省地一體化在線網損分析計算平臺

王曉蔚，胡文平，馬斌，梁賓

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊市050021;2.國網河北省電力公司，石家莊市050021)

省地一體化在線網損分析計算平臺

王曉蔚1，胡文平1，馬斌2，梁賓1

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊市050021;2.國網河北省電力公司，石家莊市050021)

省地一體化在線網損分析計算平臺采用CIM模型接口從EMS中直接導入電網模型，不需要人工重復建模，能跟蹤電網模型的變化，保證狀態估計合格率處于較高的水平，為網損的準確統計和計算奠定基礎。該平臺能夠提供的電量數據覆蓋了110 kV及以上的全部電網模型，是電量采集系統數據的重要校驗和補充;基于在線數據的網損分析平臺，為工作人員提供更為全面的網損電量的分析平臺;通過對各種運行方式下的系統網損和設備網損情況進行分析研究，從而找到降低網損的有效途徑;應用此計算平臺，開展河北南部電網典型日負荷方式下線損理論計算工作;通過每日的線損理論分析，發現EMS系統在線數據存在的問題，及時解決問題，提高系統狀態估計合格率。

省地一體化;在線網損分析;實時數據;線損

0 引言

在“十二五”期間，國家提出了節能減排和可持續發展的戰略，對于電網企業，需要進一步降低網損，提高電能的利用效率，創造更高的社會效益和經濟效益。河北南部電網(簡稱河北南網)北聯京津唐電網，西接山西電網，南聯河南電網，東接山東電網，是我國“西電東送、南北互供、全國聯網”的重要通道，如何控制網損更是提高經濟效益的重要手段。省地一體化在線網損分析計算平臺以省調和各地調的EMS系統為數據來源［1-2］，采用IEC 61970標準從EMS系統中獲取電網模型和實時數據。獲得實時數據后，網損分析系統進行狀態估計［3-5］，以狀態估計的結果作為電網運行的基態潮流，對選定范圍內電網線路和變壓器等設備網損進行分析計算。在省調及各地區供電公司安裝網損分析計算軟件客戶端，建立省地一體化在線網損分析計算平臺。應用該平臺可以合理制定降損方案，挖掘降損潛力，為網損管理和規劃投資提供輔助決策，對科學評價電網經濟運行，指導今后的降損工作起積極作用。

1 網損理論分析計算現狀

我國電網的運行和管理具有典型的分層分區的特點，而調度中心內又按專業職能分為若干部門。隨著信息技術的發展以及各類計算分析程序的應用和推廣，各級調度中心各部門相繼積累了大量的電網數據資源，這些數據資源通常都是針對本部門的特定應用而建立的，可以看作是電力系統的特定視圖［6］。另一方面，許多電網計算分析程序，例如電力系統穩定計算等，需要基于相對完整準確的電網模型信息才能給出合理、可信的計算結果［7-8］。信息孤島的出現使得這類計算分析一般只能依靠人工維護大量的計算數據，在一定程度上限制了計算程序的應用范圍，同時也造成了巨大的人力浪費。近年來，標準電網模型、計算機網格等新技術的出現為建立調度中心統一的數據平臺提供了可能，各類應用程序有可能通過連接數據總線的方式接入系統，避免了大量多對多私有數據接口［9］。河北南網經過多年的建設，已經具有較為完備的遙測系統，為實現在線計算提供了較好的基礎。同時隨著電網的發展，特別是電力市場的引入，需要更多地關注于提高電網的經濟性，因此需要及時、準確地掌握系統網損的變化。

當前河北省多數地區電網的網損統計基于電量采集系統，網損理論計算基于實測日負荷進行，無法對全網網損進行深層次的精細化分析。現有的基于報表數據的離線網損分析系統局限于僅能提供離線計算功能。現有的網損分析系統是離線的，在進行分析計算時，需要離線手工建立電網模型和數據［10-12］，計算的準備時間長、周期長。傳統的網損分析系統采用報表數據作為數據來源，由于報表數據都是人工記錄上報，存在一定的誤差及不確定性，不能對各種運行方式下的網損進行分析計算。報表本身只是一個數據文件，沒有建立完整的電網模型，因此只能對歷史上的網損數據進行統計，無法進行網損的深層次研究。在實際生產中，需要對各種運行方式下的系統網損和設備網損情況進行分析研究，從而找到降低網損的有效途徑［13］。這需要根據電網模型，進行潮流計算、網損分析對比等計算。這些高級的分析計算功能都是傳統的電量系統無法提供的。

省地一體化在線網損分析計算平臺的開發彌補了離線分析計算軟件和電量采集系統的不足。本系統通過調度EMS系統獲取實時電網模型和運行數據，不需要人工重復建模，能實時反映電網的發展變化，提高了網損分析的計算效率。本系統能夠提供的電量數據覆蓋了110 kV及以上的全部電網模型，是電量采集系統數據的重要校驗和補充。積分電量是以狀態估計的計算結果進行電量積分計算，而電能量系統中的電量是現場實際電表的電量，2種電量的互相校核大大提高了電量數據的準確性。基于在線數據的網損分析系統，可以對不同方式下的網損情況等進行模擬分析計算，為工作人員提供更為全面的網損電量的分析平臺，通過對各種運行方式下的系統網損和設備網損情況進行分析研究，從而找到降低網損的有效途徑。

2 省地一體化在線網損分析計算平臺開發的總體思路

省地一體化在線網損分析計算平臺擬采用IEC 61970 XML/CIM/CIS標準以及國家電網公司企業標準《電網運行數據交換規范》，以河北南網現有EMS系統為基礎，通過分析EMS的特點和計算要求，制定切實可行的技術方案，經濟、快速地予以實施。

省地一體化在線網損分析計算平臺的網損計算子系統，采用了獨立的狀態估計模塊，在獲得的SCADA量測數據基礎上進行狀態估計，從而排除量測系統中的壞數據。由于采用了CIM模型接口從EMS中直接導入電網模型，省地一體化在線網損分析計算平臺能跟蹤電網模型的變化，保證狀態估計合格率處于較高的水平，為網損的準確統計和計算奠定基礎。省地一體化在線網損分析計算平臺與EMS的通信接口每15 min傳送1次變化的量測數據，狀態估計每15 min計算1次，并把計算的結果存入網損數據庫，供網損分析計算。同時系統也自動監測狀態估計的計算情況，當狀態估計質量很差(如殘差很大或合格率較低時)，系統將采用量測數據進行分析計算，同時置入相應的數據標志。

(1)以中調e語言方式從EMS系統采集實時數據，在采集的SCADA實時數據基礎上，進行狀態估計計算。每隔15 min保存完整的電網全息數據斷面，包括電網結構、參數、量測數據、狀態估計數據、關口、計算點。采用壓縮技術保存，每個數據斷面大小為500～600 kB，數據斷面以二進制方式存入Oracle數據庫中，不需要管理大量的數據文件。

(2)在省調及各供電公司安裝網損分析計算軟件客戶端，建立省地一體化在線網損分析計算平臺。應用省地一體化在線網損分析計算平臺，進行河北南網典型日線損理論計算工作，完成220 kV及以上主網理論線損計算及各供電公司110 kV電網理論線損計算。

(3)開展EMS系統維護工作、為各地調提供技術支持，及時解決維護工作中遇到的問題，提高數據質量，提高狀態估計合格率，保證省調及各地調狀態估計合格率在95%以上。

(4)采用標準化的CIM模型作為電網模型的接口。系統遵循IEC 61970標準。通過CIM模型與EMS系統實現模型一體化，能及時獲得電網的最新模型。采用網絡拓撲分析的方法實現網損統計區域模型的自動搜索建模和模型的自動更新。

(5)采用快速狀態估計作為在線網損分析的數據基礎，采用先進的不良數據檢錯和辨識的快速算法，保證狀態估計的速度和準確性。系統每15 min完成1次狀態估計計算，并以15 min為電量梯形積分的周期，可以充分保證電量積分計算的高精度。

(6)采用基于壓縮技術的電網實時斷面全息存儲技術，能以15 min為周期，保存完整的EMS電網模型的結構、參數、量測數據、狀態估計數據，基于該全息斷面，能完整再現電網的信息并進行各種潮流分析。

(7)省調和各地調PAS系統自動導出電網模型CIM文件、SVG圖形文件和E格式數據文件，通過正向隔離裝置，將數據傳送到安全III區的數據服務器中。將這些數據通過安全III區發送到河北省電力公司數據中心的數據服務器，數據中心通過綜合業務網發送到電科院的數據接收服務器中，經省地一體化在線網損分析計算平臺能夠正確、及時地獲取電網的模型、圖形和數據，并減少維護工作量。

省地一體化在線網損分析計算平臺硬件配置如圖1所示，其中配置1臺數據接收服務器，用于接收從省調和各個地調傳輸的圖形、模型和數據。數據庫服務器安裝Linux操作系統，保證其網絡安全性。配置2塊網卡，一塊與綜合業務數據網相連獲取電網數據，另一塊與網損系統主交換機相連，為網損系統提供數據存儲服務。配置1臺網損計算服務器用于保存省調和6個地調系統的數據，并完成網損分析的計算和統計等功能。配置1臺微機工作站用于監視系統運行情況，以及進行相關的規劃分析計算。工作站可以登錄到任何計算服務器上，查看網損系統的計算結果。

各供電公司需要準備客戶端計算機，硬件配置標準:CPU大于等于2.4GHz;內存大于等于4GB;硬盤大于等于50G硬盤。客戶端計算機的網絡訪問需求包括:各供電公司網絡應能夠訪問IP地址為10.123.97.15的21端口和1521端口，即具備訪問電科院網損服務器的FTP和Oracle數據庫的條件。

省地一體化在線網損分析計算平臺的軟件系統包括5個子系統:網損統計建模子系統、網損計算子系統、網損電量積分存儲子系統、網損電量查詢分析子系統、規劃電網分析計算子系統。

省地一體化在線網損分析計算平臺的數據存儲方法如下。

(1)需要建立的用戶:LOSS_HBEI，LOSS_XTAI，LOSS_HDAN，LOSS_BDING，LOSS_SJZ，LOSS_ HSHUI，LOSS_CZHOU。

(2)由于采用了表分區的存儲技術，因此需要的表空間如下。

1)用來存儲區域、關口、設備、計算點等歷史數據，每年1個分區:LOSS_2010。

2)用來存儲斷面數據用于歷史分析，每個月1個分區:CASE_2011_01;CASE_2011_02;CASE_2011_ 03;CASE_2011_04;CASE_2011_05;CASE_2011_06; CASE_2010_07;CASE_2010_08;CASE_2010_09; CASE_2010_10;CASE_2010_11;CASE_2010_12。

本系統具有如下的創新點:

(1)實現了根據關口定義，通過拓撲分析自動生成網損統計模型并自動維護模型;

(2)采用先進的數據庫觸發器技術實現了表達式電量和統計電量的自動計算，可以方便靈活地對斷面的網損電量、網損率進行統計和分析;

(3)增加未來規劃廠站網損分析功能，通過EMS系統獲取所述實時電網模型和數據，在省調和各地調真實電網的基礎上，增加新設備，建立規劃態電網模型，在相應的時段內，對規劃態電網網損進行分析計算;

(4)增加5年規劃網損分析系統，增加了“未來規劃1”、“未來規劃2”、“未來規劃3”、“未來規劃4”、“未來規劃5”等5個規劃態，可以分別建立未來5年的規劃電網。

通過與EMS實時信息及規劃網損系統互聯，實現對實時電網信息和規劃電網信息的顯示。利用雙屏顯示方法可以實現同一畫面對比顯示同一負荷分布情況下，實際電網和規劃電網的潮流、網損等信息。

3 網損分析計算實例

應用省地一體化在線網損分析計算平臺，進行河北南網典型日負荷方式下線損理論計算工作，完成220 kV及以上主網理論線損計算及各供電公司110 kV電網理論線損計算。通過線損的理論分析計算可以深入了解河北南網線損構成及分布情況，找出影響線損率變化的主要環節和因素。通過每日的線損理論分析，發現EMS系統在線數據存在的問題，及時發現問題、解決問題，提高系統狀態估計合格率。對各種運行方式下的系統網損和設備網損情況進行分析研究，從而找到降低網損的有效途徑。

3.1 網損分析計算流程

(1)登錄網損分析系統，可以選擇登錄省調或6個地調的數據。

(2)進行拓撲分析，排除量測系統中的壞數據。

(3)選擇研究態，將計算結果存放在所選擇的研究態。

(4)進行網損分析計算，網損分析計算結果如圖2中曲線所示。

3.2 典型日網損分析計算

應用省地一體化在線網損分析計算平臺，進行河北南網典型日負荷方式下線損理論計算工作，其中6月份最大負荷日和上年代表日全網500 kV線損理論計算結果見表1。

(1)負荷變化對本層線損率的影響。與去年典型日相比，500 kV電網無新的發電機組接入，500 kV電源點沒有變化，同時500 kV外購電量顯著增加，增供電力需從高電壓等級逐級經過變壓器和線路轉供，造成線損、變損都有不同程度的增加。

(2)電網結構和運行方式變化對本層線損率的影響。與去年代表日相比，河北南網500 kV網架結構變化不大，主要潮流走向在西電東送的大局下，呈現以電源接入相對集中的石家莊地區為中心，向周邊電網輻射供電的格局。500 kV慈云站投運后獨立分區運行，河北南網形成邯邢、石保、衡滄、慈云4個220 kV供電區運行，500 kV網絡成為各供電分區間傳輸電量的唯一通道，使500 kV損耗有所上升。500 kV廣元站投運后，加強了局部電網的支撐并為后續大容量機組的接入創造了條件，有利于優化局部地區潮流分布和后期主網損耗的降低。

(3)線路損失對本層線損率的影響。500 kV線路損失占比較高，線路損失占比維持較高的主要原因一是特高壓和京津唐轉供山東電力仍較高，河北南網穿越潮流較重，增加了線路損失;二是隨著電網解環工作的逐步進行，河北南網目前形成邯邢、石保、衡滄、慈云4個220 kV供電區運行，500 kV網絡作為各供電分區間傳輸電量的通道，線路損耗有所上升。

3.3 變壓器經濟運行

根據不同季節的負荷情況，通過對變電站的多臺變壓器分別調節冷備、熱備、運行的不同運行工況，來降低全站的變損。

以2012年1月22日14:00的河北省調的數據斷面為計算基礎數據，該斷面為春節期間負荷較小，變壓器大多輕載運行。如石家莊地調的侯坊站，2臺變壓器額定容量為120 MVA，2號主變的有功負荷為38 MW，3號主變的有功負荷為18 MW。變壓器輕載運行。2012年1月22日侯坊站的損耗如表2所示。

將侯坊站3號主變停運，其所帶負荷轉至侯坊站2號主變。侯坊站的損耗如表3所示。

由表2、3可得，侯坊站主變停備后，1天全站的變損減小值為1.87 MW·h。

3.4 電網運行在線數據分析日報

為了保證網損分析計算結果的準確性，必須保證在線數據的質量，省地一體化在線網損分析計算平臺只有收集到了質量好的數據，才能開展準確的計算分析工作。為了更快更好地提高數據質量，課題組督促各地調開展EMS系統維護工作，為各地調提供技術支持，及時解決維護工作中遇到的問題，提高數據質量。截至目前，省調和各地調電網實時數據一直很好，各地調持續進行系統維護工作，狀態估計合格率穩中有升。

整理電網運行在線數據分析日報，通過電網運行在線數據分析日報觀察每日傳送數據的狀態估計合格率及每日的線損情況。某日的電網運行在線數據分析日報如表4～6所示。

4 系統的實際應用效果

(1)提供網損監測和降損輔助決策平臺，供使用人員對網損進行監測和控制。傳統的的網損分析系統是離線的，在進行分析計算時，需要離線手工建立電網模型和數據，計算的準備時間長、周期長。省地一體化在線網損分析計算平臺從EMS系統中獲取電網模型和實時數據。獲得實時數據后，可以實現離線的網損分析和網損優化計算，為系統的優化運行提供智能的降損決策。

(2)提供基于網損電量歷史數據的網損統計分析，對網損日分析提供技術支持。省地一體化在線網損分析計算平臺建立了網損分析的基本模型，在此模型基礎上，實現了網損統計區域的自動拓撲生成，實現了網損分析模型的自動生成和自動維護;實現了電量的積分計算和存儲，根據快速狀態估計計算結果進行電量的梯形積分，并將完整的電量數據保存入數據庫中;實現了基于研究態的離線網損分析;系統能夠根據分析計算結果提供任意時段的符合要求的報表輸出。

(3)提供基于完整的電網模型數據斷面的潮流分析和時段連續分析，供工作人員研究電網結構、方式變化對網損的影響，作出合理的規劃和決策。在實際生產中，需要對各種運行方式下的系統網損和設備網損情況進行分析研究，從而找到降低網損的有效途徑。這需要根據電網模型，進行潮流、網損分析對比、網損靈敏度、有功最優潮流等計算。

(4)能夠適用于各種電壓等級的電網，對地區電網同樣適用，為省地聯合降損提供了強大的平臺。

(5)適應電網發展規劃的要求，將規劃電網與實際電網進行網損對比分析。目前的實時電網網損分析系統不能對規劃態電網進行網損分析計算。省地一體化在線網損分析計算平臺在EMS系統的實時電網網損分析系統的基礎上，采用規劃態電網網損分析系統完成規劃態電網的網損分析計算。

程序需要繼續完善的工作如下:

(1)各供電公司安裝客戶端，進行模型維護;

(2)2個供電公司同時進行計算時，設置優先級，開發優先級訪問順序程序，該程序能夠看到前面有幾個用戶在等待;

(3)增加各地調分區線損，各地調220 kV主變所帶110 kV變電站能自動分區;

(4)報表中增加線路和主變功率因數數據;

(5)在省公司及各地調工作平臺圖形界面中增加顯示空載損耗和空載電流參數;

(6)各供電公司EMS數據中增加變壓器空載損耗數據，沒有空載損耗則沒有變壓器鐵損，變壓器損耗值偏低，銅鐵損比偏大;

(7)各廠站按拼音順序排序。

5 結論

利用省地一體化在線網損分析計算平臺開展線損理論計算工作，通過對不同運行方式下線損理論計算結果的對比分析，可以找出影響河北南網經濟運行的主要因素和存在的問題，基本掌握電網線損構成情況，為電網規劃、建設、改造提供理論依據，對科學評價電網運行的經濟性，指導今后降損工作起到積極作用。

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(編輯:張媛媛)

Online Network-Loss Calculation Platform with Provincial and Regional Integration

WANG Xiaowei1，HU Wenping1，MA Bin2，LIANG Bin1
(1.Hebei Electric Power Research Institute，State Grid Hebei Electric Power Corporation，Shijiazhuang 050021，China; 2.State Grid Hebei Electric Power Corporation，Shijiazhuang 050021，China)

The online line-loss calculation platform with province and region integration uses the CIM model interface and imports grid models directly from the EMS，which does not require building the model manually and repetitively.It can track the changes of the grid model，and ensure the qualified rate of state estimation at a higher level，which can lay the foundation for the accuracy statistics and computation of the loss-loss.The power data provided in the platform can covered all grid models of 110 kV and above，which is the verification and important supplement of power data collection system. Based on this platform，it can provide a more comprehensive analysis platform of network-loss for the staff，and find an effective way to reduce network-loss through the analysis of system loss and equipment loss under various operation modes. The theoretical calculations of line-loss in Hebei South Grid under typical daily load mode have been carried out by using this platform.Through the daily line loss analysis，it can find the problems of online data in the EMS system in time，which can improve the qualified rate of system state estimation.

province and region integration;online network-loss analysis;real-time data;line loss

TM 711

A

1000－7229(2014)01－0062－06

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.01.012［HT］

2013-07-11

2013-08-11

王曉蔚(1970)，女，博士，高工，主要從事電力系統仿真分析計算工作，E-mail:wxwhwp@163.com;

胡文平(1968)，男，博士，高工，主要從事系統運行、系統分析計算工作;

馬斌(1984)，男，工程師，主要從事電力系統自動化工作;

梁賓(1986)，男，工程師，主要從事配網自動化工作。