（计算机软件与理论专业论文）中压配电网理论线损计算软件研制.pdf

摘要 目前，我国经济高速增长，全社会的用电需求也处于高速增长期。近年来，我国 每年全年的发电装机容量与全社会的用电需求量相比，还是存在着个不小的缺 口。缺电是不容置疑的事实。同时，在电能的输送与分配过程中，电网中的各个 元件都必然会产生一定数量的有功功率损失和电能损失。因此，在目前我国缺电 形势严峻的情况下，开展电网的节能降耗工作，对于解决我国电力短缺具有重要 意义。电网的电能损耗简称线损，在供电部门常将线损分为管理线损与理论线损。 管理线损等于供电量减去售电量，这是真正的线损。而理论线损则是根据某一数 学模型进行计算的结果。理论线损计算在线损管理工作中具有极其重要的作用。 通过计算，可对电网的线路结构、布局是否合理作出评价，并可进一步找出管理 工作中存在的问题，从而制定措施，加强管理，减少损耗。 当今多数应用于国内电力系统的理论线损计算软件，多为孤立的系统，在进行计 算时，需要大量录入电网中各个元件的拓扑、结构、运行等数据，或只提供简单 的a u t o c a d 文件数据转换功能，因此在实施计算时对线损管理人员造成了极大 的不便。考虑到目前电力系统管理部门广泛地应用地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 进行设备的管理与维护，本文提出一种以g i s 平台数 据为基础，将g i s 平台的设备拓扑、结构数据进行转换，结合平均电流法，等 值电阻法等计算方法，进行中压配电网理论线损计算的思路。本文先介绍了配电 网的相关概念与组成、线损的相关概念与计算方法，然后进行本软件项目的功能 定义描述，并详述了体系结构设计、g i s 数据转换、及线损计算算法的实现过程。 最后，对本项目的实现技术、现实意义等作出总结，并展望进一步的开发方向与 工作。 关键词：配电网；线损计算；电气拓扑图；遍历 a b s t r a c t t h ee c o n o m yi nc h i n ai s i n c r e a s i n g i n h i g hs p e e dn o w , t h ee l e c t r i c - p o w e r c o n s u m p t i o nr e q u i r e m e n tf o rc h i n e s es o c i e t yi si nh i g hs p e e ds t a g e r e c e n t l y , t h e a n n u a lg e n e r a t i n gi n s t a l l e dc a p a c i t yf o re v e r yy e a ri sc o m p a r e dw i t ht h es o c i e t y s e l e c t r i c - p o w e rc o n s u m p t i o ni nc h i n a ，t h eb i ge l e c t r i c - p o w e rs h o r t a g ei se x i s t i n g i t sa d o u b t l e s sf a c tf o rt h ee l e c t r i c - p o w e rs h o r t a g e i nt h em e a n t i m e ，i tw i l lm a k ea r t a m o u n to fa c t i v ep o w e rl o s sa n de l e c t r i c - p o w e rl o s sf o ra l le l e m e n t si n p o w e rg r i d d u r i n ge l e c t r i c - p o w e rt r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o n t h e r e f o r e ，i nc a s eo f p o w e r - s h o r t a g er i g o r o u ss i t u a t i o n ，t h ed e v e l o p i n go fc o n s e r v i n ge n e r g ya n dr e d u c e c o n s u m p t i o ni sa ni m p o r t a n ts e n s ef o rp o w e r - s h o r t a g es o l u t i o ni nc h i n a t h e e l e c t r i c - p o w e rc o n s u m p t i o n ，c a l l e d l i n el o s s f o rs h o r t , t h el i n e l o s si sd i v i d e di n t o t h em a n a g e m e n tl i n el o s sa n dt h et h e o r y sl i n el o s si np o w e rs u p p l yd e p a r t m e n t t h e m a n a g e m e n tl i n el o s sa m o u n ti se q u a lt ot h ee l e c t r i c a ls u p p l ym i n u ss a l e s ，i t sr e a l l y l i n el o s s a n dt h et h e o r y sl i n el o s si sa c a l c u l a t i n gr e s u l tb a s e do ns o m em a t h e m a t i c a l m a t r i x t h et h e o r y sl i n e l o s sc a l c u l a t i n gh a db e e nt a k e na ni m p o r t a n tr o l ei nt h el i n e l o s sa d m i n i s t r a t i o n b yt h ec a l c u l a t i n g ，i tw i l lb em a d et h er e a s o n a b l ee v a l u a t i o nf o r l i n ec o n s t r u c t i o na n dd i s t r i b u t i o ni nt h ep o w e r 鲥d ，a n df i n do u tt h ee x i s t i n gp r o b l e m s f u r t h e r ，t h e nm a k i n gm e a s u r e ，s t r e n g t h e n i n ga d m i n i s t r a t i o n ，r e d u c i n gl o s s n o w , al o to fs o f t w a r ea r ei s o l a t e ds y s t e mf o rt h et h e o r y sl i n e l o s s c a l c u l a t i n gi n c h i n ap o w e r 鲥d ，i nc a l c u l a t i n gp r o c e s s ，al o to f d a t af o re v e r ye l e m e n t si nt h ep o w e r g r i dm u s tb ei n p u t t e ds u c ha st h ed a t ao ft h et o p o l o g y , c o n s t r u c t i o n ，o p e r a t i o na n ds o o n ，o rs u p p l yas i m p l ea u t o c a dd o c u m e n t sd a t at r a n s f o r m a t i o nf u n c t i o no n l y , t h e r e f o r ei tw i l lb em a d ee x t r e m e l yi n c o n v e n i e n tf o rt h el i n el o s sm a n a g e r d u r i n gt h e c a l c u l a t i n g c o n s i d e r i n gt h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) i su s e dw i d e l yi n p o w e rs y s t e mm a n a g e m e n td e p a r t m e n tn o w , a n di tc f l i t yo u tt h e e q u i p m e n t s m a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c e ，t h ea l g o r i t h mw i l lb ep r o v i d e di nt h i sp a p e r , i ti sb a s e d o ng i sp l a t f o r md a t a ，t a k et h e e q u i p m e n t st o p o l o g yo ft h eg i sp l a t f o r ma n d c o n s t r u c t i o nd a t ap u tt ot h et r a n s f o r m ，t h ea l g o r i t h mi sc o m b i n e dw i t ht h ea v e r a g e c u r r e n tw a ya n dt h ee q u i v a l e n tr e s i s t a n c ew a y , t h a ti st h ew a y f o rt h et h e o r y sl i n el o s s n c a l c u l a t i o ni nt h em e d i u m - v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k i nt h i sp a p e r , t h ec o n c e r n i n g c o n c e p ta n dc o n s t r u c t i o no ft h em e d i u m v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h ec o n c e r n i n g c o n c e p ta n da l g o r i t h ma b o u t t h el i n el o s sw i l lb ei n t r o d u c e df i r s t l y , t h e nc a r r yo nt h e f u n c t i o n a ld e s c r i p t i o nf o rt h i ss o f t w a r ei t e m ，t h es y s t e mc o n s t r u c t i o nd e s i g n ，g i sd a t a t r a n s f o r m a t i o na n dt h ep r o c e s so ft h el i n el o s sa l g o r i t h mw i l lb ei n t r o d u c e di nd e t a i l f i n a l l y , t h es u m m a r yi sm a d ef o rt h ea c h i e v e dt e c h n o l o g ya n dt h er e a ls e n s e ，a l s o l o o ki n t ot h ed e v e l o p i n gd i r e c t i o na n dt h ef u r t h e rw o r k s k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；l i n el o s sc a l c u l a t i o n ；e l e c t r i ct o p o l o g i c a ld i g r a p h ； t r a v e r s e ： m 第1 章引言 1 1 项目背景介绍 1 1 1 我国电网电能损耗情况简介 电力是一种使用方便的优质二次能源，广泛应用于国计民生 各个领域，当今世界“能源的发展是以电力为中心”。 近年来，我国经济增长速度保持在8 左右，全社会用电量增长在1 1 1 3 ， 对电能的需求处于高速增长期。2 0 0 3 年全社会用电量增长了1 5 4 ，虽然同年发 电装机增长了7 7 ，但仍不能满足需求。目前我国的电力缺i s l 是9 9 3 ，到2 0 1 0 年预计将增至1 5 ，缺电将是不容置疑的事实，部分地区高峰时段供需矛盾会更 突出。对此，中央领导人高度重视，国务院有关部门下发文件，提出科学合理地 引导电力消费，节能降耗，以缓解电力供应紧张的局面。 据有关资料的统计表明：从发电到供电，一直到用电过程中各种电气设备的电能 消耗约占发电量的3 0 。目前全国年发电量约为1 9 0 0 0 亿千瓦时，其中电能运行 损耗约5 7 0 0 多亿千瓦时，约相当于l o 个中等用电量省的用电量之和。因此降低 电网的运行损耗，对解决我国电力短缺具有重要意义，对节约能源资源，保护环 境有著极其深远的意义【5 】。 1 1 2 理论线损计算( 电能损耗计算) 的用途与意义 电力网电能损失率简称线损率，是电力企业的一项重要综合性技术经济指标， 它反映了一个电力网的规划设计，生产技术和运营管理水平。根据国家“资源开 发与节约并生，把节约放在首位”的方针政策，电力企业为降低线损率，提高 电力使用效率和经济效益投入了大量的人力、财力、物力，取得了可喜的成绩。 但是，目前我国的线损率与世界上发达国家相比还比较高，各省、市电力公司及 所辖单位的线损率差距也不小，节电潜力比较大。随着电力企业经营转制，不断 掌握现代化管理手段，摒弃粗放管理，更好地应用定量的、可操作的、可考核的 科学管理方法，把不合理的电能损耗减少到最小，使线损率达到先进水平，这 是电力企业现代化管理的核心内容之一，也是电力企业生存和发展的必要条件。 电能输送到用户的过程中产生的电能损耗，可以根据输、变、配电设备的参数、 负荷特性用理论计算方法求理，通常称为理论线损。理论线损计算是线损管理的 基础，通过理论计算能够查明电能损耗的组成和分布情况，从而可分析找出存在 的问题，以采取措施把电能损耗降低到一个比较合理的范围以内。因此，进行 线损理论计算可以提高企业的生产技术和经营管理水平；加快电网建设与技术改 造；加强电网经济运行；加强电网无功、电压管理；合理制订线损考核指标。这 不仅是搞好降损节电工作的一项基础工作，而且也是贯彻国家节能方针，实现电 网安全、经济、多供、少损的重要措施【4 】。 1 1 3 我国目前线损计算软件现状及存在的问题 为更好地开展电力网降损节能工作，各级电力部门都要定期进行线损理论计算。 近年来，随着计算机应用的普及，线损理论计算工作基本上都交由计算机应用软 件来完成，大大提高了工作效率和计算的准确率，减轻了技术人员的工作量。 通常的线损理论计算软件完成线损理论计算的三项工作，即原始数据录入、线损 计算和结果输出。 目前大多数线损计算软件在进行计算之前所要准备的基础数据量是非常大的，因 为计算中涉及电力设备众多，需要使用电网中大量的电力设备的运行参数与结构 参数，并且在计算时与电力网络的拓扑结构息息相关。特别是对于配电网数据， 由于网架复杂，改造频繁，每次计算之前需要录入、修改和维护大量的基础数据， 耗时费力。 1 2 本研制项目内容及范围简述 本项目研制的理论线损计算软件，主要供市一级的供电局使用，其计算对象为 3 5 千伏以下的中压配电网线损。考虑到一方面目前大部分的线损计算软件在计 算前需要重新维护大量的基础数据( 包括网络拓扑数据，设各运行参数，设备结 构参数，设备历史运行数据等) ；而另一方面，目前供电管理部门广泛地应用地 理信息技术( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 对系统庞大的电网建设、改 造、电力设备维护等进行管理，在g i s 平台数据中存在着大量可用于线损计算 的基础数据( 如网络拓扑数据，设备运行与结构参数等) 。因此在进行理论线损 计算时，可将供电局g i s 平台的相关数据进行转换，变为线损计算所需要的数 据，从而大大减少了基础数据的录入。本项目主要是对应于目前多个市供电局所 采用的配电网自动化系统t o s c a n d 4 0 0 0 的g i s 平台，将该g i s 平台的数据作 转换与处理，从而进行理论线损的计算。本文主要介绍本项目的总体功能设置、 配电网线损的主要计算方法及实现、电网拓扑分析功能的实现、以及g i s 平台 数据接口的实现。 1 3 本文组织 本文阐述了配电网理论线损计算软件的设计与实现过程。 第2 章简要介绍了线损的相关概念，配电网络的主要构成及相关概念，以及线损 计算的相关算法分析与说明。 第3 章是对线损计算软件项目的功能定义与划分，对本软件项目应实现的功能进 行描述。 第4 章与第5 章是全文的重点。 第4 章在基于第3 章的功能定义与划分，对本软件项目的体系结构进行总体的分 析与设计。 第5 章在第4 章的基础上，论述线损计算软件项目中几个关键功能( g i s 数据接 口，电网拓扑分析，理论线损计算) 的实现算法与技术。 第6 章总结全文并展望下一步对本软件项目的完善工作。 第2 章背景知识介绍与线损算法综述 2 1 配电网构成及相关概念介绍 由于在线损计算软件的设计与实现中，要涉及到配电网网络结构，以及配电网的 众多设备的背景知识。现先对这些相关的概念作一个简要的说明。 在现代电力系统中，大型的发电厂往往远离负荷中心，发电厂发出的电能，一般 要通过高压或超高压输电网络送到负荷中心，然后在负荷中心由电压等级较低的 网络把电能分配到不同的电压等级的用户。这种在电力网中主要起分配电能作用 的网络就称为配电网络。 配电网一般按电压等级来分类，可分为高压配电网( 1 1 0 - 一2 2 0 5 0 0 千伏) ，中压 配电网( 6 1 0 3 5 千伏) ，低压配电网( 2 2 0 3 8 0 伏) 。目前多数大中城市的配电 网电压等级般为1 0 千伏【4 】。 配电网是电力系统电能发、变、送、配中最后个向向用户供电的环节。配电网 设备繁杂，用户众多，且覆盖面广。典型的配电网多为网状结构辐射式运行。 4 以下是一个1 0 3 5 干伏配电网结构简图： 变电站l变电站2 3 5 婴电压笠级厦噬王配 电圈圈络结捡篮图 图2 - 11 0 3 5 千伏配电网结构简图 上图仅是配电网结构的简略图。我们可看出配电网由众多设备组成。组成配电网 的电力设备有许多，功能、作用各不相同，对照上图，以下分别对各类设备进行 简介【4 】： 变电站：变电站是中低压配电网与高压输电网的接口，负责将1 1 0 千伏或2 2 0 千 伏电能转化为3 5 千伏以下的中压电能，向配电网输出，是配电网的电源点。以 一个市级的配电网而言可拥有多个这样的变电站。 变电站主变压器：变电站主变压器是变电站进行电压转换的设备。通常一个变电 站拥有1 4 个变压器。 变电站母线：变电站母线将电能汇聚并分配到各个变电站出线开关，然后向配电 网输出。 断路器：断路器是一种不仅能通断正常负荷的工作电流，而且能切断故障电流的 自动开关电器。 出线开关：出线开关其实也是断路器的一种，变电站出线开关通常在线路上发生 故障，当出线保护检测到有故障电流流过时，发出跳闸信号使出线开关自动断开， 切断故障电流，起到保护电力设备的作用，保护通常带有延时自动重合的功能， 在故障切除后使出线开关再次合上，恢复正常供电。 开关站：仅有进出线开关，不具备变电功能。开关站的进线开关与出线开关都具 备有与变电站出线开关相似的功能。 电缆分支箱：电缆分支箱起到将回输电线分成多回的作用。 线路分段开关：线路分段开关分为常分开关与常闭开关，都属于负荷开关，只能 接通分断正常的负荷电流，不能分断、接通短路电流。分段开关的作用是将配电 线进行分段管理，以便于实现线路分合倒负荷，故障隔离等功能。 输电线路：输电线路是配电网电能的输送载体，多分为架空线与电缆线两种。 电杆设备：电杆设备起到支撑，定位，导向架空线路的作用。 配电变压器：配电变压器是把高电压转换成低电压、输送、分配电能的关键部件， 它将l o 千伏的电能转换为3 8 0 伏，是3 8 0 伏低压配电网的电源。我们日常生活 中的用电都是来源于中压配电网中的配电变压器。一个城市配电网中的配电变压 器数量可达几千个甚至上万个。 配电房：作用相当于配电变压器，在配电房中装有配电变压器，隔离开关等设备。 电容器：电容器的主要作用是用来作无功补尝。 电抗器：电抗器的主要作用是用来限制短路电流，降低回路的短路容量。 高压用户：有一部分的用电客户由于工作需要，需直接接在配电网上，取配电电 压使用，这部分用户习惯上也将之当作为一个设备。 配电线、馈线的概念：在配电系统中，配电线是一个基本的管理单位与概念。配 电线、馈线的示意图如下： 6 配电网中配电线，馈线范围示意图 图2 - 2 如上所示，在方框所括范围之内的所有设备是属于同一条配电线。配电线的范围 包括从变电站出线开关开始到线路末端或常分分段开关( 即出线开关的供电范 围) 。上图中4 个曲线所围成的区域为该配电线属下的4 个馈线。馈线的划分原 则为从变电站出线开关后的第一个线路分裂点，到线路末端，或常分的分段开关， 或开关站的进线开关为止。同时由开关站的出线开关到线路的末端区域，也形成 一条馈线。 配电网络实际上是由很多条这样的配电线通过联络开关( 常分线路分段开关) 互 相连接在一起组成的。由于一般在正常运行的时候，联络开关都是处于分的状态， 7 因此说配电网是从各个电源点( 变电站变压器) 到网络中的各条配电线呈网状辐 射式运行。 2 2 线损计算相关概念说明 元件：即设备，如线路、变压器、电抗器等。 代表日：在计算理论线损时，不是去对每一天都计算一次理论线损，而是选择电 网运行方式典型、负荷接近平均日供电量的某一天来计算，这一天就称为代表日 【2 】。 线损：线损是电能在传输过程中所产生的有功、无功电能和电压损失的简称( 在 习惯上通常为有功电能损失) 。电能从发电机输送到客户要经过各个输、变、配 电元件，而这些元件都存在一定的电阻和电抗，电流通过这些元件时就会造成一 定的损失；电能在电磁交换过程中需要一定的励磁功率也会形成损失；另外，还 有设备泄漏、计量设备误差和管理等因素造成的电能损失【5 j 。 理论线损率是各供电局对其所属输、变、配电设备根据设备参数，负荷潮流、特 性计算得出的线损率。 理论线损率= ( 理率线损电能，供电量) 1 0 0 供电量= 发电厂供电能+ 输入电能+ 购入电能 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基础上，电网的电 能损耗是电网内同一时段内各元件电能损耗的总和。各元件的负荷及运行电压等 参数是从代表日( 或典型计算时段) 的实际测录取得的。计算能耗时一般应收集 以下的资料：变电站和配电网的运行接线图( 电网拓扑数据) ；变压器、线路、 电容器、电抗器等的结构参数资料：配电网中各元件的遥测数据( 负荷、电压等 数据) ，遥信数据( 开合设备如开关等的合分状态数据) 。 不变损耗( 或固定损耗，或铁损) ：这种损耗的大小与负荷电流的变化无关，与电 压变化有关，而系统电压是相对稳定的，所以其损耗相对不变。如变压器、互感 器、电动机、电能表等铁芯的电能损耗，以及高压线路的电晕损耗、绝缘子损耗 等。 可变损耗( 或铜损) ：这种损耗是电网各元件中的电阻在通过电流时产生，大小 与电流的平方成正比。如电力线路损耗、变压器绕组中的损耗。 2 3 线损计算算法分析与说明 配电网的线损包括两部分：变压器损耗和线路损耗。供电部门常将线损分为管理 线损和理论线损。管理线损等于供电量减去售电量；理论线损则是根据某一数学 模型进行计算得出的结果。 根据损耗是否与元件或配电网的负荷情况有关，可以将线损分为不变损耗、可变 损耗。固定损耗主要是变压器的空载损耗，可变损耗包括线路的电阻损耗和变压 器的铜损。 本系统提供两种计算线损的方法：平均电流法和等值电阻法【2 】 1 3 】。可以根据配网 的具体情况进行选用。 2 3 i 平均电流法 ( 1 ) 配电线首端代表日平均电压( k v ) 鼢( o ) = ( 荟矾) 7 2 4 公式( 2 1 ) ，= o ： i 】 上j ， 其中：配电线出线代表日整点电压 ( 2 ) 配电线出线代表日平均电流( a ) 胁：篓二生：公式( 2 2 ) 4 3 u a v x2 4 2 其中： a a = j p ( o 曲 g r = i q ( i ) d t 公式( 2 - 3 ) 公式( 2 - 4 ) 也、a r 、u a v 配电线出线代表日的有功电量、无功电量、平均电压 对于以上的公式( 2 3 ) ，( 2 - 4 ) 中的有功电量a a 与无功电量a r ，由于目前配电 自动化系统中对此二个遥测量的采集是一天每小时整点采集一次有功电度( 单位 k w h ) 与无功电度( k v a r h ) ，因此以上两个积分式变为2 4 个整点有功电度量之 和与2 4 个整点无功电度量之和。 9 ( 3 ) 配电线出线负荷曲线形状系数 rp 最小负荷率= 等= 等 公式( 2 _ 5 ) 1 m a x 1 m 扭 负荷率，= 芒 当f 0 5 时 公式( 2 6 ) + 妻( 1 一) 2 脓融。商 赋。刀 当f o 5 时 形状系数k 2 = 半 公式( 2 8 ) 其中：，。、i 。一，。一分别为配电线出线代表日负荷电流的最小值、最大值和 平均值。 ( 4 ) 按线路上各节点( 负荷节点或配电变压器) 代表日的有功电能确定各节点 的平均电流： 州，) ：删) ；业 公式( 2 - 9 ) 以 。l 其中：a 。o ) 第j 节点的日有功电度k w h 。 l 负荷节点序号 n 线路上负荷节点的总数 ( 5 ) 从末端负荷节点开始，依次求出每段线路上的平均电流i 。i 0 ) 。 ( 6 ) 根据各线段的电阻及平均电流，计算各段代表日的损耗电能和配电线的导 线总损耗电能。 配电线上每一线段的损耗电能： a a ) = 3 ，纛r k2 2 4 x 1 0 。3 公式( 2 - 1 0 ) 配电线整条线路的总损耗电能为： 纠l = a a 川) 其中；m 为配电线上线段的总数 公式( 2 1 1 ) ( 7 ) 整条配电线上的所有配变铜损 一个配电变压器的代表日铜损： a , 4 r u ) = 2 4 x k 2 ( ，瓮， 公式濞m 其中：& ( 矿，州。) 、，( ) 分别为配电变压器的短路损耗，配电变压器的日 流过的平均电流，配电变压器高压侧的额定电流。 整条配电线上的所有配变铜损： h a r = 鲋蛐) 其中：n 配电线上配变的总数 ( 8 ) 整条配电线上的所有配变铁损 酣r = 2 4 蝇， 其中：只；配电变压器的空载损耗功率 n 配电线上配变的总数 公式( 2 1 3 ) 公式( 2 1 4 ) ( 9 ) 配电线代表e l 的总损耗电能 a , 4 = 地+ 削，+ 啦 公式( 2 1 5 ) ( 1 0 ) 配电线全月损耗电量及线损率 全月损耗电量： 玲 m 帆m ，i a a m 1 2 ) d 馘( 2 - 1 6 ) 其中：a a m 、a a 、d 一分别为配电线出线全月有功电量、代表日有功电量、当 月的天数。 全月损耗电量线损率： a a 研：丝竺1 0 0 a a m ( 1 1 ) 计算配电线等值电阻 导线的等值电阻： 如+ 1 0 3 7 2 f 0 1 2 + k 2 全部公用配电变压器绕组的等值电阻： 配电线铜损等值电阻： r q = r , q z + r e q r 公式( 2 1 7 ) 公式( 2 i s ) 公式( 2 1 9 ) 公式( 2 2 0 ) 配电线等值电阻，可用于以后配电网结构未发生变化时期的简化电能损耗计算。 ( 1 2 ) 并联电容器和串联电抗器的损耗计算 并联电容器损耗： a a = q + 留6 + 丁 公式( 2 2 1 ) 其中：2 投运的电容器容量，单位k v a r 。 辔6 电容器的介质损失角的正切值 t 投运的时间 1 2 埘f 羚 鼬 爿损失的电量 串联电抗器损耗： 创= 避+ 每p 丁 公式( 2 。2 2 ) 其中：e 一相电抗器通过额定电流，温度达到7 5 摄氏度时的损耗功率 单位：k w 。 ，电抗器的额定电流，单位a 。 t 投运的时间 a 损失的电量 2 3 2 等值电阻法 在缺少各节点的采集数据时，将不能采用平均电流法进行计算，此时应采用等值 电阻法。 ( 1 ) 配电线路的导线等值电阻 s 南x r ， 2 怠丁 公式( 2 2 3 ) 其中：s ( ) 、r ，、兄一分别为第瞧i 路段送电的配电变压器总容量( k v a ) 、第f 线 路段的电阻( q ) 和线路各配电变压器的总容量( k v a ) 。 ( 2 ) 配电线路全部公用配电变压器的等值电阻 u 2 & r m 睚兄) 2 1 0 3 公式( 2 2 4 ) 其中：u 、& ( 一分别为配电变压器高压侧额定线电压( k v ) 、配电变压器的 额定短路损耗功率( k w ) 。 ( 3 ) 配电线代表目的总损耗( k w h ) 公式( 2 - 2 5 ) 州= 匠配+ 3 ，三x ( + ) k 2x 1 0 一】2 4 ( k w h ) e ( n ：第j 个配变的空载损耗 ( 4 ) 如果是用代表月计算理论线损，上面的公式改为： 公式( 2 2 6 ) 削= 匠a p o + 3 ，三( 尺。牡+ 五q 。) k 2 1 0 。3 】2 4 d a y s ( k w h ) d a y s ：代表月内的天数 1 4 第3 章线损计算软件项目功能定义 3 1 总体功能划分 将线损计算软件的总体功能划分为三大部分：基础数据的维护、理论线损计算和 计算结果输出，软件提供的功能如下面的菜单( 线损部分) 所示： 文件台格率可靠性线损敢据处理用尸冒理帮助 ； ；：配网理论线损 基础数据维护 ； “图赍数据接口 ： ；设备运行参数接口 设备结构参数浏览 ： j 。 设鲁运行数据浏览 一_ 一理论线损计算 线损等值电路 ： ： h 3 5 k v 以下的中压配网线损计算 ；i 配电线等值电阻浏览 i ：y 理论线损计算结果输出 沁按元件列出设各损耗 按配电线列出线路损耗 一按电压等级列出损耗 在基于g i s 的电网一次接线图上显示线损 图3 1 3 2 基础数据的维护 基础数据的维护，就是对理论线损计算所需要的的数据进行管理，包括数据的建 立、查询和打印。主要的功能有这样几个方面：g i s 系统接口；从配电自动化系 统侧获取运行数据( 遥测、遥信数据) 存放到数据库中；设备结构参数和运行数据 的浏览。 3 2 1 g i s 系统数据接口功能定义 在电力系统中，输、配电网络，发电厂，变电站，各种设备，用户，负荷，及煤、 水、地热、风力等能量资源都是按地理分布。而地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地 球表面空间中与地理分布有关的数据进行采集、存储、管理、运算、分析、描述 的综合技术系统。g i s 系统由于其强大的数据分析和空间分析功能，已被应用于 电力系统中与空间信息密切相关的各个管理方面。目前电力系统中大多数独立的 自动绘图( a u t o m a t e d m a p p i n g ，a m ) 设备管理( f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t ，f m ) 都与 g i s 系统集成，利用g i s 系统开发功能更强大的a m f m ，构成全新的a m f m g i s 电力图形资料系统( 简称为图资系统，或电力g i s 系统) 。 电力企业生产活动所涉及的信息可分为设备属性类信息，设施地理分布类信息， 电网拓扑结构类信息和电网运行类信息等四类。电力g i s 系统( 图资系统) 提 供了对电力系统的设备空间，地理空间，拓扑空间，及电物理空间的描述能力， 并支持各个空间的映射操作i i 】。 对于配电网理论线损的计算，我们需要使用到g i s 系统的电网拓扑信息数据及 设备属性数据。 g i s 系统能提供的数据有很多，需从中提取线损计算所涉及的数据。目前对于本 项目设计提取的方式有两种：一种是建立数据库视图的方式；另一种是建立数据 库表的方式。对于有些数据，不能通过建立视图的方式获取时，就只能建立数据 库表，然后通过程序把所需的数据从g i s 系统数据中读到新建的数据表中。 涉及计算用的设备的结构参数( 设备属性数据) 主要有：变压器、导线、开关、 刀闸、母线、电容器、电抗器、高压用户等设备的结构参数。 另方面，原始的g i s 系统的拓扑数据模型，不便于进行线损计算，因而需要 对其进行转化。在转化的过程中，化简掉一些和线损计算不相关的设备拓扑数据， 例如线路上的避雷针等设备拓扑数据；同时需对设备拓扑关系数据进行转换，如 对于开关等双端口元件用两个连接节点进行表示等。对于g i s 系统拓扑数据的 处理，将在第五章中进行详细讨论。 这部分g i s 接口的功能是需要灵活定制，对应不同公司的g i s 系统数据，提供 不同的接口，但总的一个目的就是把其数据转换成线损计算时所需要的数据。目 前，本文仅是针对t o s c a n d 4 0 0 0 配电自动化系统的g i s 系统数据转化工作进 行讨论。在线损计算的数据库中有一个“数据重建”的标志，当这个标志为0 时，表示g i s 系统没有进行新的维护，不需要重建数据，对应的菜单项( 设备 结构参数接口、设备拓扑参数接口) 灰化；为1 时，表示( 3 i s 系统有新的维护， 需要重建数据，对应的菜单项可用。 数据接口的界面如下图。全部重建是把线损数据库中所有的结构参数和拓扑数据 1 6 先删除，再根据g i s 系统的数据重新建立线损计算所需的数据。 图3 - 2 数据重建显示 3 2 2 设备历史运行数据接口功能定义 在计算线损时，需要设备的历史运行数据，包括开关的遥信数据、电容器的运行 数据、配变的运行数据、变压器的运行数据和高压用户的运行数据。 设备运行的遥测数据的接口( 历史数据库接口) 专门由一个进程来完成，这个进 程在每天启动一次，去转换昨天0 ：0 0 到2 3 ：5 9 的数据。再保存到三大指标的数 据库中。如下图所示： 图3 - 3 历史数据库接口示意图 3 2 3 设备结构参数浏览功能定义 输入查询条件，对多个设备的属性进行查看和打印处理。 界面设计如下所示： 1 7 图3 - 4 设备结构参数浏览 3 2 4 系统运行数据浏览 输入查询条件，对多个设备的运行数据进行查看和打印处理。 界面设计如下图所示： 图3 - 5 系统运行数据浏览 1 8 3 3 理论线损计算 在计算线损的时候，根据电力网电能损耗计算导则的推荐，3 5 k v 及以上电 力网应采用潮流计算的方法，3 5 k v 以下电力网采用平均电流法及等值电阻法进 行计算，低压电力网采用台区损耗率法或者电压损失率法 2 1 。当前的系统先开发 中压配电网平均电流法及等值电阻法。 理论线损计算部分的功能包括：建立电网的等值电路，配电网线损的计算，配电 线铜损等值电阻浏览。 3 3 1 电网等值电路建立 电网的等值电路是在没有对电网进行化简时，根据电网中的设备结构参数，计算 出设备的等值电路。再根据开关的初始状态，建立静态拓扑关系，用树的形式表 示电网等值电路图。树的构建是基于拓扑的连接关系( 联络开关为分，其它开关 为合) ，树的每个分支就是一个节点，每个树叶就是一个设备。如下的电网一次 接线图用树表示成： 图3 - 6 电网一次接线图 变压器l 出线开关l i - - - 线。路l ；! ； j - 线路开关i ： ：- - 一配变1 图3 7 用树表示电网一次接线图 电网等值电路的界面如下图： 图3 - 8 电网等值电路 3 3 2 代表日月判断进程管理 代表日月判断进程主要用来判断某一天或某个月是否可以作为理论线损计算的 候选的代表日，月。这个进程是周期运行的，平时处于s l e e p 状态，在每个周五的 2 0 2关 开 2 络 变 联 配 一 一 一 2 路 一 -： 线 2 关 一 开；_ 线出 1 2 ：0 0 运行。进程的管理主要是查看进程的状态，和启停进程。界面如下 图3 - 9 代表日，月判断进程管理 3 3 3 3 5 千伏以下的中压配网线损计算 在计算中压配网的线损之前，先要选择计算对象的电压等级，再选择计算时段， 最后是算法的选择。 计算时段的选择分为两种，一种是选择代表日，一种是选择代表月。 代表日的选择。一般供电管理部门每两年计算一次配电网理论线损，因此代表日 可以在这两年的时间内选一天。软件根据数据库中的数据和代表日的选择原则， 自动提供2 4 个月的每个月的可选择的代表日，供用户选择。 代表日的选择原则： 电网的运行方式正常。在代表日里，电网的运行方式不发生改变，即开关的开合 状态不发生改变。 代表日的负荷记录完整。 即配电线首端的负荷曲线，有功、无功电量，当月的有功、无功电量数据，电压 曲线；用户配电变压器的有功、无功电量；公用配电变压器的有功、无功电量： 配电线上电容器容量以及投运时间；以上所列数据齐全时，认为数据齐全。 如果每隔两年才去对3 6 5x 2 天进行是否可以作为代表日的判断，那么将花费很 多时间，因此考虑在每个周五去检查上一周的每一天，看是否可以作为代表日， 并把判断结果保存在数据表中，供线损计算的时候使用。 代表月的选择。选代表月进行计算是理论线损的一种简化计算，它的选择原则中 2 1 不再考虑电网运行方式的变化，对数据的检查也只是检查配电线的月有功、无功 电量数据是否完整。 算法的选择。在计算中压配网线损时，本软件提供三种算法；一种是代表目平均 电流法，另一种是代表臼等值电阻法，还有一种是代表月等值电阻法。用平均电 流法计算线损，可以把每个设备的损耗计算出来，而等值电阻法不能计算出每个 设备的损耗，只能计算出每条配电线的损耗。在电网结构没有发生变化，而且平 均电流法已经把配电线的铜损等值电阻计算出来时，可以利用这个等值电阻简化 线损的计算。如果配电线各负荷节点未装设电能表和其他表计时，可以用另外一 种方法计算配电线的等值电阻( 参照第2 章等值电阻法) ，再计算理论线损。 线损计算操作界面设计如下： 图3 1 0 线损计算 3 3 4 配电线铜损等值电阻浏览 配电线的铜损等值电阻，可用于以后在配电网结构未发生变化的时期，简化电能 损耗的计算。但在利用等值电阻进行计算的时候，不能计算出每个设备( 如每个 线段，每个配变) 的损耗。 配电线的铜损等值电阻计算有两种方法( 具体方法参考自电力网电能损耗计算 导则，如第二章所示) ，方法1 是根据线段和配变的铜损来计算配电线的等值电 阻，方法2 是根据配变的容量和短路损耗来计算等值电阻。当配电线上的所有负 荷点都有日有功电能时，程序采用方法1 计算等值电阻；否则采用方法2 计算等 值电阻。 配电线铜损等值电阻浏览的界面设计如下。 图3 1 l 配电线铜损等值电阻浏览 3 4 理论线损计算结果输出 理论线损计算的结果输出方式有：按元件列出设备损耗，对于配变还分为可变损 耗和不变损耗，并可以查询设备的损耗率；按配电线列出整条线路的可变损耗和 不变损耗，并可以查询线路的损耗率：按电压等级列出同一电压等级的可变损耗 和不变损耗： 3 4 1 按元件列出设备损耗 以单个元件的方式，列出每个元件在代表日的可变损耗、不变损耗、总的损耗和 线损率，并可以对查询结果进行打印。 图3 1 2 按元件列出设备损耗 3 4 2 按配电线列出线路损耗 以配电线的方式，列出每条配电线在代表日的可变损耗、不变损耗、总的损耗和 线损率。并可以对查询结果进行打印。 按电线查询线损的界面设计如下： 图3 1 3 按配电线列出线路损耗 3 4 3 按电压等级列出系统损耗 以一个电压等级电网的方式，列出每个电压等级电网在代表日的可变损耗、不变 损耗、总的损耗和线损率。并可以对查询结果进行打印。 图3 1 4 按电压等级列出系统损耗 3 4 4 在基于g i s 的电网一次接线图上显示线损 理论线损计算的结果输出的另一种方式是在基于g i s 的电网一次接线图上显示。 当点击一个设备的时候，弹出一个设备线损查询界面，用于检索这个设备的损耗； 当点击一条配电线的时候，弹出配电线线损查询界面