（计算机应用技术专业论文）基于三层架构的配电网线损管理系统.pdf

中国电力科学研究院硕士学位论文 摘要 线损管理作为电力企业管理的一项重要内容，是强化节能管理，降低电能损 耗的关键。线损管理的目的就是为了降低电网的线损率。线损管理系统能够使供 电企业的线损管理信息化、科学化、规范化，有力推动企业做好线损管理工作。 本文在分析目前线损管理系统发展的基础上，有效地集成与线损计算相关的 各种数据特别是s c a d a 系统的实时数据，设计实现一个基于三层架构的配电网 线损管理系统。 本文首先阐述了线损计算的基本原理，分析了配电网理论线损计算的基本方 法，给出了利用s c a d a 实时数据的配电网理论线损的算法，并且考虑了多电源 的情况。然后介绍了基于m v c ( 模型、视图、控制器) 模式的w e b 应用框架 s t r u t sf r a m e w o r k 和基于o rm a p p i n g ( 对象、关系映射) 的持久层框架h i b e r n a t e ， 确定了以s u - u t s 结合h i b e r n a t e 的系统架构，使用o r a c l e 作为系统的数据库。接 着研究了系统对各种数据的集成，给出了配电网线损管理系统实现的功能结构， 对各个组成部分分别进行了阐述。最后，介绍了线损管理系统与s c a d a 系统和 其他相关系统数据接口的实现。 关键词：配电网，线损管理，s c a d a ，s t r u t s ，h i b e r n a t e 中国电力科学研究院硕士学位论文 a b s t r a c t l o s sm a n a g e m e n t , w h i c hi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fp o w e re n t e r p r i s e s m a n a g e m e n t , p l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei ns 血e n g t h e n i n ge n e r g ym a n a g e m e n ta n d d e c r e a s i n gl i n el o s s l o s sm a n a g e m e n ti st or e d u c et h er a t eo f l i n el o s s l i n el o s s m a n a g e m e n ts y s t e m w i l le n a b l et h el o s s m a n a g e m e n to fp o w e re n t e q m i s e s i n f o r m a t i o n i z e d , s c i e n t l z e d , s t a n d a r d i z e da n dp r o m o t el i n el o s sm a n a g e m e n t b a s e do na n 且l y s m gt h ed e v e l o p m e n to fl o s sm a n a g e m e n ts y s t e m ，t h i sp a p e r d e s i g n sa n dr e a l i z e sad i s t r i b u t i o nn e t w o r kl i n el o s sm a n a g e m e ms y s t e mb a s i n go n t h r e e - t i e rs 饥l c t i l w i t ht h ei n t e g r a t i o no ft h er e l e v a n td a t ae s p e c i a l l yt h er e a l - t i m e d a t ao f s c a d a s y s t e m f i r s t l y , b a s i ct h e o r yo fl o s sc a l c u l a t i o ni ss t a t e da n db a s i cm e t h o d sf o rc a l c u l a t i o n o ft h et h e o r e t i c a ll i n el o s si si n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r b a s e do ni t , t h i sp a p e r p r o p o sac a l c u l a t i n gm o t h o do fl i n el o s s , w h i c hu s e st h er e a l - t i m ed a t ao fs c a d a s y s t e ma n dr e f e r st ot h es i t u a t i o no fm u l t i e l e c t r i c a ls o u r c e s t h e ns t r u t s ，a n o p e n - s o u r c em v c ( m o d e l - v i e w - c o n t r o l l e r ) i m p l e m e n t a t i o na n dh i b e r n a t e ah i g h p e r f o r m a n c eo b j e c t r e l a t i o n a lp e r s i s t e n c ef r a m e w o r ki si n t r o d u c e d t h es u u c u i i _ eo f t h es y s t e mi ss t r u t sp l u sh i b e r n a t ea n dt h ed a t a b a s ei so r a c l e t h e nt h ei n t e g r a t i o no f t h er e l e v a n td a t ai sr e s e a r c h e d t h es y s t e mf u n c t i o n a ls t x l l c t u r ea n de v e r y e o m p o s i t i v es e c t i o ni si n t r o d u c e d l a s t l y , t h er e a l i z a t i o no fi n t e r f a c eb e t w e e na n d s c a d a s y s t e m ，o t h e rr e l a t i v es y s t e ma n d l o s sm a n a g e m e n ts y s t e mi ss t a t e d k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k , l o s sm a n a g e m e n t , s c a d a ，s t r u t s ，h i b e r n a t e 中国电力科学研究院硕士学位论文 1 1 线损的基本概念 1 1 1 线损定义 第一章绪论 电力网在输送电能的过程中会产生电能损耗。发电机发出来的电能经过输配 电设备输送到用户的过程中，由于这些设备的阻抗，所产生的这个损耗即为线损 f l 】 1 1 2 线损的分类及组成 线损可以分为统计线损、理论线损、管理线损【1 1 1 2 1 1 3 1 。 统计线损又称实际线损。它是根据电能表的读数计算出来的，等于供电量和 售电量两者的差值。它反映了电力网实际上总的损耗量。统计线损由理论线损和 管理线损两部分组成。 理论线损又称技术线损，它是根据供电设备的参数和电力网当时的运行方 式，由理论计算得出的线损。也就是说在这样的电网结构及运行方式下，应该损 耗多少的电量。理论线损准确程度取决于供电设备参数的准确度，运行参数的合 理性以及理论计算的方法及工具。 管理线损指电网总损耗除去理论线损外的其他损耗，即统计线损与理论线损 的差值。管理线损可以通过加强管理降到很低。 从损耗的实际组成上分，线损可分为可变损耗、固定损耗和不明损耗三部分 1 1 1 2 1 1 3 1 。 可变损耗与流过元件的电流的平方成正比，电流越大则损耗功率越大。比如 导线电阻的损耗、变压器的铜耗等。 固定损耗与通过元件的电流无关，主要与加于元件上的运行电压有关，比如 变压器的铁芯损耗、高压输电线的电晕损耗等。但实际上固定损耗功率也不是固 定不变的，因为它与电压及电网频率有关，而电网电压及电网频率变动又不大， 所以才认为它是固定不变的。 不明损耗难以用计算的方法确定，只能由月末的电量统计确定，其中包括用 户违章用电和窃电的损失、抄表误差、计量表计的误差等等。 前两部分损耗可以通过理论计算得出，所以称为理论线损。各种不明损失是 由管理的原因造成的，习惯上称为管理线损。统计线损与理论线损的差值即为管 理线损。 中国电力科学研究院硕士学位论文 1 1 3 线损率 线损率是指电力网中的线损电量与电网供电量的百分比。分别考虑不同的线 损量：统计线损、理论线损、管理线损，就得到统计线损率、理论线损率、管理 线损率【4 j 。 电力网的线损率是一个综合性的经济技术指标，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。 影响线损率的主要因素有： 系统电源分布的变化。 用电负荷增长和结构的变化。 电网结构的变化。 电网运行方式和潮流分布的变化。 基建、改进及降损技术措施工程投运的影响。 新增大宗工业用户投运的影响。 电网中主要输、变电设备的更换及通过负荷的变化。 其他重大因素的影响。 1 2 线损管理 线损管理是电力系统管理的一项重要内容，是强化节能管理，降低电能损耗 的关键。线损管理的目的就是为了降低电网的线损率 4 1 e s j 。 线损直接关系到供电企业的经济效益。因为线损就是电量损失，它就是利润。 降低线损率，就能降低电能传输和分配过程中的损耗，就能够更经济高效地传输 能源，提高供电企业的经济效益。另一方面线损率的降低意味着对资源的更大程 度的利用。降低线损率，就降低单位产值能耗，提高能源利用的效率，节约能源。 在一定程度上能够缓解电力短缺，促进高能耗设备的改进和节能新技术的利用。 它符合国家建设节约型社会的战略方针。 目前，一些地区特别是农村地区由于电网建设滞后，线路和设备老化，供电 半径过长，负荷不均衡，负荷率低，管理落后造成线损率居高不下。另一方面， 一些供电企业对线损的管理不到位，由于营销过程的偷窃电、关系电、人情电造 成的漏电，树障等自然因素、客户线路电气质量不合格造成的漏电，不按规定周 2 中国电力科学研究院硕士学位论文 期校验、更换关口表计造成的计量误差，计量的误抄、漏抄、误算，使实际的线 损率很高。 电力网电能损耗管理的综合性，其涉及面广、综合性强、管理难度大，更要 求我们在电能损耗的管理过程中运用科学的管理方法。线损管理需要从技术线损 管理和管理线损管理两方面入手。 在技术措施方面，供电企业在进行电力网的规划建设时，应遵照国家及国家 电网公司颁布的有关规定和要求，完善网络结构；抓好升压改造等工作；简化电 压等级，缩短供电半径，减少迂回供电；合理选择导线截面和变压器规格、容量； 淘汰高耗能变压器降低技术线损；合理配置无功补偿设备，做到无功分压、分区 就地平衡，改善电压质量；积极推广应用变电站集中抄表、线损在线监测、节能 型变压器等新技术、新工艺、新设备和新材料。不断提高电网的经济运行水平， 降低电能损耗。 除技术管理外，重点要抓好营销管理、电能计量管理和指标考核三项工作。 加强各营业管理岗位责任制，减少内部责任差错；不定期开展反窃电活动， 积极利用高科技手段进行反窃电管理。严格抄表制度，所有客户的抄表例日应予 固定。应使每月的供、售电量尽可能对应，杜绝漏抄、估抄，以减少统计线损的 波动。 按计量有关规定，县( 市) 供电企业要定期对计量装置进行轮校，轮换，堵 塞各种计量漏洞。 各级供电企业要合理制定线损指标。各单位要根据上级下达的年、季度线损 计划指标作好分解落实工作，分解线损指标要按照线损管理职责范围实行分级、 分压、分线、分台区落实到基层单位，严格考核管理。 线损管理部门还要做好统计分析工作。各单位要做好年度降损项目的经济效 益分析；定期进行情况调查，特别要加强定量分析。 线损率的逐步降低，是供电企业管理水平逐步提高的体现。抓好线损工作， 能推进供电企业管理水平的提高。 中国电力科学研究院硕士学位论文 1 3 三层体系结构 1 3 1 概述 两层结构( 客户机朋艮务器( c s ) 模式) 一般由应用程序和相应的数据库连 接程序组成，服务器方软件一般是某种数据库系统。它的主要的优点在于，开发 两层应用程序很容易，表达逻辑与商业逻辑共存于同一个处理过程，开发者不需 要处理复杂的分布式应用程序。随着对各种旧有应用的不断扩充和新应用的不断 增加，两层结构的主要弊端凸现出来。在两层结构的应用程序中没有清楚地将商 业逻辑与表达逻辑分开。这就导致了一些问题的出现：容易破坏数据库的完整性， 大量的客户端难于管理，应用程序难于维护，对不同硬、软件平台、不同网络环 境的支持性差。 三层( 或多层) 结构将表达逻辑从商业逻辑中分离开。它比c s 模式下的软 件系统相比，可以跨不同类型的平台工作，可伸缩性好、可管理性强、安全性高、 可重用性好等优点。i n t e m e = t 的发展给传统应用软件的开发带来了深刻的影响。 基于i n t e m e t 和w 曲的软件和应用系统无疑需要更为开放和灵活的体系结构。b s 模式的三层多层结构用w e b 浏览器作为客户端。 三层次结构模式包括；i s 】 浏览器( 瘦客户机) ；b s 模式下就是w 曲浏览器。在普通三层模式时 通常是一个处在客户端的图形用户界面( g u i ) 的程序，仅仅进行数据 表述和用户界面的维护，负责和用户的接口。 应用服务器：该层包含了所有应用程序相关的业务规则和逻辑。 数据库服务器：数据资源。 应用程序服务器是三层多层体系结构的组成部分，应用程序服务器位于中 间层。在企业级应用中，应用程序服务器是位于企业数据资源和访问企业数据的 客户之间的中间件，它提供了业务代码的存放和运行的环境。它从物理上把业务 逻辑同客户端和数据资源分离开来。应用程序服务器处于一个相对独立的结构 层，可使个商业系统得以快速简便的开发和部署，也可以适应商业系统的用户 增加而无需重构系统。在实际分布式应用中，一个企业系统可以由多个应用程序 服务器、多个w e b 服务器和多个数据库服务器组成，应用程序代码可以分布在 4 中国电力科学研究院硕士学位论文 这多个应用程序服务器上。 1 3 2j 2 e e 体系结构 在许多企业级应用中，例如数据库连接、邮件服务、事务处理等都是一些通 用企业需求模块，这些模块如果在每次开发中都由开发人员来完成的话，将会造 成开发周期长和代码可靠性差等问题。于是许多大公司开发了自己的通用模块服 务。这些服务性的软件系列统称为中间件。 在上面的需求基础之上，许多公司都开发了自己的中间件，但其与用户的沟 通都各有不同，从而导致用户无法将各个公司不同的中间件组装在一块为自己服 务。从而产生瓶颈。于是提出标准的概念。其实j 2 e e 就是基于j a v a 技术的一系 列标准。 j 2 e e 平台提供了一个基于组件的架构，用来设计、开发、装配及部署企业 应用程序。j 2 e e 平台提供了多层分布式的应用模型、组件再用、一致化的安全 模型及灵活的事务控制。 j 2 e e 应用程序由组件组成。一个j 2 e e 组件就是一个自带功能的软件单元， 它随同它相关的类和文件被装配到j 2 e e 应用程序中，并实现与其它组件的通信。 j 2 e e 组件包括：【9 】 客户端应用程序和a p p l e t 等客户端组件。 j a v as e r v l e t 和j a v as e r v e r p a g e ( j s p ) 等运行在服务器端的w e b 组件。 用于实现一个企业应用程序的表达逻辑。 e n t e r p r i s ej a v a b e a n ( e j b ) 等运行在服务器端的商业组件。商业逻辑就 被封装到这些可重用的组件中。 j 2 e e 服务器通过容器为每一个组件类型提供底层服务。容器是一个组件和 支持组件的底层平台特定功能之间的接口，提供安全性、事务管理、j a v a 命名目 录接n ( j n d i ) 搜寻以及远程连接等底层服务。这些容器包括：f 8 】【9 l f _ j b 容器：为e j b 提供开发、配置和运行管理的环境。 s e r v l e t 容器：为s e r v l e t 和j s p 提供开发、配置和运行管理的环境。 a p p l e t 容器：提供运行j a v aa p p l e t s 的环境。这个运行环境一般被嵌入 到w 曲浏览器中。 ， 中国电力科学研究院硕士学位论文 应用程序一客户端容器：提供运行j 2 e e 客户端应用程序的环境。这个 运行环境本质上就是j a v a2 平台标准版。 整个j 2 e e 的体系结构如下图： 客户端袭示 ii i t 务- 篇毫幂； 雪耋茎曩；盘叠信息l i t 麓 客户端袭示 ；务- 篇毫幂； ；孟釜；盘叠信息 麓 潮饕羞 we b e j 丑 ： 奠务 馨墨 oli _ _ l 她h t m li i j s p l i ej b i 1 f ij w p p l t lil j s p i le 珏i j- 曩面夏燕 j a v ，t v t 倒 应用 s e r v | t t i e j b i 茸艳设备 j 2 e e j 2 e e i 军警l酬曰客尸嫡 平台 1 4 线损管理系统 1 4 1 概述 图1 - 1j 2 e e 体系机构图 以往，线损管理主要以人工为主。这样计算所用的数据和资料不能够很好地 收集，一方面获取的数据有很大的误差，另一方面所能获取到的数据限制了进行 理论线损计算所采用的算法，影响了对理论线损进行更精确的计算。利用计算机 管理线损是科学管理线损的重要手段。 如今，信息技术在电力系统得到了越来越广泛的应用。早在上世纪6 0 年代， 调度自动化系统( s c a d a e m s ) 等生产控制系统就开始应用于电力系统。随着我 国电力系统信息网络建设的开展以及电力企业信息管理系统建设的开展，电力企 业数字化、网络化的信息资源总量有了明显增加，各级电力公司开始在企业内部 建立大量面向各种应用的信息管理系统，其中最主要的就是电力营销系统和生产 管理系统。调度自动化系统能够提供详尽的电网运行的数据，营销和生产系统能 够提供电能表的计量信息即供用电信息和具体的电网的参数。信息技术的发展以 6 中国电力科学研究院硕士学位论文 及这些信息系统的运行为对线损进行更科学和有效的计算机管理提供了条件。 线损管理系统是以电力网的各种数据为基础，通过理论线损、统计线损的计 算，涉及线损管理的各个管理事务，在计算的基础上进行分析和比较，能够鉴定 网络结构和布局的合理性、运行是否经济，能够通过分析，找出电网的薄弱环节、 采取有效的降损措施 4 1 。线损管理系统作为企业的技术管理工具的重要组成部 分，能够推动企业做好线损管理工作，最终提高企业线损管理的水平，降低线损 率。 1 4 2 线损理论计算 理论线损计算是线损管理系统的重要组成部分。理论线损是根据输变电设备 的参数和负荷特性，按照电网的正常运行方式，用电工理论的计算方法计算电网 中各元件的有、无功功率损失和一段时间内的电能损失。 通过理论线损计算可以达到以下目的：嘲 计算理论线损，将其与实际线损率作对比，确定实际线损率与理论线损率的 差值，如此可知不明损耗的大小，并以此来衡量企业的管理水平以及电量统计是 否合理。 计算电网的最佳线损率，可与理论线损率作对比，以确定电网结构、布局的 合理性、运行的经济性，并借此来确定电网的降损潜力。 确定可变损耗、固定损耗、分支损耗占总损耗的比重，以确定技术降损的主 攻方向。 理论线损的计算是制定年、季、月线损指标的依据，是推行降损承包经济责 任制的基础。 理论线损计算可以为网络规划、改造以及电容补偿、网络调压、经济运行提 供技术信息，在制定上述技术策略上提供可靠的科学依据。 理论线损的计算方法很多。不同的方法需要不同的数据，适合不同的场合。 但是理论线损的算法都应该满足所采用的方法应该简洁，计算所用的数据和资料 在现有的情况下应该能够易于获取，所采用的方法应该具有足够的精度，满足实 际工作的需要，误差应该在工程允许的范围之内。线损的理论计算在不断地改进， 不断地完善。不同地区的电网特点不同，能获得的数据不同，就应该根据实际的 7 中国电力科学研究院硕士学位论文 情况确定不同的算法。 配电网，由于分支线路多，结构复杂，运行数据不全，对其进行准确的线损 计算是非常复杂的。这是因为表征用户用电特性的负荷曲线有很大的随机性，元 件上的损耗对时间的函数很难准确表达出来，只能用一些简化的计算方法。传统 的理论线损的计算方法有：最大负荷电流法、均方根电流法、等效负荷法、电量 法等。 1 4 3 线损管理系统的研究现状 国外的电力网的建设水平比较高，电网的自动化程度也比较高，在线损管理 的高级应用软件方面已经比较成熟，研究的热点是信息系统的集成化，线损管理 的自动化和智能化，侧重于线损的构成分析和降损措施智能化的分析。对于线损 计算，主要是对降损措施的研究以及一些新情况下的线损问题，例如如何以降低 线损为目的进行网络重构、无功优化、无功补偿，以及计及无功补偿后线损的计 算【1 9 】例【2 5 1 。 在理论线损计算的算法上一方面从数学模型的准确性、数学方法的精确性即 算法上改进计算精度。另一方面又有不少非机理性的来自其他学科的方法被引 入，如遗传算法、人工神经网络算法等【1 7 l s j 。这些方法为线损计算提供了新的 思路，在一定程度上有所进步，但效果并不是十分明显。从以上对影响线损计算 因素的分析可以看出，只有发展对主要负荷的直接监控和测量系统，以及计算机 网络的数据处理系统，才能更有效地解决线损计算所要求的原始资料问题，提高 线损计算的精度。随着各种新设备的投入和电网改造工作的完成，能够采集到的 原始数据已经相当充分了。因此，急需要做的是如何对这些数据进行处理以便更 加准确地计算线损。精确的线损计算依赖于潮流计算，因此配电网潮流算法也是 研究的热点【2 。 近年来由于供电企业对线损的管理非常重视，许多单位和企业都有线损计算 和管理方面的软件出现，软件的功能不断提高。从早期的d o s 到现在的图形桌 面系统的软件；从单纯的理论线损计算到线损管理系统以及与其他系统比如 d m s ( 配电管理系统) 和e m s ( 能量管理系统) 的集成，作为其的一个组成部 分；界面上从文本、表格到可视化的操作界面以及g i s ( 地理信息系统) 在线损 8 中国电力科学研究院硕士学位论文 管理方面的应用，使系统更加形象直观。以前虽然也有一些成熟的线损方面的软 件出现，但是或者由于其侧重于理论线损的计算而线损管理的功能太少，或者局 限于当时的条件，所采用的算法精确度过低，有些已不适应目前的形势。以前以 及目前的一些软件主要有以下方面的特点； 目前电力系统的自动化程度越来越高，s c a d a 等实时监控系统已经在 县级及以上电力企业中得到了广泛的应用，这给理论线损计算创造了前 所未有的条件。实时监控系统能够精确的反应电网的运行状态，能够提 供电网运行状态的各项数据，这些数据完全可以代表电力系统的各种运 行曲线。但是目前的一些软件很少能够采用s c a d a 系统的实时数据， 大多使用一些简便的算法，做了很大程度上的简化和近似，对于线损计 算的准确度有一定的影响。 电力企业的信息化的程度越来越高。计算机技术和网络技术在电力系统 中得到了越来越广泛的应用。网络技术克服了人们在时间、空间上的限 制，能够充分实现数据共享。电力企业的生产管理和营销管理系统具有 详细的电网设备和用户用电的信息。这些信息为精确的线损计算和有效 的线损管理提供了条件。目前的一些软件有的不能很好地利用这些信 息，在电网参数和用电的数据方面多采用手工录入的方法，这样就存在 很大的误差。如何使线损管理系统和这些系统有效地集成是一个问题。 软件技术在飞速地发展，软件的设计思想也在不断地发展。数据库新技 术、面向对象技术、系统架构技术，分层设计的思想等已在软件设计中 得到了越来越多的应用。原有的一些线损管理系统大多是单机版的，基 于桌面数据库的。技术的发展为线损管理系统的开发提供了新的条件。 需要将新的技术和思想运用到线损管理系统的开发中去。 在功能方面，一个多功能的线损管理软件应该包括实际线损统计、理论 线损的计算、线损考核、线损统计报表、线损分析、降损措施分析等功 能。应该能够适应不同的数据条件和网络条件，提供灵活的计算方法。 一些电能量管理系统一般只能获得统计线损和统计线损率，独立的线损 计算软件没有与系统的统计线损很好地结合起来。这些软件在线损分析 方面一般都有一定的欠缺，缺乏对功能的深入地挖掘。 9 中国电力科学研究院硕士学位论文 1 5 课题的提出 鉴于目前的线损管理软件存在的一些不足，为了保证理论线损统计的准确 性，及时发现线损管理中存在的各种问题，采取有效措施降低管理损耗，减少线 损统计工作者的劳动强度，充分利用现有的数据条件和已有的信息系统，合理消 除原来简化计算中的假设条件，在已有算法的基础上选用或者改进已有的算法， 利用软件设计新的技术和思想，在此基础上开发一套通用的线损管理系统，为线 损管理提供有力的工具，是非常必要和迫切的。 1 6 本文的主要工作 本课题在算法方面，将对有关的数据进行有效地集成和组织，在此基础上进 行进一步地加工和分析，充分利用s c a d a 系统的实时数据，在已有算法的基础 上选用或者改进已有的算法，提高了理论线损计算的精度。 系统的架构方面，确定了系统开发平台以及总体架构。 系统业务功能方面，主要包括线损平衡分析、实际线损计算、理论线损计算、 降损分析，最后形成各种报表。 l o 中田电力科学研究院硕士学位论文 第二章配电网理论线损算法 2 1 线损计算的基本原理 设电力网元件电阻为r ( q ) ，通过该元件的电流为i ( a ) ，当电流通过该元件 时产生的三相有功功率损耗为： a p = 3 12 r ( w ) ( 2 1 ) 则该元件在2 4 小时内的电能损耗为： f 4 - - 3r ，( f ) 2 r ( t ) d t x l 0 4 ( k w 而) ( 2 2 ) 由于，和r 都是随时间变化的量，五的变化一般情况下可以忽略，但是，随 时间变化的曲线很难准确获得，所以电能损耗的计算很复杂。 2 2 配电网线损计算方法 3 5 k v 以上电力网的理论线损计算多采用牛顿拉夫逊法、p q 解耦法等潮流算 法。潮流计算法用在3 5 k v 以上输电网时，收敛性好，可行。但是在6 - 1 0 k v 以 下配电网时，由于电网元件的r x 比值很大，收敛性就会差一些，甚至会不收 敛；另外实际情况中，配网各节点的参数也很难精确收集到，因此，在3 5 k v 以 下配电网我们通常不采用潮流计算法，而采用“等值电阻法求电阻”及“k 系数 法求电流”，然后再利用计算机仿真计算程序来进行计算。以下就介绍其计算原 理及方法步骤。【1 】【2 】【3 1 1 4 5 1 1 2 8 2 2 1 均方根电流法 在式2 2 中如把计算期内时段划分得足够小，则可完全达到等效。一般电流 值是通过代表日2 4 小时正点负荷实测得到的，设每小时内电流值不变，则全日 2 4 小时元件电阻中的电能损失为： ，董= 3 ( 砰十，；+ 人+ 圪) 足= 3 x 2 4 1 ：r rx 1 0 - 3 ( k w h ) ( 2 3 ) 或鲋= 3 岛r t x 1 0 4 ( k w h ) ( 2 4 ) 式中：鲋_ 2 4 小时内电力网电阻元件电能损耗 k 均方根电流 中田电力科学研究院硕士学位论文 刚： 如果实测值为代表日2 4 小时的电流，则： ：乒乏孚c 彳， 眩s ， 如果实测值为代表日2 4 小时的有功功率p 、无功功率q 及线电压均值【0 ， l 呼= ( 4 ) 2 2 2 最大电流法( 损失因数法) ( 2 6 ) 损失因数法，是通过损失因数，利用最大负荷时的功率损失，计算时段丁内 的电能损耗。利用此法进行损耗计算时，只需知道计算时段r 内的最大负荷和此 时段内负荷曲线的损失因数，就可以了。 损失因数f 等于线损计算时段内的平均功率损失厶与最大负荷功率损失 蛾。之比，亦即在计算时段r 内电流平方的平均值易和最大电流的平方值 盘之比： f = 老= 鲁甜l 雌，二“ ( 2 7 ) 通过损失因数，可以用最大负荷时的功率损失计算时段t 内电能损耗值。 代表日的损耗电量： a a = 蛾。刀= 3 1 2r f t x l 0 。3 ( i h ) ( 2 8 ) 计算结果的准确性在于损失系数的准确度。因为损失因数的大小与电力网的 结构、负荷种类、负荷分布及负荷曲线的形状有关，特别是与负荷率关系最为密 切。损失系数的准确求取很难。一般使用负荷率近似求取损失系数，精度不是很 高。也可近似认为负荷曲线是按b e t a 概率分布函数率变化的，用b e t a 分布的函 数公式可以导出损失因数与负荷率厂和最小负荷率口之间的关系式： 中国电力科学研究院硕士学位论文 f = ，一1 ( 1 - 石f ) ( f - a 2 ) ( 2 9 ) 该算法的优点在于需要的数据量较少。缺点是由于采用了很多近似假设，使 得它的计算精度不高。通常用于电力网规划设计的电能损耗计算等对线损的计算 精度要求不是很高的场合。 2 2 3 平均电流法( 形状系数法) 平均电流法是利用均方根电流与平均电流的等效关系进行能耗计算的方法。 因为用平均电流计算出来的电能损耗是偏小的，因此要乘以大于1 的修正系 数。令均方根电流与平均电流之间的等效系数为k ，称为形状系数，k 值的大 小与直线变化的持续负荷曲线有关，其关系式为： 形状系数：k = 善( 2 1 0 ) 胛 式中：l 代表日负荷电流的平均值 为代表日的均方根电流 代表日的损耗电量： 鲋= 3 圪k 2 r tx l o 3 ( k w h ) ( 2 1 1 ) 削：足：垒墨尉1 0 一( 七矿( 2 1 2 ) “二 式中：a v 、a o 代表目的有功电度、无功电度 c 0 代表日首端电压平均值 2 2 4 节点等效功率法 节点等效功率法，是把电量或平均功率等转化为等效功率后，用于计算损耗。 电力系统中各负荷节点和发电机节点的有功功率p ( t ) 、无功功率q ( t ) 和节点 电压u ( t ) 均是t 的函数。但是它们随时间变化的规律难以用解析函数表示出来， 因此通常把它们当作随机变量来处理。电力网输、配电元件中产生的电能损耗取 中国电力科学研究院硕士学位论文 决于节点电压和通过该元件的功率。完整地描述随机变量变化的是它们的分布函 数，而分布函数的特征通过有关变量的数字特征来描述。 把平均功率转化为等效功率，一般采用的方法有：求取功率的方差后，加上平 均功率就是等效功率：也可以采用等效系数的方法求等效功率。即用平均功率乘 以一个大于1 的等效系数就等于等效功率。等效系数的值与负荷曲线的形状有 关。一般说来，表征负荷曲线形状的特征值有最大值、平均值和最小值。等效系 数与它们相应负荷曲线的最大值、最小值、平均值有关。这里的等效系数就是 2 2 3 的形状系数。2 2 3 的方法是该方法的一种特殊情况。 节点等效法的优点首先是计算中所依据的运行数据是电度表得到的，电度表 本身的准确级别比电流表高，又有严格的定期校验制度，因此原始资料比较准确。 而且电度表的读数也反映了所计算时段内用电的主要特征电量。其次是利用 节点等效功率法计算全电力网的电能损耗时，在收集原始资料方面大大简化了， 只要由线损管理专职人员就可进行全部的资料收集和计算工作。此外节点等效功 率法由于已经把能量损耗的计算问题转化为功率损耗计算的问题，这就有可能利 用潮流算法在计算机上方便而准确地计算出线损。 2 , 2 5 等值电阻法算电阻 对于开式配电网，其功率损耗计算公式为 n a p = 3 r 蜀( 矿) 1 1 ( 2 1 3 ) 或p ：窆乌岛，( 旷) ( 2 1 4 ) f i l v 式中：、置第f 段线路上通过的电流和本段的导线电阻 只、q 第f 段线路上通过的有功功率和无功功率 以第f 段线路上与( 只、q ) 同一节点的电压 一为该条配电线路上的总段数 由于各段线路上的运行数据不易采集到，因此，可以假设一个等值的线路电 阻r 。在通过线路出中的总电流( 毛，或总功率毪、姥) 产生的损耗，与各段 1 4 中国电力科学研究院硕士学位论文 不同的分段电流通过分段电阻冠产生损耗的总和相等，即： p = 3 口置= 3 1 ；r 。( ) 或凹= 铲蜀= 学c 矿， 式中，心为配电线路的等值电阻，按下式计算， 杰p 蜀每 2 苛2 1 壶r 矿一 假设线路各处电压、c o s 相等，则得到如下关系： ( 2 1 5 ) ( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) 丢2 毒；寺。生a e ；寺2 毒寺2 毒t z 1 8 、)哇彳之七龟 ，龟 吼卜寺l2 睾七。厶2 砉毛厶2 忑a 1 式中4 通过各段的电量。 则： 如2 牵2 耻哮朋：+ 哮户砂“+ 中2 见m z o ， 鲋= 3 乓r q t x l 0 4 ( k w ( 2 2 1 ) 般情况下，各点电量4 、4 、4 、以等是可以测到的，所以等值电阻j 乙 也就可以算出来。运用同样的方法也可以得出变压器绕阻的等值电阻。 利用l = ；：l k ，即用各变压器电量近似得到各支路的电流，最终求得等 值电阻的方法，我们称之为电量求阻法。 另外，在实际情况中电量有时候是得不到的，我们还可以用变压器容量来代 替上式中的电量。此时，假设负荷的分布与负荷节点装设的变压器额定容量成正 比，即各变压器的负荷系数墨相同，等值电阻j 乙就为： 中国电力科学研究院硕士学位论文 ( 置2 + q ? ) 置 。气丌 妻砰置( t ) 2 r i 式中：墨f 段线路上通过的视在功率 s 。第f 段线路的配变额定容量 s z 该条配电线路总的视在功率 瓯z 该条配电线路总配变额定容量 置各配变的负荷系数 2 置 = 丝，( 国 s 寻 p 叫 k 该配电线路总配电变压器的负荷系数。 这种用变压器容量近似得到各支路电流，最终求得等值电阻的方法，我们称 之为容量求阻法。 2 3 利用s c a d a 实时数据的配电网理论线损计算方法 电力网线损计算的误差一般与原始数据的准确性、数学模型的准确性、数学 方法的精确性等有关。设总误差为l ，则上述各项占总误差的比率：原始数据不准 确所造成的误差为0 8 2 0 8 4 ；数学模型不准确所造成的误差为0 1 4 o 1 5 ；数学 方法不精确所造成的误差为0 0 2 o 0 3 3 。显然，主要误差是由原始数据不准确 造成的。可以说，原始数据是否准确和齐备是影响线损计算准确性的关键因素。 原始数据的准确和齐备也影响了计算时所采用的数学模型和数学方法。 线损计算所依据的原始数据包括配电网络的拓扑结构、元件参数以及网络的 运行参数。配电网的拓扑结构的数据一般能够比较精确地获得。特别是通过m i s 系统，我们能够很方便地得到这些数据。由于电力网运行资料由多种因素决定， 变化很大且具有随机特性，并且配电网络结构复杂、自动化程度不高，那么网络 的运行参数就很难精确获得。 实时监控系统为我们进行线损管理创造了条件1 2 2 2 3 1 。s c a d a 的数据基本能 够表征电网的运行状态。我们可以利用s c a d a 的实时数据来改进配电网理论线 损的算法，提高计算的精度。由于配电网的自动化程度不高，我们只能够得到配 电线路首端的运行参数，因此不能像输电网那样利用实时监控系统计算的实时线 1 6 中国电力科学研究院硕士学位论文 损累积得到理论线损矧【2 7 】。我们只能采用近似的算法。 本文所采用算法的基础和实质是节点等效功率法。节点等效功率法，是把电 量或平均功率等转化为等效功率后，用于计算损耗。等效系数是求取等效功率的 一种方法。 传统的方法，在理论线损计算通常是等效系数法结合典型日的思想。在允许 的精度范围内，用典型日的负荷数据来近似估计整个计算时段的运行特征。通过 只计算一个典型日的线损来推算出一个计算时段内的线损的方法。这样的话，可 以减少计算要求的数据量，并且可以满足一定的计算精度要求。 输入某一典型日的负荷曲线及相关运行参数进行该日理论线损计算，然后将 日损耗电量近似地转换成月、季、年的损耗电量。例如全月理论线损电量a a m 用 下式计算嗍： h a m = 典型日固定线损电量+ 典型日可变线损电量 ( 叁旦堡皇量：一) 2 】全月实际天数 ( 2 2 3 ) 、典型日供电萤c 全月实际天划 。 通过s c a d a 系统，我们可以获得关1 ：3 计量点的电压、电流、功率等信息。 但是配电变压器端的运行数据通过s c a d a 系统是无法获得的。通过m i s 系统 的抄表数据或者集中抄表系统，我们能够得到配电变压器的电量数据。 一般采集电能量的计量设备的精度比较高。并且一段时间内的电量值是通过 电能计量设备的读数的差值来获得的，这样从一定程度上消除了一些计量设备的 误差。采用1 0 k v 母线出口处的电量数据来计算整条线路的线损，从一定程度上 保证了原始数据的精度和准确性。同时，我们能够通过s c a d a 系统获得配电线 路首端的负荷曲线。s c a d a 系统的实时数据完全可以代表电力系统的运行状态。 把电量值转化为功率值，最简单的方法就是把电量值直接除上一个电量计量 时段就可以得到一个平均功率。此时用等效功率法计算就可能会带来比较大的误 差，误差的大小取决于计量时段内负荷的变化程度。一般情况下，只会在计量时 段不太长的情况下，可以近似认为负荷曲线变化不大，平均功率就是运行功率， 采用这种方法带来的误差也不是很大。当得到的已知条件是一个很长计量时段的 电量值时，再采用如前所说的平均方法就不妥，就要对所得到的平均功率再进行 必要的处理，即将平均功率转化为等效功率。 1 7 中国电力科学研究院硕士学位论文 我们能够获得5 m i n 或更长时段一次的实时数据。这些数据构成了线路的负 荷曲线。我们可以利用这些实时数据来计算某一时段的等效系数。 则在时段t 内的均方根电流值为： i 哼= ( a ) 式中：白均方根电流 ，f 第f 个时间点的实时电流值 肝所有的时间点数 i 。= ( a ) 式中：l 平均电流，其他同上 则：置= 等 ( 2 2 4 ) r 2 2 6 ) 求得电流等效系数k 之后，利用从线路首端关口电表获得的有功供电量和无 功供电量，求得线路首端的等效电流。这里采用简化的方法，忽略线路上的电压 损耗，平均电压取线路的额定电压。并且假设每个配电变压器的等效系数都与线 路首端的相同。这样，线路首端的等效电流： l 哂= ( 2 2 7 ) 式中：彳，有功供电量 丘无功供电量 玑线路的平均电压 在求得白后，我们就可以根据以上的假设，根据配电变压器的用电量的比 例，求出每段线路的等效电流和损耗，这样可以用来对每段线路进行线损分析。 也可以根据等效电阻，直接求出全部的损耗。 1 8 中国电力科学研究院硕士学位论文 如果使用基于潮流的算法，这里就可以分别计算有功等效系数k 。和无功等 效系数k q 。这里等效系数的求法与上面的电流等效系数的求法类似根据等效 系数来求得线路首端的等效功率。 = 生t 置， ( 2 2 8 ) 式中：，l 等效有功功率 r 第f 个时间点的实时电流值 4 ，实际有功电量 等效无功功率的求法与等效有功功率的求法类似。由于我们不能获得配电变 压器的实时数据。但是通过负荷分类1 2 6 1 ，以及典型的负荷曲线，我们也可以得 到配电变压器侧的有功和无功等效系数。结合配变的有功和无功用电量，就能得 到负荷侧的等效功率。这样，就可以进行潮流计算了。基于潮流的算法本文并没 有实现，而是将其作为下一阶段改进的方向。 2 4 对多电源的处理 5 1 1 3 4 在有小水电发电供电的县和地区，他们的6 1 0 千伏配电网，除由系统供电 外，还可能由1 3 个小水电供电，形成多电源供电的配电网1 3 4 】。对于这样的电 网理论线损计算，与单电源供电的配电网是不同的，相比而言，一般要复杂些。 2 4 1 双电源供电配电网的线损计算 双电源供电配电网的形式，概括而言，主要有两种：一是两电源在用电负荷 的同侧，其输出功率的方向，在负荷点是相同的；二是两电源在用电负荷的异侧， 其输出功率的方向，在负荷点是相反的，如图2 - l 所示： 设两电源出口电流分别为五和厶，根据“分流比”的定义：由某支路供电的 配电变压器容量( 或抄见电量) 之和对全线路配电变压器总容量( 或抄见总电量) 之比，可知两电源电流在某支路r 中的分流量为： 1 9 中国电力科学研究院硕士学位论文 图2 1 双电源供电之配电网的两种形式 两个电源在支路中形成的电流为： l 1 2 巧i + ，i ( 2 2 9 ) ij 1 2 k f l 1 2 q 3 式中：k ，l 、k 2 电源电流 和l 对某支路r 的分流比 显然，对于第一种电网，两电源同方向向支路局输送电流，所以，与： 同方向，k ，i 与k 2 相等 对于第二种电网，两电源电流在支路