配电网同期线损监测系统的设计与实现

刘道新，胡航海，张文晋，陆 鑫，胡剑地

（1.国网电网公司 北京100031；2.国网信通亿力科技有限责任公司 福建 福州350003）

配电网同期线损监测系统的设计与实现

刘道新1，胡航海1，张文晋2，陆 鑫2，胡剑地2

（1.国网电网公司 北京100031；2.国网信通亿力科技有限责任公司 福建 福州350003）

针对线损管理所面临的功能单一、以统计为主、分析功能薄弱、管理模式存在较大差异性以及规范不统一等问题。通过分析同期线损计算与管理需求的基础上提出了相关的线损监测与管理系统设计方案，详述了系统可实现的测试功能及流程，设计了该平台的软、硬件系统并分析了各组成模块及其功能。以福州市某区供电线路作为为例，通过对该段线路包含的18个负荷节点的10kV配电线路网络，应用自研的配电网同期线损监测系统进行计算与在线监测试验。试验结果显示，实际电能损耗和实际线损率与监测电能损耗和监测线损率的相对误差分别为0.597%和2.846%，计算结果与同期实测总线损相接近，证明了该系统的有效性和实用性。

配电网；同期线损；监测系统；线损计算

随着智能电表的推广、用电信息系统的建设，使得数据的完整性和实时性较以前有了较大的提高，线损业务管理条件越来越完善。同时，各省（市）电力公司先后开始计量关口改造，建立集抄系统，完成了部分线损综合管理的功能，但多数存在功能单一，以统计为主，分析功能薄弱的问题，且各单位管理模式存在较大差异性。由于各单位仍处于独立摸索阶段，导致规范不统一，束缚了线损管理模式的进步[1]。另外，我国目前10 kV及以下配网的线损多以管理线损占主导，由管理因素造成的线损波动的影响尤其突出，因此对电力企业而言，同期线损监测系统的建设具有较强的工程价值。

国内各级电力公司及科研院所诸多学者在线损管理及计算等方面进行了大量的研究，并取得了一定的研究成果[2-6]，如文献[7]利用配电网各个负荷节点功率、电压，提出了同期线损的理论计算方法，可精确地计算出某10 kV配电系统各负荷节点间的线路损耗；文献[8]介绍了基于实时量测数据的10 kV配电网线损自动化管理系统，并就其中的线损管理问题进行了详细阐述。

为有效解决线损管理所面临的各项问题，文中在分析同期线损计算与管理需求的基础上提出了相关的线损监测与管理系统设计方案，详述了系统可实现的测试功能及流程。设计了该平台的软、硬件系统，最后进行了工程测试应用以验证该监测系统的有效性和准确性。

1 线损分析与统计管理现状

线损是电能从发电厂传输到用户端过程中由于多方面原因造成的有功、无功电能或电压损失。通常，可根据线损的原因将配网损耗分为不变损耗和可变损耗两大类。其中，不变损耗与负荷电流、电压的变化无关；而可变损耗由电网中各输配设备的电阻在通过电流时所产生的，随电流的增大而增大，如电力线路、变压器绕组中的损耗。另外，从线损性质的角度则可分为技术线损和管理线损两大类，技术线损可视为全网个元器件以及线路损耗的总和，管理线损则指因经营管理问题而造成的电能损失，如偷漏电、抄表错误等造成的线损[9]。

目前，对配网线损的管理存在以下现状：

1）传统抄表方式造成了供售电量发行的不同步，计量统计的不同期导致了月度线损率呈现“大月大、小月小”的波动趋势。

2）为满足电量、线损及财务相关指标的考核要求，人为“调控”电量，造成电量、线损统计数据失真，对实际线损管理工作失去有效的指导意义。

3）线损指标失真或人为“调控”结果难以真实反映线损工作中的管理真空地带，无法有效促进部门协作工作。

4）信息系统的集成度水平和管理水平不高造成数据的冗余和偏差。

5）由于缺乏统一的电量、线损统计与管理工具，基层人员需要从多个系统中抽取数据并人工核对、填报，手工计算工作量大、效率低。

6）电量及线损统计管理协同机制需进一步完善。

2 配电网线损监测系统架构设计

为有效解决线损管理所面临的各项问题，应尽快建立统一的管理模式、技术规范，以线损统计分析、同期计算、理论计算、优化分析为核心功能，以关口属性定义、设备状态监控、负荷预测、基础数据，以其他专业衔接技术、支持保障体系，最终实现精益化、实时化的线损管理与分析目标[10-11]。

2.1 系统功能实现

配电网同期线损监测系统可实现配网线损量和线损原因的在线监测和分析，实现准确实时在线管理模式，提供同期降损依据参考。按逻辑功能可划分为数据采集层、数据传输层、数据处理层和业务应用层等4个层次，系统对外提供调用接口，供客户端程序使用或与其它系统进行数据交互。

其中，数据采集层主要由终端设备组成，主要实现监测数据的现场采集，之后分析数据的完整性，进行初步筛选，剔除无效或错误数据，将有效数据存入中间数据库，以备为线损计算和分析提供数据支持。该系统采用定时模式，可实现定期自动采集、定期自动读取用电营销数据等操作。同时，系统还提供相应的电量补采功能及前期数据预处理方法以满足数据的完整性和连续性的需求。另外，该层还具有异常报警功能，可实现电流在线监测、电压在线监测、谐波在线监测、电表在线监测，对出现的各种异常事件进行捕捉，实现线损突变提示报警和管辖区所有配变的动态监控。

数据传输层是系统内各设备与服务主站间的通信信道，用以实现彼此间的信息传输。该层采用GPRS公网和230M无线专网作为信道[12]。数据处理层可实现数据管理，线损管理及统计报表等功能，主要用来对各采集参数、设备型号等资料进行规范化管理，便于运维人员查询与维护。提供数据库中电量及其它各类信息的查询，管理及维护等功能。其线损管理功能可实现线损的理论计算与按月、季、年的统计分析。

此外，该系统对采集回的大量原始用电现场数据，可进行有针对性分类整理，并可与营销管理业务系统相连接，其所提供的数据支持可为电力企业的线损管理及电力营销策略提供有利的参考意义。

2.2 总体架构设计

为涵盖上述功能并满足系统实时性的测试要求，配电网同期线损监测系统由后台服务主站、通信模块、存储模块以及现场用户终端等组成。为满足于多系统间的信息交互，该系统采用SOA （Service-Oriented Architecture）架构设计[13]，通过ESB服务总线（ESB，Enerprise Service Bus）约定与外部系统信息交互规则。系统部署架构如图1所示。

图1 配电网同期线损监测系统架构框图

其中，后台服务主站由Web服务器、多个后台工作站、应用服务器、前置设备等组成，完成数据分析和管理等相关任务，并作出相应的判决。后台服务主站采取分布式架构，各个功能模块之间相对独立，但统一管理各数据库资源。根据用户的需求，可将模块功能实现集合安装在同一台工作站内，或分布在多个工作站上。

通讯模块利用230M无线专网和GPRS公网实现对状态数据的计量模块和和通信测试服务，完成对各层设备的单体或系统级联调测试、上下行数据传输交换等任务。现场用户终端主要由各类现场监控终端组成，完成实时数据采集、统计功能。

配电网同期线损监测系统在工作过程中通过ESB总线将抄读电能表数据、采集统计量等从终端发送给主站端线损计算采集系统[14]，待数据初步处理完成之后，将计算或查询的结果信息回传给监测系统。该架构设计方案具有较强的兼容性和灵活性，可在系统运行过程实时地根据人为需要增减或更改服务模块、服务内容以及服务目标，其更改过程不影响其他服务操作，便于系统地实现多平台异构的服务调用需求。

2.3 软件架构设计方案

配电网同期线损监测系统软件采用Visual C++作为软件开发语言，其软件架构如图2所示。

图2 配电网同期线损监测系统软件总体架构

从图2中可以看出，线损分析模块主要可以分四部分，其中线损自动计算与处理部分包括线损计算结果显示、三相负荷不平衡分析、母线不平衡分析、经济运行结果分析、配变调串分析、线损综合分析、线损率指标月报、线损对比分析等，完成该系统对线损监测的主要功能。为掌握配电网中各元件的损失情况，需根据配电网设备参数及实际的负荷情况进行理论线损计算工作，同时根据线路中各段、各节点的理论线损量，确定配电网中的薄弱线路或薄弱节点，以便在运维过程中采取有效的降损技术措施进行局部维护与监管。该系统内置的理论线损计算模块包含3种计算方法，即电量法、电流法和潮流计算法，在计算时结合电力公司业务人员提供的各级配电网具体情况给出理论计算结果。

另外，为便于用户快速高效在界面上查询到线损分析的结果信息，该系统还设计了一系列数据库表对线损分析的结果数据进行存储。用户对指定条件下的线损进行分析时，后台直接查询数据库表中相应记录并展示，可有效缩短操作时间。该软件的计算流程如图3所示。

图3 软件计算流程框图

3 工程示范应用与线损管理建议

3.1 系统工程应用

以福州市某区供电线路为例，该段线路复杂，线损率久高不降，该段线路为包含18个负荷节点的10 kV配电线路网络，根据实际配电线路网络绘制该段配电线路网络结构图，并在图中标明了各级配变容量和各段线路长度，如图4所示。

图4 配网电路网络结构图

对该地区应用自研的配电网同期线损监测系统进行计算与在线监测，2015年10月同期监视结果与实际线损测量结果对比情况列于表1，从中可看出采用该系统的内部理论模型可有效计算配电线路理论总电能损耗和理论线损率，其计算结果与同期实测总线损相接近，证明了该系统的有效性和实用性。

3.2 线损管理发展建议

1）规范业务管理

重点梳理解决关口计量管理、档案管理、降损管理等跨专业问题，明确各专业衔接和协作，实现高效协同，切实落实“三集五大”体系建设要求。

2）提升应用水平

提高发展专业的数据实时性、准确性，营销专业用户档案、电量信息的一致性，运检专业设备档案的真实性以及调度专业的统一性，促进各专业系统整体数据质量，提升系统应用水平。

3）促进线损精益化管理

表1 配电线路损耗对比结果

实行同期统计，线损指标及其波动可以客观反映单位节能降损和管控水平，月度线损率还原归真，可敏感及时反映生产经营问题，引导各单位的工作精力从“简单地指标数值调控”调整到“真正的降损控制”，将充分发挥各基层单位节能降损积极性与创造性，切实提升国家电网公司各层级的整体线损管控水平[15-16]。

4）提高经济效益

大大减轻了统计人员的工作量；另外，通过在线同期线损的监测分析即时发现重损、高损单元，减少用户窃电行为、计量装置问题和不必要的电网设备损耗，给国家电网公司挽回直接经济收入。

5）挖掘数据价值

提供实时源头采集的数据计算与统计，保证经营指标真实可靠，严控审计风险；深化“购电支出、售电收入、电网损耗”同期数据分析，为决策分析提供真实参考；掌握国家电网公司电网损耗成本情况，为国家电网公司加强成本管理、争取电价政策，应对大用户直购电提供有理支撑；通过汇集各类、各行业用户的电量信息，为深入分析电量与经济社会指标关系提供重要参考，为政府在宏观经济决策、经济结构调整及节能减排提供第一手的资料。

4 结束语

文中设计了配电网同期线损监测系统，研究了同期线损在线损管理、营配贯通、设备资产管理等方面的系统架构、监测模型及计算方法，以夯实线损管理基础，消除线损计算过程中噪声数据，实现数据源头获取和线损归真；建立“全面、自动、实时”智能监测体系，建立配套异常内控机制，缩短异常处理时间。最后为验证实时测试仿真系统的有效性，在指定的环境条件下，进行了测试，同时给出了改进线损管理的发展建议，其结果可验证管理系统的准确性和可行性。

[1]王相勤.电力营销实时信息系统建设的实践与思考[J].电网技术，2006，30（4）：1-5.

[2]刘昱.基于无线通信技术的配电综合监测系统[J].电力设备，2008，9（11）:61-66.

[3]张国庆.配电网线损计算[D].南京：南京理工大学，2010.

[4]张铁峰，吕欣，吕越颖.配电网非完全量测同期线损计算方法研究 [J].电测与仪表，2015，52（1）:91-97.

[5]王静.配电网线损计算模型设计及其应用程序开发[D].太原：太原理工大学，2012.

[6]卢志刚，秦四娟，李海涛.配电网技术线损分析[J].电力系统保护与控制，2009，37（24）:177-182.

[7]张宗伟，张鸿.基于负荷实测的配电网线损理论计算[J].电力系统保护与控制，2010，38（14）:115-120.

[8]王永，刘伟，彭茂君，等.基于实时量测数据的10kV配电网线损自动化管理系统[J].继电器，2007，35（19）:34-40.

[9]朱紫钊，叶发新.一种低压配电网理论线损计算的改进算法[J].电测与仪表，2013，49（11）:6-11.

[10]董张卓，李宏刚，倪云峰.调度主站前置机的结构和软件设计[J].继电器，2008，36（10）:59-62．

[11]马瑾，徐建源，王胜辉.辐射状配电网的潮流计算[J].沈阳工业大学学报，2004，26（1）:37-40．

[12]杨霖，王卫东，陈得治.基于测量的中压配电网线损计算研究[J].继电器，2005，33（3）:28-33.

[13]周强.中低压配电网线损计算方法与降损措施的研究[D].郑州：郑州大学，2009.

[14]熊伟，朱有产，赵德利.基于VS.NET平台的线损管理系统的设计与开发[J].电力科学与工程，2003（4）：71-73.

[15]李文琦.含分布式发电的配电网网损分析 [D]．河北：华北电力大学，2012.

[16]胡瑛俊，章坚民，刘大业.基于前推回代法和量测数据资源的多电源供电配电网线损计算[J].电力自动化设备，2009，29（12）:55-58.

Design and implementation of a synchronous line loss monitoring system in distribution network

LIU Dao-xin1，HU Hang-hai1，ZHANG Wen-jin2，LU Xin2，HU Jian-di2
（1.State Grid Corporation of China，Beijing 100301，China；2.SGIT-GreatPower，Fuzhou 350003，China）

Aiming at the various problems of line loss management such as function is single，take statistics as the main issue，the analysis function is weak，the management pattern has the big difference and the standard is not unified and so on.This paper proposed the design scheme of line loss monitoring and management system based on the analysis of line loss calculation and management requirement，and detailed the testing function and process which the system could realize.The software and hardware of the platform system were designed and the function of each composition module were analyzed.Taking the power supply line in a district of Fuzhou city as an example，10kV distribution line network with 18 load nodes which are included in this section，application of independent research and developed synchronous line loss monitoring system in distribution network to calculate and on line monitoring test.Test results show that the actual power loss and the actual line loss rate and monitoring of power loss and monitoring the relative error of line loss rate is 0.597%and 2.846%respectively.The calculated results are close to the measured bus losses，which has proved that the validity and practicability of the system.

distribution network；synchronous line loss；monitoring system；line loss calculation

TN87

：A

：1674－6236（2017）05-0042-04

2016-01-29稿件编号：201601280

刘道新（1970—），男，山东济南人，博士，高级工程师。研究方向：电力统计管理、电力技术信息化等。