CN101714234B - 一种电网线损监测分析系统 - Google Patents

Abstract

一种电网线损监测分析系统，利用电力自动化系统中的数据对电网线损进行实时监控分析，包括数据采集服务器、数据库以及应用服务器，电力自动化系统的数据通过FTP服务器及数据访问接口与数据采集服务器连接；数据采集服务器包括数据采集模块和线损计算模块；数据库包括EMS数据表模块、TMR数据表模块、气象数据表模块和线损表模块；应用服务器包括基础数据管理模块、实际线损分析模块、理论线损分析模块、线损比较分析模块、线损统计报表模块、系统配置模块、用户管理模块及接线图导航模块。本发明通过对现有电力自动化系统的有效利用，提升了线损管理水平及工作效率，为降损措施的制定与实施提供科学依据。

Description

一种电网线损监测分析系统

技术领域

本发明涉及一种电网线损监测分析系统，尤其涉及一种750千伏电网的线损监测分析系统。

背景技术

输电网线损率是综合反映电网规划设计、生产运行和经营管理水平的一项综合性技术指标。电网线损的计算与管理是电力系统安全经济运行中十分重要的环节之一，也形成了一套完善的管理办法与规章制度。750千伏输变电示范工程投运以来，其线损率是一直是手工计算，效率低下，管理手段落后，给线损分析工作增加了难度。作为一个新的电压等级，750千伏线损影响因素相对复杂，其理论计算、实时监测与分析，目前尚无完整的方案可循，所以研究建立750千伏电网线损实时监测、计算与分析系统，对于750千伏电网的管理与经济运行水平的提高十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压线路线损监测分析系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电网线损监测分析系统，利用电力自动化系统中的EMS数据、TMR数据及气象数据对电网线损进行实时监控分析，包括数据采集服务器、数据库以及应用服务器，数据库分别与数据采集服务器及应用服务器连接，应用服务器通过网络系统与用户连接，电力自动化系统的数据通过FTP服务器及数据访问接口与数据采集服务器连接；

数据采集服务器包括数据采集模块和线损计算模块；

数据库包括EMS数据表模块、TMR数据表模块、气象数据表模块和线损表模块；

应用服务器包括基础数据管理模块、实际线损分析模块、理论线损分析模块、线损比较分析模块、线损统计报表模块、系统配置模块、用户管理模块以及接线图导航模块；

数据采集模块定时对FTP服务器上的数据文件进行解析，读取数据并分别保存到数据库中的EMS数据表模块及TMR数据表模块中；以及通过数据访问接口取得气象数据并保存到数据库中的气象数据表模块中；

线损计算模块定时采集的数据进行实际及理论线损计算，其中，数据采集服务器采集的EMS数据及气象数据及各电力设备的铭牌数据作为理论线损的基础数据，采集的TMR数据作为实际线损计算的基础数据，线损计算的结果保存至数据库中的线损表模块中；

所述应用服务器(3)根据线损表模块(23)中的数据，在视窗中按设备以日、月、季度、年为时间段进行数据浏览、统计、实际线损和理论线损的对比分析展示及数据导出和报表打印。

由以上方案可知，本发明通过对现有电力自动化系统的有效利用，实现各系统间的整合，达到数据共享，实现线损的计算；通过对线损理论计算和实际测试计算值的对比分析，查找出电网线损与网架构成、电网潮流以及气象等因素的关联关系，分析线损误差产生的原因，指导电网线损的统计计算与分析，且由于线损计算分析的自动化实现，提升了线损管理水平，提高了工作效率，为降损措施的制定与实施提供科学依据。

附图说明

图1是现有的电力自动化系统网络示意图；

图2为本发明与电力自动化系统网络连接示意图；

图3为数据采集流程示意图；

图4为线损计算流程示意图；

图5为应用系统功能模块示意图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

如图1所示，现有的电力自动化系统由EMS系统100、TMR系统200、气象管理系统300组成，分别对外提供了数据访问接口，这3个系统间彼此独立，没有进行整合。EMS系统100提供各线路、变压器电力设备每间隔30分钟的功率数据，包括电流、电压、有功、无功等，并生成每天的数据文件(.dat)包发布到FTP服务器400；TMR系统200提供各线路、变压器每间隔30分钟的关口电量抄表数据，包括线路的上网电量、下网电量，变压器的高、中、低压正向电量以及高、中、低压反向电量等，并生成每天的数据文件包(.dat)发布到FTP服务器400；气象管理系统300对外提供WebService数据访问接口，可以调用取得间隔30分钟各线路的温度、湿度及天气等数据。

如图2及图3所示，本发明的电网线损监测分析系统包括数据采集服务器1、数据库2以及应用服务器3，该数据采集服务器1与气象管理系统300数据访问接口及FTP服务器400连接，可从FTP服务器400和气象管理系统300获取相应数据信息；数据库2分别与数据采集服务器1及应用服务器3连接，应用服务器3通过网络系统与用户连接。

数据采集服务器1包括数据采集模块10和线损计算模块11，数据库2包括EMS数据表模块20、TMR数据表模块21、气象数据表模块22和线损表模块23。线损表模块23中的数据包括线损计算模块11计算出的线路、变压器、电容器及电抗器各电力设备每日30分钟时间段的实际线损及理论线损及每日30分钟时间点的功率及气象数据，其中实际线损数据包括上网电量、下网电量；理论线损数据包括线路的导线损耗、主变的损耗、电容器损耗、电抗器损耗；功率数据包括各线路及主变的电流、电压、有功、无功数据；气象数据包括温度、湿度、天气数据。

数据采集模块10通过设定数据采集时间，定时分别对EMS系统100及TMR系统200发布到FTP服务器400上的数据文件(.dat)文件进行解析，读取数据并分别保存到数据库2中的EMS数据表模块20及TMR数据表模块21中；通过WebService调用气象管理系统300的数据访问接口，取得气象数据并保存到数据库2中的气象数据表模块22中。数据采集模块10从数据库2中取得线损计算需要的基础数据进行理论及实际线损计算，把结果保存至数据库2。

参照图4，线损计算模块11通过设定的线损计算时间，定时根据数据采集服务器1采集的数据及各电力设备的铭牌数据(该数据在应用服务器3维护)进行实际及理论线损计算。其中，数据采集服务器1采集的EMS数据及气象数据及各电力设备的铭牌数据作为理论线损的基础数据，采集的TMR数据作为实际线损计算的基础数据，线损计算的结果保存至数据库2中线损表模块23中。

以下对线损计算模块11的计算方法作进一步的说明：

1)实际线损计算方法：

实际线损＝上网电量-下网电量；

实际线损率(％)＝(上网电量-下网电量)/上网电量*100％

2)理论线损计算方法：

理论线损计算采用潮流计算法，即先计算线路、变压器、电容器、电抗器等电力设备的功率损耗，再与时间相乘后，得到相应时段内的电能损耗，再将各时段的电能损耗求和后即得总网络的电能损耗。

各电力设备功率损耗计算公式如下：

a.线路功率损耗的计算

$\mathrm{\ΔP}=3{\left(\frac{S}{\sqrt{3}U}\right)}^{2}R\×{10}^{-3}$

$=\frac{P^2+Q^2}{U^2}R\×{10}^{-3}$

$\mathrm{\ΔQ}=\frac{P^2+Q^2}{U^2}X\×{10}^{-3}$

式中：S-线路中通过的视在功率，MVA；

P-线路中通过的有功功率，MW；

Q-线路中通过的无功功率，Mvar；

U-线电压，kV；

R、X-线路等值电阻，电抗，Ω。

b.变压器功率损耗计算

变压器的功率损耗分为两部分，与负荷无关的损耗称为空载损耗，随负荷变化的损耗称为负载损耗。

双绕组变压器功率损耗按下式计算：

${\mathrm{\ΔP}}_T={\mathrm{\ΔP}}_0+\frac{P^2+Q^2}{U^2}{R}_T$

${\mathrm{\ΔQ}}_T=\frac{I_0\%}{100}{S}_N+\frac{P^2+Q^2}{U^2}{X}_T$

式中：ΔP₀-变压器空载有功损耗MW；

I0％-变压器空载电流百分值。

三绕组变压器功率损耗计算公式为：

${\mathrm{\ΔP}}_T={\mathrm{\ΔP}}_0+\frac{P_1^2+Q_1^2}{U_1^2}{R}_{T1}+\frac{P_2^2+Q_2^2}{U_2^2}{R}_{T2}+\frac{P_3^2+Q_3^2}{U_3^2}{R}_{T3}$

${\mathrm{\ΔQ}}_T=\frac{I_0\%}{100}{S}_N+\frac{P_1^2+Q_1^2}{U_1^2}{X}_{T1}+\frac{P_2^2+Q_2^2}{U_2^2}{X}_{T2}+\frac{P_3^2+Q_3^2}{U_3^2}{X}_{T3}$

c.并联电容器电能损耗计算

并联电容器电能损耗计算公式为：

ΔA＝Q_cTtgδ

式中：Q_C-投运的电容器容量，kvar；

T-电容器运行的小时数，h；

tgδ-电容器介质损耗角的正切值，可取厂家的实测值。

d.并联电抗器电能损耗计算

$\mathrm{\ΔA}=\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{dk}}{\left(\frac{U_i}{U_n}\right)}^{2}T$

其中：

ΔA——损耗电量；

ΔP_dk——并联电抗器额定损耗(三相平均值)，单位kw；

U_i——并联电抗器实际运行电压；

U_n——并联电抗器额定电压；

T——时间

参照图5，应用服务器3可对线损计算后的线损数据在视窗中进行展示，应用服务器3中各模块均可通过计算机程序实现。应用服务器3包括基础数据管理模块30、实际线损分析模块31、理论线损分析模块32、线损比较分析模块33、线损统计报表模块34、系统配置模块35、用户管理模块36以及接线图导航模块37，这些模块从线损表模块23中读取所需的数据，根据用户需求，按日、月、季度、年等时间段各电力设备进行实际及理论线损数据统计，进而可以进行实际线损和理论线损的对比分析，并在视窗中以曲线或其它图形形式表现；通过线损表的功率及气象数据，相应模块可分析线损与电流、电压、有功及无功功率因素；分析线损与温度、湿度及天气气象因素的影响关系，从而找出线损和各因素的关联关系，提供数据导出及报表打印。

以下对各模块实现的功能做详细说明：

基础数据管理模块30，用于对电力设备线路、变电站、线路、变压器、电容器、电抗器等设备铭牌数据进行新增、修改、删除、查询管理，该数据作为理论线损计算的基础数据。其中，各设备铭牌数据包括变电站的变压等级、接线形式及所包含的母线等数据；线路的电阻、电抗、导纳、长度等数据；变压器的额定电压、额定容量、三相空载损耗、三相空载电流、三相负载损耗、三相短路阻抗等数据；电容器的额定电压、额定容量、电介质正切损耗角等数据；电抗器的额定电压、额定容量、额定电流、实测电抗、实测损耗等数据。

实际线损分析模块31，可按日、月、季度、年等时间段进行各设备或全电网的实际线损统计，在视窗中进行实际线损数据浏览和线损趋势图如折线图、柱状图等及损耗分布的展示；

如日实际线损分析可以根据系统配置模块中设定的时间间隔，如30分钟，在视窗中展示某条线路在某日的每间隔30分钟电量损耗或实际线损率折线图，通过该折线图可以直观浏览各时间段的实际线损状况，及该日整体的实际线损的趋势状况，从而对于线损超限时间段进行重点检测分析。

理论线损分析模块32，可按日、月、季度、年等时间段进行各设备或全电网的实际线损统计，在视窗中进行实际线损数据浏览和线损趋势图如折线图、柱状图等及损耗分布的展示；

如日理论线损分析可以根据系统配置模块中设定的时间间隔，如30分钟，在视窗中展示某条线路在某日的每间隔30分钟理论损耗或理论线损率折线图，通过该折线图可以直观浏览各时间段的理论线损状况，及该日整体的理论线损的趋势状况，从而对于线损超限时间段进行重点监测分析。

线损分析比较模块33，可按设备以日、月、年等时间段按线路、主变及全电网进行实际及理论线损数据浏览及线损比较趋势图及损耗分布展示，以及按损耗电量或线损率进行实际、理论线损的统计分析对比图，及其与电流、电压、有功、无功对比折线图。

如日线损统计分析，可以根据系统配置模块中设定的时间间隔，如30分钟，在视窗中展示某条线路在某日的每间隔30分钟的实际和理论损耗，实际和理论线损率对比折线图，及其与电流、电压、有功、无功对比折线图，通过该折线图可以直观浏览各时间段的实际和理论线损误差状况，及该日整体的实际和理论线损的误差趋势状况，及通过其与电流、电压、有功、无功、温度对比折线图对比分析，可以分析出实际和理论线损与电流、电压、有功、无功、温度的关联关系。

如日线损跟踪分析，可以按照日期范围对实际或理论线损进行统计，线损进行降序排序，用户可根据需要检索某日线损数据，便于对线损进行分析。

如损耗分布图，以饼状图形式展示各损耗分布状况，如全网损耗中，线路、主变、电容器、电抗器等所占的比例，便于用户了解损耗分布状况，从而有针对性的采取降损措施。

线损统计报表模块34，可设备以日、月、年等时间按线路、主变及全电网，实际、理论线损的统计分析报表，并在视窗中进行线损数据浏览、报表打印及Excel导出；如提供某日、月、年各全网或线路的实际及理论线损统计报表，提供某日、月、年各主变的实际及理论线损统计报表，同时数据可以导出到Excel。

系统配置模块35，系统运行参数设定，系统参数维护，如线损超限值、线损计算间隔时间等设定；

用户管理模块36，用户建立及权限分配管理，用于设定用户的模块操作权限；

接线图导航模块37，提供按接线图的线路及变电站快速导航，提供接线图导航功能，可直观的查看各线路及变电站所包含电容器、电抗器等电力设备的相关数据信息。主画面提供了全电网的地理接线图，其中包括线路及变电站，用户可根据需要点击某条线路可以查看该线路的实际、理论及对比分析数据，点击变电站可以查看该变电站包含的主变的实际、理论及理论及对比分析数据，为用户提供直观快捷的操作方式。

以下通过具体实施例来说明本发明系统的工作过程：

步骤1、系统启动配置

配置Windows Service应用服务器3，使其访问存储有电力自动化系统数据的FTP服务器400；

步骤2、数据采集

采用.NET多线程技术，作成数据采集Windows Service服务程序，用于数据采集模块10采集数据，数据采集服务器1建立三个线程，采用异步方式执行，分别采集现有电力自动化系统中EMS系统100、TMR系统200及气象管理系统300的数据，并将数据存储到数据库2的相应数据表模块中；数据采集服务器1可通过系统配置文件设定程序启动时间，系统根据设定的时间自动启动数据采集Windows Service服务程序。

以下对三种系统数据的采集作说明：

a.EMS系统100的数据采集：

从FTP服务器400的EMS系统发布文件目录中取得该日的数据文件(.dat)，并解析读取30分钟间隔的各线路的有功、无功、电流、电压数据及各变压器的高、中、低压侧的电流、电压、有功、无功数据，并保存至数据库2中的EMS数据表模块20中。

b.TMR系统200的数据采集：

从FTP服务器400的TMR系统发布文件目录中取得该日的数据文件(.dat)，并解析读取30分钟间隔的各线路的上网、下网数据及各变压器的高、中、低压侧的正向、反向数据，并保存至数据库2中的TMR数据表模块21中。

c.气象管理系统300的数据采集：

调用气象管理系统300的WebService接口，取得该日30分钟间隔各线路的温度、湿度、天气数据并保存至数据库2中的气象数据表模块22中。

步骤3、线损计算

采用.NET多线程技术，作成线损计算Windows Service服务程序，线损计算模块11建立两个线程，采用异步方式执行，分别用来计算各设备30分钟间隔的实际线损和理论线损；根据步骤2采集的EMS数据表、线路、变压器等设备铭牌数据计算各设备的理论线损，并根据步骤2采集的TMR数据表数据计算各设备的实际线损，并将计算结果保存至数据库2中线损表模块23中，线损算方法参考线损计算模块11的计算方法的说明。

步骤4、应用服务展示

根据步骤3计算得出的线损表中的数据及设备铭牌数据，应用服务器3可按设备以日、月、季度、年等时间段在视窗中进行实际及理论线损数据浏览、统计、实际线损和理论线损的对比分析、数据导出及报表打印，并以折线图、柱状图、饼图等多种方式进行线损趋势及各损耗所占比例的展示；进行电力设备铭牌基础数据管理。

本发明主要以750千伏同塔双回共架输电线路为研究对象，建立一套线损实时监测及分析系统，对750千伏输电线路电量损耗进行监测，并通过对线损理论计算和实际测试计算值的对比分析，查找出影响750千伏线损的主要因素以及统计线损误差产生的原因，可适用于电力运营部门，进行高压输电线路线损的监控及管理，从而有针对性的制定技术降损措施，改善750千伏电网的经济运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电网线损监测分析系统，利用电力自动化系统中的EMS数据、TMR数据及气象数据对电网线损进行实时监控分析，其特征在于：包括数据采集服务器(1)、数据库(2)以及应用服务器(3)，所述数据库(2)分别与所述数据采集服务器(1)及所述应用服务器(3)连接，所述应用服务器(3)通过网络系统与用户连接，电力自动化系统通过FTP服务器及数据访问接口与所述数据采集服务器(1)连接；

所述数据采集服务器(1)包括数据采集模块(10)和线损计算模块(11)；

所述数据库(2)包括EMS数据表模块(20)、TMR数据表模块(21)、气象数据表模块(22)和线损表模块(23)；

所述应用服务器(3)包括基础数据管理模块(30)、实际线损分析模块(31)、理论线损分析模块(32)、线损比较分析模块(33)、线损统计报表模块(34)、系统配置模块(35)、用户管理模块(36)以及接线图导航模块(37)；

所述数据采集模块(10)定时对FTP服务器上的数据文件进行解析，读取数据并分别保存到所述数据库(2)中的EMS数据表模块(20)及TMR数据表模块(21)中；并通过数据访问接口读取气象数据并保存到所述数据库(2)中的气象数据表模块(22)中；

所述线损计算模块(11)定时进行实际线损计算及理论线损计算，其中，所述数据采集服务器(1)采集的EMS数据、气象数据及各电力设备的铭牌数据作为理论线损计算的基础数据，所采集的TMR数据作为实际线损计算的基础数据，线损计算的结果保存至所述数据库(2)中的线损表模块(23)中；

所述应用服务器(3)根据线损表模块(23)中的数据，在视窗中按需要以日、月、季度、年为时间段进行数据浏览、统计、实际线损和理论线损的对比分析展示及数据导出和报表打印。

2.如权利要求1所述的电网线损监测分析系统，其特征在于：所述线损计算模块(11)采用下式计算实际线损：

实际线损=上网电量–下网电量；

实际线损率（%）=（上网电量–下网电量）/上网电量*100%。

3.如权利要求1所述的电网线损监测分析系统，其特征在于：所述线损计算模块(11)采用下式计算理论线损：

先计算电力设备的功率损耗，再与时间相乘后，得到相应时段内的电能损耗，再将各时段的电能损耗求和后即得总网络的电能损耗；

各电力设备功率损耗计算公式如下：

a.线路功率损耗的计算

$\mathrm{\ΔP}=3{\left(\frac{S}{\sqrt{3}U}\right)}^{2}R\×{10}^{-3}$

$=\frac{P^2+Q^2}{U^2}R\×{10}^{-3}$

$\mathrm{\ΔQ}=\frac{P^2+Q^2}{U^2}X\×{10}^{-3}$

式中：S－线路中通过的视在功率，单位是MVA；

P－线路中通过的有功功率，单位是MW；

Q－线路中通过的无功功率，单位是Mvar；

U－线电压，单位是kV；

R、X－线路等值电阻，电抗，单位是Ω；

b.变压器功率损耗计算

变压器的功率损耗分为两部分，与负荷无关的损耗称为空载损耗，随负荷变化的损耗称为负载损耗；

双绕组变压器功率损耗按下式计算：

$\mathrm{\Δ}{P}_T=\mathrm{\Δ}{P}_0+\frac{P^2+Q^2}{U^2}{R}_T$

$\mathrm{\Δ}{Q}_T=\frac{I_0\%}{100}{S}_N+\frac{P^2+Q^2}{U^2}{X}_T$

式中：ΔP₀－变压器空载有功损耗，单位是MW；

I₀%－变压器空载电流百分值；

三绕组变压器功率损耗计算公式为：

$\mathrm{\Δ}{P}_T=\mathrm{\Δ}{P}_0+\frac{P_1^2+Q_1^2}{U_1^2}{R}_{T1}+\frac{P_2^2+Q_2^2}{U_2^2}{R}_{T2}+\frac{P_3^2+Q_3^2}{U_3^2}{R}_{T3}$

$\mathrm{\Δ}{Q}_T=\frac{I_0\%}{100}{S}_N+\frac{P_1^2+Q_1^2}{U_1^2}{X}_{T1}+\frac{P_2^2+Q_2^2}{U_2^2}{X}_{T2}+\frac{P_3^2+Q_3^2}{U_3^2}{X}_{T3}$

c.并联电容器电能损耗计算

并联电容器电能损耗计算公式为：

ΔA＝Q_cTtgδ

式中：Q_C－投运的电容器容量，单位是kvar；

T－电容器运行的小时数，单位是h；

tgδ－电容器介质损耗角的正切值，取厂家的实测值；

d.并联电抗器电能损耗计算

$\mathrm{\ΔA}=\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{dk}}{\left(\frac{U_i}{U_n}\right)}^{2}T$

其中：

ΔA——损耗电量；

ΔP_dk——并联电抗器额定损耗，单位是kw；

U_i——并联电抗器实际运行电压；

U_n——并联电抗器额定电压；

T——时间。

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