CN104778550A - 一种基于实时运行数据的电网质量分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实时运行数据的电网质量分析方法，包括：通过实时监测当前电网规模及运行状态，获得电网基础数据；根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析。本发明提供的基于实时运行数据的电网质量分析方法，可以有效利用电网运行实时产生的数据，建立全面的评估指标体系实现对电网质量的分析评估，从而实现对电网的合理规划和对电网规划的客观评估。

Description

一种基于实时运行数据的电网质量分析方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于实时运行数据的电网质量分析方法。

背景技术

电网规划是电网建设的重要环节，优秀的电网规划是保证电网安全、稳定、经济运行的有效手段。目前的电网规划工作中，电网规划方案缺乏量化的评价指标，规划实施后难以合理量化实施效果，规划方案对于外部环境变化适应性不足，响应较慢。究其原因，主要集中于在规划过程缺乏坚实的数据基础及在此基础上建立的电网规划指标体系，未能基于实时电网运行数据对电网质量进行分析和对电网规划进行动态调整。

随着电力系统信息化的发展，目前各个电力公司大多具备全业务的信息系统，可以提供海量实时电网运行数据，因此有条件基于海量实时电网运行数据，进行电网质量分析，从而实现对电网的规划活动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于实时运行数据的电网质量分析方法，有效利用电网运行实时产生的数据，建立全面的评估指标体系实现对电网质量的分析评估。

为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种基于实时运行数据的电网质量分析方法，包括：

通过实时监测当前电网规模及运行状态，获得电网基础数据；

根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析。

进一步地，所述评估指标包括设备状态指标，则，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，包括：

根据电网系统的电压等级和设备类型，分别计算变压器和线路的平均负载率，将所述平均负载率与最佳负载率进行比较，以获得电网系统在不同电压等级的不同设备的整体负载状态；

根据各个电压等级的变压器的平均负载率，获得轻载变压器比例，以分析局部变电容量的合理性；

计算各个电压等级的变压器单位变电容量供电量和单位线路长度供电量，获得各个电压等级的变压器的利用效率和输电线路的利用效率；

统计线路损耗的电能和线路首端输出电能，获得电网线路的整体功率损耗情况。

优选地，所述统计线路损耗的电能和线路首端输出电能，获得电网线路的整体功率损耗情况，具体为：

根据每条线路的功率损耗和变电站在每条线路出口的潮流有功功率，通过以下方程计算出每条线路的线损率r_Δpi为：

$r_{\mathrm{\ΔPi}}=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{Pi}}}{P_i}\×100\%$

上式中，Δp_i为线路i的功率损耗；P_i为变电站线路出口潮流有功功率；

当r_Δpi≥r_ΔpM时，则所述线路i的线损率偏高，r_ΔpM为电网最大线损率；

统计线损率偏高的线路数量以及计算出所述线损率偏高的线路数量与总线路数量的比例，获得电网线路的整体功率损耗情况。

进一步地，所述评估指标包括基础运行指标，则，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，包括：

根据各级电网的最大负荷与分片最大负荷之和的比值，获得各级电网负荷的同时率；

将电网的系统有功功率与系统视在功率的比值，作为电网的功率因数；

统计网点或者母线的实际运行时的电压值超出规定的电压允许偏差的累计运行时间与总监测时间的比值，获得电压合格率；

统计网点或者母线的实际运行时的频率值超出规定的频率允许偏差的累计运行时间与总监测时间的比值，获得频率合格率。

进一步地，所述评估指标包括负荷预测指标，则，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，包括：

根据电网中的变压器的数量、电网结构和变压器安全运行率，确定电网变压器的综合负载率。

进一步地，所述评估指标包括平衡校验指标，则，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，包括：

在电网系统并列运行中的一个或多个元件无故障断开或者严重故障切断时，通过线路校验和主变校验判断电网的供电持续性；

计算各个电压等级的变压器最大负荷日的变电总容量与电网系统年度最大有功负荷的比值，以判断各个电压等级的变压器的变电容量的裕度是否合适；

在电网系统并列运行中的一个元件无故障断开或者严重故障切断时，通过以下方程计算出各个线路的负荷转移率η_l：

${\mathrm{\η}}_l=\frac{|P_l-\stackrel{\‾}{P_l}|}{P_l}\×100\%$

上式中，P_l和分别为一个元件无故障断开或者严重故障切断时线路l的负荷潮流和传输容量。

进一步地，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，还包括：

在电网系统发生故障时，检测负荷的可转移路径；

通过以下方程计算出各个可转移路径i的负荷容量Ti：

$T_i=\underset{j=1}{\overset{\mathrm{nl}}{\mathrm{\Σ}}}(\stackrel{\‾}{P_j}-P_j)$

上式中，和P^j分别为线路j的传输容量和负荷潮流。

本发明实施例提供的基于实时运行数据的电网质量分析方法，以电网实时运行数据为基础，建立基于科学计算的电网质量分析体系，以海量的数据以及严谨的评估指标对电网的设备现状、技术指标和运行状态进行评估分析，获取电网的质量报告，掌握当前电网规划与规划目标的符合程度，从而促进电网规划过程的标准化与精细化，辅助电网规划决策分析。

附图说明

图1是本发明提供的基于实时运行数据的电网质量分析方法的一个实施例的步骤流程图。

图2是本发明实施例提供的基于实时运行数据的电网质量分析模型的一种示意图。

图3是本发明实施例提供的方法对设备状态指标进行评估分析的一种实现方式的步骤流程图。

图4是本发明实施例提供的方法对基础运行指标进行评估分析的一种实现方式的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本发明提供的基于实时运行数据的电网质量分析方法的一个实施例的步骤流程图。

具体地，所述的基于实时运行数据的电网质量分析方法，包括以下步骤S1～S2：..

步骤S1：通过实时监测当前电网规模及运行状态，获得电网基础数据。

步骤S2：根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析。

具体实施时，所有评估分析过程均以电网实时运行数据为基础，通过模型数据获取当前电网规模及状态，通过历史数据分析产生规划过程参数，通过现状数据分析进行电网规划过程，并基于电网基础数据生成评估指标体系中的各类指标，为整个电网质量分析过程提供坚实的数据支撑。

由于所有的评估指标均以科学计算结果为依据，整个电网质量分析方法不存在主观因素。

在本实施例中，海量实时电网基础数据主要包括模型数据与实时数据。具体地，模型数据包括电厂参数、变电站参数、机组参数、变压器参数、线路参数等；实时数据则可以涵盖省地两级各电压等级下的数据，包括机组有功、发电机有功、线路有功等各类规划过程中需要的参数。

本实施例以海量的实时电网运行数据为基础，利用所述步骤S2生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析。

如图2所示，是本发明实施例提供的基于实时运行数据的电网质量分析模型的一种示意图。

具体实施时，影响电网质量的各个因素主要包括设备状态、基础计算、负荷预测、平衡计算、工程管理和规划成果等，以上的各个影响因素可以基于海量的电网运行数据进行实时调整，从而使得电网的运行质量更优。

因此，相应地，本实施例中的评估指标主要包括设备状态指标、基础运行指标、负荷预测指标、平衡校验指标等。

在一种可实现的方式中，当所述评估指标为设备状态指标时，本发明实施例提供的电网质量分析方法将对电网设备的平均负载率、电网设备的利用效率、以及电网整体功率损耗情况进行计算与分析。

在电网设备中，变压器和线路是重要的电网设备，其设备利用率在某种程度上决定了电网的设备利用是否合理。

参看图3，是本发明实施例提供的方法对设备状态指标进行评估分析的一种实现方式的步骤流程图。

具体地，所述评估指标包括设备状态指标，则所述步骤S2主要包括以下步骤S21～S24：

步骤S21：根据电网系统的电压等级和设备类型，分别计算变压器和线路的平均负载率，将所述平均负载率与最佳负载率进行比较，以获得电网系统在不同电压等级的不同设备的整体负载状态。

步骤S22：根据各个电压等级的变压器的平均负载率，获得轻载变压器比例，以分析局部变电容量的合理性。

变压器的平均负载率在一定程度上能反映变压器的运行状况，在实践上变压器运行的最佳负载率一般在60％～70％。当变压器的平均负载率远低于最佳负载率进行运行时，表明变压器的备用容量大、安全性较好，但此时的变压器的利用效率(经济性)就相对较差。

相应地，线路的平均负载率同样能够反映电网线路传输的运行状况。

具体实施时，变压器、线路的负载率大小其受所在地区的负荷密度、负荷特性的影响，且与自身电压等级、输电或变电容量相关，因此不同的变压器或线路负载情况差异较大。年均负载率可以反映某一地区当年某一电压等级的变压器或线路的整体负载情况，其在不同电压等级的表征意义相同，如：220kV(千伏)或110kV平均负载率分别反映了电网的220kV或110kV设备的利用情况。

平均负载率指标主要是评估各单项工程(包括变电工程、输电工程、输变电工程)是否能及时发挥作用。可将评估周期设为一年，即在当年评估上一年度完成的单项工程的电网质量情况。

具体地，在计算平均负载率时，通常需要分电压等级、分设备计算。通常以220kV或110kV的变压器或线路作为目标电网设备。因此，平均负载率可以包括220kV变压器平均负载率、110kV变压器平均负载率、220kV线路平均负载率、110kV线路平均负载率4个子指标。

其中，对于变压器平均负载率，以220kV变压器平均负载率为例，取所有已完成单项工程的220kV变压器总供电量与总变电容量的比值作为220kV变压器的平均负载率A1：

A1＝a1/(b1×c1)          (1)

式(1)中：a1为评估周期内单项工程的220kV变压器总供电量；b1为评估周期内单项工程的220kV变压器总变电容量；c1为评估周期内设备的运行小时数。

同理，110kV变压器平均负载率的计算方法与方程(1)类似。

进一步地，可以将评估周期内需考核的所有已完成单项工程的220kV线路总输电量与总输电容量的比值，作为220kV的线路平均负载率。具体地，在单项工程中，可以通过方程(2)计算出220kV的线路平均负载率A2：

A2＝a2/(b2×c1)        (2)

式(2)中：a2为评估周期内单项工程的220kV线路总输电量；b2为评估周期内单项工程的220kV线路的额定输电容量之和；c1为评估周期内设备的运行小时数。其中，线路的额定输电容量是指其经济输送容量。110kV的线路平均负载率的计算与方程(2)类似。

步骤S23：计算各个电压等级的变压器单位变电容量供电量和单位线路长度供电量，获得各个电压等级的变压器的利用效率和输电线路的利用效率。在本实施例中，单位变电容量供电量用于表征各电压等级变电设备的利用效率；单位线路供电量是表征输电线路利用效率的指标，分电压等级计算。输电线路的资产值与其长度相关，采用单位线路长度供电量更能体现线路的资产利用效率。单位线路输送电量越大，线路利用效率越高。

具体地，设A3表示220kV变压器单位变电容量供电量，则有：

A3＝a3/b3          (3)

式(3)中：a3为评估周期内所有220kV变压器总供电量；b3为220kV变压器的总变电容量。同样可以计算110kV变压器单位变电容量供电量。

设A4表示220kV单位线路长度供电量，则有：

A4＝a4/b4         (4)

式(4)中：a4为评估周期内所有220kV线路总输电量；b4为220kV线路长度之和。同样可以计算110kV单位线路长度供电量。

当参数A3的值越大，表明220kV电压等级的变压器的利用效率越高；参数A4的值越大，表明220kV输电线路的利用效率越高；反之亦反。

步骤S24：统计线路损耗的电能和线路首端输出电能，获得电网线路的整体功率损耗情况。具体实施时，电网线路的整体功率损耗情况主要反映在线损率上。通常情况下配电网各个元件设备所产生的一定数量的电能损耗称为线路损耗简称线损。

具体地，本发明实施例将线路上所损失的电能占线路首端输出电能的百分比作为线路损失率，简称线损率。在电网规划的质量分析过程中，也可以将线路上的功率损耗占线路出口潮流有功的百分比作为线损率。

线损率的高低是电网规划设计水平、生产技术水平和管理水平的综合反映。本实施例提供的质量分析方法主要从功率线损整体情况和是否偏高两个角度，分析电网线损水平，包括两部分内容，一是通过潮流计算电网的平均线损率，主要考虑线路和变压器的功率损耗；二是在统计线路线损率分布的基础上，对线路线损率偏高情况进行汇总。

进一步地，所述步骤S24具体为：

根据每条线路的功率损耗和变电站在每条线路出口的潮流有功功率，通过以下方程计算出每条线路的线损率r^Δpi为：

$r_{\mathrm{\ΔPi}}=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{Pi}}}{P_i}\×100\%---\left(5\right)$

上式(5)中，Δp_i为线路i的功率损耗；P_i为变电站线路出口潮流有功功率；当r_Δpi≥r_ΔpM时，则所述线路i的线损率偏高，r_ΔpM为电网最大线损率；统计线损率偏高的线路数量以及计算出所述线损率偏高的线路数量与总线路数量的比例，获得电网线路的整体功率损耗情况。

进一步地，可以计算出电网中所有线路(假设为n条)的平均线损率为：

$A_{\mathrm{pjxsl}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{P}_i}{n}\×100\%---\left(6\right)$

以及线损率偏高的线路所占比例为：

其中，A_xlspg的值越大表明电网运行的整体功率损耗越多，经济性越差。

需要说明的是，本实施例并未对以上步骤S21、步骤S23与步骤S24之间先后顺序关系进行限定，在具体实施时，可以根据实际需要调整计算、分析的先后顺序或同时执行多个步骤。同样，本实施例在下文中未对所述方法中所涉及的各个步骤的先后顺序进行限定。

此外，本实施例在分析电网运行的设备状态指标时，还可进一步通过量化电网中设备的负载情况，考察电网设备是否处于良好的运行状态。具体地，可以将设备的实时负载值与设备的额定负载容量进行比较，获得电网处于最大运行状态时的设备利用率。

以变电站和线路为例进行说明，分别计算变电站主变压器和线路的平均负载率，即为变电站主变压器和线路的利用率为R_bdzh、R_xl，再根据两者的重要程度和负载技术要求设定权重大小分别为γ_bdzh、γ_xl，最后进行加权求和，获得设备利用率：

A_lyl＝R_bdzh×γ_bdzh+R_xl×γ_xl    (8)

由于采用“平均值”的计算方式可能掩盖电网中存在部分问题或隐患，因此，可以采用上述方程(8)对各级(220kV、110kV、35kV等)的变电站主变压器、各种(220kV、110kV、35kV等)线路的利用率进行计算，从而克服传统的平均值计算方式的缺陷。

在又一种可实现的方式中，在本发明实施例提供的基于实时运行数据的电网质量分析方法中，所述评估指标进一步包括基础运行指标。各种参量的基础运行指标是指，以海量实时电网运行数据进行基础计算，为电网质量分析以及电网规划提供现状中间量数据支撑，发现海量数据之间的关联关系并评估电网运行现状。具体实施时，各类基础运行指标可以包括但不限于各级设备同时率，功率因素、平衡负载率、电压合格率、频率合格率、暂态校验、短路容量校验等。

参看图4，是本发明实施例提供的方法对基础运行指标进行评估分析的一种实现方式的步骤流程图。则所述步骤S2还包括以下步骤S41～S44：

步骤S41：根据各级电网的最大负荷与分片最大负荷之和的比值，获得各级电网负荷的同时率。

具体实施时，不同等级的电网设备同时率计算会有所差异，例如：

分片级同时率＝(分片最大负荷-220专变)/县公司最大负荷之和；

市级同时率＝(市公司最大负荷-220专变)/县公司最大负荷之和；

分部级同时率＝分部最大负荷/市公司最大负荷之和；

省级同时率＝全省最大负荷/市公司最大负荷之和。

步骤S42：将电网的系统有功功率与系统视在功率的比值，作为电网的功率因数。功率因数是电网质量评价的一项重要因素，可以采用表示，其具体可以采用以下方程进行计算：

步骤S43：统计网点或者母线的实际运行时的电压值超出规定的电压允许偏差的累计运行时间与总监测时间的比值，获得电压合格率，其具体计算方程为：

其中，额定电压在10kv及以下的电压波动允许值为2.5％；额定电压在35kv～110kV的电压波动允许值为2％；额定电压220kV及以上的电压波动允许值为1.6％。+

步骤S44：统计网点或者母线的实际运行时的频率值超出规定的频率允许偏差的累计运行时间与总监测时间的比值，获得频率合格率，其具体的计算公式为：

其中，我国的电网频率正常为50Hz，当电网容量为300万千瓦以下时，频率允许偏差为±0.5Hz；当电网容量为300万千瓦以上(含)时，频率允许偏差为±0.2Hz。

进一步地，本发明实施例还进一步对电网系统的暂态稳定性、短路容量进行校验。在电网运行中必须同时保证同步运行稳定、频率稳定和电压稳定。电力系统稳定性按我国现行标准分类可分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定，电力系统稳定性破坏后会造成极其严重的后果。短路容量校验主要是在电力系统中某点发生短路时，监测短路电流的水平，包括短路电流的周期、非周期分量数值和恢复电压上升陡度等。短路容量反映了该节点带负荷的能力和电压稳定性以及该点与电力系统电源之间联系的强弱。短路容量与整个系统的容量成正比，随着系统容量的扩大，短路容量的也同时增大。

负荷是指电力需求量(功率)或用电量。

在又一种可实现方式中，所述评估指标包括负荷预测指标。负荷预测属于中长期负荷预测研究范畴，负荷预测是根据电力系统的运行特性、增容决策、自然条件与社会影响等诸多因素，在满足一定精度要求的条件下，确定未来某特定时刻的负荷数据。负荷预测是从预测对象来看，电力的负荷预测包括对未来电力需求量(功率)的预测、对未来用电量(能量)的预测和对负荷曲线的预测。

基于准确的负荷预测可以获得以下有益效果：合理地安排电力系统内部发电机组的启停；保持电网运行的安全稳定性；减少不必要的旋转储备容量；合理安排机组检修计划；保持社会的正常生产和生活；有效降低发电成本；提高经济效益和社会效益。

具体地，所述步骤S2还包括：根据电网中的变压器的数量、电网结构和变压器安全运行率，确定电网变压器的综合负载率。负载率可以定义为变压器所带负荷的视在功率与其变电容量之比。实践中负载率的取值大小与变压器的台数、电网结构及经济运行情况等因素有关。当运行台数一定时，其取值主要是在变压器在“N-1短时故障”情况下，即只取一个元件出现断开或者故障的情况，确保其余主变压器安全运行的最大允许运行率。也即容载比中提到的变压器的安全运行率。

不同变压器台数下的负载率取值不同。例如，2台变压器的负载率为50％-65％，3台变压器的负载率为67％-87％，4台变压器的负载率为75％-100％。其值为:

式(12)中：变压器实际最大负荷是一段时间内，该主变压器在正常运行方式下出现的最高负荷，按SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制)系统每15min获得1个测量值进行统计，非正常方式下出现的数据(如站内有一台主变压器检修或故障停运、系统进行倒负荷操作等)应该剔除。国内外对于T的取值有着不同的两种观点和做法：一种是认为T的取值越大越好，称为高负载率；另一种则相反称之为低负载率。在正常供电方式下项目投产年份变电站综合负载率，需要在现状负荷基础上，考虑综合负荷某一比例(如8％)的负荷年增长及大用户负荷。

进一步地，所述评估指标包括平衡校验指标，则，所述步骤S2，包括：

a.在电网系统并列运行中的一个或多个元件无故障断开或者严重故障切断时，通过线路校验和主变校验判断电网的供电持续性。当电网系统中的元件或设备发生故障时，切断故障元件或设备后，整个主系统仍能稳定运行且不会导致其他元件超过规定的事故允许的偏差要求，则可判断当前的电网规划质量符合要求。

本实施例可以只取一个元件出现断开或者故障的情况作为评定电网供电连续性好坏的指标，也称为N-1校验。根据N-1校验的元件不同，供电连续性分为线路N-1校验和主变压器N-1校验。其中，线路N-1校验是指在并列运行的多条输电线路中的任一条断开时，不会导致其他线路超过事故过负荷规定，也不会发生频率和电压的崩溃；主变压器N-1校验是指在平列运行多台主变中的任意一台退出运行的时候，不会导致主系统非同步运行，同样不会发生频率和电压崩溃的情况。

具体实施时，可以通过对线路N-1校验和主变压器N-1校验的各种情况进行评分，根据最终的评分值来判定电网结构的质量。例如，主变压器的负荷过载量为P，主变压器故障指标分值为Al，线路故障引发的分值kAl(最高分值为50分)，通过公式K＝1+0.5L/100(L为故障线路长度)，计算电网的主变压或线路可靠性分析的分值，详见表1。若网络结构薄弱，则在可靠性分析得分的基础上再增加10分。例如存在110千伏网络长藤结瓜严重，供电结构不清晰，供电距离长，电压质量不合格等现象可认定为网络结构薄弱区域。故障方式下电源送出配套项目中过载损失电源所得分值取损失负荷所得分值的220％。

表1 主变压器或线路过载故障的可靠性指标分值

可靠性指标值	I档	II档	III档	IV档
					过载量P(万千瓦)	≥10％	6-10	3-6	3以下
分值A	60-80	40-60	20-40	0-20

I档：主变压器或线路N-1后，考虑转供能力后损失负荷大于10万千瓦，或考虑到转供后仍构成一般电网事故。

II档：主变压器或线路N-1后，考虑转供能力后损失负荷大于地区负荷的10％，或损失负荷大于6万千瓦。

III档：不能满足N-1校核，在主变压器或110千伏线路N-1时，损失负荷大于3万千瓦。

IV档：不能满足N-1校核，在主变压器或110千伏线路N-1时，损失少量负荷。

b.计算各个电压等级的变压器最大负荷日的变电总容量与电网系统年度最大有功负荷的比值，以判断各个电压等级的变压器的变电容量的裕度是否合适。

具体实施时，可以采用容载比来衡量变电容量是否合理、变电容量的裕度是否合适，以合理控制电网规模。容载比是电网各电压等级供电能力与实际负载的对比指标。以220kV变压器为例，其容载比可以通过以下方程进行计算：

A6＝a6/b6      (13)

式(13)中：a6为最大负荷日的220kV变电总容量；b6为系统年度最大有功负荷。

c.在电网系统并列运行中的一个元件无故障断开或者严重故障切断时，通过以下方程计算出各个线路的负荷转移率η_l：

${\mathrm{\η}}_l=\frac{|P_l-\stackrel{\‾}{P_l}|}{P_l}\×100\%---\left(14\right)$

上式中，P_l和分别为一个元件无故障断开或者严重故障切断时线路l的负荷潮流和传输容量。

负荷转移率及其引起电网系统的负荷变化情况可以评价电网运行的灵活性。分析的元件故障主要包括线路故障和变电站故障两种类型，以得到与地区电网的转供负荷能力有关的指标。

具体地，当系统发生故障而需要转移负荷时，可供选择的电源点数量也是一个衡量电网供电灵活性的指标，以此来表示节点的负荷转移路径数量。可供选择的电源点越多，说明电网供电的灵活性越好。

进一步地，所述步骤S2还包括：

d.在电网系统发生故障时，检测负荷的可转移路径；

e.通过以下方程计算出各个可转移路径i的负荷容量Ti：

$T_i=\underset{j=1}{\overset{\mathrm{nl}}{\mathrm{\Σ}}}(\stackrel{\‾}{P_j}-P_j)---\left(15\right)$

上式中，和P_j分别为线路j的传输容量和负荷潮流。

在本实施例中，除了以上各个评估指标，本发明还可以进一步测量电网的电力电量是否平衡。

整个电力系统中各个电站如何配合运转、供电条件随时间的变化情况以及各发电厂机组进行检修的时间和负担全系统负荷备用、事故备用等情况的工作称之为电力电量平衡，其目的是根据系统负荷要求对已建成的和正在规划、设计中的水、火电站的容量和发电量进行合理设计，使各个变电站在规定的设计负荷水平年中达到容量和电量的全面平衡。

具体地，电力系统的电力平衡主要是研究拥有的发电设备生产能力应满足电力用户的需要，其主要涉及的影响参数包括：

(1)电力系统发电最大负荷

通过负荷预测，确定出计划期内各水平年的电力系统发电最大负荷。

(2)电力系统的需求容量

电力系统所需的发电设备容量，一般应满足系统发电最大负荷和电力系统运行需要的备用容量(负荷，事故，检修)。所谓系统的需求容量，即指满足负荷需求的工作容量P_m加上系统需要的备用容量N_b，其表示关系为：N_y＝P_m+N_b。

(3)电力系统的装机容量

在电力系统中，水电厂的水库在汛期可能有弃水，为利用这部分弃水，有时在水电厂内额外增加一部分容量，这部分容量被称为重复容量或季节容量，用N_z表示。但这部分容量并不参加容量平衡，因为它是在丰水期利用弃水来发电的，而在枯水期由于水量不足则不能实现，因此，电力系统的装机容量N_x可调整为N_x＝N_c+N_z。一般情况下，系统所需装机容量为系统发电最大负荷及备用容量之和。电力系统的电量平衡中，水电厂的发电量采用平水年的电量，但必须按枯水年电量进行校验。

具体地，在测量电力系统的电量是否平衡时，需要测量的数据包括：确定(预测)电力系统的需要发电量；按枯水年及平水年计算出电厂的年发电量，电量平衡中用平水年的电量进行平衡，用枯水年的电量进行校核；将系统需要的发电量减去水电厂发电量及其他电源发电量，即为系统火电发电量；根据火电年底装机容量和当年新增容量，计算出火电年平均装机容量；火电年发电量除以火电年平均装机容量，即得火电装机利用小时数，电量平衡通常也用表格形式进行分析计算。

(4)变电容载比

变电容载比是指在某一电压等级中，变电容量在满足供电可靠性基础上与对应的最大负荷(kW)之比。电网的容载比推荐值为1.8-2.1，其影响因素包括电网同时率、变压器安全运行率、平均功率因素和负荷发展储备系数等。其中，单个变电站容载比的计算公式为：

$K_s=\frac{K_4}{K_2{K}_3}---\left(16\right)$

式(16)中，K_s为单个变电站的容载比，K2为变电站的平均功率因素，K3为变压器的安全运行率，K4为负荷发展储备系数。容载比合理取值的关键在于如何有机地结合电网的不同特点，确定上述三个参数的合理取值。

在本实施例中，在进行电网运行质量评估分析后，可以利用以上各个评估指标对电网进行合理规划，客观、有效地进行工程管理和评估规划成果。

其中，在电网工程管理时，主要涉及两个评价指标，分别为新增单位变电容量增供电量和新增单位线路长度供电量。

具体地，新增单位变电容量增供电量是增量指标，表征不同电压等级新增变电容量的供电效率。设A7表示220kV新增单位变电容量增供电量，则有：

A7＝a7/b7         (17)

式(17)中：a7为220kV变压器当年比上年度增供电量；b7为新增220kV变电容量之和。

新增单位线路长度供电量是增量指标，表征不同电压等级新增线路的供电效率。通过增量指标可以体现电网新增设备的运行情况，合理引导和规范电网设计。设A8表示220kV新增单位线路长度增供电量，则有：

A8＝a8/b8         (18)

式(18)中：a8为220kV线路当年比上年度增供电量；b8为新增220kV线路长度之和。

在评估电网规划成果时，主要涉及规划变机比、规划机荷比、规划同时率、规划容载比、N-1通过率等参数。其中：

变机比为某电压等级公用降压变电容量与统调电源装机容量的比值。该参数主要针对于最高电压等级的电网，一般应用于330kV及以上电网，考虑合理的负载率及适当的旋转备用率，变机比合理取值范围为1.5-1.6。若500kV变机比偏大，则500kV降压变容量配置富余，500kV容载比也偏大；若500kV变机比偏小则500kV装机较富余。

机荷比定义为某评估区域内电源总装机与全社会最大负荷的比值，体现全网的电力平衡情况。按综合线损率取7％，旋转备用率取15％-25％，若机荷比达到1.2-1.4，该区域内电力基本能自我平衡。机荷比小于1.2，一般需要从区外受电；机荷比大于1.4，可以向区外送电。

规划同时率，体现各电压等级在电网发展中的定位不同，电压等级越低的电网承担电能消纳的职能越重。相邻电压等级的负荷比、变配电容量比、线路长度比、变电站座数比一般按电压等级从高到低呈现金字塔结构。通过统计500kV与220kV的电网负荷的比值，可以考察电源与负荷的分层布局情况。500kV与220kV负荷比应为0-1，该值越趋近于1，说明220kV层面电源装机越少，从500kV电网下载的负荷越多，需要的500kV降压变电容量越多；该值越趋近于0，说明220kV层面电源装机越多，从500kV电网下载的负荷越少，需要的500kV的降压变电容量越少，电网的分层布局相对合理。

规划容载比在本实施例中是指平均主变容量与负荷之比，而负荷可以采用以下方程进行计算：

N-1通过率在本实施例中用以检验电网结构坚强度和是否满足第一级安全稳定标准要求，可分为无故障的N-1通过率、单一元件故障的N-1通过率。按不采取切机切负荷等稳定控制措施来统计，目标值为100％。无故障的N-1通过率即静态安全分析时的N-1通率，要求正常运行方式下任一元件无故障断开，应能保持电力系统的稳定运行，且不致使其他元件超过规定的事故过负荷和电压允许偏差的要求。单一元件故障的N-1通过率即满足第1级安全稳定标准的N-1通过率，正常运行方式下电力系统受到单一元件故障扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，必须保持电力系统稳定运行和电网的正常供电，其他元件不发生超过规定的事故过负荷能力，不发生连锁跳闸。要求N-1通过率一般应达到100％，不排除网架特别薄弱地区低于100％，需要采取稳定控制措施来满足要求。

本发明实施例提供的基于实时运行数据的电网质量分析方法，以电网实时运行数据为基础，建立基于科学计算的电网质量分析体系，以海量的数据以及严谨的评估指标对电网的设备现状、技术指标和运行状态进行评估分析，获取电网的质量报告，掌握当前电网规划与规划目标的符合程度，从而促进电网规划过程的标准化与精细化，辅助电网规划决策分析。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于实时运行数据的电网质量分析方法，其特征在于，包括：

通过实时监测当前电网规模及运行状态，获得电网基础数据；

根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析。

2.如权利要求1所述的基于实时运行数据的电网质量分析方法，其特征在于，所述评估指标包括设备状态指标，则，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，包括：

根据电网系统的电压等级和设备类型，分别计算变压器和线路的平均负载率，将所述平均负载率与最佳负载率进行比较，以获得电网系统在不同电压等级的不同设备的整体负载状态；

根据各个电压等级的变压器的平均负载率，获得轻载变压器比例，以分析局部变电容量的合理性；

计算各个电压等级的变压器单位变电容量供电量和单位线路长度供电量，获得各个电压等级的变压器的利用效率和输电线路的利用效率；

统计线路损耗的电能和线路首端输出电能，获得电网线路的整体功率损耗情况。

3.如权利要求2所述的基于实时运行数据的电网质量分析方法，其特征在于，所述统计线路损耗的电能和线路首端输出电能，获得电网线路的整体功率损耗情况，具体为：

根据每条线路的功率损耗和变电站在每条线路出口的潮流有功功率，通过以下方程计算出每条线路的线损率r_Δpi为：

$\mathrm{r\ΔPi}=\frac{\mathrm{\ΔPi}}{P_i}\×100\%$

上式中，Δp_i为线路i的功率损耗；P_i为变电站线路出口潮流有功功率；

当r_Δpi≥r_ΔpM时，则所述线路i的线损率偏高，r_ΔpM为电网最大线损率；

统计线损率偏高的线路数量以及计算出所述线损率偏高的线路数量与总线路数量的比例，获得电网线路的整体功率损耗情况。

4.如权利要求1所述的基于实时运行数据的电网质量分析方法，其特征在于，所述评估指标包括基础运行指标，则，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，包括：

根据各级电网的最大负荷与分片最大负荷之和的比值，获得各级电网负荷的同时率；

将电网的系统有功功率与系统视在功率的比值，作为电网的功率因数；

统计网点或者母线的实际运行时的电压值超出规定的电压允许偏差的累计运行时间与总监测时间的比值，获得电压合格率；

统计网点或者母线的实际运行时的频率值超出规定的频率允许偏差的累计运行时间与总监测时间的比值，获得频率合格率。

5.如权利要求1所述的基于实时运行数据的电网质量分析方法，其特征在于，所述评估指标包括负荷预测指标，则，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，包括：

根据电网中的变压器的数量、电网结构和变压器安全运行率，确定电网变压器的综合负载率。

6.如权利要求1所述的基于实时运行数据的电网质量分析方法，其特征在于，所述评估指标包括平衡校验指标，则，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，包括：

在电网系统并列运行中的一个或多个元件无故障断开或者严重故障切断时，通过线路校验和主变校验判断电网的供电持续性；

计算各个电压等级的变压器最大负荷日的变电总容量与电网系统年度最大有功负荷的比值，以判断各个电压等级的变压器的变电容量的裕度是否合适；

在电网系统并列运行中的一个元件无故障断开或者严重故障切断时，通过以下方程计算出各个线路的负荷转移率η_l：

${\mathrm{\η}}_l=\frac{|P_l-\stackrel{\‾}{P_l}|}{P_l}\×100\%$

上式中，P_l和分别为一个元件无故障断开或者严重故障切断时线路l的负荷潮流和传输容量。

7.如权利要求6所述的基于实时运行数据的电网质量分析方法，其特征在于，所述根据所述电网基础数据生成多个评估指标，并根据所述多个评估指标对电网质量进行分析，还包括：

在电网系统发生故障时，检测负荷的可转移路径；

通过以下方程计算出各个可转移路径i的负荷容量Ti：

$T_i=\underset{j=1}{\overset{\mathrm{nl}}{\mathrm{\Σ}}}(\stackrel{\‾}{P_j}-P_j)$

上式中，和P_j分别为线路j的传输容量和负荷潮流。