基于GIS系统图模转换的配电网线损理论计算

韦 斌，唐 铭，彭虹桥，麻敏华

(广东电网有限责任公司电网规划研究中心，广州 510062)

0 引 言

线损理论计算是电网降损节电必不可少的一个环节，通过线损理论计算，摸清线损电量的组成和电网薄弱环节，按照轻重缓急制定远近结合的各种降损方法，达到电网经济运行的目的[1-4]。配电网线损主要包括配线损耗和配变损耗，理论线损计算需对配电网中所有配线和公变(专变损耗由用户承担)电量的损耗作出相应的计算，目前一般采用基于配变容量的等值电阻法，依据等值电阻法基本原理，开展配电网理论线损计算不仅要采集配电网拓扑，还要采集配电网各配变和各节段配线的基础数据。显然，数据涉及的范围很大，人工收集消耗大量的人力物力，而且容易出错，导致理论计算结果的准确度不高，尤其是配电网网络拓扑变化频繁，致使配电网线损理论计算难以常态化开展计算，对配电网经济运行未能真正起到指导生产的作用[5-8]。

随着配电网自动化水平的提高，配电网GIS系统数据信息日渐完善，为配电网线损计算向网络化、集成化、智能化发展打下良好基础[2]。

为了减少线损理论计算的工作量，提高线损理论计算的准确度，本文在GIS信息系统已有丰富的数据资源的基础上，提出基于GIS系统图模自动生成配电网线损理论计算基础数据的方法。

1 配电网理论线损计算数据

1.1 配网运行数据

配网运行数据的基本数据如图1所示。

图1 配网运行数据

填写数据说明：

(1)配网名称：必须填写，数据从cim文件中获取；

(2)是否停运：必须填写，默认是否，根据设备运行状态选择；选择是将不参与计算；

(3)额定电压(kV)：必须填写，按实际选择；

(4)月/日平均电压(kV)：必须填写，介于额定电压的93%-107%之间

(5)有功电量(MWh)：必须填写，来源计量系统；

(6)无功电量(MVarh)：必须填写，来源计量系统；

(7)最大电流(kA)：必须填写，来源调度自动化系统或计量系统；

(8)最小电流(kA)：必须填写，来源调度自动化系统或计量系统。

1.2 配线基础数据

配线基础数据的基本数据如图2所示。

图2 配线基础数据

填写数据说明：

(1)所属配网名称：必须填写，对应配网运行数据的配网名称；

(2)节段编号：必须填写，根据cim文件自动获取该配线节段编号；

(3)节段内顺序：必须填写，根据cim文件自动获取该配线节段内顺序；

(4)导线型号：必须填写，根据cim文件自动获取；

(5)分裂数：必须填写，根据cim文件自动获取；

(6)线路长度(km)：必须填写，根据cim文件自动获取；

(7)节段所带配变编号：必须填写，根据cim文件自动获取。

1.3 配变基础数据

配变基础数据的基本数据如图3所示。

图3 配变基础数据

填写数据说明：

(1)所属配网名称：必须填写，对应配网运行数据的配网名称；

(2)配变名称：必须填写，根据cim文件自动获取该配线节段编号；

(3)配变编号：必须填写，根据cim文件自动获取该配线节段编号；

(4)配变型号+容量(kVA)：必须填写，根据cim文件自动获取该配线节段编号；

(5)设备类型：必须填写，按实际选择；

(6)有功电量(MWh)：必须填写，来源计量系统；

(7)无功电量(MVarh)：必须填写，来源计量系统。

2 配网图模转换方法

配电网理论线损计算需求数据包括配网运行数据、配线基础数据、配变基础数据等，所需要的数据量庞大且分散于不同系统，需要浪费大量的人力收集。由于配网数量较多且结构复杂，导致形成的配网线损数据量庞大。为准确计算配网线损率，需要准确表述配网、配线、配变之间的逻辑关系，但由于大多数配网结构复杂，以及基层人员对配网线损数据填写方法不熟悉，导致形成的配网线损数据存在较多错误，进而影响计算结果。

本文提出基于GIS图模生成配电网线损理论计算数据的方法，是根据GIS CIM模型，结合拓扑关系，将线路上配变与线段关系梳理出来，形成配网运行数据、配线基础数据、配变基础数据，极大的减少人员的工作量，减少数据出错率，提高工作人员的效率。

对新输入的CIM电网数据，在这里采用CIM模型中定义的端子(Terminal)和连接点(ConnectivityNode)来表示。如果几个端点指向的连接点相同，表示这些端点连接在一起，CIM模型定义了这种导电设备类与端点、端点与连接点之间的关联关系。这样，端点和连接点共同建立了设备之间的电器连接关系[8]。

需注意，CIM模型中每一个节点创建一个实体对象，保存数据库都会在数据库中分配一个唯一的主键值，用来区分其他对象。因此，每一张表的每一条数据对应一个对象，每个对象都有唯一的主键，这使得在解析线路各个设备的拓扑关系提供了关键[9]。

在程序中，通过模板可以将CIM的所有设备数据都解析入库，利用各个设备的唯一主键，结合CIM模型中定义的端子(Terminal)和连接点(ConnectivityNode)模型来找到彼此连接的设备[10]。对整条线路的拓扑关系进行高效解析：

(1)记录下存在相同连接点的设备，创建一张表T_FS_EDGE。表里的F_FROM_ID和F_TO_ID分别记录前一个设备的id以及后一个设备的id，以此来记录设备之间的先后关系。

(2)根据设备的id找到属于该设备的所有属性。

(3)结合CIM文件，已知设备之间的联系，将整条线路图进行简化。

(4)获得解析结果，具体如图4所示。

图4 CIM数据解析结果图

具体拓扑步骤如图5所示。

图5 拓扑步骤图

3 算例分析

本方法以配网 GIS 图模数据为基础，采用全局拓扑的方式来实现对数据的获取，通过Java语言来实现电网拓扑分析，实现自动生成配网线损理论计算需求数据以提高配网数据收集的工作效率，降低人为收集录入工作量。具体拓扑分析实现如下：

首先，从变电站开始拓扑，找到在母线上存在有多个节段的杆塔，一般情况下杆塔上有2个节段以上的线段共同连接，可以视为这个杆塔上存在有分支线，如图6所示。

图6 一般情况下存在配变的杆塔分支线展示图

然后从该杆塔进行拓扑，找到属于这条分支线的配变，标记为配变1，并给杆塔到上一个节段的线路标记为节段1。按照由母线找到所有分支线，由分支线来找到配变这种关系一直拓扑下去，分别标出节段序号和配变序号，这种无向连通图的遍历方法简称“单拓扑点形成遍历”[11]。具体如图7所示。

图7 标上序号的节段及配变展示图

根据已经排序的配变对应上分支线，并对直线进行排序，再处理个别变压器在主线上的配变因为主线上有一些配变不属于分支线的，目前的处理方式是按照顺序排列。

最后整合线路与支线的关系，运用Java程序，将所有数据封装到集合里面，利用poi组件，把数据循环插入excel表中，实现数据导出，具体如图8所示。

图8 导出数据展示图

4 结束语

目前在年度理论线损计算中，特别配网数据收集以及填报、校核将近占用了理论线损计算工作巨大的时间。本文提出了一种基于GIS图模生成配电网线损理论计算数据的方法，从配网图模数据转换生成配网数据，它可以大大减少线损理论计算的工作量，提高线损理论计算的准确度。