CN111478311A

CN111478311A - 一种电网任意分区线损计算方法及系统

Info

Publication number: CN111478311A
Application number: CN201910063530.3A
Authority: CN
Inventors: 王维洲; 拜润卿; 何欣; 井天军; 易锴; 刘福潮; 智勇; 邢延东; 张海龙; 郝如海; 陈仕彬; 刘文飞
Original assignee: China Agricultural University; State Grid Gansu Electric Power Co Ltd; Electric Power Research Institute of State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Current assignee: China Agricultural University; State Grid Gansu Electric Power Co Ltd; Electric Power Research Institute of State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-07-31

Abstract

本发明实施例提供一种电网任意分区线损计算方法及系统，该方法包括：获取电网中每一网络节点的量测数据，对每一网络节点的量测数据进行同期化处理；将每一网络节点分为量测节点、电量节点和容量节点；根据每一网络节点的类型，对每一网络节点对应的量测数据进行处理，获取每一网络节点的量测数据进行处理；根据每一网络节点的实时功率和量测数据，计算电网任意分区的线损。本发明结合负荷预测和状态估计的思想，有效地解决了电网数据不同时性严重、准确率低、实用性差的问题，获得完备的节点功率数据，提高了线损计算的准确度。

Description

一种电网任意分区线损计算方法及系统

技术领域

本发明实施例涉及电网技术领域，尤其涉及一种电网任意分区线损计算方法及系统。

背景技术

随着电网的智能化发展，各发电站、变电站馈线和安装有测量装置的节点均能获得其出线的电压、功率、电量以及功率因数等实时数据。

但传统的电网线损计算方法大多基于简化近似，没有充分利用测量装置采集的数据，使线损计算结果不理想。目前国内线损统计考核主要采用的线损四分管理方法，不能对指定关心区域进行线损分析，管理灵活度低。

但由于实际中的测量表计存在故障、缺失等情况，导致量测数据不完整，甚至错误，因此需要提高量测数据的实用性。

目前，已有发明提出一种基于EMS单端量测的高压输电线路理论线损计算方法，从EMS中获取待测线路单端在每个负荷实测断面的量测数据，再积分计算得到待测线路在整个计算时段的理论线损，但没有考虑量测数据的缺失和错误，影响线损计算的准确性。

另一发明提出一种配电网线损在线计算方法，对不充分负荷点的实时量测数据进行处理，实现全网的统一量测数据实时线损计算。该发明虽然对量测数据进行了初步处理，但采用的是传统的线损计算方法，无法对指定关心区域进行线损分析。

电网中测量表计的覆盖率虽然在逐年提升，但由于资金和管理问题，仍存在很多未安装表计的节点。与此同时，受技术水平所限，测量表计采集数据时存在采集错误、数据丢失等问题。种种原因导致量测数据的利用率不高，实用性较差。国内主要采用的线损四分管理方法，对供电企业所管辖电网采取分电压等级、分供电区域、分线路和分台区的综合线损管理。电网规模较小时，四分法可以较准确地统计线路损耗，但随着电网规模的扩大，传统“四分法”无法校验线损的同期性，仅能够对特定区域进行线损分析，线损统计误差较大，不符合当今智能电网灵活可变的发展特点。

发明内容

针对上述问题，本发明实施例提供一种电网任意分区线损计算方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供一种电网任意分区线损计算方法，包括：

S1，获取电网中每一网络节点的量测数据，对每一网络节点的量测数据进行同期化处理；

S2，将每一网络节点分为量测节点、电量节点和容量节点，所述量测节点表示能实时采集量测数据的网络节点，所述电量节点表示只能通过电能表获取月电量信息的网络节点，所述容量节点表示只能获取配变容量的网络节点；

S3，根据每一网络节点的类型，对每一网络节点对应的量测数据进行处理，获取每一网络节点的量测数据进行处理；

S4，根据每一网络节点的实时功率和量测数据，计算电网任意分区的线损。

第二方面，本发明实施例提供一种电网任意分区线损计算系统，包括：

获取模块，用于获取电网中每一网络节点的量测数据，对每一网络节点的量测数据进行同期化处理；

分类模块，用于将每一网络节点分为量测节点、电量节点和容量节点，所述量测节点表示能实时采集量测数据的网络节点，所述电量节点表示只能通过电能表获取月电量信息的网络节点，所述容量节点表示只能获取配变容量的网络节点；

处理模块，用于根据每一网络节点的类型，对每一网络节点对应的量测数据进行处理，获取每一网络节点的量测数据进行处理；

计算模块，用于根据每一网络节点的实时功率和量测数据，计算电网任意分区的线损。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：

至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，

所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；

所述通信接口用于该测试设备与显示装置的通信设备之间的信息传输；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行第一方面提供的一种电网任意分区线损计算方法。

本发明实施例提供的一种电网任意分区线损计算方法及系统，结合负荷预测和状态估计的思想，有效地解决了电网数据不同时性严重、准确率低、实用性差的问题，获得完备的节点功率数据，提高了线损计算的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种电网任意分区线损计算方法的流程图；

图2为电网分区的局部简单示意图；

图3为本发明实施例中i分区的等效结果图；

图4为本发明实施例中j分区的等效结果图；

图5为本发明实施例一种电网任意分区线损计算系统的结构示意图；

图6示例了一种电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一种电网任意分区线损计算方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

本发明实施例提出了基于量测数据资源的电网任意分区线损计算方法，根据电网量测数据的类型和时效性，对网络中各节点进行分类，并对不同类型的节点进行相应的数据处理，得到完备的支路功率数据；之后提出了根据支路功率数据进行任意区域分割的电网分区模型，在此基础上完成电网任意区域基于潮流的线损计算和线损分析，实现线损的灵活管理，具体技术方案如下：

电网量测数据的获取和分类，对量测数据的处理主要根据其时效性和自身负荷特征，从数据库获取的量测数据包括节点电压、关口功率、关口电量、节点注入功率和电量等，反应了电网的运行状态。

电网量测数据的同期化处理，通过分析不同类型数据不同期问题产生的原因，有针对性地实现对量测数据的同期化处理，最终避免数据不同期给线损计算带来的误差。

电网节点的分类和对应的数据处理，根据采集数据的类型对网络节点进行分类，对不同类型的节点采取对应的数据处理方式，以获得完备而准确的量测数据。

电网任意分区模型的建立，建立基于量测数据的电网任意分区模型，制定分区边界等效原则，对大电网区域进行分割，得到特定的子网络。

子网络的生成，降低了网络节点计算规模，实现了对关心区域的特定分析。

任意分区线损计算和线损分析，可以对电网中指定的任意区域进行基于潮流的线损计算和线损分析，既节省了计算开销，又实现了线损的灵活管理。

本发明实施例提供的一种电网任意分区线损计算方法，结合负荷预测和状态估计的思想，有效地解决了电网数据不同时性严重、准确率低、实用性差的问题，获得完备的节点功率数据，提高了线损计算的准确度。

进一步地，从系统中获取电网量测数据之后，将量测数据分为两类，一类为实时量测数据，即能反映电网实时状态精确到某一时刻的数据，如电压、电流、线路功率等，一类为非实时量测数据，主要指电量等反映一定时间段内电气信息的数据。

进一步地，对电网测量数据进行同期化处理，两类电网数据都面临着不同期问题的干扰，影响到数据的利用和挖掘。

对于实时量测数据，其不同期问题的产生主要是由于实时量测表计采样时刻不同，各表计采样时间存在时钟偏差。

例如当某节点采样时刻比整点滞后，在计算整点时刻线损时，其采用的值为上一时刻采集的，将给线损带来误差。

采用插值计算的方法，将各测量点不同采样时刻的数据归算到同一时刻，用以避免实时数据不同期所带来的误差，将大大提高线损计算精度。

对于电量数据，造成其不同期问题的主要原因是供、售电统计的不同期。

采用传统抄表方式的地区，由于需到户抄表的用户数量庞大，很难做到供售电同期抄表，只能严格执行电力公司制定的抄表时间尽可能地减少不同期现象。

对于难以避免的不同时间抄表现象，可利用抄得的售电电量和已知的抄表时长进行同期归算，减少电量不同期带来的误差。

如公式(1)所示：

其中，A₀表示实际的月售电量，A₁表示抄表电量，T₀表示实际月统计天数，T₁表示抄表统计天数。

根据采样数据的类型，将节点分为三大类：

一类为可以采集电压、功率等实时量测数据的节点，称之为量测节点。

一类为未安装采集终端只能通过电能表获取月电量信息的节点，称为电量节点。

最后一类为既不能获取实时量测数据，也缺乏电量信息，只能获知其配变容量的节点，称为容量节点。

针对不同类型的节点提出相应的数据处理方法，以获得各节点特别是电量节点和容量节点的实时功率值。

1)量测节点的数据处理。测量数据最为详尽的量测节点，其数据处理的目标是作为参考节点建立各负荷模式下的负荷基准，利用制定的基准推算其余节点的实时注入功率值。

本发明按照负荷类型来分析节点的负荷模式，将负荷类型大致分为生活用电、农业用电、重工业、轻工业、服务业几类，节点的负荷模式可按照各种负荷类型的占比叠加获得。通过量测节点，即可获得各负荷模式的负荷曲线。

根据获取的月电量信息以及各代表日的电量信息，可以求得当日电量与月平均电量之比，如式(2)所示，此比值即为功率系数，可以代表当日的负荷水平。

其中，量测节点m作为参考节点，

表示量测节点m的有功功率系数，

表示量测节点m的无功功率系数，

表示量测节点m在代表日内的有功电量，

表示量测节点m在代表日内的无功电量，

表示当月第i天量测节点m的有功电量，

表示当月第i天量测节点m的无功电量，N为当月的天数。

电量节点的数据处理。对于电量节点，通过分析节点的负荷类型，匹配相同负荷模式的参考节点，并结合已知的全月电量信息以及功率系数，计算出电量节点当日的用电量，即:

其中，对于电量节点n，

表示电量节点n的有功用电量，

表示电量节点n的无功用电量，

表示电量节点n代表日的有功用电量，

表示电量节点n代表日的无功用电量，N为当月的天数。

与作为参考节点的量测节点为同负荷类型的电量节点可通过电量和功率的关系计算出该电量节点的注入功率，用于线损计算。

具体步骤如下。

首先，计算参考节点的平均功率：

其中，对于参考节点m，式中

表示参考节点m的有功平均功率，

表示参考节点m注入的无功平均功率，

表示参考节点m当日的有功电量，

表示参考节点m当日的无功电量，T为测计小时数，根据实际情况一般取24小时；

接着，计算参考节点各时刻注入功率与平均功率之比K_P,i和K_Q,i：

通过对上述功率数据的分析，完成相同负荷模式的电量节点与参考节点匹配，推算出电量节点在i时刻的注入功率：

其中，对于电量节点n，

表示电量节点n第i时刻注入的有功功率，

表示电量节点n第i时刻注入的无功功率，

表示电量节点n当天的有功电量，

表示电量节点n当天的无功电量。

容量节点的数据处理。容量节点既缺乏实时量测信息，也缺少电量数据，仅能获知其配变容量信息，不可直接用于计算。但由于其节点功率一般较小，对线损计算的影响不大，故可根据配变容量估算该类节点的用电量信息，将其转化为电量节点处理。转化方法大致可分为两步：

第一步，求得一条线路上所有容量节点的总电量。用该线路始端根节点的电量减去线路上所有量测节点和所有电量节点的电量，即可估算出容量节点的总电量；

第二步，将上述求得的总电量按节点配变容量的大小分担给各容量节点，从而估算出各容量节点当日的用电量。如式(7)所示。

其中，对于容量节点r，

为容量节点r所接配电变压器的额定容量，t₁表示所有量测节点的集合，t₂表示所有电量节点的集合，t₃表示所有容量节点的集合，

表示容量节点的有功电量，

表示容量节点的无功电量，

表示各容量节点的配变容量，

表示线路根节点的总有功电量，

表示各量测节点的有功电量，

表示各电量节点的有功电量，

表示线路根节点的总无功电量，

表示各量测节点的无功电量，

表示各电量节点的无功电量。

以相同负荷模式的量测节点实时功率值为基准，采用以上方法可实现对电量节点和容量节点功率的估算，进一步为任意分区的线损计算提供可靠的数据支撑。

建立任意分区线损计算模型。求得各电量节点和容量节点的近似实时功率的基础上，可充分利用节点的量测信息，实现电网的任意分区线损计算。

图2为电网分区的局部简单示意图，如图2所示，m为分区i和分区j的边界节点总个数，x_i和x_j分别为i分区和j分区的内部节点。

在以上求得各非实时量测节点注入功率的基础上，利用边界节点1,2，…，m的量测信息。按照电压等级和潮流方向，上级电网的边界节点所连线路分别等效为负荷，下级电网边界节点所连线路等效为电源。

图3为本发明实施例中i分区的等效结果图，如图3所示，对于分区i，作为上级电网，其边界节点所连接线路等效为负荷。各边界节点负荷表示为：

其中，P_L,n表示边界节点n的等效负荷，

为其直接供电的用户所带负荷，P_L'_,n为向其它分区输送功率之和。

图4为本发明实施例中j分区的等效结果图，如图4所示，对于分区j，作为受电端的下级网络，其边界节点所连接线路等效为供电电源。

各边界节点输入功率为：

式中，P_G,n表示边界节点n的等效输入功率，

为分布式电源等的发电量，P′_G,n为上级电网向其输送功率之和。

获得分区后的等效网络，即可分别开展各分区的理论线损计算。

通过以上步骤，在充分利用量测节点丰富的量测信息，并结合非量测节点的电量和容量信息，估计出电网各节点的功率数据的基础上，对电网进行分区，以获得所关心区域的线损信息。

边界等效后的各分区子网相对于完整网络而言，无论是节点规模，还是电源和负荷参数都会发生改变，需要对子网的参数进行修正。

首先将子网包含的节点按照编号抽取出来，组成新的子网络。可通过删去原有网络的多余节点来实现子网的生成。对于子网的电源和负荷信息，在子网原有节点信息的基础上，依据边界线路的量测信息，实现对边界节点的重新写入。通过生成新的子网参数，来实现任意分区的线损计算。计算各分区线损的过程中，如出现计算不收敛的情况，可检查子网参数信息，重新生成新的子网系统，直至得到收敛的最终解。

分区线损计算需要进行潮流分析，如果按照传统的潮流算法，将分区内根节点视为平衡节点，则会忽略其准确的量测信息，降低线损计算的精度。

本发明采用匹配潮流的思想，基于量测资源的可靠性，假定量测数据是准确的。匹配潮流采用状态估计的方法得到一种虚拟的潮流分布。在该种潮流分布中，各量测节点的实时量测数据被严格的匹配，充分利用了精确的量测资源，而对于各非量测节点所估计的负荷数据则在计算过程中得到了修正。给出一种便于求解的匹配潮流方程如下：

其中，

其中，PI_i+jQI_i为节点i的流出功率之和，PL+jQL为网络的总功率损耗，

为量测节点电压幅值，

和

为注入节点的功率量测量，

和

为负荷功率量测量，C_MP和C_MO分别表示负荷实时有功、无功量测的节点集，C为负荷节点的集合，ΔP_Σ和ΔQ_Σ为边界功率矢配量，α、β为矢配量的分配系数，确定合理的分配系数，便可获得合理的匹配潮流分布。

将匹配潮流方程组简化为复矢量，可得：

其中，

为矢配量在各节点负荷中的分配项，进而有：

式(16)右侧即代表节点注入电流，可表示为：

其中，Y即为网络的导纳阵，从形式上匹配潮流方程与普通的潮流计算具有相同的解法，只是在迭代求解负荷节点注入功率时，需利用计算过程中最新的状态量由

求出。此方法具有良好的收敛性。

根据匹配潮流计算结果，求得代表日内各分区各时刻的线损值后，进而可求得各分区代表日线损电量。再结合售电量，即可求得各分区的日、月线损率，实现对各分区的线损分析。

全月的理论线损量由下式求得：

其中，ΔA_DF表示日固定线损量，主要由变压器的不变损耗产生，ΔA_DC为日可变线损量，A_M表示代表日所在月的供电量，A_D表示日供电量，N为全月天数。

本发明的工作过程如下：

第一步：从电网数据库中获取网络拓扑数据，包括电网支路连接关系、电力设备参数、电力线路信息等。

第二步：读取网络各量测节点代表日的实时数据，包括节点电压，每小时有功、无功功率；读取网络各电量节点的月电量信息，以及量测节点的每天用电量信息；读取网络各容量节点的配变容量数据。

第三步：对从数据库中获取的实时数据和电量数据进行同期化处理。对于实时数据而言，解决其不同期问题，采用插值的方法进行修正，以获得时标一致的量测数据；对于电量数据，针对由于传统抄表方式造成的供售电不同期问题，采用式(1)进行修正。

第四步：以量测节点的电量信息为参考，计算节点功率系数，从而求得各电量节点的代表日用电量；再以相同负荷模式的量测节点为基准，根据式(5)所示功率比，估算出各电量节点在代表日各时刻的节点功率；容量节点由于其功率值较小，对线损计算的影响不大，根据其配变容量的大小分配电量，从而转换为电量节点处理。这样便可获得电网中各节点的每小时有功、无功功率值。

第五步：基于分区思想，根据制定的分区边界等效原则，作各分区的电源负荷等效，从而进行任意分区线损计算。将电网的各节点进行依次编号，根据分区结果，选取各分区节点、线路、设备参数、电源及负荷信息，依据匹配潮流的思想，作分区潮流分析。

第六步：计算出代表日分区各时刻线损值，从而获得代表日线损电量。再由分区售电量信息，求得各分区日、月线损率，通过历史数据比较，作线损对比分析。

本发明实施例结合负荷预测和状态估计的思想，提出了提高电网量测数据利用率的数据处理方法，有效地解决了电网数据不同时性严重、准确率低、实用性差的问题，获得完备的节点功率数据，提高了线损计算的准确度；本发明还提出了基于支路功率的任意分区线损计算方法，在完备的量测数据的基础上，制定电网的分区边界等效原则。在此原则上作边界节点在各分区内的电源负荷等效，对各分区进行基于匹配潮流思想的潮流分析，充分利用了准确的量测数据，提高了线损计算的精度。获得各分区的理论线损值后，进一步实现对所关心区域的线损分析。通过对任意区域的线损计算和线损分析，实现线损的灵活管理，符合当今电网智能化灵活可变的发展特点。

图5为本发明实施例一种电网任意分区线损计算系统的结构示意图，如图5所示，该系统包括：获取模块501、分类模块502、处理模块503和计算模块504，其中：

获取模块501用于获取电网中每一网络节点的量测数据，对每一网络节点的量测数据进行同期化处理；

分类模块502用于将每一网络节点分为量测节点、电量节点和容量节点，所述量测节点表示能实时采集量测数据的网络节点，所述电量节点表示只能通过电能表获取月电量信息的网络节点，所述容量节点表示只能获取配变电容的网络节点；

处理模块503用于根据每一网络节点的类型，对每一网络节点对应的量测数据进行处理，获取每一网络节点的量测数据进行处理；

计算模块504用于根据每一网络节点的实时功率和量测数据，计算电网任意分区的线损。

本系统实施例的具体执行过程与上述方法实施例的具体执行过程相同，详情请参考上述方法实施例，本系统实施例在此不再赘述。

图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该服务器可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过总线640完成相互间的通信。通信接口640可以用于服务器与智能电视之间的信息传输。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行如下方法：

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。