CN102074954A - 一种城乡配电网综合节能评估与决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城乡配电网综合节能评估与决策方法。通过对电网进行建模，获取电网的当前综合数据，通过采用合理的容错及纠错技术，实现配电网数据的统一分析处理与无缝交换对接，确保综合数据信息的准确。结合线损评价体系与降损技术各个环节的成本，根据最优化技术，研究出城乡配电网节能降损优化管理策略。

Description

一种城乡配电网综合节能评估与决策方法

技术领域

本发明涉及配电网节能、线路降损技术与节能改造、变压器降损技术及节能改造、配电网节能投资决策技术领域，具体涉及一种城乡配电网综合节能评估与决策方法。

背景技术

随着我国电网建设的推进，城乡配电网规划不断扩大，供电问题已经得到解决。但是从我国电网的可持续性、健康发展角度来看，目前我国城市和农村配电网存在着一些问题，包括缺乏整体的发展规划、电网结构不合理、供电半径长、无功补偿不足、设备陈旧落后、高能耗设备多等。这些因素在造成了配电网的电能损耗较大，从而影响了配电网的可持续性发展。

电网的节能降损，关键问题是精细化的损耗分析，但是目前国内配电网损耗的精细化分析还存在一定的困难。首先，运行数据采集的密度与其准确性、完整性迫切需要解决。高、中、低压配电网的数据采集基础不扎实，缺乏数据校验的技术手段，数据采集的准确性、完整性还很低。并且，缺乏精细化的分析方法确定电网理论损耗与管理损耗。

其次，电网的节能降损还取决于降损技术与降损措施。目前国内外常用的降损技术适用的对象、降损的效果以及投资维护成本差异很大，缺乏一套适用于评价各种节能技术的指标以及评价方法与评价体系，以及相应的降损措施。近来国内许多电力公司公司通过集成各大系统数据，包括负控系统、集抄系统、配网信息系统(DSCADA)和电能量采集系统，对每条线路所采集电量数据进行比对，并与理论值相比较，可以进行全网线损的精细化分析。在电网理论线损计算的基础上，还进行了简单的效益分析。目前这种方法多是依靠专工的经验，通过手动调整、更换电网中现有变压器或导线的参数，分析调整前后电网的线损率，因此其决策过程中没有科学的模型，基本依靠经验和人为因素；最终决定实施的决策粒度粗，对决策将会产生的效果不明确，无法判断是否有合理的投入产出比；措施实施后，也缺乏跟踪和验证。

鉴于此，本发明研究出一种城乡配电网综合节能评估方法，以及其节能降损技术与节能降损决策方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以用于城乡配电网综合节能的评价体系以及节能降损技术与管理策略。

该发明的依据是通过对电网进行建模，获取电网的当前综合数据，通过采用合理的容错及纠错技术，实现配电网数据的统一分析处理与无缝交换对接，确保综合数据信息的准确。

在此基础上对线路的线损进行精细化计算，包括：实际统计线损、理论线损计算分析、管理线损的计算分析、损耗分解模型(精细化分析，得出损耗分布，包括按照公司分布、区域分布、电压等级分布和设备分布等，然后进行损耗成因分析)。从而实现配电网损耗的精细化管理。在精细化线损计算的基础上，建立技术性降损模型、模型包括专家规则、投资收益及风险计算等，从而实现线路降损。

最终结合线损评价体系与降损技术各个环节的成本，根据最优化技术，研究出城乡配电网节能降损优化管理策略。

为实现上述的城乡配电网综合节能的评价体系而采用的技术方案包括以下步骤：

1)建立电网模型，获取电网的运行参数

依据配电网的拓扑结构，设备、电源和负荷的参数建立电网损耗模型，并通过数据交换与处理获取当前电网的运行参数，数据交换与处理在评估与管理平台中承担电能信息数据、负荷数据以及配电网拓扑结构数据的采集与预处理工作。它是由分布在特定应用节点的一台计算机或几台计算机，结合通道设备、网络设备、采集软件模块组成。系统采集的数据主要来源于电网公司的以下数据源：能量管理系统(EMS)、电能量计量计费系统(TMR)、营销系统、负荷控制系统、配电SCADA系统，以及其它人工输入的数据。在获取数据时一般选择典型日或者损耗分析的区间，通过接口访问SCADA及TMR系统，获得该时间段的历史数据，然后对数据进行校验清洗、插值补充，部分数据还要通过人工录入。具体的数据有电网的拓扑结构信息及相关用户负荷侧与节能损耗相关的信息，其来源主要分为以下几种：

①配电SCADA：母线、柱上开关、环网柜和电能表；

②生产管理信息系统；

③配电地理信息系统；

④配电变压器监测系统；

⑤负荷管理系统采集的用户节点信息；

⑥计量计费系统采集的小区终端用电的汇集节点信息；

⑦配电网拓扑结构信息；

⑧各配电网一次设备的链接信息；

⑨负荷特性；

⑩电压合格率、谐波含量等；

2)实现配电网数据的统一处理和无缝对接

通过对以上数据的采集、交换和处理，采用合理的容错及纠错技术，实现配电网数据的统一分析处理和无缝交换对接。

3)精细化线损计算

城乡配电网综合节能平台线损计算要经过潮流计算进行线损精细化分析，具体如下：

①实际统计线损：集成用户现有系统，统计分析用户电网的实际损耗数据；

②理论线损计算分析：依据配电网的实际损耗模型及数据指标库，设定负荷随着时间变化的特征，计算各个子网及全网的损耗数据；

③管理线损的计算分析：根据实际统计线损值减去理论线损值得到管理线损的数据；

④损耗分解模型：精细化分析，得出损耗分布，包括按照公司分布、区域分布、电压等级分布和设备分布等，然后进行损耗成因分析。

为实现上述的城乡配电网节能降损而采用的技术方案如下：

建立技术性降损模型，模型包括专家规则，投资收益及风险计算。在建立技术性降损模型过程中，分析配电网节能降损方法，所能采取的技术性降损措施有：

①馈线改造

变更导线型号：对馈线的线路型号进行改造，变更线路的截面积、绞线方式、导线类型；或对馈线增加并列运行线路；

②变压器改造

变压器改造的方式包括增加变压器容量，选取容量更大的变压器型号；选取低耗能的变压器；或根据具体网架结构，有针对性的使用单相变压器，降低改造成本及空载损耗；

③无功补偿

包括根据需要在变电站低压侧母线上配置无功补偿装置；根据需要在馈线及配变低压侧配置无功补偿装置；

④负荷分布改造

根据实际负荷分布状况，进行三相负荷平衡调整，并调整负荷的分布，合理分配负荷；

⑤谐波管理

对谐波进行管理，降低网损；

为实现上述的城乡配电网节能优化管理策略而采用的技术方案如下：

1)建立单项节能技术的技术经济模型。

建立并管理各种节能降技术性措施的实施成本，作为优化决策过程中的参考基准，包括：

①改造措施涉及的范围、规模的描述；

②所需要的资金投入：包括设备、工程所需要的资金；

③改造设备的生命周期；

④建立成本计算模型；

2)设定优化目标及约束

配电网综合节能评估与决策体系设定了降损所需要达到的目标和约束，包括成本控制目标、风险控制目标、投资改造的时间约束和投资改造适用范围的约束，作为对所有备选方案进行统一计算的基础，以得到满足目标和约束的最优方案，具体包括：

①目标管理

所有目标可以设置优先级，可以设定一个或多个目标；

③投资改造的时间约束

设定改造工期的时间约束，以及先后顺序的约束。设定人力资源总量约束、机器设备总量约束；

②投资改造适用范围的约束

包括对于节能降损措施的限制约束与对于改造范围、规模的限制约束；

详细约束为：a)对于某些区域，不准进行投资改造；b)对于某类手段措施的采用限制在某种范围、规模之内；c)对于某些手段，在某些区域必须采用；

当目标及约束设定完成之后，进行综合节能优化方案的求解，在求解过程中，需要针对场景管理工具的初始场景，基于单项技术性降损措施模型，运用潮流/损耗计算工具，对优化组合过程中的电网模型进行损耗数据计算、改造成本、风险数据、收益分析的计算和统计，以获得对优化决策分析过程的支持；

当优化求解并未求得解时，可通过结果查看影响该结果的条件约束，通过松弛约束再求解；

当对于解不满意时，可通过结果查看影响该结果的条件约束，修改相关的目标或者约束重新计算；

最后，对最优方案可进行工程施工最优排程，决策方案风险评估，决策方案跟踪分析。综合节能评估与决策体系电网数据采集图、流程图和综合节能评估与决策体系框架分别如附图1、附图2和附图3。

本发明主要包括以下内容：

1、城乡配电网综合节能的评价体系

城乡配电网综合节能的评价体系主要是对现有配电网的线路损耗的进行计算。通过对电网进行建模，获取电网的当前综合数据，通过采用合理的容错及纠错技术，实现配电网数据的统一分析处理与无缝交换对接，确保综合数据信息的准确。在此基础上对线路的线损进行精细化计算，包括：实际统计线损、理论线损计算分析、管理线损的计算分析、损耗分解模型(精细化分析，得出损耗分布，包括按照公司分布、区域分布、电压等级分布和设备分布等，然后进行损耗成因分析)。从而实现配电网损耗的精细化模型与精细化计算。

2、城乡配电网节能降损技术

建立技术性降损模型，模型包括专家规则，投资收益及风险计算。在建立技术性降损模型过程中，分析配电网节能降损方法，所能采取的技术性降损措施有：①馈线改造；②变压器改造；③无功补偿；④变压器经济运行；⑤负荷分布改造；⑥谐波管理，等等。

3、城乡配电网节能优化管理策略

首先建立并管理各种节能降技术性措施的实施成本，作为优化决策过程中的参考基准。从而建立单项节能技术的技术经济模型。设定优化目标及约束，对所有备选方案进行统一优化计算，得到满足目标和约束的最优方案。当目标及约束设定完成之后，可以进行综合节能优化方案的求解。最终得到优化策略方案。

本发明的有益效果是：

本发明采用上述技术与策略产生的积极效果是非常显著的，即通过对电网进行建模，获取电网的当前综合数据，通过采用合理的容错及纠错技术，实现配电网数据的统一分析处理与无缝交换对接，确保综合数据信息的准确。在此基础上对线路的线损进行精细化计算，包括：实际统计线损、理论线损计算分析、管理线损的计算分析、损耗分解模型(精细化分析，得出损耗分布，包括按照公司分布、区域分布、电压等级分布和设备分布等，然后进行损耗成因分析)。从而实现配电网损耗的精细化管理。在精细化线损计算的基础上，建立技术性降损模型、模型包括专家规则、投资收益及风险计算等，从而实现线路降损。最终结合线损评价体系与降损技术各个环节的成本，根据最优化技术，研究出城乡配电网节能降损优化管理策略。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是依据本发明的电网数据采集图。

图2是依据本发明的综合节能评估与决策体系流程图。

图3是依据本发明的综合节能评估与决策体系框架示意图。

具体实施方式

如图1所示，是电网数据采集图。依据配电网的拓扑结构，设备、电源和负荷的参数建立电网损耗模型，并通过数据交换与处理获取当前电网的运行参数，数据交换与处理在评估与管理平台中承担电能信息数据、负荷数据以及配电网拓扑结构数据的采集与预处理工作。它是由分布在特定应用节点的一台计算机或几台计算机，结合通道设备、网络设备、采集软件模块组成。系统采集的数据主要来源于电网公司的以下数据源：能量管理系统(EMS)、电能量计量计费系统(TMR)、营销系统、负荷控制系统、配电SCADA系统，以及其它人工输入的数据。在获取数据时一般选择典型日或者损耗分析的区间，通过接口访问SCADA及TMR系统，获得该时间段的历史数据，然后对数据进行校验清洗、插值补充，部分数据还要通过人工录入。具体的数据有电网的拓扑结构信息及相关用户负荷侧与节能损耗相关的信息，其来源主要分为以下几种：

①配电SCADA：母线、柱上开关、环网柜和电能表；

②生产管理信息系统；

③配电地理信息系统；

④配电变压器监测系统；

⑤负荷管理系统采集的用户节点信息；

⑥计量计费系统采集的小区终端用电的汇集节点信息；

⑦配电网拓扑结构信息；

⑧各配电网一次设备的链接信息；

⑨负荷特性；

⑩电压合格率、谐波含量等；

如图2所示，是综合节能评估与决策体系流程图。通过电网建模、损耗计算和规则分析以生成备选方案，最后通过优化计算，对所提交的备选方案进行统一优化计算，得到最优的方案。同时，进行最优方案的工程施工排程，风险评估，方案管理与跟踪分析。结合图2具体实施步骤如下：

1)建立电网模型，获取电网的运行参数

依据配电网的拓扑结构，以及设备、电源和负荷的参数建立电网损耗模型，并通过数据交换与处理获取当前电网的运行参数。

2)实现配电网数据的统一处理和无缝对接

通过对上述数据的采集、交换和处理，采用合理的容错及纠错技术，实现配电网数据的统一分析处理和无缝交换对接。

3)进行潮流计算

通过城乡配电网综合节能平台线损潮流计算模块对上述数据进行潮流计算，所述潮流计算模块的一部分参数为调用接口注入的，称为场景数据；所述潮流计算模块的另一部分数据是自身通过场景数据到数据库中获取的，在计算完毕后，将结果也保留到数据库中，由调用者自行获取。

4)精细化线损计算

通过城乡配电网综合节能平台线损潮流计算模块进行精细化线损计算分析，具体如下：

①实际统计线损：集成用户现有的系统，统计分析用户电网的实际损耗数据；

②理论线损计算分析：依据配电网的实际损耗模型及数据指标库，设定负荷随着时间变化的特征，计算各个子网及全网的损耗数据；

③管理线损的计算分析：根据实际统计线损值减去理论线损值得到管理线损的数据；

④损耗分解模型：精细化分析，得出损耗分布，包括按照公司分布、区域分布、电压等级分布和设备分布进行损耗成因分析；

5)建立技术性降损模型，模型包括专家规则，投资收益及风险计算；

在建立技术性降损模型过程中，分析配电网节能降损方法，所能采取的技术性降损措施有：

①馈线改造

变更导线型号：对馈线的线路型号进行改造，变更线路的截面积、绞线方式、导线类型；或增加并列线路运行：对馈线增并列运行线路；

②变压器改造

变压器改造的方式包括增加变压器容量，选取容量更大的变压器型号；选取低耗能的变压器；或根据具体网架结构，有针对性的使用单相变压器，降低改造成本及空载损耗；

③无功补偿

包括根据需要在变电站低压侧母线上配置无功补偿装置；根据需要在馈线及配变低压侧配置无功补偿装置；

④负荷分布改造

根据实际负荷分布状况，进行三相负荷平衡调整，并调整负荷的分布，合理分配负荷；

⑤谐波管理

对谐波进行管理，降低网损；

6)建立单项节能技术的技术经济模型

建立并管理各种节能降损技术性措施的实施成本，作为优化决策过程中的参考基准，包括：

①改造措施涉及的范围、规模的描述；

②所需要的资金投入：包括设备、工程所需要的资金；

③改造设备的生命周期；

④建立成本计算模型；

7)设定优化目标及约束并求解，确定优化策略

通过设定优化目标及约束，对所有备选方案进行统一优化计算，得到满足目标和约束的最优方案；

配电网综合节能评估与决策体系设定了降损所需要达到的目标和约束，包括成本控制目标、风险控制目标、投资改造的时间约束和投资改造适用范围的约束，作为对所有备选方案进行统一计算的基础，以得到满足目标和约束的最优方案，具体包括：

①目标管理

所有目标可以设置优先级，可以设定一个或多个目标；

②投资改造的时间约束

设定改造工期的时间约束，以及先后顺序的约束。设定人力资源总量约束、机器设备总量约束；

③投资改造适用范围的约束

包括对于节能降损措施的限制约束与对于改造范围、规模的限制约束；

详细约束为：a)对于某些区域，不准进行投资改造；b)对于某类手段措施的采用限制在某种范围、规模之内；c)对于某些手段，在某些区域必须采用。

当目标及约束设定完成之后，进行综合节能优化方案的求解，在求解过程中，需要针对场景管理工具的初始场景，基于单项技术性降损措施模型，运用潮流/损耗计算工具，对优化组合过程中的电网模型进行损耗数据计算、改造成本、风险数据、收益分析的计算和统计，以获得对优化决策分析过程的支持；

当优化求解并未求得解时，可通过结果查看影响该结果的条件约束，通过松弛约束再求解；

当对于解不满意时，可通过结果查看影响该结果的条件约束，修改相关的目标或者约束重新计算；

8)最后，对最优方案可进行工程施工最优排程，决策方案风险评估，决策方案跟踪分析。

如图3所示，是综合节能评估与决策体系框架。主要包括电网建模、场景管理、业务规则、优化决策、方案展示、节能效果风险评估和跟踪分析。其中电网建模模块，包括图形维护、数据维护、拓扑分析、潮流计算和无功计算；场景管理模块，包括项目管理和场景管理；业务规则模块包括专家规则编辑、业务规则维护；优化决策模块包括技改选优和施工排程；方案展示模块包括方案浏览、方案统计和方案审核；风险评估模块包括风险模型和风险评估；跟踪分析模块包括计划跟踪和工程计划。

依据此功能框架最终将完成综合节能评估与决策技术支持系统的开发。系统依托J2EE与.NET技术规范，实现B/S与C/S相结合的多层架构。

客户端模块包括：电网建模、宿主向导、优化决策、施工排程、方案展示、风险评估和跟踪分析等。客户端根据用户业务角色不同，采用浏览器方式或者预安装的客户端软件来访问系统。

服务支撑模块包括：高中低压线损并行计算服务、无功优化配置计算、业务规则管理支撑服务、优化决策管理支撑服务等。

同时，该系统与生产管理系统、用电信息采集系统、配点SCADA系统、电能量计量计费系统，以及负荷管理系统可进行数据交换，获取相关拓扑结构信息和设备参数以及电网运行数据。

综上所述，本发明的具体实施过程如下：首先，进行电网建模，并通过数据交换获取到当前电网的运行参数，进行线损计算；其次，建立技术性降损模型，模型包括专家规则，投资收益及风险计算；然后根据线损计算的结果以及专家规则处理，挑选出电网中可选的改造设备，以及可选改造方案；最后通过优化计算，对所提交的备选方案进行统一优化计算，得到最优的方案。同时，进行最优方案的工程施工排程，风险评估，方案管理与跟踪分析。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (3)

1.一种城乡配电网综合节能评估与决策方法，其特征在于包括以下步骤：

1)建立电网模型，获取电网的运行参数

依据配电网的拓扑结构，以及设备、电源和负荷的参数建立电网损耗模型，并通过数据交换与处理获取当前电网的运行参数，数据交换与处理在评估与管理平台中承担电能信息数据、负荷数据以及配电网拓扑结构数据的采集与预处理工作；数据交换与处理是由分布在特定应用节点的一台计算机或多台计算机，结合通道设备、网络设备、采集软件模块组成；系统采集的数据来源于电网的数据源，包括：能量管理系统EMS、电能量计量计费系统TMR、营销系统、负荷控制系统、配电数据采集与监视控制系统SCADA，以及人工输入的数据，在获取数据时选择典型日或者损耗分析的区间，通过接口访问SCADA及电能量计量计费系统，获得该时间段的历史数据，然后对数据进行校验清洗、插值补充，部分数据通过人工进行录入；

2)实现配电网数据的统一处理和无缝对接

通过对上述数据的采集、交换和处理，采用合理的容错及纠错技术，实现配电网数据的统一分析处理和无缝交换对接；

3)进行潮流计算

通过城乡配电网综合节能平台线损潮流计算模块对上述数据进行潮流计算，所述潮流计算模块的一部分参数为调用接口注入的，称为场景数据；所述潮流计算模块的另一部分数据是自身通过场景数据到数据库中获取的，在计算完毕后，将结果也保留到数据库中，由调用者自行获取；

4)精细化线损计算

通过城乡配电网综合节能平台线损潮流计算模块进行精细化线损计算分析，具体如下：

①实际统计线损：集成用户现有的系统，统计分析用户电网的实际损耗数据；

②理论线损计算分析：依据配电网的实际损耗模型及数据指标库，设定负荷随着时间变化的特征，计算各个子网及全网的损耗数据；

③管理线损的计算分析：根据实际统计线损值减去理论线损值得到管理线损的数据；

④损耗分解模型：精细化分析，得出损耗分布，包括按照公司分布、区域分布、电压等级分布和设备分布进行损耗成因分析；

5)建立技术性降损模型，模型包括专家规则，投资收益及风险计算；

6)建立单项节能技术的技术经济模型

建立并管理各种节能降损技术性措施的实施成本，作为优化决策过程中的参考基准，包括：

①改造措施涉及的范围、规模的描述；

②所需要的资金投入：包括设备、工程所需要的资金；

③改造设备的生命周期；

④建立成本计算模型；

7)设定优化目标及约束并求解，确定优化策略

通过设定优化目标及约束，对所有备选方案进行统一优化计算，得到满足目标和约束的最优方案；

配电网综合节能评估与决策体系设定了降损所需要达到的目标和约束，包括成本控制目标、风险控制目标、投资改造的时间约束和投资改造适用范围的约束，作为对所有备选方案进行统一计算的基础，以得到满足目标和约束的最优方案，具体包括：

①目标管理

所有目标可以设置优先级，可以设定一个或多个目标；

②投资改造的时间约束

设定改造工期的时间约束，以及先后顺序的约束。设定人力资源总量约束、机器设备总量约束；

③投资改造适用范围的约束

包括对于节能降损措施的限制约束与对于改造范围、规模的限制约束；

详细约束为：a)对于某些区域，不准进行投资改造；b)对于某类手段措施的采用限制在某种范围、规模之内；c)对于某些手段，在某些区域必须采用；

当目标及约束设定完成之后，进行综合节能优化方案的求解，在求解过程中，需要针对场景管理工具的初始场景，基于单项技术性降损措施模型，运用潮流/损耗计算工具，对优化组合过程中的电网模型进行损耗数据计算、改造成本、风险数据、收益分析的计算和统计，以获得对优化决策分析过程的支持；

当优化求解并未求得解时，可通过结果查看影响该结果的条件约束，通过松弛约束再求解；

当对于解不满意时，可通过结果查看影响该结果的条件约束，修改相关的目标或者约束重新计算；

8)最后，对最优方案可进行工程施工最优排程，决策方案风险评估，决策方案跟踪分析。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述通过接口访问SCADA及电能量计量计费系统，获得该时间段的历史数据，包括电网的拓扑结构信息及相关用户负荷侧与节能损耗相关的信息，其来源包括：

①配电SCADA：母线、柱上开关、环网柜和电能表；

②生产管理信息系统；

③配电地理信息系统；

④配电变压器监测系统；

⑤负荷管理系统采集的用户节点信息；

⑥计量计费系统采集的小区终端用电的汇集节点信息；

⑦配电网拓扑结构信息；

⑧各配电网一次设备的链接信息；

⑨负荷特性；

⑩电压合格率和谐波含量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述建立技术性降损模型过程中，分析配电网节能降损方法，所能采取的技术性降损措施有：

①馈线改造

变更导线型号：对馈线的线路型号进行改造，变更线路的截面积、绞线方式、导线类型；或增加并列线路运行：对馈线增并列运行线路；

②变压器改造

变压器改造的方式包括增加变压器容量，选取容量更大的变压器型号；选取低耗能的变压器；或根据具体网架结构，有针对性的使用单相变压器，降低改造成本及空载损耗；

③无功补偿

包括根据需要在变电站低压侧母线上配置无功补偿装置；根据需要在馈线及配变低压侧配置无功补偿装置；

④负荷分布改造

根据实际负荷分布状况，进行三相负荷平衡调整，并调整负荷的分布，合理分配负荷；

⑤谐波管理

对谐波进行管理，降低网损。

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