配网在线线损计算及分析系统项目方案.doc

配网在线线损计算及分析系统项目方案V1.0(版本号)拟 制 人_审 核 人_批 准 人_引言1、 编写目的：为系统设计做准备。2、 概述：线损率是供电企业的一项重要经济技术指标，线损管理工作一直以来都是供电企业管理工作的重点内容。而随着农电一体化管理工作的全面开展，供电局如何有效的降低农村低压线损，为供电企业创造效益成为当前线损管理工作面临的一个新课题。对农村配变台区进行理论线损计算，意义在于：一方面可以了解和掌握目前农网改造后农村低压线损率的整体水平以及线损的构成；另一方面有利于在线损管理工作中更加科学合理的制订、下达目标计划，并为线损分析、考核提供依据，为降损工作提供管理的主攻方向。由于农村低压电网的节点多、分支多、设备多、设备型号多,在进行线损计算时,每条线路都要输入许多参数,要想准确地输入系统数据是件繁琐、枯燥的工作。此外,配电网中表计设置不全,致使许多数据无法获取,这些都给线损计算带来了一定的困难。要想把这项工作搞好,必须有一个可行的计算方法。采用手工计算,工作量大,时间长,而且计算结果误差较大,不能满足电网管理中高效性和精确性的要求。因而如何用计算机有效地管理各类数据,并快速而准确地进行电能损失量的分析和计算是十分重要的问题。配网线损计算软件是提高配网系统运行的安全性、经济性以及用于网络规划、设备安装和减小配网系统运营成本的重要工具。3、 背景：a) 待开发软件系统的名称：配网在线线损计算及分析系统；b) 项目负责人：王兆亮。c) 用户：配电网供电部门或者大型石油、煤矿等工矿企业。d) 本系统需要具有扩展性，能够与现有配网自动化系统接口，比如：配网SCADA、MIS、馈线自动化系统、配变监测系统、配网GIS等。线损管理难点1、 窃电（人情电、偷电）：由于表计安装的不全面，导致窃电现象严重。2、 负荷增长迅猛：随着城乡居民生活质量的提高，工农业尤其是商业的进一步发展，工业趸售电量和居民生活用电、商业用电量增长较快。其中：农业抗旱、居民降温、采暖、商业、办公负荷增长明显。负荷的增长，在电网建设不足的情况下，就有可能出现较大尖峰负载功率，从而导致功率损耗严重。3、 负荷不平衡：a) 配变负荷率：负荷率提高，电网线损率减少，反之负荷率降低，线损率增大。农村电网平均负荷率低的原因是配变长期轻栽，并且后半夜基本是空载的。其夜间负荷一般是白天负荷的10一20%的。说明电网夜间主要担负着配变的空载损失和少量负荷。要避免配变长期处于空载状态或“小马拉大车”，应及时调整配变容量或采用母子配变供电，包括管理制度等办法，来推动配变负荷率提高，降低损耗。b) 三相负荷不平衡：如果三相负荷不平衡，将增加线损。这是因为三相负荷不平衡时，各相的负荷电流不相等，在相间将产生不平衡电流，这些不平衡电流除了在相线上引起损耗外，还将在中性线上引起损耗，这就增加了总的线损。如果三相负荷平衡，则向量差为零，即：IA+IB+IC=0，应当尽可能使各相负荷相对平衡，否则，中性线上将有电流流过。中性线上流过的电流越大，引起的损耗就越大。因此，在运行中经常调整变压器的各相电流，使之保持平衡以降低线损。定期的进行三相负荷的测定和调整工作，使变压器三相电流接近平衡，是一种十分有效且无需投资的降损措施。因此，实时监测配变负荷、负荷率及三相电流可以及时地为用户提供调整降损依据。4、 低压线路损耗计算难度大：低压线路损耗包括低压线路本身的电能损耗、低压接户线的电能损耗、用户电能表的电能损耗、用户电动机的电能损耗、用户其他用电设备的电能损耗，由于没有实时的、准确的量测数据，导致计算周期长、计算误差大。5、 实时线损计算数据获取困难：配网线损计算是电力系统的传统问题。目前存在很多的计算方法，大多都是针对配网量测数据缺乏而设计的近似算法。针对一些对计算精度要求不高的应用场合，一般采用估算或估算结合潮流计算的方法（如等效电流法、等值电阻法、回归分析法等）；在对精度要求较高的场合下，多采用潮流计算方法（如等效节点功率法、损耗功率累加法等）。估算法的误差较大，而潮流法计算时间长、效率低，而且某些情况下尚需经过特殊处理。目前，一个好的配电自动化系统，一般具有网络优化和重构的功能，这就需要准确的实时线损计算作为依据，而上述两类计算方法都不能很好地满足要求。随着配电自动化系统的逐步推广，大量馈线现场终端单元（FTU）和变压器终端单元（TTU）的装设克服了传统线损计算只能从线路出口获取数据的局限性，配网中一些开关以及配变低压侧电流的大小和相位可以直接获得，充分利用这些FTU和TTU以及馈线出口断路器上RTU的上传三相运行数据，对配网馈线进行合理的数学建模，为实现准确快速了解配网各线路以及配变的线损分布状况提供了可能。解决方案1、 安装配变多功能表计：随着电网的建设与改造，线路的联络点越来越多，为了提高供电可靠性，联络点运行方式将频繁改变，如果在联络处没有计量的电度表，在变电所各条10kV出线关口电度表计量的电量就不是该线路的实际供电量，据此计算出来的线损也不是该线路的实际线损，唯一确切可信的线损率就是把所有联络线路的总供电量减去总售电量所得出的线损。这样得出的线损率，由于范围太广，不能定量的分析线损组成，不能确定哪条线路损耗过高，以致不能制定出具体的、富有针对性的降损措施。另外，城镇公用变低压出线关口处没有安装电度表，造成低压网的线损与10kV线路及配变的线损混在一起，无法进行低压线损的计算，不利于分压统计与管理。而表计的安装，既可以保证管理线损可以按线（甚至按段）、分压进行统计，也可以保证理论线损按线（或段）进行计算，使理论线损和管理线损的可对比性加强，进一步提高理论线损的可信度，对此应该：a) 公用变装关口电量表：在公用变出口安装该表，作用有两个，一方面为10kV配网的“电量分配法”理论线损计算提供（电量）数据，另一方面为实现线损的分压、分台区计算，有效控制和管理低压网络的线损。b) 农村10kV配网联络处开关采用带计量装置的开关：农村10kV配网的联络方式是手拉手联络方式，原则上以架空线为主，按一定数量的用户分段。为此，建议在联络处安装带有计量功能的柱上真空开关，有可能的话，应考虑所有的分段及联络开关均为带计量功能的柱上真空开关。c) 城网分段计量：在城区，一般以划块方式供电，每一块建造一个10kV开关站，再由开关站向周围放射形供电，在变电所出线口、开关站进线及联络开关处、开关站各出线口均安装计量电度表，并通过遥测传送到调度端。2、 提高理论线损计算的精度：理论线损的计算为管理线损提供了依据，为此应尽可能提高理论线损计算的精度。本系统是基于GPRS远程抄表系统的实时理论线损分析系统。由于条件限制，以往的理论线损计算所用到的电流均采取近似方法获取，如典型日法，采用代表日的数据进行计算，代表日每小时内负荷不变，计算结果进行修正后，代表一个月的线损。远程抄表系统实现后，调度端可采集到大量的实时数据，如三相电流、三相电压、功率、累计电量等，理论线损计算可以实时、准确实现。线损计算（一）1、 线损计算基本单元：目前，线损分析系统的最小计算单位一般是馈线。实际上，在馈线上安装了FTU后，相邻的FTU在物理上自然地把馈线分成了不同的馈线段，可以将这些位于分段FTU之间的馈线段作为线损计算的基本单元。基本计算单元小型化，不仅可以针对各个馈线段进行线损分析，从而达到在馈线段内确定线路薄弱环节的目的，而且可以利用多线程并行计算技术提高线损计算速度，从而满足实时线损计算的要求。如图1中的典型配网馈线系统所示，在节点1、2、3、4、5、6、7和8上均安装有FTU，从而将图中的两馈线六分段系统划分为七个馈线段（1，2）、（2，3，5）、（5，10）、（3，4）、（6，7）、（7，8）和（8，4）。图1、典型的配网馈线系统2、 馈线段的定义和分离：根据适用于配网的变结构耗散网络理论，可以将10 kV馈线线路上的节点分为四类：a、 源点：馈线出口断路器对应节点（如图1中的节点1和6）b、 耦合点：馈线T接分支对应节点（如图1中的节点9）c、 普通测控点：馈线安装有FTU的开关对应的节点（如图1中的节点2、3、4、5、6、7和8）d、 末节点：馈线末梢点，一直处于开断位置（如图1中的节点10）这里所说的馈线段实质上是变结构耗散网络理论中定义的区域，区域是指相互连通的若干弧构成的子图，其边界点可为源点、普通测控点或末节点，不能为耦合点。耦合点只能作为馈线段的内点。同时，对于没有安装现场监控终端的某些节点而言，其上运行参数不可知，故也只能作为馈线段的内点，同时在算法处理中等同于耦合点处理。馈线段的分离是以单条馈线进行的，其详细流程框图如图2所示。图3给出了图1中的一条馈线根据图2流程划分出的4个馈线段：R1、R2、R3和R4。图2、馈线段分离流程图3、图1中的一条典型馈线的馈线段划分3、 馈线段内参数准备：根据馈线分离后得到的馈线段信息，同时结合网络拓扑和设备参数数据库，可以得到馈线段内所有馈线分支线路以及配变的相互关联情况以及详细参数信息，再将安装有RTU、FTU、TTU等现场监控单元的监控点上传三相实时数据与对应设备绑定，为进行馈线段内线损计算做准备。 4、 馈线段三相线损计算：三相负荷不平衡时，各相的负荷电流不相等，就在相间产生了不平衡电流。这些不平衡电流除在相线上引起损耗外，还将在中性线上引起损耗从而增加总的线损。取全部负荷由一相供电的极端情况，其线损是三相平衡状态的6倍，可见三相不平衡造成线损增大是相当显著的，一个精确的线损计算系统必须要考虑系统的三相不平衡特性。其实现可以以馈线段内的TTU、FTU以及RTU上传的三相运行数据为基础，利用对称分量法处理系统的三相不平衡，通过基尔霍夫电流定律求出馈线段内每条线路的电流，从而得到该馈线段内的能量损耗。最后，通过总和一条馈线内的所有馈线段的能耗得到馈线的能耗。a) 计算前提：配电网中的变电所出口电压的不对称度一般不超过0515，因此可在线损计算过程中假设系统同一点三相电压对称且幅值相等。b) 馈线段内支路损耗计算：a、 由配变低压侧三相电流求取高压侧三相电流图4是一个典型的馈线段，其馈线段起点为节点1，馈线段末点为变压器对应的末节点，馈线段内含有T1、T2、T3三个配变以及L1、L2、L3三条支线。图4、一个典型的馈线段其中：L1 ：LG-70 ，0.8km；r=0.46*0.8=0.368L2 ：LG-50 ，0.7km；r=0.65*0.7=0.455L3 ：LG-50 ，0.7km；r=0.65*0.7=0.455变压器名型号空载损耗（W）负载损耗（W）T1S9-315/106703650T2S9-400/108004300T3S9-400/108004300由配变TTU上传数据，可知配变低压侧电流Ia，Ib，Ic以及功角a，b，c，故而配变低压侧三相不平衡电流为配变一般采用Y0接法，故零序电流在10kV配网中不能流通。对三相分量进行对称分解，可以求得根据配变高低压侧接线形式以及配变变比，利用以上分量可求得高压侧线路电流。例如以配变常见接线形式Y011为例，可以得到如下高压线路电流：式（6）、（7）和（8）中的k为变压器的变比。绝大多数的10 kV中压网络以主干馈线为基础，支路或分支馈线从主馈线上“T”接出来，基于基尔霍夫电流定律，可以计算得到其他线路电流。b、 支线损耗根据上一节计算得到的每条支线上的三相电流，可以分相计算该支线的损耗，见式（9）。式中RA、RB、RC（）分别为相应支线A、B、C三相的电阻；t（h）为计算时间（TTU、FTU、RTU数据采集的时间间隔）。c) 馈线段内配变线损计算：变压器损耗分为铜耗和铁耗。铜耗是可变损耗（与设备通过的电流有关），铁耗是不变损耗（与设备上所加的电压有关）。在考虑配网三相负荷不平衡的基础上，可按式（10）计算变压器的铜耗。式中：Pk（kW）为变压器短路损耗；I2N（A）为配变低压侧额定电流；Ia、Ib、Ic（A）为配变低压侧实测电流。而配变的铁耗即为配变的空载损耗P0，故变压器的总损耗为d) 馈线段的损耗：馈线段的总损耗是馈线段内所有支线损耗和配变损耗的总和，如式（12）。式中：M为馈线段内支线数；N为馈线段内配变数。e) 馈线总损耗：在得到馈线内所有馈线段损耗的基础上，可以利用式（13）求取整条馈线的损耗。式中：N为馈线内馈线段数。线损计算（二）已有馈线自动化系统，即FTU安装齐全当系统没有装设TTU或TTU较少或当TTU采集的数据不完整时，以TTU采集数据为基础的网损理论计算是不可行的。为此，现在提出一种仍以区段为理论网损的计算单位的近似计算方法等效负荷法。等效负荷法是在仅能获得配电线路沿线柱上开关处的量测信息时，采用一个处于该段馈线上某合适位置的等效负荷代替该馈线上所有负荷从而进行配电网分析的方法。图5 、馈线区段简化示意图图中只列出了区段首端和末端的FTU。假设线路负荷沿线均匀分布，则线路的平均电流可以近似地认为：式中： is为区段首端FTU的实测电流值；ie为区段末端FTU的实测电流值；为线路的负荷系数。当确定了线路的平均电流后，由于线路的节点电压也是已知的，则线路的压降为：区段网损为：有： 进一步有：为经验系数，主要与本区段的分支线路数量、配电变压器的容量有关。当此区段分支线路较多，且每一分支上所接的配电变压器容量大致相等时，b1。在近似计算中，可以取b = k，k为形状系数，在文献电力网电能损耗计算导则中有详细描述，计算时参考。在得到馈线内所有馈线段损耗的基础上，可以利用下式求取整条馈线的损耗。式中：N为馈线内馈线段数。线损计算（三）已有配变监测系统，即TTU安装齐全通过前推回代潮流计算。需要网络拓扑分析。1、 网络拓扑：2、 潮流计算：在对图1馈线进行广度优先搜索网络拓扑后，其等值电路图如下所示：图6 、典型配网馈线系统等值电路图a) 已知末端变压器高压侧电压和功率：已知条件为末端功率Pc+jQc和末端电压，计算从线路末端开始，首先计算bc段的功率损耗和电压降落。bc段功率损耗：b端流出功率：b端流入功率：bc段电压降落：b端电压：就这样逐段向首端依次计算出电力网的功率分布和电压分布。b) 已知供电端母线电压和功率：已知条件为首端功率（）和末端电压，计算从线路首端开始，首先计算Aa段的功率损耗和电压损耗。Aa段功率损耗：a端流入功率：a端流出功率：Aa段电压降落：a端电压：就这样逐段向末端依次计算电力网的功率分布和电压分布。c) 已知末端变压器功率和供电端母线电压：已知末端功率（）和首端电压，这时的潮流计算必须反复推算，才能获得同时满足两个限制条件的结果。推算步骤如下:i. 设末端电压（可以设为额定电压）；ii. 以和已知的由末端向首端逐段推算，求得首端电压和首端功率（）；iii. 舍去，以已知的首端电压和上面推导出的首端功率向末端逐段推算，求得末端电压和功率；iv. 舍去，以已知的末端功率和上面推导出的再次由末端向首端逐段推算，求得首端电压和首端功率；v. 重复ii、iii、iv直至最终计算结果中的首端电压、末端功率与已知的无限接近（满足精度要求）。3、 线损统计：通过潮流计算，就可以得到馈线中当前的功率分布情况，即：各条支路的损耗功率都可以准确获得。线损分析：1、 在线显示：a) 电网设备参数、各节点及支路的运行数据（P、Q、U、I、Cos）；配网总负荷、负荷率、线损及线损率以棒图、曲线报表的形式实时显示；b) 统计各变压器、各馈线损耗占总损耗的比例并依此排序；统计各馈线负荷并排序；统计各馈线线损率并依此排序；统计变压器铁损和铜损及其与全网损耗的比例；统计各个配变的功率因数并依此排序。c) 列表2、 结果分析：理论线损计算完毕后, 在I E 浏览器中选择相应的年、月或时段便可查对理论线损计算结果和各类线损分析表格。“线损分析”页面展示输电线路、主变压器、站用变压器、电容器等元件计算时段的理论线损电量和线损率, 可同时展示同一时段相同元件的实际线损电量和线损率; 满足“四分”线损分析的需要, 满足分别按某一元件(变压器、输电线路、配电线路、配电变压器等) 进行分析的需要, 自动得出这些元件的损耗率、损耗所占比例以及整个电网的损耗率等数据。分析线损组成，提出降损方案。系统逻辑架构：图7、系统逻辑架构1、 无线数据传输终端设备：“无线终端”接收现场采集的数据信号并将数据通过移动公司的SMS/GPRS公网发送到监控中心，同时“无线终端”可以接收由检控中心传来的数据及远程监控信息。2、 无线通信