浙江电网实时网损分析系统的设计与应用

杨 滢，黄 静

（浙江电力调度通信中心，杭州 310007）

0 引言

“十一五”期间国家提出了节能减排和可持续发展的战略，电网企业需要通过节能调度进一步降低网损，提高电能利用效率。对于浙江电网这样一个重负荷输电网，控制网损是实现节能调度、提高经济效益的重要手段。

电网电能损耗计算包括统计线损率计算和理论线损率计算，传统方法是月初收集各统调发电厂、变电站上月电表计量数据，人工录入到数据库管理系统（DMS）中汇总，每月需耗费大量时间在数据录入与数据检查上。而理论线损率计算则基于当年实测日负荷进行，在进行分析计算时，需要离线手工建立电网模型和数据，计算的准备时间和周期都较长，存在实时性差、统计范围有限、无法深层次精细化地分析全网网损、不能进行降损优化分析等局限性。

目前在建的电能量采集系统从理论上讲可以节省统计网损率计算中的人工收集与录入工作量，但远程采集系统测点数以万计，传输通道复杂，不可避免会产生错误。由于没有甄别依据，从海量数据中辨识错误数据也需耗费大量时间，造成电能量采集系统的电量数据无法直接用于网损统计。

因此，开发1套网损在线分析系统，一方面可以实时提供网损的在线监测和分析，为调度人员提供实时的降损辅助决策；另一方面可以对不同方式下的网损情况进行模拟分析计算，提供全面的网损电量分析平台；还可以利用在线积分获得的电量数据对电能量采集系统的数据进行校核和补充，使采集系统的数据能用于统计网损率的计算，提高工作效率。

1 总体构思与功能

浙江电网实时网损分析系统的总体设计思想是“在线分析和离线分析相结合，电力分析和电量统计相结合”，主要体现在以下3个方面：

（1）计算采用的电网模型和实时数据取自OPEN-3000电能管理系统（EMS）并与EMS系统保持一致，保证网损分析系统的实时性和准确性。电网模型（网络拓扑和设备参数）交换采用IEC 61970标准中规定的CIM/XML格式；遥测、遥信实时数据采用E文本标准规约进行通信，每5 min获得1次实时数据。

（2）根据电网实时运行情况进行在线网损计算，并对网损电量进行实时积分存储。实现与电能量采集系统数据的对接，将积分电量与采集系统的电表电量进行逐日比对，发现偏差立刻报警。

（3）系统自动保存电网的完整历史断面，在此基础上进行离线网损分析和网损优化计算，为优化运行提供智能的降损决策；离线计算既可对1个特定时间断面进行网损分析，又可对多个断面的连续时段进行网损积分电量分析。图1所示为实时网损分析系统的数据流程。

2 技术方案

2.1 网损模型自动生成与维护

以往离线网损分析软件在电网模型发生变化，如发电厂、变电站投运或退役时，需要人工维护电网模型，并对网损统计关口进行添加和删除操作。实时网损分析系统已经具备了从EMS系统中导入完整电网模型的功能，用户仅需定义统计区域中关口线路、主变的位置，系统根据电网拓扑结构自动生成网损统计区域的设备集合。当EMS系统的电网模型变化后，系统能自动重新进行拓扑搜索，更新网损统计区域内的电气设备，自动适应电网的变化。

系统除了实现统计区域内设备的免维护，还考虑了降低关口的维护量。基于浙江主网500kV变电所关口定义在500kV主变中压侧，220kV变电所关口定义在220kV主变高压侧的原则，上述变电所关口均可由系统按默认规则自动定义。采用这种方式后，仅需要人工维护网损统计区域的关口线路（如省际联络线关口、发电厂送出关口等），统计区域内部的设备（如新增线路、主变等）不需要人工维护，系统能自动生成并随电网模型变化实时更新。由于关口线路变化相对较小，因此这种方式基本上实现了网损统计模型的自动维护，大大降低了系统维护的工作量。

2.2 对电能量采集系统的数据校验功能

图1 网损在线分析系统数据流程图

主网网损率分月统计工作要运用电能量采集系统远程传送的数据，因此必须事先对采集系统的电量数据进行校验。

实时网损分析系统具备独立的状态估计模块，在实时获得的数据基础上进行状态估计，从而排除电能量采集系统中的坏数据。由于采用了CIM模型接口从OPEN3000-EMS中导入电网模型，网损分析系统能实时跟踪电网模型的变化，保证状态估计合格率处于较高的水平，为网损的准确统计和计算奠定了基础。在此基础上，系统设计开发了与电能量采集系统对接的数据接口，将系统实时积分计算的关口电量与电能量系统的关口电量进行以天为单位的比对和校验，一旦发现偏差立即报警，从而实现对电能量采集系统数据的及时维护，使电能量采集系统的数据用于月度网损率统计成为可能。

2.3 网损分析功能

2.3.1 网损灵敏度与最优潮流的实时计算

网损灵敏度指发电机组有功出力对网损统计区域的网损变化灵敏度，衡量机组增加单位有功出力后区域网损增加值的大小。系统针对电网每5 min计算1次网损灵敏度，给出当前时刻各个发电机组有功出力对统计区域网损的灵敏度；按照正负灵敏度大小进行机组排序，给出降低网损的机组有功调节方向。

根据潮流方程，全网应满足功率平衡条件，即全网注入功率之和应等于网络损耗：

式中：Pi为节点注入有功功率；Ploss为系统有功网损； j∈i表示 j和 i之间有支路关联； Ui，Uj，θij分别为母线电压幅值和相角；Gij为节点导纳矩阵元素Yij的实部。

网损灵敏度的计算方法是：在实时的潮流计算结果基础上，先求出各个母线电压对区域总网损的灵敏度，然后再计算出每台发电机的有功出力对母线电压的灵敏度，二者叠加就是发电机出力对统计区域网损的灵敏度。母线j上的机组有功出力对整个系统网损的灵敏度Sj为：系统网损的灵敏度；Δθi，ΔUi为母线j上机组有功对母线i电压（角度与幅值）的灵敏度。

网损灵敏度计算为机组出力提供了调节方向，但最佳调节量需要通过最优潮流计算获得。最优潮流计算周期为5 min，以全网网损最小化为目标，以母线和支路不过载为约束，通过计算给出可调节机组的有功出力调节量，从而为实时降损提供辅助决策。

2.3.2 电网数据存储

在网损分析系统的历史数据库中，除以5 min为周期保存区域、关口、设备的单位时段电量，还以5 min为周期保存了状态估计的完整断面。这个断面包含完整的EMS电网计算模型的信息，包括电网结构、参数、实时量测数据和状态估计数据，可以完整地复现当时电网的拓扑结构、参数、SCADA量测和状态估计结果，并且在断面上可以进行各种潮流分析和计算。全息数据断面的存储采用了压缩方式，直接以二进制数据包方式存入历史数据库，优点是占用空间小，断面信息完整、全面，减轻了大量数据文件管理的负担。

2.3.3 基于历史数据断面的网损离线分析

系统设计了“研究态“模式，可以针对历史断面进行网损分析而不会影响实时网损的计算与数据保存。通过调取存储在数据库中的全息历史断面，系统可以进行各类潮流分析计算，重现历史上某个时刻或某段时间的电网运行状态，并在此基础上可以进行以下3种形式的模拟操作：

（1）单一断面分析：在1个历史断面上进行线路、主变、机组、电容电抗投退和电网参数调整等模拟操作，给出模拟操作前后系统网损的变化情况。

（2）时段分析：以某日或某个指定时段的全部断面为参考，对每个断面进行模拟操作后潮流计算，并对潮流结果进行电量梯形积分，可以得到在运行方式改变后，整个时段的网损电量相对于历史的变化情况。

（3）连续调节分析：在某个断面基础上，模拟连续调节某个控制量（如机端电压、主变阻抗），系统可以连续模拟进行潮流计算，给出相关设备或区域的网损变化情况。

3 应用举例

3.1 网损灵敏度和最优潮流实时计算

表1为2010年11月15日10∶00，网损分析系统给出的500kV电网发电机的网损灵敏度。

表1500kV电网网损灵敏度排序

系统将发电机分别按照正、负网损灵敏度排序，前6项为正灵敏度，即增加发电机出力会导致区域网损的提高；后3项为负灵敏度，即增加发电机出力会导致区域网损的降低。将正、负灵敏度发电机调节组成“调节对”，即降低正灵敏度发电机出力、增高负灵敏度发电机出力，可以达到降低系统网损的效果。比如适当减少玉环、乐清发电厂机组出力，增加胜龙、北仑发电厂机组出力，对500kV电网网损有改善作用。系统也可同理给出220kV出线发电厂对220kV电网网损的灵敏度信息。

表2为2010年12月28日12∶30，以浙江电网全网（500kV和220kV主网）网损最小为目标进行最优潮流计算，系统给出的所有可调发电机的调节策略。由表2可见，适当降低500kV出线发电厂机组出力，增加220kV出线发电厂机组出力，减少发电有功出力的远距离传输能在一定程度上降低浙江主网网损。计算得出在表2所示调节策略下系统网损量下降了3.23%。

3.2 网损与潮流的数值关系分析

系统可提供针对实时网损潮流和网损电量的各类曲线的比对功能。通过对浙江电网500kV区域上网电量和网损电量、网损率在数值上的变化关系进行比对，发现在浙江电网500kV区域上网电量的正常变化范围内，关口上网电量与网损电量或网损率基本呈线性关系，变化斜率约为0.01万kWh。即上网电量每增加1万kWh，网损增加为0.01万kWh；而电量网损率的变化斜率约为0.003%/万kWh，上网电量每增加1万kWh，网损率增加为0.003%。

表2 最优潮流计算得到的发电机出力调节策略

3.3 电网结构变化对网损的影响

2008年投运的500kV丹浦5445、溪浦5446双线是浙江南部电网“日”字形结构东西联络的重要通道。系统通过模拟两线退出运行，评估两线的投产对500kV网损的影响。以2010年12月6日00∶00-12月7日 00∶00全天的 288个全息数据断面作为分析对象，图2给出两线投运和停运2种方式下500kV网损电量的对比曲线，曲线每点代表500kV电网5 min网损电量的历史值（投运）和模拟值（停运）。

图2 丹浦5445、溪浦5446双线退出运行前后网损电量对比

从图2可以看出，当丹浦5445、溪浦5446双线停运后整个500kV区域的网损大于双线运行的网损。经统计，双线模拟停运后500kV网损率为0.555%，比当日历史统计值0.504%上升了0.051个百分点。说明该500kV联络通道的投运不仅加固了浙江电网500kV网架结构，同时也降低了主网网损。

3.4 发电方式变化对网损的影响

浙江电网近年投产的大型机组主要分布在东南沿海，这些发电厂出力需通过北送和西送通道送出，但送出通道的潮流重载对电网网损的影响一直无法得到量化分析。本系统投运后，可以对发电厂发电方式进行模拟，研究不同发电方式对网损的影响。

以减少浙江沿海机组出力、增加浙江内地机组出力的发电方式为例，分析了2010年12月12日系统对不同发电方式下网损变化的定量计算，模拟的发电方式变化如表3所示。

表3 在实际发电量基础上进行发电调节模拟

在该调节方案下，沿海机组共减少出力约1233 MW，内地机组共增加出力约1235 MW，总有功出力基本维持不变。将表3中调节方式作用到12月12日全天的288个电网全息数据断面上，并对每个断面进行潮流和电量计算，得到该发电方式下的500kV网损率为0.408%，与原发电方式下500kV网损率0.444%相比下降了约0.036个百分点，从数值上验证了沿海发电厂出力增加会导致500kV网损率升高的推断。

4 结语

浙江电网实时网损分析系统从EMS系统实时获取电网模型，根据关口自动生成网损统计区域，降低了网损统计模型的人工维护量。系统通过实时网损灵敏度和最优潮流计算为降损辅助决策提供了依据；系统在实时状态估计基础上进行电量积分计算，为电能量采集系统的数据提供校验和补充，提高了线损率统计的工作效率；研究态下针对网损的各种运行方式模拟分析，是研究电网运行方式变化从而有效降低电网损耗的重要工具。

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