CN106548275A - 一种区域配电网差异化能效分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了本发明公开了一种区域配电网差异化能效分析系统，包括差异化能效评估及得分计算第一系统，导线能效特性评估第二系统和配变能效特性评估第三系统。本发明在传统的技术上完善了指标评价体系，采用了差异化配电网能效分析方法，在能效分析计算中采用了主成分分析法和熵权法等计算方法，使得能效评价的结果更加准确科学。能效评分结果更具有指导意义，能够通过不同层次的得分结果很直观的确定电网能效管理的薄弱环节。丰富了电网能效评价方法，增加了配变能效特性和导线能效特性评估，为电网规划设计改造提供了强有力的数据支撑。

Description

一种区域配电网差异化能效分析系统
技术领域
本发明涉及电网能效分析技术领域，具体为一种区域配电网差异化能效分析系统。
背景技术
电力系统各环节中，配电网网络结构复杂，线损较高，可靠性差，在能效提升方面具有较大的空间。区域配电网的能效等级是电力企业一项重要的综合性技术经济指标，反映了电网的规划设计、生产技术和运营管理水平。随着电力体制改革的日益深化，电网运行是否经济，供用电管理技术水平是否科学等，这些都涉及到电网企业的运营成本和全社会的整体经济效益。因此，提高电网能效是电力部门在节约能源方面的重要任务，需要构建一套科学的能效评价体系和评价方法，找出电网建设管理的薄弱环节，进行电网节能改造降低线损。
发明内容
针对现有技术中配电网能效分析中存在的问题和不足，本发明提供了一种对其进行补充完善，使配电网能效分析系统更加科学、更加全面的评价体系和评价方法，能够对不同的供电区域进行差异化的能效评价。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：本发明采用的技术方案为：区域配电网差异化能效分析系统，包括差异化能效评估及得分计算第一系统，导线能效特性评估第二系统和配变能效特性评估第三系统。
静态评估是系统在不考虑负荷情况下，对设备级和系统级静态元件参数进行评价。
动态评估是动态评估是指在电网实际运行状态下，基于实测负荷曲线，对配电线路、配变和台区的运行指标进行评估。
系统整体采用B/S架构，前端使用javascript和Flex技术实现，后端采用JAVA EE技术。
考虑到前端展示的复杂性与重要性，定向区域配电网差异化能效分析系统前端将使用RIA（Rich Internet Application）技术。具体采用了两种方案：一是基于AJAX技术的ExtJS 4.1，二是基于Adobe Flash技术的Flex 4.6。这两种方式都将运行在浏览器中，对于使用JavaScript和CSS技术的ExtJS，浏览器无需安装任何插件，但基于Flash技术的Flex则需要浏览器安装Flash Player插件。
后端将统一采用纯JAVA技术，所有应用模块均跑在JVM的中间件中。由于应用只使用了JSR标准的Servlet技术，所以可以运行在Tomcat 7和WebLogic 10g上。所有数据库相关的持久化操作将通过ORM引擎Hibernate进行，实体关系映射将统一采用JPA的Annotation标注。MVC框架将采用Struts2实现。Action的注册配置信息也将采用Annotation标注的方式。View部分使用Freemarker通过模板的方式实现。依赖注入组件将采用Spring进行实现。Bean的注册也将采用Annotation标注的方式。前后端之间通讯有两种方式：对于Flex的RIA，使用BlazeDS进行通讯，对于ExtJS的RIA，采用同步或异步的AjaxRequest进行通讯。
所述的差异化能效评估及得分计算第一系统，基于《GB31367中低压配电网能效评估导则》标准构建了能效评估的指标体系，包括A、B、C和P四层指标，共47个指标。系统内置了P层得分的计算标准，可以对不同供电区域的电网单项指标进行评价，而A\B\C层的指标得分系统采用了层次分析法逐层进行计算。通过总体得分和各层的得分情况，能够很快的判定出电网建设和运行管理的薄弱环节。
计算流程如下所示：1、构建电网模型；2、录入电网运行数据；3、根据评分标准计算P层指标得分；4、采用熵权法和主成分分析法计算C层得分；5、采用层次分析法计算B层和A层得分；6、计算综合评价分值。
详细步骤如下：
1）构建电网模型
系统支持人工或自动配电网的模型构建，电网模型的主要内容包括有电网的拓扑连接关系和设备铭牌值参数。
2）录入电网运行数据
录入电网设备的电压、电流和电量运行数据。
3）根据评分标准计算P层指标得分
设A层有n1=2（k=1,n1）一级指标，B层有n2=7（m=1，2，…n2）个二级指标，C层有n3=14（n=1,2,…n3）个三级指标，P层有n4=47（j=1,2,…n4）个四级指标。由于C层指标中的损耗指标是综合指标，不对应具体降损措施，对于由配电网降损潜力综合评价结果确定降损区域没有意义，因此评价过程中不考虑损耗指标。
对P层四级指标中第j个指标,记为(表示第个一级指标中对应第m个二级指标中对应第n个三级指标对应的第个四级指标)，收集基础数据，依据各项指标评估打分标准进行打分，得到各项指标分值，依据该指标的评价得分判定该指标的评价结果；
P层的评分标准系统内置了一套数据，支持用户根据电网实际建设情况对评分标准进行调整，评分标准可以按照A+~E不同供电区域进行设定。
4）采用熵权法和主成分分析法计算C层得分
对C层的第n个三级指标，记为（表示第个一级指标中对应的第m个二级指标中对应的第n个三级指标），计算该三级指标的评价得分。
＝，其中表示通过熵权法得到的C层第n个指标得分，表示通过主成分分析法得到的C层第n个指标得分。依据熵权法确定P（第四）层指标的权重，则；依据主成分分析法计算（q为第个P层指标中主成分的个数，为主成分对应的贡献率）。
5）利用层次分析法确定B层和A层指标评价分值
对B层的第m个二级指标，记为（表示第个一级指标中对应的第m个二级指标），计算该指标的评价得分，，表示第n个C层指标的权重，，其中、、由层次分析法得到。依据该指标评价得分判定该二级指标的评价结果。
A层指标为一级指标，包括技术线损a1和管理线损a2两个指标，由于管理线损不便于操作，实际评估中不予以考虑，因此A层指标只有技术线损指标a1，也就是说一级指标只有一个。计算（第个一级指标）的评价分指，＝=Fi（k=1），依据指标得分判定该一级指标评价结果。
6）计算综合评价分值
计算综合评价分值（为一级指标的个数），依据综合评价得分判定该区域降损潜力大小。
由于不考虑管理线损，一级指标实际只有一个，即。因此，目标区域综合评价分值实际等于A层指标评价分值，计算公式为：
所述的导线能效特性评估第二系统，实现了对导线的能效特性进行计算。导线损耗率及电压损失随着负荷及输送距离变化而呈现固有的特性图表，称其为导线能效特性。通过此功能，能够了解每种型号线路的特性，为电网规划改造提供数据支撑。
所述的导线能效特性评估计算公式为：
k —线路附加损耗系数
—导线单位长度电阻，Ω/km
—线路长度，km
—线路首端平均功率,kW
—线路首端电压,kV
—线路平均功率因数
所述的配变能效特性评估第三系统，是对配电变压器能效特性进行计算。配变损耗率随着负载系数变化而呈现固有的特性图表，称其为配变能效特性。通过此功能，能够了解每种型号配变的损耗特性，为电网规划改造提供数据支撑。
所述的配变能效特性评估计算公式为：
—空载损耗，单位kW
—短路损耗，单位kW
—负载系数
—负荷波动系数
—无功经济当量
—空载电流百分值
—短路电压百分值
—平均功率因数
有益效果：本发明在传统的技术上完善了指标评价体系，采用了差异化配电网能效分析方法，在能效分析计算中采用了主成分分析法和熵权法等计算方法，使得能效评价的结果更加准确科学。能效评分结果更具有指导意义，能够通过不同层次的得分结果很直观的确定电网能效管理的薄弱环节。丰富了电网能效评价方法，增加了配变能效特性和导线能效特性评估，为电网规划设计改造提供了强有力的数据支撑。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述：
图1是本发明区域配电网差异化能效分析系统的计算流程框图；
图2是本发明系统静态评估功能架构图；
图3是本发明系统动态评估功能架构图；
图4是本发明系统整体架构图；
图5是本发明系统的部署架构图。
具体实施方式
下面结合附图1-5和实施例对本发明做进一步说明。
实施例一
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：本发明采用的技术方案为：
区域配电网差异化能效分析系统，包括差异化能效评估及得分计算第一系统，导线能效特性评估第二系统和配变能效特性评估第三系统。
静态评估是系统在不考虑负荷情况下，对设备级和系统级静态元件参数进行评价。如线路供电区域、导线型号及长度、变压器型号及数量、无功补偿设备容量及安装位置、导线及配变投运时间、节能装备比例。
系统静态评估功能架构如图2：
动态评估是动态评估是指在电网实际运行状态下，基于实测负荷曲线，对配电线路、配变和台区的运行指标进行评估。如元件负载率、功率因数合格率、线损率合格率。
系统动态评估功能架构如图3：
系统整体采用B/S架构，前端使用javascript和Flex技术实现，后端采用JAVA EE技术。具体架构如图4：
考虑到前端展示的复杂性与重要性，定向区域配电网差异化能效分析系统前端将使用RIA（Rich Internet Application）技术。具体采用了两种方案：一是基于AJAX技术的ExtJS4.1，二是基于Adobe Flash技术的Flex 4.6。这两种方式都将运行在浏览器中，对于使用JavaScript和CSS技术的ExtJS，浏览器无需安装任何插件，但基于Flash技术的Flex则需要浏览器安装Flash Player插件。
后端将统一采用纯JAVA技术，所有应用模块均跑在JVM的中间件中。由于应用只使用了JSR标准的Servlet技术，所以可以运行在Tomcat 7和WebLogic 10g上。所有数据库相关的持久化操作将通过ORM引擎Hibernate进行，实体关系映射将统一采用JPA的Annotation标注。MVC框架将采用Struts2实现。Action的注册配置信息也将采用Annotation标注的方式。View部分使用Freemarker通过模板的方式实现。依赖注入组件将采用Spring进行实现。Bean的注册也将采用Annotation标注的方式。前后端之间通讯有两种方式：对于Flex的RIA，使用BlazeDS进行通讯，对于ExtJS的RIA，采用同步或异步的AjaxRequest进行通讯。
系统的部署架构图如图5：
所述的差异化能效评估及得分计算第一系统，基于《GB31367中低压配电网能效评估导则》标准构建了能效评估的指标体系，包括A、B、C和P四层指标，共47个指标。系统内置了P层得分的计算标准，可以对不同供电区域的电网单项指标进行评价，而A\B\C层的指标得分系统采用了层次分析法逐层进行计算。通过总体得分和各层的得分情况，能够很快的判定出电网建设和运行管理的薄弱环节。
表1配电网能效评估指标体系
计算流程如下所示：1、构建电网模型；2、录入电网运行数据；3、根据评分标准计算P层指标得分；4、采用熵权法和主成分分析法计算C层得分；5、采用层次分析法计算B层和A层得分；6、计算综合评价分值。
详细步骤如下：
7）构建电网模型
系统支持人工或自动配电网的模型构建，电网模型的主要内容包括有电网的拓扑连接关系和设备铭牌值参数。
8）录入电网运行数据
录入电网设备的电压、电流和电量运行数据。
9）根据评分标准计算P层指标得分
设A层有n1=2（k=1,n1）一级指标，B层有n2=7（m=1，2，…n2）个二级指标，C层有n3=14（n=1,2,…n3）个三级指标，P层有n4=47（j=1,2,…n4）个四级指标。由于C层指标中的损耗指标是综合指标，不对应具体降损措施，对于由配电网降损潜力综合评价结果确定降损区域没有意义，因此评价过程中不考虑损耗指标。
对P层四级指标中第j个指标,记为 (表示第个一级指标中对应第m个二级指标中对应第n个三级指标对应的第个四级指标)，收集基础数据，依据各项指标评估打分标准进行打分，得到各项指标分值，依据该指标的评价得分判定该指标的评价结果；
P层的评分标准系统内置了一套数据，支持用户根据电网实际建设情况对评分标准进行调整，评分标准可以按照A+~E不同供电区域进行设定。
10）采用熵权法和主成分分析法计算C层得分
对C层的第n个三级指标，记为（表示第个一级指标中对应的第m个二级指标中对应的第n个三级指标），计算该三级指标的评价得分。
＝，其中表示通过熵权法得到的C层第n个指标得分，表示通过主成分分析法得到的C层第n个指标得分。依据熵权法确定P（第四）层指标的权重，则；依据主成分分析法计算（q为第个P层指标中主成分的个数，为主成分对应的贡献率）。
11）利用层次分析法确定B层和A层指标评价分值
对B层的第m个二级指标，记为（表示第个一级指标中对应的第m个二级指标），计算该指标的评价得分，，表示第n个C层指标的权重，，其中、、由层次分析法得到。依据该指标评价得分判定该二级指标的评价结果。
A层指标为一级指标，包括技术线损a1和管理线损a2两个指标，由于管理线损不便于操作，实际评估中不予以考虑，因此A层指标只有技术线损指标a1，也就是说一级指标只有一个。计算（第个一级指标）的评价分指，＝=Fi（k=1），依据指标得分判定该一级指标评价结果。
12）计算综合评价分值
计算综合评价分值（为一级指标的个数），依据综合评价得分判定该区域降损潜力大小。
由于不考虑管理线损，一级指标实际只有一个，即。因此，目标区域综合评价分值实际等于A层指标评价分值，计算公式为：
所述的导线能效特性评估第二系统，实现了对导线的能效特性进行计算。导线损耗率及电压损失随着负荷及输送距离变化而呈现固有的特性图表，称其为导线能效特性。通过此功能，能够了解每种型号线路的特性，为电网规划改造提供数据支撑。
所述的导线能效特性评估计算公式为：
k —线路附加损耗系数
—导线单位长度电阻，Ω/km
—线路长度，km
—线路首端平均功率,kW
—线路首端电压,kV
—线路平均功率因数
所述的配变能效特性评估第三系统，是对配电变压器能效特性进行计算。配变损耗率随着负载系数变化而呈现固有的特性图表，称其为配变能效特性。通过此功能，能够了解每种型号配变的损耗特性，为电网规划改造提供数据支撑。
所述的配变能效特性评估计算公式为：
—空载损耗，单位kW
—短路损耗，单位kW
—负载系数
—负荷波动系数
—无功经济当量
—空载电流百分值
—短路电压百分值
—平均功率因数
配电网根据电网负荷密度的情况划分为A-E六种类型的供电区域，不同类型的供电区域的电网网架结构、负荷情况都有比较大的差异，采用同一套标准来对不同类型供电区域进行能效的评价是不科学的。目前国内已经有电网能效测评的相关技术了，实现方式是：构建电网模型，录入电网运行数据，计算理论线损，最后对损耗情况进行分析评价。这种评价方法相对比较简单，没有对电网进行静态化和动态化的全面评估，而且也没有采用差异化的能效评价方法。
本发明在传统的技术上完善了指标评价体系，采用了差异化配电网能效分析方法，在能效分析计算中采用了主成分分析法和熵权法等计算方法，使得能效评价的结果更加准确科学。能效评分结果更具有指导意义，能够通过不同层次的得分结果很直观的确定电网能效管理的薄弱环节。丰富了电网能效评价方法，增加了配变能效特性和导线能效特性评估，为电网规划设计改造提供了强有力的数据支撑。

Claims (8)

1.一种区域配电网差异化能效分析系统，其特征在于：包括差异化能效评估及得分计算第一系统，导线能效特性评估第二系统和配变能效特性评估第三系统。
2.如权利要求1所述的基区域配电网差异化能效分析系统，其特征在于：所述的差异化能效评估及得分计算第一系统，基于《GB31367中低压配电网能效评估导则》标准构建了能效评估的指标体系，包括A、B、C和P四层指标。
3.如权利要求2所述的基区域配电网差异化能效分析系统，其特征在于：四层指标共47个指标，系统内置了P层得分的计算标准，可以对不同供电区域的电网单项指标进行评价，而A\B\C层的指标得分系统采用了层次分析法逐层进行计算，通过总体得分和各层的得分情况，能够很快的判定出电网建设和运行管理的薄弱环节。
4.如权利要求3所述的基区域配电网差异化能效分析系统，其特征在于：计算流程包括：1、构建电网模型；2、录入电网运行数据；3、根据评分标准计算P层指标得分；4、采用熵权法和主成分分析法计算C层得分；5、采用层次分析法计算B层和A层得分；6、计算综合评价分值。
5.如权利要求4所述的基区域配电网差异化能效分析系统，其特征在于：所述的导线能效特性评估第二系统，实现了对导线的能效特性进行计算。
6.如权利要求5所述的基区域配电网差异化能效分析系统，其特征在于：导线损耗率及电压损失随着负荷及输送距离变化而呈现固有的特性图表，称其为导线能效特性，通过此功能，能够了解每种型号线路的特性，为电网规划改造提供数据支撑。
7.如权利要求6所述的基区域配电网差异化能效分析系统，其特征在于：所述的配变能效特性评估第三系统，是对配电变压器能效特性进行计算。
8.如权利要求7所述的基区域配电网差异化能效分析系统，其特征在于：配变损耗率随着负载系数变化而呈现固有的特性图表，称其为配变能效特性，通过此功能，能够了解每种型号配变的损耗特性，为电网规划改造提供数据支撑。
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