网络化线损理论计算分析系统的建设及应用

潘 星，王 政，王 涛

（1.浙江省电力试验研究院，杭州 310014；2.浙江省电力公司，杭州 310007；3.湖州电力局，浙江 湖州 313000）

0 引言

电网电能损耗（简称线损）是国家考核电力部门的一项重要经济指标，也是表征电力系统规划设计水平、生产水平和经营管理水平的一项综合性技术经济指标。电网在输送电能时产生的电能损耗直接影响电力的使用效率和经济效益，随着电力体制改革的日益深化，降低线损越发显现其重要性。我国在线损管理分析方面起步较早，取得了许多成果，本着“技术线损最优化、管理线损最小化”的降损理念，线损专业管理由粗放型转向科学、规范的良性循环。利用理论线损计算结果指导实际降损节能工作，成为降低供电成本、提高供电企业经济效益的重要技术手段。然而，随着科学技术的不断发展和新技术新设备应用层出不穷，线损理论计算分析已滞后于电力行业的发展，影响了企业经济的决策[1-2]。

浙江省电力公司线损理论计算工作始于2004年，采用单机模式，大量工作如图纸更新、数据录入等均集中在线损专责身上，存在大量重复改图和数据录入工作，降损分析的效率大大降低。由于这套独立的、静态的线损理论计算分析系统计算、分析的覆盖面低，计算结果不能有效指导电网实际降损工作。为了提高电网线损理论计算的准确度和减轻线损管理工作人员的工作量，有必要开发网络化线损理论计算与分析系统，实现各类信息系统中有（无）功功率、电压、电流等实时信息的自动采集，经过潮流计算、统计分析等步骤，自动完成电网各电压等级、元件的线损理论计算与分析。新开发的系统将原有人工数据采集、计算、汇总的工作方式转变为自动采集和计算，对电网线损构成的分析由单一计算、静态分析转变为随负荷、电网结构、运行方式等变化的跟踪计算、动态分析，全面提高当前电网线损计算分析和指导实际工作的水平[3]。

1 线损理论计算的数据来源

PI实时数据库系统在体系构架设计和数据压缩技术等方面具有显著优势[4]。PI系统特有的先进储存算法，保证了所提取的数据能反映实际过程中的准确值；PI系统独特的数据库和数据基础架构，保证了系统可在几十秒内完成访问1周或10年前的数据。与传统实时数据库系统相比，PI系统具有更为完备的安全体系架构，且具有丰富的平台支持环境、应用开发环境和工具，能在不影响数据读写速度的情况下极大地节省硬盘空间，且具有灵活的扩展性[5]。鉴于PI数据库所具有的以上技术特点，采用PI系统作为实时数据中心的开发平台是明智的选择。

浙江省电力公司实时/历史数据库系统（以下简称PI系统）自建成以来，陆续接入了数据采集与监控（SCADA）系统、电能量自动采集系统、设备在线监测等大量实时/历史数据，为实现管控一体化打下了良好的信息化基础。但是，PI数据库提供的只是一个数据平台，必须通过深入的基于该平台的二次开发，才能最大限度地将其提供的数据利用起来。当前，公司系统PI应用主要服务于地区电力局，很少有全省统一开发的PI应用，尤其在技术线损分析方面尚无应用实例。

目前开展线损理论计算所需数据包括：

（1）35kV～220kV变电站主变压器各侧及各路进出线全天的正点电流、有功功率、无功功率及全天累计有功电量、无功电量，各侧母线全天正点电压。

（2）35kV～110kV直供大用户专用变压器高压侧全天的正点电压、电流、有功功率、无功功率和全天累计有功电量、无功电量。

（3）0.4kV典型低压台区全天有功电量、无功电量、电压及24 h每个正点A，B，C，N各相电流。

PI数据库与SCADA系统、能量管理（EMS）系统、电能量自动采集系统等已建立了数据接口，将负荷控制系统、集抄系统以及用电营销系统等相关数据接入后，其数据已基本满足线损理论计算工作的需要。

2 系统建设架构

网络化线损理论计算分析系统的主要目的是通过对电网损耗的有效分析，合理评估电网结构的经济效益，提高电力系统运行稳定性和安全性，降低电网电能损耗，提高电网设备输电能力。系统的主要任务是建立数学模型，并基于PI数据库资源，安全、可靠、方便地完成全网负荷实测、线损理论计算和分析等工作，实现线损计算数据的集中管理和分布式维护。

为了最大限度地利用当前供电企业数据管理系统已有的软硬件资源，减少经费投入，设计开发本系统时可选择这样的运行环境：后台数据库为ORACLE，网络环境为支持TCP/IP协议的局域网，前端客户机操作系统为Windows 98/2000/XP。系统完全搭建在企业数据管理系统现有的运行环境之中，最大限度减少开发成本和经费投入。采用3层结构，由数据层、计算层和表现层构成，与现有自动化系统的关系如图1所示。系统从已有的信息系统中获取设备参数和实时运行数据，以C/S结构离线计算，以Web方式展示。

图1 系统硬件结构图

系统数据层主要依靠PI数据库系统，表现层可与其它信息系统展示平台整合，主要开发内容落实在计算层以及计算层与数据层和表现层的相关接口。系统功能最终实现6个方面内容：图形绘制电网模型、系统参数设置及潮流计算方法选择、PI数据库系统获取数据接口、离线线损计算分析、计算结果打印及图表展示以及计算结果Web展示接口，各功能逻辑关系如图2所示。

图2 系统模块逻辑关系图

系统技术特点主要体现在以下方面：

（1）实现线损计算一体化。分布式部署、集中化维护，充分利用PI数据库公共资源和超大数据存储量，整合各相关数据库系统的数据并加以集中应用，通过客户端多机协同工作，满足本系统以及各级部门开展线损理论计算的需要，同时降低人工数据处理的工作量。

（2）形成比较完整的功能体系。通过数据库接口导入系统数据，实现全电网电压等级理论线损计算，实现全Web计算结果展示，将线损计算与线损分析相结合，生成标准的线损决策报告，提供降损解决方案。实现远程化管理，缩短线损计算和统计分析时间，形成即时计算、即时分析的工作方式。系统模型、算法、元件设计和界面展示等各部分相对独立，易于功能的扩展。

（3）形成比较完善的计算数据管理体系。系统以数据为中心，利用全省统一数据库进行数据管理，并依靠PI数据库进行历史数据存储，保证各单位有一套最新、最有效的数据，不受人员变动和岗位更换的影响。同一个数据只需在一个源头进行维护，避免重复工作。系统维护过程简单，工作人员能更有效地进行损耗分析和制定技术降损方案。有效积累理论线损的科学数据，促进公司系统全面及时掌握电网及设备运行负载状况，使线损计算数据能更好地指导生产实践。

（4）实现更智能的线损分析功能。从线损比对分析、趋势分析和线损敏感因子分析等方面提升线损分析水平，自动完成理论线损值与统计值对比分析以及电网运行方式变化前后线损理论值的差异分析，通过对统计线损值和理论线损值的同比、环比分析，预测线损的变化趋势。通过改变线损计算边界条件跟踪计算，进行线损敏感因子判断与分析，自动找出降损节能关键点。

3 系统应用

浙江电网网络化线损理论计算分析系统于2010年初步建成，实现了图形化建模、批量导入设备参数、自动获取运行数据、计算结果图形展示、计算分析和报告生成等几大功能。

3.1 功能介绍

（1）采用图模转换技术，电网一次接线图建模采用图形化显示和编辑，界面友好，操作简便。设备参数能批量导入和修改，可以直接通过电网设备元件模型进行编辑。图形化电网建模如图3所示。

（2）开发完成与PI数据库交互接口，同时留有PMS系统中设备参数文件导入通道，能从已有的信息系统中获取设备参数和实时运行数据，大大减少技术人员进行线损理论计算的工作量。

图3 电网建模图

（3）完成计算后能进行计算结果图表展示分析。计算结果分客户端和Web两个层面进行展示，增加了理论线损查看和分析手段，提高线损分析能力。

客户端可以进行线损统计结果曲线图、柱状图、趋势图的绘制。计算数据分电压等级、分元件、分区存储在数据库中，用户可根据不同的查询条件查找相应的数据，并通过报表、图形、Excel方式展示，如图4所示。

图4 计算结果客户端显示

Web页面展示可实现计算数据与GIS系统结合，直接显示变电站和线路某时刻的理论损耗值和损耗率，并对每日异常数据进行预警和告警，计算结果断面展示如图5所示。

单独选择某个电气设备可查看指定时段内线损理论值趋势。变压器损耗、导线损耗、线损率曲线等亦可按地区进行统计并输出计算结果。

3.2 主要技术难点及解决方案

（1）PI数据库交互接口开发。为保证接口交互数据的完整性和通信有效性，综合考虑当前的设备资源条件和计算所需数据时间要求，确定采用文件传送的方式，并在数据写入前后添加文件模版检查、数据检测、传输通道侦听等监视功能，保证数据传送效率。获取运行数据后还可在客户端进行人工检查和修正，避免因数据对应、测点丢失等问题导致计算错误。

图5 计算结果断面展示

（2）建模与计算。系统的模型、算法、元件设计和界面展示等各部分相对独立，易于功能扩展。提供多种适应不同条件（不同地区、不同电网结构）的电能损耗计算和降损分析算法，建立算法库，根据需要选择不同的算法进行计算和分析。

（3）计算结果展示分析。为便于理论线损查看和分析，提高线损分析能力，采取图形化方式展示计算结果，直观了解区域电网线损情况；通过颜色变化告警变压器重载或轻载，结合地理信息进行线损分析判断；分区域汇总线损值，提高常规工作效率；实现线路、变压器损耗趋势查询，快速、全面了解重损设备损耗历史，为线损分析和技术降损提供数据支撑和理论指导。

4 结论与展望

目前我国正在积极建设节约型社会，加强节能降耗已成为国家政策的重要内容。控制线损、降低线损、提倡电网经济方式运行成为电力企业现代化管理的核心内容，也是电力企业生存和发展的必要条件。因此按照线损管理和电网经济运行的需求，提高电网线损计算和分析研究的及时性和准确度，实现电网线损理论计算分析全过程计算信息化智能管理，使理论计算结果能更准确地指导电网的经济运行等工作已迫在眉睫。

网络化理论线损计算分析系统充分利用PI数据库的数据进行线损理论计算应用，最大化地利用现有设备和网络资源，提高线损管理水平。该系统有效地积累科学数据，促进各供电企业全面掌握电网及设备运行负载状况，了解电网薄弱环节和线损的构成，指导电网建设与改造工作，提高线损专责人员发现问题和解决问题的能力，并为编制电网降损节能规划、制定有针对性的降损措施等工作提供量化指标和技术依据。

由于目前不具备条件采集大量分散的380 V低压台区实时信息，因而尚未实现该电压等级的网络化计算，因此需进一步研究改进以便最终实现全网的线损理论计算分析与汇总，并通过实时运行数据采集，向线损智能化理论计算分析管理系统发展，在原有基础上进一步实现技术降损及效益分析功能，提出技术降损措施并分析其降损效果，实现投资回收效益分析。

[1]张伏生，李燕雷，汪鸿.电网线损理论计算与分析系统[J].电力系统及其自动化学报，2002，14（4）∶19-23.

[2]刘海霞.浅谈线损理论计算对线损管理的指导意义[J].农村电工，2009（10）∶44.

[3]袁菊明，寿江云.基于PI的地区线损管理系统方案[J].广西电力，2008（2）∶61-64.

[4]田源平.谈PI数据库系统在电力企业中的应用[J].大众标准化，2003（7）∶47-48.

[5]王俏文，陶文伟，丁坚勇，等.基于 PI数据库的供电企业实时数据中心的设计与实现[J].电力系统自动化，2009，33（6）∶99-103.