-Map Objects，開發出適合6～10 kV配電網圖形設計的圖形編輯系統，結合Visual B開發工具，根據配電網自動化分析計算軟件的功能要求，針對現有線損計算軟件存在的問題及新技術的發展情況，開發了基于網絡的配電網線損計算與分析系統，該軟件從功能上可分為圖形繪制、網絡拓撲分析、理論線損計算、在線線損計算及數據管理幾大功能模塊。［1］

GIS與SCADA結合用于6～10 kV配電網的理論線損計算。系統通過數據庫接口和SCADA系統建立連接，可以減少繁瑣的手工輸入數據過程，且能避免人為輸入錯誤，提高工作效率。利用SCADA系統的實時運行數據進行線損計算，計算結果具有實時性，得到的理論線損與實際線損更加相符。

2 配電網線損計算與分析系統設計

2.1 系統總體結構

配電網線損計算與分析系統的總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

2.2 數據管理模塊

該模塊設計了數據輸入、數據維護和數據查詢子模塊。［2］其中數據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接口導入數據的方法。

1)表格輸入:將系統中所需要的數據(設備參數、24 h電流及電量等)以表格字段方式輸入數據庫。

2)圖形輸入:系統根據配電網接線圖的設備符號繪制標準，利用SuperMap Objects提供的強大的圖形繪制功能，創建用戶自定義的通用圖形工具，使所繪制的設備圖形更加形象、直觀。在配電線路接線圖上可直觀地進行數據輸入工作，將系統數據和圖形結合起來，實現圖形數據的互聯和系統的自動識別(如，自動節點編號、自動電壓等級分析、設備關聯分析等)，圖形輸入方式直觀、簡單、不易出錯，可以大大減輕枯燥和繁瑣的數據輸入工作。

3)數據的自動獲取:線損管理工作中所需要的數據大多已存在于電網調度自動化系統(SCADA/EMS)或營銷MIS系統等已有的軟件系統中，從現有軟件系統的數據庫中獲取原始數據，將其轉化為系統所需的數據格式讀入系統自動生成的基礎數據庫，實現基礎數據的逐步積累，從而避免了大量重復錄入，提高了工作效率。系統與其他數據庫接口通過VB提供的網絡編程接口控件winsock實現。本系統可實現與以下幾個系統的數據接口:

①與電網調度自動化系統接口。線損計算系統要實現實時線損計算與常規的線損理論計算結果進行對比分析的功能;線損管理系統要能夠與現有電網調度自動化系統中的實時數據進行數據傳遞和接收，并進行實時線損計算。

電網調度自動化系統接口程序代碼如下:

②與配電GIS系統的接口。系統直接利用地理信息系統的地理線路圖，基本信息參數、設備參數等數據來自于配電地理信息系統的數據庫，能夠實時掌握10 kV配電系統的線路和設備情況，可以實時計算理論線損，動態跟蹤系統變化，及時修改信息。

③與營銷MIS系統的接口。系統可從營銷MIS系統接收實際的售電量數據，以抄見電量進行配電網的線損計算和分析，從而考核不明損失的大小。

2.3 配電網理論線損計算模塊

線損計算模塊通過自動獲得的基礎數據及輸入數據，選擇恰當的計算方法自動計算理論線損值并輸出結果。配電網理論線損計算模塊線損計算總體流程圖如圖2所示。［3］本系統提供的配電網理論計算的基本方法為等值電阻法，計算時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算法等方法計算。

圖2 配電網理論線損計算模塊線損計算總體流程圖

等值電阻法是把復雜的配電線路利用線路參數計算并簡化成一個等值損耗電阻［4］，這就不需要采用配電網收集運行數據來進行計算，也能夠達到一定的準確性。因而對配電網線損計算具有可行性和實用性，可以用在計算低壓電網的線損和包含小電源的配電網線損。

均方根電流法適用于供電較為均衡［5］，負荷峰谷差較小，日負荷曲線較為平坦的電網計算，其輸入界面如圖3所示。在圖3中填入計算日期、K系數、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算理論線損的修正值時輸入。計算結果界面如圖4所示。

圖3 理論線損均方根電流法計算輸入界面

圖4 計算結果界面

電量法簡便易行，且精度較高，是現行常用的新方法。

容量法不需采集各臺變壓器的電量，是一種簡單的近似估算法。

前推回代潮流計算法精度最高。［6］但所需的數據量大，數據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算系統必不可少的一部分，系統僅能查看線損計算的結果，只有通過對線損計算結果的分析，找出系統中影響線損的關鍵性因素，才能提出合理的改進方案。

2.4.1 模塊與數據庫的關系

線損分析模塊為用戶統計、分析、預測等決策支持功能。首先通過對線損數據進行多種方式的統計和分析，得到當前線損工作現狀及存在的問題，再經計算降損和管理降損的模擬運算，找到降低線損的最佳途徑和方法，為決策工作提供科學、準確、有力的依據。該模塊功能包括指標分析、技術降損分析和管理降損分析等子模塊。線損分析模塊與數據庫關系如圖5所示。

圖5 線損分析模塊與數據庫關系圖

2.4.2 降損綜合分析根據線損理論計算結果進行線損分析是線損管理工作的重要內容。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現。［7］通過加大線路導線的截面，采用新型、節能型變壓器及計量設備等措施，可以減小元件的電阻。當供電負荷一定時，可通過提高功率因數和增加電壓等方法來減小流過元件的電流。提高功率因數即要減少無功電流，在配電網各級電壓的用電設備旁并聯電容器，可以將存在的感性無功負荷就地以容性無功負荷平衡掉。增加供電電壓就是要盡量減少低電壓等級的線路長距離供電，可以在負荷中心引入高電壓。

根據《電力網電能損耗管理規定》，系統線損分析模塊可以對線路電壓改變、功率因數改變、導線型號改變、變壓器型號改變等情況下的線損變化進行分析。［8］通過系統選擇降損分析措施，并進行具體設置和線損計算，得到模擬改變線路后的理論線損，并與之前的計算結果進行比較，可依據通過不同措施得到的計算結果指導線路改造。

現以遼陽縣農電局所轄10 kV線路的7條線路為例，進行理論線損計算，輸入月有功電量和月無功電量和運行時間，所得結果匯總報表如圖6所示。

圖6 理論線損計算結果匯總報表界面

在報表中可以看出，5號線的理論線損率比較大，對其進行降損計算，分別采用提高功率因數2%和增加電壓3%兩種措施，所得結果如圖7所示。

圖7 降損計算結果報表界面

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現線損數據的科學化、規范化、信息化管理。

2.5 報表模塊

報表模塊可以對輸入的基礎數據、計算的中間結果和最終結果進行匯總和打印，也可以顯示和打印分線和分區的線損計算情況。單擊報表界面“打印保存”按鈕可以打印報表，且能對其打印輸出格式進行設置，圖8為報表打印設置界面。

圖8 理論線損計算結果報表打印設置界面

3 結語

針對傳統配電網線損計算存在的問題，在總結他人成果的基礎上，以6～10 kV的配電網為主要研究對象，考慮到配電網輻射狀的特點，選用中科院地理所超圖公司組件式GIS系統軟件為開發平臺，結合VB開發工具，開發了基于網絡的配電網線損計算與分析系統。結論如下:

1)對配電網線損計算與分析系統進行了總體設計，包括平臺設計、數據庫設計和軟件設計。完成了配電網數據庫建模和配電網綜合數據庫設計，實現配電網拓撲的存儲。

2)系統采用傳統算法和配網前推回代潮流計算法，將電網調度自動化系統(SCADA/EMS)和營銷MIS系統等已有數據通過接口導入到本系統中，進行在線理論線損的計算，使配電自動化系統資源達到共享和合理利用，實現了線損計算的網絡化。

3)系統與SCADA/EMS結合，用實時數據進行配電網的理論線損計算，且對其結果進行分析，對配電網管理更具有實際意義。

4)系統考慮了降損計算分析功能，允許改變導線型號或確定優先補償點及補償容量來改善功率因數，對線損結果進行比較，確定降損措施;允許將配電網中的高耗能變壓器更換為節能型變壓器，對更換前后的線損結果進行比較、分析，提高降損效果。

［1］王靜.配電網線損計算模型設計及其應用程序開發［D］.太原:太原理工大學，2012.

［2］劉立霞.可視化配電網線損計算與管理系統［D］.保定:河北農業大學，2008.

［3］呂項羽，孫振勝，界金星，等.配電網線損理論計算系統計算模型［J］.計算機光盤軟件與應用，2012(24):13-15.

［4］呂玉珊，楊濤，呂巖.配電網線損的理論計算及分析［J］.農業科技與裝備，2012，18(7):46-48.

［5］張國慶.配電網線損計算［D］.南京:南京理工大學，2010.

［6］廣東電網公司.線損理論計算原理與應用［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［7］周強.中低壓配電網線損計算方法與降損措施的研究［D］.鄭州:鄭州大學，2009.

［8］廖學靜.理論線損計算的配網降損方法研究［D］.重慶:重慶大學，2010.