电网线损理论计算与分析系统

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电力系统及其自动化学报

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电网线损理论计算与分析系统!

张伏生

李燕雷

西安

汪鸿

西安交通大学"

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摘要本文介绍了一个用于电网线损理论计算及分析的图利用全图形的人机界面进行电网的线损理论形信息系统U

计算与分析U 它适用于输电网和配电网k 本系统提供了方快捷l 直观的查询和统计功能U 实现了图形l 数据l 计算l 便l

分析和管理的高度一体化k 关键词

电网线损理论计算分析

网络拓扑

线损管理

线损

必须具有良好的稳定性k 因此在建立系统模型序U

时U 就考虑到运用面向对象的编程思想U 根据对系统需求的详细分析U 把系统分为几个相互独立的功能模块U 分别是图形编辑模块l 网络拓扑模块l 数据库平台k 各模块留有接口U 模块之间可以很方便的进行信息交换" 模块的设o ? Z K R [>S F K ?i p Y =>? @D (k 计要求q 功能完整r 易用性r 容易移植U 易于装配和可扩充性r 良好的保密性和可维护性k 剪裁r

本文采用统一建模语言" 参考P sE (来建模U 文献t 我们可以建立线损理论计u v 中的设计方法U 算与分析系统的模型U 它们之间的关系也可以表现出来k

如图$所示U

这个系统模型包括了图形编辑模

线损率是国家考核供电企业的重要技术经济要内容之一U 同时线损率又是供电企业管理水平的综合反映k 因此线损计算及管理对于电力系统来说是意义重大的k

本文设计了一个电网线损计算与分析系统U 它不但适用于输电网U 而且适用于配电网k 本系统是集图形l 数据为一体的应用平台U 实现了自动作图U 可视化图形交互方式的数据录入U 高效率的网络结构分析U 并提供了灵活多样的查询l 统计功能k

输电网线损理论

计算与分析模块

配电网线损理论计算与分析模块

y

拓扑分析模块

数据库模块

n 系统基本结构设计

作为一个应用程序U 尤其是基于网络应用的程

图$系统结构图

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指标U 是电力企业完成国家计划和企业上等级的主

图形编辑模块

w

操作者

m 引言

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电力系统及其自动化学报

1991年第3期

块! 拓扑分析模块! 数据库模块! 以及输! 配网线损理论计算与分析模块" 根据图形编辑系统制作出的用网络拓扑模块进行网络结构的分析$判接线图#

断连通性$并进行动态着色#还可以自动进行节点编号$为潮流计算等准备了基本的参数数据" 所有的数据都存在数据库中$以便交互使用#根据前面准备好的数据$运用不同的计算方法分别进行理论线损计算及线损分析"

止操作$并进行相应的提示#

即添加和. 60绘制出的电网图和数据库相连$

删除某个设备都在数据库中相应的产生变化#有专门的标注. 70可以在图形上添加标注层$

管理器$可方便的增加! 删除或更改标注层的属性$如标注的字体! 颜色! 尺寸等#

可测量点和点之间的. 80利用空间测量资料$距离$线路长度以及面状图的面积#智能化" 包含多种制图方. /90制图功能强大$法可以实现各种块操作自定义图形集以及通过%图形编辑系统

如今$电力系统中越来越多的采用了

&’() ’(*+, 系统$

该系统可以提供方便快捷的作图工具$快速有效的制作地图" 他还提供了内部的关系数据库! 网络数据结构以及专用的函数功能" 数据库可用于管理繁多复杂的电力设备及有关信息#网络结构可用于电力系统的网络接线分析以及拓扑关系分析#各种专用的函数可以实现许多统计查询分析功能"

但是$目前所开发出的地理信息系统都有许多的弊端$限制了它的广泛应用" 尤其是针对电力系统的地理信息系统$更是少之又少$无法满足目前电力系统在各方面的需求"

我们针对电力系统的特点$如组件种类繁多! 接线复杂! 重复性强等等$通过对地理信息系统的二次开发$开发出适合电力系统图形设计的图形编辑系统$

设计出在电力系统中各种设备常见的像素" 地图分图层设计$不同的实体属于不同的图层$这样不仅方便管理各种设备$还可以实现分图层显示$只显示某一个或某几个图层"

该图形编辑系统的主要功能如下-. /0能进行任意漫游$

具有辅助导航功能$可实现整个电网一次接线的完整图形显示$漫游自然平滑$实时数据同步显示#

. 10任意变焦能保持实时数据与图形和汉字的同步变焦! 变焦放大图形和实时数据! 像素不出现错位#

. 20支持调用静态图像. 如设备! 现场图片0#

. 30图形的生成和编辑力求最简化$并要求智能化" 使用户能快捷! 方便的完成绘制工作#. 40动态着色功能$

根据实际系统的运行状况$自动确定设备的各种状态" 并根据用户定义$以不同的颜色显示出不同的运行状态万方数据

#. 50操作合理性检验$

若违反操作规程$则禁$! $按格式输入各种设备的参数及必要的结构资料$由系统自动生成接线图等" 比如系统中存在各种接线形式接线图的模板$用户可以根据自己的需求选择不同的接线形式$系统就会自动绘制出图形" . //0关于电力设备参数的输入$可以在图形上直接点击电力设备$调出参数输入框进行输入$图中实体与数据库中的记录通过实体编号自动建立关联关系" 对于大批量的资料录入$也可通过表格形式直接输入到数据库中去"

:网络拓扑分析

网络拓扑在电力系统中起着至关重要的作用$它为各种高级应用软件提供了基本的网络结构资料" 在电力系统中$当电力网络比较大$节电比较多时$

电力网络结构的数据量就非常大$节点编号往往也变的复杂繁琐$且容易引入人为错误$比如输入数据错误等" 基于图形编辑系统的网络拓扑模块$可以大大提高工作效率$减少不必要的错误"

利用基于图形编辑系统的网络拓扑分析计算量小! 网络分析速度快$可以自动进行节点编号$无需人工干预"

对于开关等状态信息的变化可以自动调用拓扑程序$更新拓扑结果资料$操作达到了可视化! 智能化的要求"

网络拓扑模块可以实现在网络接线图上进行开关的任意的分! 合$线路! 变压器等电气设备的投! 切操作$可以模拟各种网络运行方式$自动进行网络的带电状态分析! 动态网络着色! 区域分割等" 这对线损查询! 统计以及分析中选择! 确定降损措施与方法是非常方便的"

; 数据库设计及线损数据管理

数据库是配电网管理系统的核心$建立一个开放的! 共享的! 高效率的数据平台是关键$其质量的

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电网线损理论计算与分析系统

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好坏直接影响到整个系统的功能! 它是系统应用软件的基础" 数据库模式有多种! 如网络型#层次型#关系型#面向对象型等" 采用面向对象的思想与方法来改善关系数据库的设计! 可称为面向对象的关系数据库" 其特点是$数据库结构清晰#简单#便于实现面向对象编程%面向对象的数据库具有&&’(" 独立性#自治性#维护方便" 需要变更时程序和数据的重用率高#修改少" 数据库模式是否支持应用系统的对象模型可以作为判断其是否为面向对象数分多! 因此各种数据丰富! 采集方便" 故本系统中采用了潮流的方法来进行线损理论计算" 计算潮流的我们选用了传统的’=/分解方法有很多种!

? @法>速度快等优点" " ’=/分解法具有收敛性好#

同时! 本系统考虑到许多电力系统部门已经有了自己的潮流计算程序! 因此提供其他潮流算法的接口" 比如! 目前应用比较广泛的电力系统计算程序是由华中电管局开发的’电力系统分析. A . ’%综合程序(我们提供了该选项! 即将潮流计算所需" 据库的基本出发点" 因此应用程序对象模型向数据库模式的映射是面向对象数据库的关键"

由于配电网系统模型是用关系数据库来描述的! 因此采用面向对象技术实现对象模型是由二维表及表间关系来实现的" 也就是说! 在建立了配电网系统对象模型的基础上采用了关系数据库管理系统! 而数据库的设计采用了面向对象的技术" 以配电网系统为例! 配电设备多! 对一个设备来说在不同的应用中需要的信息也不同! 有时还需要知道这个设备与其他设备的联系" 可以将配电设备信息分为三级类别" 第一级为配电设备的基本信息! 提供的信息如设备名称#编号#安装地点等) 第二级对各类设备再进一步细分!

如开关设备可进一步细分为断路器#熔断器#重合器等! 在第二级将分别描述他们更具体的信息! 以及各类对象之间的相互联系)

第三级为该类设备通用的信息! 如开关设备有*断开+#*闭合+这两种状态信息! 变压器#电容器组可分为*投入+#*切除+等" 数据库采用性能优越的基于, -环境的. /0

. 12312大型数据库系统!

它是一个多用户关系数据库系统! 是一个安全的#可扩展的#易管理#高性能的客户机4服务器数据库平台)

系统采用&567技术! 使系统与数据库相互独立! 可以很方便的与89. 系统建立连接"

系统中采用标准查询语言. /0语句来进行数据操作! . /0语句具有语法简单#执行效率高的优点"

:线损理论计算

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输电网线损理论计算主要适用于各种复杂电网的线损理论计算! 即可用来进行代表日线损理论计算#全月线损估算和全年线损估算! 也可用于线损预测" 万方数据

输电网由于表计安装充足! 各种测量设备也十

的基本数据按’. A . ’的输入格式准备! 将’. A . ’的计算结果按本系统的格式存入数据库! 以便线损计算程序调用"

:; B 配电网线损理论计算

设定网络结构

拓扑分析

设定参数%

代表日#功率因数等(潮

最等平流大值均计电电电算流阻流法

法

法

法

C

C

C

线相线

线相线

线

相

图D 配电网线损计算流程图

与高压输电系统相比! 配电系统的特点是$网络结构为辐射状#设备型号多#主馈线有很多支线#接有不同容量的配电变压器#网络结构变化频繁" 一般仅在变电站馈线出口装有表计! 各分支线以及多数元件的数据无法获取!

从而给配电网的线损计算带来许多困难" 因此对配电网的电能损耗计算通常采用近似简化算法" 考虑到目前配电网的这些情况! 也为了和其他算法的比较! 本系统提供了不同的线损计算方法! 供用户选择"

配电网线损的计算方法主要有$均方根电流法#最大电流法#平均电流法#等值电阻法等等" 在原理上这些方法采用了对计算网络和数据的一些等效#简化" 一般假设网络各节点的负荷曲线形状#功率因数均与首端相同! 忽略沿线的电压损失对能

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电力系统及其自动化学报

%66%年第/

期

很难把握! 但随着配电网的发展" 各种运行数据将逐渐齐备" 这样使得利用潮流的方法计算各时刻的功率损失成为可能! 为此本系统线损计算中也包括了潮流方法! 配网潮流计算的各种方法中" 前推回代法以编程简单#速度快#收敛性好#占用的系统资源少而得到较多的应用! 尤其是对配电网的辐射状网络结构" 和很少采用环网的运行方式的特点" 前

%&推回代法可以说是一种效率很高的方法$!

线损率" 以便用户比较参考!

’线损的分析和管理

电能损耗的大小与电源的布局#负荷分布#网络结构#运行方式#电压等级的技术性能因素有关" 并与调度#运行#检修等管理水平有关" 因此应对电能损耗进行深入的分析! 线损计算与分析模块为此提供了十分方便的查询与统计功能! 因为输电网和配电网的线损分析和管理类似" 故放在一起讨论! ’() 结果分析

电力部门对线损分析有分压#分线*区#站+的分析和管理的要求! 线损计算与分析模块" 对有不同电压等级的电力网的电能损耗可以按照分压#分线进行统计和管理" 对每一级电压的每台变压器和每一条线路的线损进行统计计算! 计算结构可以与去年同期的理论线损进行分析对比" 以供线损管理人员参考!

’(, 降损分析

本系统有线损分析功能" 在-损耗统计. 栏中详细列出了各种设备%/小时总损耗统计" 用户可以在表格中查询设备的损耗情况! 通过单击记录可以在图中显示相应的设备" 双击可以调出该设备的参数信息! 如图0所示" 在-更换设备. 栏中可以更改各种设备的参数" 并且可以随意更改节点电容的安装位置" 选择无功补偿的最佳位置" 同时在下面的-更改记录. 框中显示更改的内容! 用户可以对多个设备进行更改" 更改完毕后" 点击-重新计算. 按钮" 以便对更改后的内容重新计算!

计算完毕后" 就进入-结果比较. 栏" 如图/所示! 窗体中有两个表格" 分别存的是原始计算方案的损耗记录和设备参数改变后的损耗记录" 对于同一方案的多次更改" 此处也予以考虑" 只需在更改方案列表框中选择相应的更改方案即可! 可以对两个表格中的损耗数据进行比较" 查看更改参数以及改变接地电容位置的效果万方数据

! 在最下面的-比较结果. 框中显示了原始计算方案和更改方案的总损耗和

图0线损分析1更换设备窗体

图/线损分析2结果比较窗体另外还有以下的功能3

*4+线损结果分析模块可以标识出各种变压器的损耗的大小顺序" 在损耗达到某种程度时" 可

$Y Y $年第/期

电网线损理论计算与分析系统

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自动产生更换变压器的提示! 如安装节能变压器等"

程序也会自#$%当节点电压低于一定水平时! 动产生低电压报警! 提示用户是否加装无功补偿装置" 加装无功补偿装置后可立即进行线损计算! 校验补偿效果" 还可以用程序分析! 提出补偿方案! 供用户选择"

一方面针对网络! 对电网#&%在规划分析中! 改造方法进行损耗计算! 比较改造效果’另一方面另外还有以下的功能-可以方便的查#. %在图形编辑系统平台上!

询+并统计任意设备组合的损耗数据" 可以按照设定的条件查找符合条件的单条或多条记录" 并统计其中的最大值+最小值等数据"

线路或变压器的损#$%可以将潮流计算结果+耗直接标注在图上! 一目了然" 将线路图层或变#&%可以按照损耗量的大小! 压器图层做成专题分析图层! 设备的颜色可以按照是负荷规划! 在对下一年或更长的时间的负荷预测的基础上! 分析今后的线损变化趋势! 并制定相应的技术改造方案"

() *图形界面查询功能

先介绍一下本系统中的统计查询功能! 在这里把每小时的损耗分为变压器和馈线+有功损耗和无功损耗来统计" 潮流算法计算结果的统计查询功能主要是为了对损耗计算结果进行分类统计! 比如说分区域查询! 分电压等级查询! 分线查询等等! 主要的作用就是通过对各种统计结果的比较! 找到导致损耗增大的原因! 以便运用相应的方法来降低损耗"

图, 线损统计查询窗体

万方数据

损耗量的大小由深入浅变化"

#/%对用潮流方法计算线损的结果! 可以显示每一时刻的损耗量! 也可以以图形的形式显示线路或变压器等设备的$/小时损耗曲线"

0结论

随着信息时代的到来! 各种各样的信息充斥着我们的社会! 如何高效的处理信息交互将是一个应用程序的首要标准" 本系统将图形+数据+网络结构分析集成为一体! 为电力系统线损管理系统提供了一个可靠的可视化操作平台"

本系统的突出特点是-人机界面友好+操作简单方便+系统功能强大+模块接口适用性强+数据库管理方便"

1参考文献

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$孙宏斌!

张伯明! 相年德) 配电潮流前退回代法的收敛性研究) 中国电机学报! . 222! 3-$56$2

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作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

张伏生， 李燕雷， 汪鸿西安交通大学,西安,710049

电力系统及其自动化学报

PROCEEDINGS OF THE CHINESE SOCIETY OF UNIVERSITIES2002,14(4)25次

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