（电力系统及其自动化专业论文）基于scada、gps的电力系统实时网损计算.pdf

a b s t 剐圮t n e t w o r kl o s si sa ni m p o r t a n ti n d i c a t o ro ft h ee c o n o m i c a lo p e r a t i o ni nt h ep o w e r s y s t e ma n d r e f l e c t st h ep o w e rs y s t e mm a n a g e m e n tl e v e l 韶w e l l a c c u r a t ep o w e rl o s s c a l c u l a t i o ni sc r u c i a lt os c i e n t i f i ci n v e s t i g a t i n gt h ee c o n o m i cb e n e f i t sa n da r r a n g i n g t h eo p e r a t i o ni nt h ep o w e r s y s t e m b e c a u s eo f t h e r a n d o mn a t u r eo f t h el o a df l o w , a n d t h ea s y n c h r o n o u sa n di n a c c u r a t en a t u r eo f m e a s u r i n g p o w e rl o a d ，e t c ，t h ep r o b l e m o f t h en e t w o r kl o s sc a l c u l a t i o ni nt h e p o w e rs y s t e m h a sn o tb e e nr e s o l v e d p e r f e c t l yu p t o n o w n e w t e c h n o l o g i e sa p p f i e di np o w e rs y s t e m s u c ha sg p sa n ds c a d a p r o v i d e t e c h n i c a l s u p p o r t s f o r c a l c u l a t i n gp o w e rl o s s e s w eh a v es t u d i e dt h er e a l t i m e c a l c u l 撕o no f p o w e rs y s t e m1 0 s s e sb a s e do ns c a d a a n dg p s a n dn e ws o r w a r e s y s t e md e v e l o p e d t h i ss y s t e mc a ng a t h e rs y n c h r o n o u sa n d r e a l - t i m ed a t au s i n gg p s t e c h n o l o g ya n dt e l e m e t r ya n dd i s l a n ti e t t e rt e c h n o l o g i e so fs c a d a ，a n dd od a t a p r o c e s s i n gu s i n gn e t w o r kt o p o l o g ya n a l y s i sa n ds t a t ee s t i m a t i o ns ot h a tb a dd a t ai s r e m o v e d ，w r o n gd a t ac o r r e c t e d , a n dl a c k i n g d a t as u p p l e m e n t e d t h e r ei sn od o u b tt h a t t h e h i 曲一q u a l i t y d a t ai no u r s y s t e m w i l li n c r e a s et h e a c c u r a c y o fp o w e rl o s s c a l c u l a t i o n a sf o rt h ep o w e r1 0 s sc a l c u l a t i o n ，t h ep r e c i s en e w t o nm e t h o di su s e df o rt h e t r a n s m i s s i o nn e t w o r ka n dt h es i m p l ei t e r a t i v em e t h o df o rt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k w e r e a s o n a b l yd i v i d et h ec a l c u l a t i o np e r i o da c c o r d i n gt ot h er e a l t i m ed a t a w h i c hi sa g o o dc o m p r o m i s eb e t w e e nt h ec a l c u l a t i o np r e c i s i o na n dt h ec a l c u l a t i o nt i m e i n a d d i t i o n ，t h es y s t e ma l s op r o v i d e saf r i e n d l yi n t e r f a c ef o rd a t ai n q u i r ya n da n a l y s i s g r a p hp l o r i n g ，d a t a b a s ea d m i n i s t r a t i n g ，c a l c u l a t i n g ，d a t aa n a l y z i n ga n dm a n a g i n g a r e i n t e g r a t e di n t oo u rs o f t w a r es y s t e m t h i ss y s t e mh a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p f i e dt od a g a n go i lf i e l df o rn e t w o r kl o s s c a l c u l a t i o n k e y w o r d s ：c a l c u l a t i o no f n e t w o r k l o s s e s ；s c a d a ；g p s n e t w o r k t o p o l o g y ；t h e s t a t ee s t i m a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫洼盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：琶冬签字日期：一哆年月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：吕枣 签字日期：0 帕多年f月3 日 日 岁 卅月 徉 引季帕 名 期 签 日 师 字 导 签 第一章绪论 第一章绪论 第一节电力系统能量损耗实时计算分析的目的与意义 电能损失率是电力网和电力系统运行经济性的一项重要指标，是电力企业完 成国家计划的主要内容之一，它反映了一个电力网的规划设计、生产技术和设备 管理水平。根据国家“资源开发与节约并重，把节约放在首位”的方针政策，电 力企业为降低网损，提高电力系统运行的经济性投入了大量的人力、财力和物力， 取得了可喜的成绩。但是，目前我国的电能损失与发达国家相比还相当高，各省 市电力公司及所辖单位的损失率差距较大，节电的潜力比较大【l 】。随着电力企业 的经营改制，不断掌握现代管理技术，把不合理的电能损耗减少到最小，使网损 率达到世界先进水平，这是电力企业现代化管理的核心内容之一，也是现代电力 企业生存和发展的必要条件。因此，网损计算与分析对电力系统来说意义重大。 准确计算电力网的损耗对科学考核经济效益以及合理安排电力系统运行方 式具有重要作用。由于电力网潮流的随机性质，电力负荷计量不准确以及时间不 同步，多年来，电力系统的网损计算这一经典计算问题一直没有得到圆满的解决。 目前，电力网的网损计算方法主要是等值功率法、日负荷曲线计算法，虽然这些 方法原理简单、适用范围广，但是实际计算时，费时费力还不准确，精度低，由 于采用等值法，它并不是实际准确的电力参数值，多为表计值以及人工抄表所得， 存在着机械误差与人为误差，不能保证数据准确性与同时性，这都是造成网损计 算误差的因素。因此解决电力参数的准确性与同步性是解决这问题的关键。 随着计算机与通讯技术的迅速发展，提高了电力系统的现代化管理水平，实 现了各种电力信息的实时采集、传输与处理，也开始了理论网损的实时计算。g p s 技术与s c a d a 技术在电力系统中的应用、推广与完善，为网损计算这一经典问题 的解决，提供了必要的技术支持。电力系统以l o s 采集一次的实时电力数据完全 可以代表电力系统的运行状态( 包括各种电力运行曲线) ，做到了理论网损与统 计网损同期、同步，具有可比性与较高的精度。以s c a d a 和6 p s 为基础的实时电 力网网损计算，可利用g p s 保证数据的同步性，同时通过s c a d a 的数据库取得电 力系统的实时、历史数据，再用状态估计辨识s c a d a 采集与传输中出现的不良数 据并加以修正，然后进行电力系统潮流计算与网损分析，可大大提高网损计算的 精度。 第一章绪论 第二节网损实时计算系统概况 一、电力网的网损 在给定的时段( 日、月、季、年) 内，电力网的所有元件中产生的电能损耗 称为电力网的网损电量( 在实际工作中也称为线损电量) ，简称网损( 线损) 并 记作a a 2 , 3 1 。 在电力网的实际运行中，用电度表计量统计出的供电量和售电量之差得到的 网损电量，称为统计网损电量( 或统计线损电量) 。 在统计网损电量中，有一部分是电能在输、变、配过程中不可避免的，其数 值由相应时段内运行参数和设备参数所决定。其中主要包括：与电流平方成正比 的变压器绕组和输电线路导线中的电能损耗；与运行电压平方成正比的变压器铁 芯、电容器和电缆的绝缘介质损耗以及电晕损耗( 空载损耗) 等。这些损耗电量 习惯称为技术网损电量，它可以通过理论计算得出，所以又称为理论网损电 量。 统计网损的另一部分是由于管理工作上的原因造成的，包括：各种各样的电 度表综合误差、抄表不同时、漏抄及错抄所造成的统计数值不准确；带电设备绝 缘不良造成的漏电、无表用电和窃电等造成的损失电量。这部分电量习惯称为“管 理网损电量”。 在网损管理工作中，既要重视降低“技术网损电量”，又要重视避免和减少 “管理网损电量”。 二、网损的理论计算与分析 电力网规划、电力网接线方案的比较、变电所的设计以及电力系统日常的运 行都需要进行网损理论计算。网损理论计算，可用于对一些降损技术措施的效益 进行预计，通过技术经济比较来选择合理的降损方案。比较全面细致的网损理论 计算，可以确定网损量的大小及其构成，可以揭示技术网损电量与运行的电压水 平、负荷率、平均功率因数等因素之间的关系，从而能比较科学地制定降损的技 术措施：全面的网损理论计算结果，还可以与统计所得到的统计网损电量相比较， 从而估计出管理损耗电量的大小，为降低管理损耗电量提供依据【4 】。 通过计算，可以基本知道电力网中损耗的构成情况，如理论网损占多少、不 明损耗占多少、电力网中各级电压电网的损耗占多少、各元件损耗是多少、变压 第一章绪论 器及其绕组和铁芯中损耗是多少等等，以便掌握总的情况，以利于网损的分级、 分压、分区管理。尤其在对于需要增加投资的降损措施进行各种方案的技术经济 比较时，更应该进行较准确的网损理论计算。由此可见，网损理论计算对于网损 管理工作可以起到指导和促进的作用。 根据网损的理论计算结果进行网损分析，是网损管理工作的重要内容。根据 电力网电能损耗管理规定，要求进行三项网损分析，即统计分析、指标分析 和经济分析口1 。 1 统计分析 在主系统送、变过程中所损耗的电能称为网损，在地区电网送、变、配 电过程中所损耗的电能称为地区网损。需要进行三项构成分析： ( 1 ) 地区网损构成分析 ( 2 ) 电网结构分析 ( 3 ) 售电量构成分析 上述三项统计分析所得到的结果，要与网损理论计算结果进行比较，以便找 出送、变、配电系统中网损较大的薄弱环节，确定降损的主要途径。 2 指标分析 比较本期与上期的网损率指标和本期网损率统计值与计划值之间的差 异，是指标分析的基本内容。指标分析可以从以下五方面进行考虑： ( 1 ) 售电量增减及用电类别与电压构成的变化； ( 2 )电力系统运行方式、潮流分布与电网结构的变化； ( 3 ) 降损措施和工程投产的影响； ( 4 ) 新增大用户的影响； ( 5 ) 更换系统主元件的影响。 3 经济分析 对在变电所所采用集中安装的无功补偿设备和配电线路上分散安装的 无功补偿设备所取得的降损效益进行分析；对于大用户考核高峰功率因数或 考核高峰、低谷功率因数所取得的效益进行分析，是经济分析的两种主要类 型。 在进行理论网损计算的基础上，深入分析电力网电能损耗与平均运行电压、 第一章绪论 负荷率、平均功率因数等运行参数之间的联系，就可能对地区网损率指标进行多 变量的预测和控制，从而把网损管理提高到一个新的水平。 三、网损的实时计算 电力网网损计算的误差口 一般决定于：原始资料的准确性；网损计算依据的 数学模型的精确性；数学方法的精确性以及计算机上的舍入误差等。对于稳态计 算来说，各项误差所占总误差的百分数大致为： 由于原始数据不准确所造成的误差为8 2 8 4 ； 由于数学模型不精确所造成的误差为1 4 1 5 ； 由于数学方法不精确所造成的误差为2 3 。 显然，主要误差是原始数据不准确造成的。对于网损计算来说，由于原始数 据中包含具有随机性质的负荷和负荷曲线，所以，由它造成的计算误差的范围可 能更大。可以说，原始数据( 主要指负荷资料) 是否准确和齐备是影响网损计算 准确性的关键因素。 网损计算所依据的原始数据分为两类：一类是有关电力网结构的元件参数和 结线图；另一类是有关电力网运行的数据( 如电流、电压、功率因数、有功和无 功功率、计算时段内的有功和无功电量) 。 电力网元件参数比起运行数据来实际上变化是很小的。在所计算的时段内， 元件参数经常是不变的，只有设备的计划和事故检修、改建、新建或扩建以及进 行电网经济调度等使设备投入或退出运行，而使运行方式改变时，网络结构与元 件参数才会有明显变化。所以元件参数部分数据的变化与观察研究的时段有关。 但是可以认为，元件参数方面的资料总是能够获得的。 电力网的运行资料主要有：在分析计算的时段内网络各节点的电压和负荷曲 线；通过各元件的有功和无功功率及其随时间的变化规律；各电源点的出力：补 偿设备的运行方式等。由此可见，运行数据的变化是很大的，且具有随机性质。 其中，最关键的资料是网络中各节点的负荷曲线，各节点的负荷曲线直接影响元 件的电流变化和电源出力，所以对负荷及负荷曲线进行比较详尽的分析是十分必 要的。 必须指出，对于全电力网的网损计算，要求的原始数据的收集整理的工作量 很大，所以网损计算的方法应该考虑尽可能的必要的运行和结构数据，来满足计 4 第一章绪论 算准确性的要求。特别应该研究在配电网的资料不充分的情况下网损的计算方 法。显然，在一般情况下，数据愈充分、愈准确时，计算的误差也愈小，但工作 量也愈大。所以应根据准确性的要求提出不同的计算方法，以便尽量减少数据的 收集的范围。 只有发展对主要负荷的直接监控和测量系统及计算机网络的数据处理系统， 才能有效地解决网损计算所要求的原始资料问题。 随着电网运行的发展与完善，油田电力系统自动化水平也取得了可喜的进 步，s c a d a 与g p s 技术在油田电网中得到了推广与应用。到目前为止全部1 1 0 k v 变电站和绝大部分3 5 k v 变电站都实现了s c a d a 的四遥功能，部分1 1 0 k v 站还 实现了遥控功能。这些都为进行电力系统的实时网损计算提供了先决条件。 油田电网的s c a d a 调度自动化系统对各变电站中的遥信量( 各电力元件的 运行状态) 和遥测量( 各元件的电流、电压、功率等电力参数) 以1 0 s 的频率实 时采集、处理，然后通过通讯系统和计算机网络传送至远动调度端主机进行显示 并保存至相关数据库。1 0 s 一次采集的实时电力数据完全可以代表该电力系统的 实际运行状态。以往计算时所采用的数据，多为人工抄表所得，原始数据的准确 性、同时性都不够，这些都造成了网损计算的误差。g p s 技术在电力系统中的应 用，为运行参数的同时性提供了保证。全球定位系统g p s 是目前最理想的保证 异地数据同时性的最佳工具。g p s 为电力运行参数贴上了时间标签，可以实现对 各电力数据的异地同时采集，以提高网损计算的精度。目前开发的网损计算软件， 使用具有g p s 时标的在线实时数据，保证了异地数据采集的同时性和实时计算 结果的准确性。用这些电力参数进行实时网损计算，相对于以往的算法，无疑是 一大进步，得到的理论网损与实际网损更为接近。 第三节本文主要研究工作 根据天滓大港油田水电厂对系统网损计算的具体要求，根据以往此类系统软 件的运行开发经验，本文主要做了以下工作： 开发了一套基于s c a d a 、g p s 的电力网网损实时计算分析系统，它主要包 括以下几部分：电力系统接线图形的绘制与编辑：对系统中的实时开关状态自动 进行网络拓扑分析；对s c a d a 、g p s 采集的电力系统实时数据进行状态估计， 去除不良数据并进行修正与补充；进行电力系统的实时网损计算。各部分的主要 第一章绪论 功能如下： 1 图形编辑部分：开发了一套图形绘制、编辑软件，可以方便的绘制、编 辑电力系统一次接线图、变电站接线图和配电线路图。各电力元件的图 形参数( 坐标、连接关系与接点号) 自动装入该元件的数据库：运行参 数( 负荷、运行状态) 与s c a d a 系统的实时数据库连接，可实时采集， 装入数据库；其他参数通过该元件的属性编辑框人工录入，简单快捷。 2 网络拓扑分析：系统的网络拓扑分析模块根据图形的元件、接点关系以 及实时采集的开关状态自动进行网络拓扑分析，以便进行潮流计算与网 损分析。 3 状态估计部分：本系统结合传统的最小二乘法，在原有方法的基础上采 用一种混合方法对由s c a d a 系统采集来的原始数据进行辨识，去掉、 补充和修正不良数据，提高实时数据的精度、完整性和可靠性，满足系 统计算的需要。 4 网损计算：通过历史数据库与实时数据库，本系统可以对电力网任意时 段的网损进行计算。根据电力系统输电网与配电网不同特点，本系统的 网损计算分为输电网( 3 5 一1 1 0 k v ) 和配电网( 6 k v ) ，在输电网部分采 用牛顿法计算，在配电网中采用辐射形网络网损的计算方法。 5 数据库部分；系统数据库是电力系统网损分析软件的基础，系统中的各 模块功能的实现以及相互之间的数据传输都是通过数据库。系统数据库 以图形编辑模块、属性编辑模块为基础，并与这些模块实现数据共享。 在数据结构上，以电力元件为基础，采用按元件分类列表的数据库结构， 如变压器数据表( t w o t r a n s d b ) 、开关数据表( b r e a k e r d b ) 、传输线表 ( t r a n s l i a n e d b ) 等等。每一个数据表都包含了该元件的图形编辑参数 与电力运行参数。系统采用0 d b c 技术，使数据库与系统既相互独立，又 可以与s c a d a 、g p s 系统建立连接。系统采用标准查询语言s q l 语言进行 数据库操作。 6 系统其他功能： ( 1 ) 查询功能：可以对系统中的元件参数、任意时段进行的网损计算 结果进行查询、编辑、打印和存档。 第一章绪论 ( 2 ) 报表功能：对电力系统的实时遥信量( 开关状态) 、遥测量( 负 荷、电压、功率等) 、网损计算结果自动生成报表，并可编辑、 保存和打印。 ( 3 ) 系统管理功能：为了系统安全、稳定运行以及便于不同身份的用 户使用，系统设置了用户权限。不同等级的用户登录，系统自动 设置权限。 ( 4 ) 系统说明：对系统的安装、使用和维护进行了详尽准确的说明， 便于用户快速、正确的使用本软件。 本计算系统还结合用户需要，编制了基于实时计算分析网损的图形管理信息 系统。本系统是在集图形、数据库为一体的平台上开发的，采用面向对象的编程 方法，实现了快速作图，自动实时数据采集、处理以及辨识，可视化图形交互方 式的数据输入，高效、快速的网络拓扑分析，并提供其他相应管理软件的功能， 具有很强的数据库管理功能、方便的图形编辑功能和快捷、详尽的计算、查询和 分析功能，实现了图形、参数、数据库、计算分析和管理的高度一体化。 在整个系统的开发阶段，广泛听取了线损管理人员的意见，使系统模型适应 实际情况，十分便于实际线损工作者的操作。目前，大港油田电力系统正在使用 本系统进行网损计算管理工作，使用效果令人满意。 第二章s c a d a 与g p s 在网损计算中的应用 第二章s c a d a 与g p s 在网损计算中的应用 电力网的实时网损计算，它需要网中各节点的实时负荷，这些负荷应该是同 一时间的，此外还需要当时网络元件的连接状况及其参数。s c a d a 系统可以保证 随时采集这些负荷数据以及网络元件的运行状况，全球卫星定位系统g p s 可以保 证各采集量时间的一致性，因而基于s c a d a 、g p s 的电力网实时网损计算，在原 理上可以保证计算结果的准确性。 第一节s c a d a 监视控制与数据采集系统 一、s c a d a 技术简介沁”1 为了确保电网的安全经济运行，现代化的计算机电网监控系统( s c a d a ) 作 为电网的监视、调控和告警的重要措施，越来越受到人们的重视。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 aa c q u i s i t i o n ) 系统，即监视控制与数据采集 系统，在电力系统中的应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系 统( e m s ) 的一个最主要的子系统，已经成为电力调度不可缺少的工具。 s c a d a 系统经过多年的发展，从早期的分立元件时代到微机远动系统，从集 中式发展到分布式，使系统的数据处理能力和系统响应速度得到了很大的提高。 现在s c a d a 系统从硬件到软件已形成了一系列标准功能，可灵活地组合起来，可 靠的满足不同电力系统的需要。 二、s c a d a 的结构组成 s c a d a 系统主要包括远程终端、通信信道和主站终端三个环节。其结构构成 如图2 一l 所示： 图2 - 1s c a d a 系统组成 远程终端包括变电站的各种数据采集设备、远程处理单元( r t u 和f t u 等) 等设备；远程终端负责采集数据，并按照规定的通信协议经远程处理单元r t u 处 理上发至通信信道传输到主站终端；通信信道包括调制解调器、通信设备和传输 媒体等，它负责对远程终端传输的码值进行处理，加以组织整理再按照协议发给 主站终端。主站终端包括前置机、数据库和各类终端，它负责对收到的通信码进 行处理，还原成所需的数据进行监控、保存，以适当的形式( 如声音、图形、图 象等) 将所采集的数据信息报告给用户，以达到监控的目的。 第二章s c a d a 与g p s 在网损计算中的应用 三、s c a d a 系统的功能： 1 数据采集d a ( d a t aa u q u i s i t i o n ) 通过r t u 实时采集的测量值和状态量，与人机会话软件所生成的各种画面相 结合，在屏幕上以接线图、列表、棒图和曲线图等画面形式，显示出电力系统的 实时运行工况，也就是通常所说的遥测和遥信功能，这也是实时计算网损的关键。 2 ，远方控制( c o n t r 0 1 ) 即遥控功能，由调度端发出命令去操作远方厂站端的开关、调压变压器或电 容器组的开关，进行跳闸或合闸。遥控命令一般采用“回送复校方式”以提高操 作的可靠性。 3 远方调整 即遥调功能，这实际上是通过模拟量来进行远方控制的另一种手段。如由调 度端远方调节发电机的出力。 4 历史数据存储( h i s t o r y ) 和制表打印( r e p o r t ) s c a d a 系统将采集到实时信息保存在系统的历史数据库中，便于用户日后查 询使用，并且建立了报表系统用于显示、打印采集到的电力数据。 5 时钟( c l o c k ) 时钟在s o e 、频率监视、定时计量和定时打印制表等功能方面影响很大。现 在几乎所有的计算机都配有一定精度的内部时钟，但这种时钟用于电力系统不是 精度不够，就是和标准时钟不同步。因此需要一个外部的标准时钟源与其同步， 用以提高系统的时钟精度。当前使用较多的标准时钟源是全球定位系统g p s 。 另外s c a d a 还有报警( a l a r m ) 、事件顺序记录s o e ( s e q u e n c eo fe v e n t s ) 、 扰动后追忆p d r ( p o s td i s t u r b a n c er e v i e w ) 、绘制曲线( t r e n d ) 、棒图( b a r g r a p h ) 、 事件记录( e v e n tl o g ) 以及相应计算功能、模拟盘接口和动态线路着色等功能， 同时也为各种电力计算软件提供接口。本系统就是运用s c a d a 与g p s 为平台，进 行网损的实时计算。 第二节g p s 全球定位系统 一、g p s 技术简介3 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m - g p s ) 是美国于1 9 9 3 年全面 建成并运行的新一代卫星导航、定位和授时系统。它有空间卫星、地面测控站和 用户设备三部分组成。这个系统包括2 4 颗卫星，分布在离地1 7 6 万公里高的6 第二章s c a d a 与g p s 在网损计算中的应用 条圆形轨道上，周期为1 2 小时，系统中的每个卫星连续的向地球发送时钟以及其 所处的位置的无线电信号。g p s 的工作频率大约为1 5 g h z ，以载码形式向地面发 射信号。它能全球覆盖，全天候2 4 小时连续实时地向用户提供高精度位置、速 度和时间信息。g p s 传递的时间在地面测控站的监控下能与国际标准( u n i v e r s a l c o o r d i n a t e dt i m e u t c ) 保持高度同步，最高精度可达l o l n s ，这一特点使 它成为目前世界上传播范围最广、精度最高的时间分布系统。g p s 建立了一个高 精度全球导航系统，具有极高的可靠性，由于美国政府已同意将g p s 无条件用于 全世界民用领域。因此，g p s 实际已成为一项全球共享高技术资源。 二、g p s 技术在电力系统中的应用 1 电力系统高精度时间统一 g p s 系统接收器提供的1 p p s 信号实际上是以秒为计时单位，精度为1us 的 国际标准时间信号，这种信号在地球上任何地方都能可靠的接收到。因此，若以 该信号作为标准时钟源去同步电网内运行的各时钟，则能保证各厂站时钟的高精 度同步运行。这样不仅解决了一个电网的时间统一问题，而且能实现全国范围内 真正的时间统。与传统方法相比，这种全新的时钟同步方式具有精度高( 微秒 级) 、范围广、不需通道联络、不受地理和气候条件限制等众多优点，是电网时 间统一的理想方法。 2 同步采样 对于s c a d a 系统和某些种类的数字式保护而言，若能做到对电网内各厂站的 电压、电流进行同步采样，将是非常有意义的。所谓同步采样，是指分布在不同 厂站的数据采集装置，其采样时钟被同步到一个时间基准，采样脉冲是同时同步 给出的。若以g p s 传递的1 p p s 为同步信号源去同步各采样时钟，则能容易实现 这种大范围同步采样。该方案能保证不同厂站的采样误差在几微秒以内，并能给 所有采样数据置以时间标签，有利于数据传输和处理。 此外，g p s 还可以应用于同步相量测量、数字式电流纵差保护、故障定位以 及继电保护装置实验中。通过在电力系统各厂站安装价格较低的g p s 接收器，能 方便的获得精度为1hs ( 相对于u t c ) 的i p p s 脉冲信号和时间代码，由此可实现 电力系统高精度、高可靠时间统一。这一全新时间统一系统的建立，将大大促进 与带动电力系统自动化技术的发展。 0 第二章s c a d a 与g p s 在网损计算中的应用 第三节s c a d a 与g p s 技术在油田电网中的应用 大港油田电力系统主要负责油田的生产和生活用电，随着油田四十几年的勘 探开发，油田电网也逐步完善形成了一定的规模，建立了六个十一万站为核心的环 网供电模式。随着电网运行的发展与完善，油田电力系统自动化水平也取得了可 喜的进步，s c a d a 与g p s 技术在油田电网中得到了推广与应用。到目前为止全 部1 1 0 k v 变电站和绝大部分3 5 k v 变电站都实现了s c a d a 的遥测、遥信等功 能，部分1 1 0 k v 站还实现了遥控功能。这些都为进行电力系统的实时网损计算提 供了先决条件。 为适应油田电网调度自动化系统迅速发展的要求，油田电力系统的s c a d a 系统采用了北京南瑞系统控制公司开发的新一代n t 2 0 0 0 s c a d a e m s 电网调度 自动化系统，经过几年的运行、完善，该系统运行效果令人满意。 n t 2 0 0 0 系统8 1 基于w i n d o w sn t 或w i n d i w s 2 0 0 0 操作系统，以商用数据库系 统s q ls e r v e r s y b a s e 作为数据库平台，应用c l i e n t s e r v e r 模式和分布式处理技 术实现s c a d a e m s 系统，全部程序均采用面向对象方法的设计，系统维护、 扩展灵活方便。 图形界面采用w i n d o w s 标准，网络通信协议采用t c p i p 协议。数据库管理 系统采用s q ls e r v e r ，存取s c a d a 系统的历史数据和结构数据，独立开发实时 分布数据库系统，采用全内存结构以满足电网调度自动化实时性强、数据量大的 要求，全部软件采用o d b c 技术与s q ls e r v e r 连接。 n t 2 0 0 0 除了提供s c a d a 系统的基本功能外，还提供了管理信息系统、地 理信息系统、操作票生成系统等的接口，也向用户提供不同层次的接口，便于用 户二次开发，满足用户不同的要求。该系统具有良好的人机界面、较强的可移植 性、通用性、实用性和开放性。 n t 2 0 0 0 系统部分技术指标【8 ： 重要遥测量更新周期 2 s ；般遥测量更新周期 5 s ； 次要遥测量更新周期 1 0 s ；事故时遥信边为传送时间1 0 s ； 系统实时数据扫描周期( 对6 4 个r t u ) ：5 s ； 事故顺序记录( s o e ) 站问分辨率2 0m s ： 遥信处理正确率：9 9 9 系统可用率不小于9 9 9 第二章s c a d a 与g p s 在网损计算中的应用 第四节s c a d a 与g p s 技术在网损计算中的应用 对于网损计算来说，由于原始数据中包含具有随机性质的负荷和负荷曲线， 所以由它造成的计算误差的范围可能很大。可以说，原始数据( 主要指负荷资料) 是否准确和齐备是影响网损计算准确性的关键因素。 网损计算所依据的原始数据分为两类：一类是有关电力网结构的元件参数和 结线图；另一类是有关电力网运行的数据( 如电流、电压、功率因数、有功和无 功功率、计算时段内的有功和无功电量) 。 电力网元件参数比起运行数据来实际上变化是很小的。在所计算的时段内， 元件参数经常是不变的，只有设备的计划和事故检修、改建、新建或扩建以及进 行电网经济调度等使设备投入或退出运行而使运行方式改变时，网络结构与元件 参数才会有明显变化。所以元件参数部分数据的变化与观察研究的时段有关。可 以认为，元件参数方面的资料总是能够获得的。 电力网的运行资料主要有：在分析计算的时段内网络各节点的电压和负荷曲 线；通过各元件的有功和无功功率及其随时间的变化规律；各电源点的出力；补 偿设备的运行方式等。由此可见，运行数据的变化是很大的，且具有随机性质。 其中，最关键的资料是网络中各节点的负荷曲线。它直接影响元件的电流变化和 电源出力。所以对负荷及负荷曲线进行比较详尽的分析是十分必要的。 只有发展对主要负荷的直接监控和测量系统及计算机网络的数据处理系统， 才能有效地解决网损计算所要求的原始资料问题。 油田电网的s c a d a 调度自动化系统对各变电站中的遥信量( 各电力元件的 运行状态) 和遥测量( 各元件的电流、电压、功率等电力参数) 以2 1 0 s e c 的 频率实时采集、处理，然后传送至远动调度端主机进行显示并保存至相关数据库。 1 0 s 一次采集的实时电力数据完全可以代表该电力系统的实际运行状态。以往计 算时所采用的数据，多为人工抄表所得，原始数据的准确性、同时性都不够，这 些都造成了网损计算的误差。g p s 技术在电力系统中的应用，为运行参数的同时 性提供了保证。全球定位系统g p s 是目前最理想的保证异地数据同时性的最佳 工具 9 】。g p s 为电力运行参数贴上了时间标签，可以实现对各电力数据的异地同 时采集，以提高网损计算的精度。目前开发的网损计算软件，使用具有g p s 时 标的在线实时数据，保证了异地数据采集的同时性和实时计算结果的准确性。用 第二章s c a d a 与g p s 在网损计算中的应用 这些电力参数进行实时网损计算，相对于以往的算法，无疑是一大进步。得到的 理论网损与实际网损更为接近。 基于s c a d a 与g p s 的理论线损计算，有三大优点： ( 1 ) 实时数据由接口程序自动输入，不必由手工抄录，提高工作效率。 ( 2 ) 理论网损计算的结果更为精确。 ( 3 ) 可随时对任意时间段电网损耗进行计算，方便、快捷。 s c a d a 、g p s 与实时网损计算系统的结构连接关系如图2 2 所示 状 鹾潮麟躺 态 系统数据库 估 ly c 量f 实时库i 计 l 计算用 数据致据辨识l 型1历史库 系统通过o d b c 数据库引擎与s q l 标准数据库查询语句访问s c a d a 系统数据 库的实时数据库与历史数据库，取用模型计算所需的遥测信息( 模拟量：电流值、 电压值、有功、无功功率值等) 和遥信信息( 状态量：开关、刀闸的状态) 。这 些信息量都带有g p s 时标，可以保证采集的同步性。由于传输信道的干扰和未安 装采集设备等原因，这些信息量可能不完整、不精确，甚至有不良数据，所以上 述数据量不能直接用于网损计算。需通过状态估计进行数据辨识，去除不良数据 并加以修正、补充，以得到完整且精度满足计算要求的数据存入网损计算系统数 据库，以便进行网络拓扑分析、潮流计算和网损计算与分析。 鉴于大港油田电力系统与调度自动化s c a d a 系统的特点，i i o k v 3 5 k v 变电 站采集信息量完整，所以对3 5 k v 以上输电网可以进行实时计算，我们采用收敛 性较好的牛顿法进行潮流计算，计算效果令人满意；6 k v 配电网采集的信息只有 线路出口的电力数据，结合6 k v 线路特点，进行适当的简化，进行近似计算。s c a d a 与g p s 系统是网损实时计算的基础和保证，它解决了以往网损计算中数据收集的 实时性和同步性问题，计算网损变得简便、快速，而且精度也有提高。相对于传 统算法无疑是一大进步，其得到的理论网损也更接近于实际网损。 第三章实时网损计算系统的数据库部分 第三章实时网损计算系统的数据库部分 第一节数据库知识简介 一、数据库技术 数据库技术( 方法) 是管理数据的一种有效方法，它研究如何组织和存储数 据，如何高效地获取和处理数据。数据管理是对数据的组织、编码、分类、存储、 检索和维护，是数据处理的中心问题。数据处理是指对各种形式的数据进行收集、 存储、加工、传播等一系列活动的总和，目的是从大量的、原始的数据中抽取、 导出有价值的信息，从此作为行为和决策的依据。 数据库系统是在操作系统的文件系统基础上发展起来的，是具有管理数据库 功能的计算机系统。它将一个单元或一个部门所需的数据综合地组织在一起，构 成数据库。由数据库管理系统( d b m s ) 软件实现对数据库的定义、操作和管理。 二、数据库管理系统 数据库为了保证存储在其中的数据的安全和一致，必须有一组软件来完成相 应的管理任务，这组软件就是数据库管理系统( d a t a b a s em a n a g es y s t e m ) 。数据 库管理系统是数据库系统的核心，对数据库的功能和性能起决定性的作用。 d b m s t 3 的基本功能： 1 数据库定义和存取功能：d b m s 一般提供数据定义语言来定义数据 模式。它是对数据库的描述，而不是数据本身。d b m s 通过数据操 纵语句( d m l ) 和数据库查询语句( q l ) ，实现对数据库数据的增、 删、改、查等基本操作。 2 数据库运行管理：这是d b m s 运行的核心部分，包括并发控制、存 取控制( 安全性检查) 、恢复机制、完整性约束条件的检查和执行， 以及数据库内部的维护( 如索引、数据字典的自动维护) 等等。 3 数据组织、存储和管理：d b m s 要分门别类地组织、存储和管理各 类数据，包括数据字典( 数据目录) 、用户数据、存取路径等；要确 定以何种文件结构和存取方式在存储级上组织这些数据，如何实现 数据之间的联系。 4 数据库的建立和维护：这包括数据库的初始建立、数据转换、数据 库的存储和恢复、数据库重组织和重构造以及性能监测分析等功能。 1 4 第三章实时网损计算系统的数据库部分 5 其他功能：这包括d b m s 与网络中其他软件系统的通信功能；一个 d b m s 与另一个d b m s 或文件系统的数据转换功能等。 三、关系数据库 根据支持的数据模型( d a t am o d e l ) ，数据库分为三类： ( 1 ) 层次和网状模型：数据按层次树结构或网状结构组织。 ( 2 ) 关系模型：以关系( 表) 形式组织数据，s q l 语言为关系数据库语言标准。 ( 3 ) 面向对象模型：是数据库技术与面向对象程序设计方法结合的产物。 关系数据库由二维表来表示实体集属性间的关系以及实体之间联系的形式 化模型，它将用户数据的逻辑结构归纳为满足一定条件的二维表的形式。这样关 系数据库就由表组成，一个关系( 数据之间的关系) 就由一个二维表来定义：表 的行保存数据记录的一组属性数据，表的列定义记录的各个属性。 四、关系数据库标准语言s q l 用户使用数据库时，必须对数据库进行各种各样的操作，包括数据模式的定 义、修改、数据的增加、删除、查询和控制等。d b m s 必须为用户提供相应的命 令和语言以完成上述操作，这就构成了用户和数据库的接口。这种接口的好坏直 接影响了用户对数据库的接受程度以及应用程序的开发应用质量。 结构化查询语言s q l ( s 缸u c t i l i eq u e r yl a n g u a g e ) 【1 2 1 是最重要的数据库操作 语言。由于功能丰富、使用方式灵活、语言简洁易学，被批准作为关系数据库语 言的标准，是所有关系数据库的公共语言。由于所有主要的关系数据库管理系统 都支持s q l ，用户可将使用s q l 的数据库在各个系统中共享使用，用s q l 编写 的程序也可以方便的进行移植。 1 s q l 语言可分为四部分【1 2 】： ( 1 ) 数据定义语言( d d l ) ：用于定义、撤消和修改数据模式； 定义功能分为三部分：即定义基本表、定义视图和定义索引。 ( 2 ) 数据查询语言( q l ) ：用于查询数据； 格式：s e l e c t 列表f r o m 基表【w h e r e 表达式】 ( 3 ) 数据操纵语言( d m l ) ：用于增加、删除和修改数据； 格式：i n s e r ti n t o 表名 字段名】v a l u e s 常量 d e l e t e f r o m 表名 w h e r e 条件表达式1 第三章实时网损计算系统的数据库部分 u p d a t e 表名s e t 字段= 表达式 w h e r e 条件表达式1 ( 4 ) 数据控制语言( d c l ) ：用于数据访问权限的控制。d b m s 通常 都采用用户名( u s e r n a m e ) 和口令( p a s s w o r d ) 标识用户，通过 对用户的授权与收回授权来控制用户的访问权限。 五、o d b c 1 2 1 3 客户服务器系统中的中间件能将用户和开发人员与不同的操作系统和通信 规程隔离开，而数据则可以在不同的硬件平台之间以及平台上驻留的应用程序上 流动。通过中间件，客户应用程序能对不同的数据和应用提供平稳的访问。对于 应用开发人员来说，客户和服务器之间主要通过软件工具和编程函数，包括进程 间通信( p c ) 和远程过程调用( r p c ) 。近年来，出现了各种连接客户和服务器 的标