一種基于地方小水電配網線路轉供電智能輔助決策軟件設計與實現

劉同斌 何泉 陳曉湖 李譚龍

【關鍵詞】小水電;負荷曲線;方式安排;配網調度

（一）現狀

現許多小水電主要以徑流式為主，不具備大型蓄水調控能力，對天氣依賴度高，難以預測。小水電較為分散，水電資源主要分布在山區，遠離供電核心區域，不利于小水電就地消納。小水電技術落后，大部分小水電投產時間早，后期投入小，造成小水電發展停滯不前。地方小水電現時基本處于有水就發，電網全部接收的狀態，綜合利用率不高，地方小水電管理還處在較低水平。現在迫切需要對小水電發電能力進行梳理，對有調節能力的小水電進行發電安排，讓調度運行、方式安排、供電所運維提供依據，更好地為配網服務。

（二）總體目標

1、實現小水電數據的獲取

收集原始數據，通過接口方式實時獲取計量系統配變數據、配網線路模型結構形成龐大的數據群組。配網主站將為每個小水電站采集或計算如下數據：有功出力（kw）、無功功率（kVar）、電壓（kV）、電流（A）、功率因素、上網電量（kWh）、用網電量（kWh）等。

2、實現配網線路實際負荷的曲線展示

配網線路在配網主站系統展示的負荷曲線的數據來源是通過站內開關采集上送配網主站，而涉及小水電站的站內開關負荷未能加入小水電發電量，導致實際負荷值大于配網主站顯示的負荷值。因此通過對電的遙測數據進行線路小水電站歷史數據分析，與小水電負荷曲線的疊加，可以實現配網線路實際負荷的曲線展示。可選擇“曲線類型”（日曲線、月曲線、年曲線）、任意時間范圍、單個水電負荷曲線顯示、多個水電負荷曲線顯示、全量水電負荷曲線顯示查詢小水電線路的實際負荷曲線。

3、實現轉供電負荷的曲線的模擬

根據站內開關歷史負荷曲線，以小水電發電能力預測功能為基礎。形成小水電多種發電曲線圖元。通過歷史曲線，形成配網線路負荷預測曲線，并且可根據轉供前兩條線路的歷史曲線，形成轉供后配網線路的曲線，同時可通過人工手動調整曲線。同時根據配網線路的緊急上限值，自動生成配網線路負荷上限曲線。

4、提供小水電頂峰發電預安排報告

基于以上曲線和小水電發電時間安排，根據模擬轉供電負荷曲線，自動生成配網線路轉供電小水電頂峰發電安排報告，可以實現地方小水電合理安排，提高配電網可靠性。

軟件采用前后端分離的模式進行搭建，前端為靜態頁面展示與動態腳本語言對后端服務進行請求，并展示于界面，后端則為無狀態服務向前端提供RPC遠程調用的服務。前端使用Vue漸進式框架對用戶界面進行搭建，Vue結合JavaScript動態腳本語言，對頁面數據、事件、組件等進行相應的業務監聽與操作。后端服務主要采用Java語言進行代碼編寫與封裝，后臺項目通過SSM（Sp ring+Sp ringMVC+Mybatis）的整合，對業務模塊以“微服務”的架構進行封裝。前后端的通訊采用的是HTTPS協議，在HTTP協議上加上TLS/SSL協議構建的可進行加密傳輸、身份認證的網絡協議，從而保證數據的安全性。數據庫采用了輕量級關系型數據庫Mysql，Nginx則是一個高性能的HTTP和反向代理web服務器，同時也提供了IMAP/POP3/SMTP服務。整個系統軟件架構從上至下，細分為五層，分別是：客戶端展示層、代理層、注冊/配置中心、服務層、持久層。

（一）數據流設計

小水電數據流主要有靜態臺賬數據和動態實時采集數據。前者來自于配網主站系統的數據臺賬，后者則來自計量自動化系統。靜態數據的動態采集首先從計量系統中定時導出斷面文件，導出頻率為一天一個，然后通過本軟件自定義的sfcp服務進行獲取，獲取過程中把文件同步至本軟件服務器指定路徑中，通過配置自定義定時腳本對文件進行解析并入庫。實時數據則通過微服務封裝的RPC遠程調閱客戶端進行實時獲取。從靜態數據服務至動態數據服務，均通過日志輸出服務進行流式分析出力，實時監控本軟件數據流所有步驟。

（二）小水電監視界面展示

基于配網主站三區系統的CIM模型庫，抽取“區域一供電昕一變電站一饋線——小水電配變”五級信息。建立樹形結構。為樹形結構中的各節點建立復合索引（中文全字、拼音全拼、拼音首字母等）。提供索引檢索功能，通過檢索功能快速定位節點并打開其信息頁面，實現小水電動態數據和靜態數據的展示。

（三）小水電歷史曲線查詢

通過對前端調用與后端處理邏輯進行解耦，一方面通過JVM緩存已處理好的、具有統一規范的小水電曲線數據，另一方面通過頁面點擊觸發的曲線數據查詢服務，從內存將數據讀取，實現小水電站的歷史數據進行分析，并通過曲線進行展示。

（四）配網線路實際負荷查詢

通過條件設置面板進行控制顯示饋線的原始負荷曲線，選擇所屬饋線的小水電曲線進行計算，實現配網線路實際負荷的曲線展示。可選擇“曲線類型”（日曲線、月曲線、年曲線）、任意時間范圍、單個水電負荷曲線顯示、多個水電負荷曲線顯示、全量水電負荷曲線顯示查詢小水電線路的實際負荷曲線。

（五）小水電線路負荷預測分析

通過自定義配置的預測算法功能，可動態編輯預測算法。在界面中通過選擇過去的歷史日期，運用數學運算符進行公式配置與保存，后臺服務將動態感應配置的預測算法進行計算，實現小水電線路負荷預測，并通過曲線的方式展示。

（六）轉供電負荷的曲線的模擬

通過預測曲線數據與歷史曲線數據進行比對。預測曲線數據在歷史曲線數據之上為供電正常區間，當預測曲線數據在歷史曲線數據之下，則為供電不足，需要人工對供電不足區間選擇性投入小水電，降低線路負荷壓力，使得預測曲線所有數值在歷史曲線之上，保證居民用電。通過轉供電負荷曲線模擬，調度可以實現地方小水電合理安排，提高配電網可靠性。

（七）小水電頂峰發電預安排報告導出

根據轉供電負荷的曲線的模擬，基于小水電的發電安排，通過使用Vue報表模板定制組件，在界面上自定義小水電預安排報告模板，自動生成配網線路轉供電小水電頂峰發電安排報告，減輕方式、調度工作，提高工作效率。

本軟件設計通過對小水電發電能力進行梳理。將小水電數據集成管理起來，建立起小水電數據實時監控，并提供饋線負荷疊加分析，顯示饋線的實際負荷曲線。同時結合負荷預測曲線計算，形成配網線路轉供電模擬負荷曲線，對有調節能力的小水電進行安排，為調度運行、方式安排、供電所運維提供依據，可以有效減少轉供線路壓力，大大提高配電網可靠性，更好地為配網服務。