（电力系统及其自动化专业论文）全网能量损耗分析与管理系统.pdf

系统的连接为损耗计算提供了数据准备，真实的体现了电力网的运行状态；损 耗计算包括了统计损耗和理论损耗计算，为系统进行技术线损和管理线损的对 比分析提供了全面准确的数据；数据上报与汇总是全网分层管理系统的特点， 它按照电力部门的实际运行管理体系进行能量损耗的分层管理，实现了全网线 损管理的统一性；降损分析探讨了通用的降损措施，分析了它们的降损效果， 为损耗管理工作提供了理论参考。 系统的设计运行初步实现了统计损耗与理论损耗的并行管理，采用优化计 算的方法提高了计算结果的准确度，通过对损耗计算结果的对比分析可以更为 快捷的制定相应的降损措施。在系统实际运行过程中，验证了全网分层管理理 论和技术在能量损耗管理工作中的可行性，并阐述了该理论在电力系统的其他 管理工作的广泛的应用前景。 关键词：能量损耗分层管理对比分析降损计算 t h ea n a l y s i sa n dm a n a g e m e n ts y s t e mf o re n e r g yl o s s o fw h o l ep o w e rn e t w o r k m a j o r ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t e ：l iy a n g a d v i s o r ：z h o ub u - x i a n g t h ef a s td e v e l o p m e n to fe l e c t r i ci n d u s t r yb r i n g st h em o r ec o m p l e x ，g r e a t e r m o d e la n dm o r et e r r i t o r i a l o nt h eb a s i so f t h ed e p e n d a b i l i t ya n dt h es t a b i l i t ye n s u r e d ， e c o n o m i c a lr u n n i n go fe l e c t r i ci n d u s t r yi sr e c o g n i z e db yt h ee l e c t r i cc o r p o r a t i o n i n c r e a s i n g l y t h i sp a p e ri n t e g r a t e sl a y e r e dm a n a g e m e n tm e t h o di nt h ep r a c t i c a lw o r k ， b r i n g sf o r w a r d am e t h o do fl o s sc a l c u l a t i o na n dm a n a g e m e n tw h i c hl a y e r e d c o n c e p t i o no ft h ew h o l ep o w e rn e t w o r k a f t e ru sa n a l y s e st h ed a t at h a t l o s s c a l c u l a t i o nn e e d e d ，w ep u tf o r w a r dam e t h o do fs t a t i s t i c a ll o s sa n dt h e o r e t i cl o s s o n - l i n ec a l c u l a t ew h i c ha c c o r d i n ga sa u t o m a t i cs y s t e mu s e di np o w e rs y s t e m t h e d a t ai n t e r f a c eo ft h es y s t e mc o n n e c t st h i ss y s t e ma n dt h em i s ，s c a d as y s t e m ， s y s t e mc a ni m p l e m e n to i l l i n em a n a g e m e n to fe n e r g yl o s s ，t h ea n a l y s i sa n d m a n a g e m e n ts y s t e mf o re n e r g yl o s so fw h o l ep o w e rs y s t e mw a sd e s i g n e do nt h e b a s e do fa n a l y z i n gt h ee x c e l l e n c ea n ds h o r t c o m i n ga b o u tt h ec a l c u l a t i o na n d m a n a g i n gm e t h o d sb e f o r e f o rr e a l i z i n gi n t e r r e l a t e dt h e o r ya n df u n c t i o no fs y s t e md e s i g n ，t h i sp a p e r d e f i n e st h es y s t e ms t r u c t u r e ，d a t am o d e l sa n df u n c t i o nm o d e l sa tf i r s t d e f i n i n go f s y s t e ms t r u c t u r ep r o v i d e sl o g i c a lo r g a n i z e dt r u s sf o rs y s t e mr u n n i n gi ng e a ld a t a s y s t e md e f i n e sd e s c r i b i n gc h a r a c t e ra n do r g a n i z i n gm o d eo fs y s t e md a t a f u n c t i o n s y s t e md e f i n e st h ef i m c t i o n sa n da p p l i c a t i o n si nt h ea n a l y s i ss y s t e m o r g a n i c c o m b i n es u p p l i e sp o w e r f u lt e c h n i c a ls u s t a i n sa n da c a d e m i cb a s i c si nt h ew h o l e a n a l y s i ss y s t e m o nt h ef o u n d a t i o n so fr e l a t i v em o d e l si ns y s t e mt h i s p a p e rp a r t i c u l a r l y e x p o u n d ss o m em o s t l yp r o b l e m si nt h er e a l i z a t i o np r o c e s so fl a y e r e dm a n a g e m e n t ， f o re x a m p l e ，g r a p h i ce d i t o r , d a t ai n t e r f a c e ，l o s sc a l c u l a t i o n ，d a t ar e p o r ta n dd a t a c o l l e c t i o n ，a n a l y s i so fl o s sd e c r e a s e ，e t c g r a p h i ce d i t o rp r o v i d e sc o n v e n i e n tf u n c t i o n o fe q u i p m e n t s m a i n t e n a n c e d a t ai n t e r f a c eo f f e r st h ed a t ap r e p a r a t i v e ，e m b o d y i n g t h er u n n i n gs t a t e l o s sc a l c u l a t i o ni n c l u d e ss t a t i s t i c a ll o s sa n dt h e o r e t i cl o s s ；t h e r e s u l t sa f f o r de n t i r e l yd a t at op u tu pc o n t r a s t i v ea n a l y s i s d a t ar e p o r ta n dd a t a c o l l e c t i o na r et h ec h a r a c t e r i s t i c si nt h el a y e r e dm a n a g e m e n ts y s t e mo fw h o l en e t w o r k t h eo n e n e s si nt h er n a n a g e m e n to fw h o l ep o w e rg r i di sc a r r i e do u t ，a n a l y s i so fl o s s d e c r e a s ed i s c u s s e ss o m en o r m a lm e a s u r e s ，t h er e s u l t s s u p p l i e ss o m et h e o r e t i c r e f e r e n c e sf o rl o s sm a n a g e m e n t t h ed e s i g na n do p e r a t i o no ft h i s s y s t e mp r i m a r i l y a c t u a l i z e sc o l l a t e r a l m a n a g e m e n to fs t a t i s t i c a ll o s sa n dt h e o r e t i cl o s s a f t e rt h ec o n t r a s t i v ea n a l y s i sa b o u t t h er e s u l t so fl o s sc a l c u l a t i o n ，w ec a l le v e nm o r ee x p e d i e n t l ye s t a b l i s ht h em e a s n r e s o fl o s sd e c r e a s e i nt h ep r o g r e s so fs y s t e m p r a c t i c a l l yf u l l ，t h ef e a s i b i l i t y a b o u tt h e t h e o r ya n dt h et e c h n i q u eo fl a y e r e dm a n a g e m e n ti nw h o l ep o w e rg r i dw e r ee x a m i n e d t h i sp a p e rf a r t h e re x p o u n d st h i st h e o r yc a nb ea p p l i e di nm o r ea n dm o r em a n a g i n g f i e l d si ne l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa p p l i e df o r e g r o u n di se x t e n s i v e k e y w o r d ：e n e r g yl o s s ，l a y e r e dm a n a g e m e n t ，c o n t r a s t i v e a n a l y s i s ， c a l c u l a t i o no f l o s sd e c r e a s e 婴型奎堂里主兰垡望壅! ! ! ! i ! 一 1 绪论 1 1 目的和意义 在电能的输送和分配过程中，电力网的各个元件都要产生一定数量的电能 损耗【1 1 。电力网的线损就是指在一定时间内电力网中的电能损耗，而所谓的线 损率就是损耗电度和供电量之比。线损率是国家考核电力部门的一项重要经济 指标。合理、准确的电网线损计算是各级电力部门能耗计算、统计、分析及降 损的基础。用电能表读数计算出来的线损率叫统计线损率，而为了监督、分析 乃至预测线损率，于是产生了理论线损率【2 】。电力网的统计线损主要用于电力 网的线损统计分析和日常的线损管理，而理论线损则是一面镜子，它不但能反 映电网结构和运行方面的合理性，而且可以反映电力企业的技术和管理水平， 能促使相关部门采取从内部挖潜，或增加新设备、或改造线路等措施，降低线 损率。对于电网设计规划部门能在设计阶段就采用线损较小的设计方案，从而 达到最佳的运行效果。随着社会的高速发展，支持社会经济不断增长的电力能 源需求也持续增长，电力系统结构臼趋复杂，同时，如何使有限的电力能源发 挥最为有效的作用更加需要通过线损分析以降低电能损耗，从而提高电能有效 使用率。随着计算机技术的进步，我国的各级电力部门已经大多数告别人工的 全网能量损耗管理工作，转而由计算机管理系统所代替。由于电力系统的结构 复杂，电能损耗受到的各种影响因素同样复杂多变，不仅受到电力系统各种元 器件的技术参数和计量表计的精确程度的影响，同时和实际运行情况也有定 的关系。因此，传统的按照典型代表日计算理论线损的管理方式其准确度和可 靠性都难以全面的准确的指导电力部门更加有效的提高电能有效使用率。 在电网的实际运行中，线损是评价电网技术状况和运行合理性的重要指标 【3 l 。开发更加直观和更加精确的电能损耗管理系统以满足管理水平的逐步提高 已经成为电力部门的迫切需求。随着各种面向对象的编程工具的出现，可视化 的线损管理软件的开发已经成为新的亮点，同时电力系统自动化程度的逐步提 高也给线损计算的精确度和实时性带来了可能。本文基于面向对象的软件平台 提出开发可视化图形的全网分层体系的线损管理软件，并结合电力系统的自动 化管理现状建立了同能量管理系统e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 、数据采 集s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ) 系统和电能量计费系统的 四川i 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 接口连接，实现了统计线损统计工作的自动化和理论线损计算工作的实时化。 建立安全准确的数据通道进行各级电力企业线损管理工作的数据汇总，实现全 网能量损耗的分析管理。通过这些工作不仅使全网能量损耗管理工作更加精确， 使工作人员的操作更加简洁，同时也更加符合电力系统的自动化管理特点，使 管理人员能够从纷繁复杂的各种数据中解放出来，根据统计损耗和理论损耗的 计算结果比较分析进行更加可靠经济的降损决策1 4 】。因此，本文的提出对于指 导电能损耗计算分析的管理工作，使电力系统更加经济有效的运行有着巨大的 现实作用和理论意义。 1 2 国内外损耗分析工作的研究动态 随着国民经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高，经济领域的各个生 产部门对电力能源的需求越来越高，这促进了电力行业的持续快速发展。同时， 电力网络的不断扩大也使得电网结构日趋复杂，其中所包含的各种信息更是日 趋膨胀，如何管理好纷繁复杂的各类信息也是电力行业的工作人员面对的一个 课题，因此，充分利用计算机资源进行高效率的自动化管理必然成为电力企业 充分挖掘自身潜力的重要手段。电力系统的保护、检测、控制和管理等的工作 都是建立在处理各类电力信息的基础之上的，电力系统的电能损耗管理工作既 然是电力企业运营状况重要的技术经济指标依据，又是确定电力系统规划、运 行方式、网络技术改造及设备维修的重要依据【“，那么电能损耗管理技术的发 展水平秘速度必须赶上电力系统总体的发展需求。但是，现今的电能损耗分析 和管理工作还存在着一定的不足。 1 2 1 用于损耗分析的几种典型电能损耗计算方法 1 2 1 1 最大负荷损耗时间法 最大负荷损耗时间计算线损的方法主要应用于不知道负荷曲线或收集困难 的条件之下，其方法主要是将变化的负荷在一定的条件下看成不变，而这个条 件就是利用最大负荷损耗时间。其意义在于在此时问内，假定用户始终保持最 大负荷，此时引起的电能损耗等于所需计算的时间内实际负荷所引起的电能损 耗。这种方法准确度不高，主要适用于电力网的规划设计当中，因为这种情况 是通过综合分析大量重要因素来选择最合理、最经济的方案，其中能耗不是主 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 s ) 要因素。同时规划设计时所采用的计算负荷和其他技术数据都是用近似的方法 确定的，计算结果本身带有相当大的误差，不可能很准确计算电能损耗【6 1 。所 以在电网规划设计时，迫不得已对计算能量损耗的准确度不提过高的要求。 1 2 1 2 均方根电流法 整个电网的电能损耗计算建立在每一电网元件的电能损耗计算的基础上， 通过对一个元件进行代表日的负荷实测，可以得出一系列可以代替实际负荷曲 线的阶梯型负荷曲线，在每个小时之内近似的认为负荷不变，通过进行分时段 计算得出线损。对于一个小时内负荷变化频繁的情况，采用电度表所测的实测 数据进行均方根电流计算更为合理。由于电度表的测量较为准确，因此其实测 数据更为可信。而每一个小时的电度数反映了该小时的平均电流，由此求出的 均方根电流是代表日= 十四个平均电流的均方根电流。该方法在理论上是比较 完整的方法，而在实际应用中由于受到一些特定条件的限制，同样不是十分理 想。其主要原因在于：复杂电力网中各个元件的负荷实测工作量太大，各种设 备的资料收集和整理十分费时费力，所计算出代表日的线损率和实际工作中要 求的月、季、年的线损率是有一定差别的，虽然可以应用一定的计算手段进行 折算，其误差仍是在所难免的。同时，负荷实测的工作中，测量工具的精确等 级必然会对实测结果产生一定的影响，原始资料的准确度也难以保证。基于这 些原因，该方法计算结果的准确度势必受到一定的影响。 1 2 1 3 回归分析法 回归分析方法是一种数理统计的方法，是处理变量与变量之间的数学方法 ”】。通过在大量的实践过程中的观察寻找出隐藏在随机性背后的统计规律性， 这类统计规律性称为回归关系，而有关回归关系的分析理论就是回归分析。对 于结线复杂的电力网，由于其中电气元件数量较多分布复杂，各种技术数据不 易收集，采用回归分析的方法可以很好对线损进行计算、分析和预报。回归分 析方法首先通过使用潮流计算得出的结果建立数学模型，通过一定的方法求得 计算线损的回归方程，最后通过所得的回归方程对线损进行计算、分析和预测。 首先进行的潮流计算结果可以被视为是一次统计分析的实验样本，统计分析的 因变量就是一定的计算时段内的线损电量，而自变量是该电网的结构参数和运 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 行参数，由于是在某个固定不变的电网中进行回归分析，所以其结构参数也是 固定不变的，因此回归方程中电网的结构参数不作自变量，只有运行参数作自 变量。对于每一种运行方式都有一个回归方程与其相对应，从而回归分析可以 扩展至电网的各种典型运行方式下的线损等效计算，这种方法可以分为一元线 性回归和多元线性回归。在实际的线损计算中，各种实测数据并不一定线性分 布，因此必须首先选定适当的蓝线将其线性化以作回归分析，选取适当的曲线 类型的方法主要是根据物理概念和实践经验确定的，同时也可以根据数据的分 布形状和已知的函数图形相比较来选择。 1 2 1 4 节点等效功率法 电力网中各种元器件中产生的电能损耗取决于节点电压和通过元件的功 率，各个支路功率也和节点负荷有关，同样是时间的随机变量。能够完整的描 述随机变量的变化过程的是取决于负荷曲线的分布函数【8 1 。各个节点的负荷曲 线在通常的计算时段内是不易收集的，但是可以通过分析这些随机变量得到数 学特征值。在复杂的电力网中，利用等效功率法可以简化线损计算的原因在于 节点等效功率就是计算时段内的负荷曲线平均值的随机变量二阶原点矩的均方 根功率。根据等效功率求出的损耗乘以计算时段就是这个计算时段的线损电度 数1 9 】，因此线损的计算过程就是网络各个节点功率用相应的等效功率代替计算 电力网的功率损耗过程。 节点等效功率法的优点首先在于计算损耗的主要数据从电度表取得，众所 周知的是随着电力系统计量工具的准确度级别提高，并且采用了定期校验的制 度，因此它取得的数据准确度较高，测量所得到的数据本身就反映了计算时段 内的用电量，由该算法求得的线损率自然反应了该时段内的线损情况。其次， 节点等效功率法对线损计算在收集和整理原始资料的方面得到了较高程度的简 化，这一点在全网线损计算中尤为明显。对于一定的区域电网进行线损计算实 际上是把损耗计算问题转变成了潮流计算的问题，这样对于采用计算机计算能 量损耗的方式更为有利，大大减少了线损工作的工作量。由于节点等效功率是 由计算时段内的各节点注入功率经过处理得到的，它仅仅采用一次潮流计算来 确定系统损耗电量，因此计算结果会有一定的误差 1 0 1 ，但在负荷功率变化不大 的电网工作条件下其计算简便的优点仍可得到较为满意的结果。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 12 2 其他损耗计算方法 1 2 2 1 结合模糊理论的遗传算法 遗传算法( g a ) 是一种参数搜索算法【l l 】，它主要应用于优化计算。是基于 自然选择和基因遗传原理的搜索算法。近年来，以遗传算法、模拟退火、禁忌 搜索以及人工神经网络的为代表的智能优化技术发展迅速，它将基于达尔文进 化理论引入串结构，并且在串之间有组织但又随机的进行信息交换。它是模拟 生物群体的遗传演化规律所形成的一种自适应搜索和机器学习过程，主要应用 于函数优化【i “。随着遗传算法的日益深入，研究人员初步认识到在遗传算法中 的部分信息是模糊的，因此将模糊理论与遗传算法结合起来，便可显示出更大 的优越性i l “。这种结合主要可以体现在对遗传过程中的交叉率p c 和变异率p m 进行了模糊控制，从而提高了整个收敛过程的速度。 调节交叉率和变异率主要采用二维模糊控制器，它的输入变量是遗传过程 中前后两代染色体的平均适应函数值的变化 a f ( t ) 以及a f ( t 一1 ) 。在遗传操作 过程中，如果，( f ) 以及a f ( t 一1 ) 的变化较大时说明遗传过程处于正常进化阶段， 交叉率和变异率取正常值，如果( f ) 以及a f ( t 1 ) 的变化较小时，说明种群中 的个体的结构比较相似，可适当减小交叉率p c 并加大变异率p m 来改变种群中 个体的结构。 在遗传过程中为了避免丢失已经出现的优秀方案，同时为了提高收敛速度， 将已经出现的最好的几个染色体保留起来，称为保留优良品种，将其直接遗传 到下一代，保证历代出现的优良方案不丢失。通常以总数的1 0 左右的比例选 取优良品种，因为过多的保留数目会影响收敛速度和计算结果。经过系列的 遗传迭代，通过对优良品种的保留、更新和繁殖，可以大大减少迭代次数，通 过迭代过程的方向从而朝着全局的最优方向发展。 1 2 2 2 改进g a 优化的a n n 分析方法 随着人工神经网络( a n n ) 的大量应用，近几年提出了基于人工神经网络 模型的计算电能损耗的方法1 4 1 。但是，应用单一的a n n 计算损耗的最大缺 点就是在确定适合损耗计算的神经网络的拓扑结构和算法中的具体参数时，都 是经过反复实验确定的，并没有固定的规则可言。这种方法不仅浪费时间而且 四川大学硕= 匕学位论文( 2 0 0 5 ) 很难保证设计出的用于损耗计算的a n n 一定是最佳的。 常规的标准遗传算法存在下列缺点： ( 1 ) 当有超常个体时，存在局部收敛现象。 ( 2 ) 遗传算法的全局搜索能力受交叉率和变异率影响，然而交叉率和蛮异 率的取值是一对矛盾体。 用g a 优化的a n n 可以使神经网络具有自进化和自适应能力，从而构造出 进化的神经网络。这种方法更加使用于配电网的高精度和高速度损耗计算。 用g a 优化a n n 的改进主要有： ( 1 ) 提出了更加适合自然规律的竞争选择法。首先用适应度比例法进行选 择，经过配对交叉后产生下一代，再用最佳个体保存法将上一代的最佳个体复 制下来，同时为了保持群体规模不便，需要从这个新群体中淘汰一个个体，该 个体与最佳个体的距离最大。 ( 2 ) 确定了一种选择交换方式的标准。当参加交换的两个个体的适应度平 均值小于群体的适应度的平均值时，采用两点交换；当参加交换的两个个体的 适应度平均值大于群体的适应度的平均值时，采用一点交换；一般情况下，不 采用多点交换。 ( 3 ) 设计随相对遗传代数成双益线下降的自适应交换率以及与父串间相对 欧式距离成反比、随相对遗传代数成指数下降的自适应变异率。 1 2 3 电能损耗管理分析系统的发展现状 随着计算机技术的高速发展，自上个世纪八十年代以来，国内电能损耗管 理系统的技术开发水平不断提高，从早期的纯d o s 下进行单一的理论线损计算 的软件逐步进入到现在利用可视化编辑开发软件进行电能损耗管理系统整体设 计的研究阶段。早期设计的理论线损计算软件主要在d o s 系统下利用b a s i c 语言或f o r t r a n 语言进行开发，由于d o s 系统本身所存在的不足，因此早期 开发的理论线损计算软件都存在着一定的缺点与不足。近些年计算机技术的发 展日新月异，基于w i n d o w s 平台的各种可视化软件的出现为电力系统管理软 件的革新提供了一个十分有利的技术平台，电能损耗管理系统进行可视化设计 的工作得到了一定程度的发展。利用v i s u a lb a s i c 或v i s u a lc + + 语言编制的损耗 管理软件相对于d o s 时代的软件已经得到了长足的进步，尤其在可视化程度上 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 提供了更加友好的人机界面。 虽然基于可视化编辑工具开发的电能损耗分析和管理软件在人机界面上得 到了较好的改善，但是这些软件仍然存在着一定的缺陷，其主要包括： ( 1 ) 系统使用操作复杂，虽然相对于d o s 环境而言结构参数和运行参数 的输入得到了操作上的简化，但仍属于d o s 系统的简单升级，由于部分软件并 没有图形界面，其数据准备和输入工作的工作量仍然很大： ( 2 ) 图形功能不完善，已采用图形界面的部分软件，虽然其提供了主接线 图的制作界面，简化了结构参数的输入方式，但其主接线图不具备节点自动编 号和自动形成拓扑结构的功能，不利于能量损耗计算长期工作的开展，一旦新 增或改进线路设备就必须重新绘制主接线图，并需要重新进行手工编号和拓扑 分析； ( 3 ) 系统工作效率不高，由于在可视化编辑环境下一些软件过于注重图形 界面的设计导致系统总体计算效率下降，影响了系统的实际可支持的运行损耗 计算的电网规模，降低了系统的实际工作效率。现有的能量损耗管理系统大多 仍采用离线的理论线损计算方法，其所需的人工输入运行数据的工作量极大， 并且可能会存在人工输入的偶然误差，因此有必要对能量损耗管理系统进行更 深一步的研究。 近些年来，国家经济的发展和人民生活质量的提高带来了对电力需求的增 加，从而促进了电力行业的快速发展，同时用户对供电质量和供电可靠性的要 求越来越高，使得电力行业对电力系统的保护、检测和控制计算手段不断提高。 它所带来的电力系统自动化管理手段的逐步提高已经能够提供更多并更为准确 的运行数据，这为能量损耗分析和管理工作的开展提供了更为全面的准确的数 据准备和技术基础。 1 3 本文的主要工作 本文在对电力系统现有的能量损耗管理和分析方式上进行了详细研究的基 础上，结合了电力企业实际工作中的分层管理方法，以提高电力系统电能量损 耗分析工作水平为出发点，提出了进行全网分层管理以可视化图形为平台的损 耗计算与管理方法，主要完成的工作主要有： 结合电力企业的生产管理特点，在分析现有损耗计算与管理手段的优缺点 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 的基础上开发了全网分层管理的可视化电能损耗分析与管理系统，并定义了该 系统的系统结构、系统数据模型和系统功能模型。该系统的设计运行初步实现 了统计损耗与理论损耗的并行管理，采用优化计算的方法提高了计算结果的准 确度，通过对损耗计算结果的对比分析可以更为快捷的制定相应的降损措施， 提高了电能损耗管理工作的准确性和可靠性。 根据电力企业自动化管理的特点，通过对损耗管理计算所需的数据进行分 析，提出了结合现有的自动化系统进行在线统计线损和理论线损的计算方法， 并通过设计不同运行单位之间的数据接口实现电能损耗的分层分析与管理。 电力行业的快速发展带来了电网结构的进一步复杂化、大型化和区域化， 在保证电力生产的可靠性和稳定性的基础上，电力行业运行的经济性日益为电 力企业所重视。本文提出的对于全网统计损耗与理论损耗计算分层管理和分析 的方法有利于电力企业能够较为准确的了解整个电网的损耗分布，对于制定合 理的降损措施以保证电网的经济运行具有较大的实际意义。 通过对全网分层计算分析技术的研究，进一步论证了在电力系统信息多样 性的环境下，通过不断成熟的自动化管理手段进行信息分层管理技术开发的实 际意义，这种技术在其他的生产领域同样具有很大的应用潜力和实际价值。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 2 全网系统体系结构 为了适应全网分层管理的需求，提高理论线损与统计线损计算分析的实时 性和准确性，有助于制定更加合理的降损措施，同时又能够提高线损分析工作 的工作效率，减少繁琐的数据输入，针对开发可视化软件以及双值线损计算分 析的特点，电能损耗计算分析与管理系统的设计必须建立在合理的系统结构和 优化的数据模型基础之上。本文以分布式信息组织处理模式为出发点，以分散 数据服务器为基础，从数据信息的合理分割与分布，保持数据完整性、准确性 和可靠性，保证系统运行效率达到实时计算分析的要求等各个方面进行了探讨 和研究，建立了一种适合于基于可视化体系的分层损耗计算分析系统的系统模 犁。 2 1 全网能量损耗分析与管理系统特点 全网能量损耗分析系统主要通过统计线损与理论线损的计算，经过数据通 道进行省、市、县区各级电力部门之间的线损汇总与全网分析，并制定相应的 降损决策。常规的线损管理建立在线损工作的事后统计的基础上，缺少了及时 性和全面性。因此，损耗分析系统必须利用电力企业现有的自动化管理系统， 通过与e m s 、m i s 、s c a d a 和电能量计费系统的结合进行两种线损的实时计算， 通过系统对计算结果的对比分析提出合理的降损决策。 由此可以看出，全网能量损耗分析系统必须满足以下特点： ( 1 ) 充分利用供电系统已建立的调度自动化系统和生产、用电m i s 系统 的网络与数据，完成统计线损与理论线损计算所需要的数据准备。 ( 2 ) 对原始数据进行优化，以支持快速的实时线损计算。实时计算需要在 两次数据采集之间留有完成相应操作的时间裕度，因此实时并不是指系统与数 据采集的完全同步。 ( 3 ) 对数据库中保存的线损计算结果提供良好的人机界面进行数据查询和 对比分析，完成各级管理部门之间的数据传输及汇总，进行降损技术分析，制 定降损决策。 为实现系统的这些要求，必须建立合理的、有效的、适合系统特点的系统 组织体系结构、系统功能模型和系统数据模型。通过与现有的普通损耗计算软 四川大学 i _ i i 士学位论文( 2 0 0 5 ) 件对比分析，制定满足进行合理线损分析和制定降损决策的体系结构和对比分 析模型，优化复杂电网结构中的元件参数和计算统计与理论损耗所需的海量数 据，目的在于建立适合快速发展的大规模复杂电力网的生产管理信息的组织管 理和处理机制，通过先进的损耗对比分析指导电力网的降损增效与经济运行。 2 2 全网能量损耗分析与管理系统设计思想 充分利用电力企业已经建立起的自动化体系，如调度自动化系统、用电m i s 系统与电能量计费系统等，设计安全高效的系统互联接口利用现有网络采集电 力系统各种电网结构参数、设备元件参数和系统实时运行数据，在线生成统计 线损和理论线损的计算结果。通过利用调度自动化系统的实时数据计算出的理 论线损分析全网结构、负荷参数和无功补偿等技术要素，与电能量计费系统采 集计算的统计线损进行“双值”对比分析1 1 ”，校验理论计算模型的准确性，分 析计量表计、营业管理和用电管理等线损管理方面的问题，辅助指导降损管理 措施的制定和开展。目的在于使电力企业的线损管理人员可以从纷繁复杂的海 量数据中解放出来，能够抓住线损工作的重点，节省线损计算的时间比例，提 高线损分析的工作比例，制定合理的降损措施有效的控制线损率这样一个电力 企业经济运行的关键技术指标。 基于这种设计思想的系统体系建立了整个分析与管理系统的体系结构，为 系统运行提供了合理的组织构架支持：系统数据体系定义了系统数据的描述特 征和组织模式，为系统运行提供了操作对象：系统功能体系定义了全网能量损 耗分析系统的有关功能、函数和应用。这些体系结构的有机结合给整个分析系 统的运行提供了强大的技术支持和理论基础。 2 3 全网分析系统的体系结构 全网能量损耗分析与管理系统的设计主要立足于通过对全电力网各个元件 的损耗计算，进行线损统计后的“双值”分析，并进行合理的降损决策。由此 可见，系统实施的目的主要在于线损分析与降损决策，围绕这个总体目标进行 系统整体的系统构架设计，从而实现系统设计的设计思想。 2 3 1 全网能量损耗分析系统的数据组织 1 0 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 2 3 1 1 系统的组织构架 随着计算机的普及和网络技术的发展，基于网络、充分实现数据共享的网 络管理系统已成为各个行业管理追求的目标，成为最为流行的技术方向，线损 管理工作同样如此，本系统通过利用网络数据共享从而进行全网损耗的分析与 管理。全网分析系统的组织构架如图2 1 所示： 用 户 层 省级用户层k 、 f - 1 f 应 数 用据 市级用户层卜 r服 ，o ； 服 务务 1 f 一 层 层 县区级用户层卜一， 图2 1 全网分析系统的组织构架 全网分析系统由三层组成，包括用户层、应用服务层和数据服务层。用户 层是直接面向用户的可视化界面，是用户与全网分析系统的应用接口，与传统 c s 模式中的客户端不同的是用户层中各个客户端进行了分级管理，通过安装带 有管理等级标识的客户端软件可以进行用户层区分，不同的管理等级可以进行 相应的数据统计与分析，整个用户层又可以根据电力企业的管理机制分为省级、 市级和县区级三个管理层，下属局单位不仅可以直接向上级管理用户进行数据 上报，同时也可以通过应用层和数据层的应用进行损耗数据的间接上报统计， 通过用户层直观简洁，灵活方便的可视化人机交互界面用户可以进行全网损耗 管理与分析工作。应用服务层是用户层和数据层之间连接的桥梁，通过处理用 户层的请求，进行相应的服务操作，当需要与数据层进行数据交换，将响应结 果返回到用户层。数据层是全网分析系统的数据仓库，它包括了电网结构信息， 运行信息，系统管理信息等各种数据。 2 3 1 2 应用服务层与数据服务层 数据层主要包含了完成系统功能的各种数据准备，在本系统中包括了电力 网基本参数、结构数据、运行数据、历史数据、计算数据、分析数据、系统数 四m 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 据等：应用层主要包含了实现系统功能的各种技术准备，系统中包括了电力网 图形拓扑分析、数据接口、数据分析、损耗计算、分析决策、图表查询、数据 上报等几个主要的应用服务。如图2 2 所示： 。一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一1i 一一。一一一一一1 系统接口 ：珂：2 ! 垂照：二一 l 圈圈圈圈圜图目墨l 图2 2 系统数据层及应用层组织图 数据层包括运行数据服务器、接口数据服务器和历史数据服务器，运行数 据服务器中主要保存了电力系统设备的基本参数，网络的结构参数等，通过与 历史数据服务器的交换传输保存一定的数据：接口数据服务器主要是通过系统 设计的数据接口模块从外部数据( e m s 、m i s 、s c a d a 和电能量计费系统中获 取的电力网数据) 中获得全网能量损耗分析系统所需的各种数据，经过数据校 验和数据转换存入接口数据库，并通过与运行数据服务器和历史数据服务器的 接口进行数据传输：历史数据服务器主要保存了通过接口数据服务器传输的外 部数据和运行数据服务器传输的设备参数和结构参数等数据，由于电力系统的 数据量庞大，进行数据分析的检索速度必定会受到数据量大小的影响，因此必 须通过设计合理的高效的历史数据服务器和运行数据服务器的搭配提高系统整 体的运行效率。应用层主要由系统的各种应用服务构成，经过对应用服务功能 的设计完成线损分析的系统设计思想，并依靠简洁且友好的人机界面通过客户 端软件面向用户，保证用户执行简单的操作便可完成线损分析，制定降损决策 1 2 一外部数据 禹一 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 工作。 2 3 2 全网电气元件的编码结构 由于系统分为省局、市局和县区局等三个层次组成，因此为方便各级电力 系统之间的数据上报和数据共享，必须对全网电力网络元件进行统一格式的编 码，这样全网各个元件根据相应的编码可以在整个分析系统中具有其唯一性。 为了区分不同电力企业所辖的电气元件，方便电能损耗的对比分析，系统所采 取的编码方式主要格式为： s = c ，e ，n ) 编码按照不同的字段含义分为c ，e ，三个主要组成部分。其中c 表示网络 元件所属代码段，其包含了元件运行单位的具体信息；e 表示网络元件的元件 类型，主要用于元件类型的识别，不同的识别码代表不同的元件类型；为网 络元件的序列码，其中暗含了该元件的特征值，不同类型的元件特征值含义不 同，如线路元件的特征值可以表示不同线路的电压等级。元件编码结构如图2 3 所示： l y _ jl 、r 上r jl 、jl - y 工厂j 省局代码市局代码县区局代码 运行单位代码类型识别元件序列码 图2 3 元件编码结构示意图 系统中，电力网元件按照不同的类型用不同的识别码来区分，下面以线路 元件为例说明编码方式： 线路元件的所属代码段包含了省局、市局和县区局单位的编码信息，线路 元件以l 为其元件类型的识别码，也就是说数据库所保存的电力网结构数据中， 元件代码中包含l 的元件必定为线路元件。线路元件的序列码主要根据线路电 压等级作特征码，三位序列码的第一位表示电压等级，后两位按照所属运行单 位和电压等级排序，确保元件编码的全系统唯一性。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 2 4 系统数据模型的体系结构 由于参与电力网损耗分析的各种数据繁杂，数据量庞大，为能高效迅速并 准确的得到损耗分析结果，需要对所需数据进行必要的合理组织，建立高效的 数据模型。 2 4 1 各层分析系统问的数据交换 全网分析系统的数据体系必须能够反映出全网电气元件分层管理及分层分 析的特点，对于不同单位不同等级的损耗管理部门所辖的电气元件基本参数及 电能损耗能够进行全系统内的唯一标识，同时进行权限分级以反映全网分析系 统的设计特点。各层分析系统间的数据交换如图2 4 所示： 县 区 局 图2 4 各层分析系统间的数据交换 各层分析系统之间的数据交换以网络连接为平台，通过网络的物理连接， 可以完成各层之间的数据传输。数据传输的方式主要分为两种，一种为各层系 统之间的直接传输，这种传输是通过网络连接进行的数据文件上传，通过设计 数据文件的交互接1 ：3 进行数据交换；另一种为通过网络连接将各种数据保存到 数据库中，数据库中的各种数据均有各层管理单位的分级标识，当需要进行数 据汇总时，不同的管理层根据其管理权限进行其权限允许的数据交换。 交换数据主要包括了电力网元件的设备参数和设备台帐，元件的统计与理 论损耗计算结果，线损分析结果和降损方式等。管理层之间的数据交换不仅能 使上级管理部门进行其管理范围内的线损分析，同时便于管理者了解下属管理 部门的损耗情况，并通过汇总的电力网元件的运行状态掌握下级电力企业的运 行状况，便于进行符合客观实际的损耗分析和制定合理的降损决策。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 2 4 2 数据分类与数据建模 根据电力系统的一般逻辑模型，系统数据主要分为基础数据、设备数据以 及运行数据三类。进行合理的数据分类可以根据系统运行所需对数据库数据进 行合理检索，减少数据库中的冗余数据，并缩短系统因检索数据库数据所消耗 的时间，提高工作效率。 电力网损耗分析系统的数据模型可以表示为： h = ，s ，y ) 式中， s 、l ，分别代表基础数据、设备数据和运行数据。 2 4 2 1 基础数据模型 基础数据主要包括全网电力系统的基本构架、结构参数等信息。电力网全 网的基本构架和结构参数主要包括各个设备元件之间的关联关系，如母线与开 关的关联关系、线路与开关的关联关系以及变压器与开关的关联关系等。通过 对基础数据的解析，系统可以进行进一步的拓扑分析和结构优化，为全网损耗 分析的工作提供的必要的结构数据并提高了系统对基础数据的访问效率。 各设备元件的基础数据可以按照以下模型描述为： j r = j l n f o ，j t y p e ，j a s s ，j n o d e ，j e l s e 式中： j l n f o 为设备信息，包括设备名称，设备编码等： j t y p e 为设备类型，用来区分线路、变压器、电容器及电抗器等不同元件； , l a s s 为设备关联信息，包