一种高压电网线损水平评价方法

摘要

本发明涉及一种高压电网线损水平评价方法，其采用高压线损理论计算分析汇总系统进行电网线损计算分析汇总。评价方法包括以下步骤：第一步构建数据库；第二步将电网图形模块生成的电网数据保存，存入数据库；第三步根据电网图形和由数据库获取的数据，线损理论计算模块进行线损计算；第四步将线损计算中产生的各种结果数据、中间数据存入数据库中；第五步将线损计算的结果数据反馈到电网图形上进行显示；第六步实现数据的查询、统计、分析及汇总。利用该方法对高压电网线损计算分析汇总进行整合与开发，并对电网各电压等级理论线损计算结果进行汇总，规范线损统计，同时强化对电网规划与运行的控制。

权利要求

1.一种高压电网线损水平评价方法，其采用高压线损理论计算分析汇总系统进行电网线损计算分析汇总，所述高压线损理论计算分析汇总系统包括电网图形模块、线损理论计算模块和统计分析汇总模块，其特征在于：所述高压电网线损水平评价方法包括以下步骤，第一步，构建数据库；

第二步，将电网图形模块生成的电网数据保存，存入数据库；

第三步，根据电网图形和由数据库获取的其它数据，线损理论计算模块进行线损计算；

第四步，将线损计算中产生的各种结果数据、中间数据存入数据库中；

第五步，将线损计算的结果数据反馈到电网图形上进行显示；

第六步，实现数据的查询、统计、分析及汇总。

2.如权利要求1所述的高压电网线损水平评价方法，其特征在于：

所述电网图形模块包括以下部分：电网接线图站内图绘制模块、电气元件属性数据编辑模块、运行数据维护模块、图形显示控制模块、电网图形的查询编辑修改模块、潮流计算结果标注模块；

所述线损理论计算模块包括以下部分：线损理论计算模型模块、计算结果的审核及修正模块、网损计算和无功电压优化模块、线路切改和变压器投切优化计算模块；

所述统计分析汇总模块包括以下部分：数据查询模块、多功能多级汇总模块、分电压等级计算元件分析统计模块、线损上报与线损分析模块、数据导出模块。

3.如权利要求1所述的高压电网线损水平评价方法，其特征在于：根据线损计算得到的数据，将潮流信息标注在电网图上，生成潮流图，实现电网线损的可视化。

4.如权利要求2所述的高压电网线损水平评价方法，其特征在于：电网图形的查询编辑修改模块对图形对象的增加方式有点、直线、折线、矩形、椭圆，还包括图形对象的删除、移动、放大、缩小、图形对象节点的增加、删除和移动、文本对象的增加、删除、移动，还提供符合电力行业标准的符号库和线型库。

5.如权利要求2所述的高压电网线损水平评价方法，其特征在于：线损理论计算模型模块采用潮流算法进行线损理论计算，并在潮流计算中，集成了多种潮流求解迭代算法，根据网络的拓扑信息和元件参数结构自动选择潮流迭代算法，或者对其进行组合迭代。

6.如权利要求4所述的高压电网线损水平评价方法，其特征在于：在潮流计算的迭代计算中采用排零计算，以提高了潮流计算速度。

7.如权利要求1所述的高压电网线损水平评价方法，其特征在于：采用数据集中存储的设计模式，将不同电网、不同代表日下的计算、分析数据集中存放在一起，便于研究人员进行统计分析和打印报表。

说明书

一种高压电网线损水平评价方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统领域中的一种高压电网线损水平评价方法，具体为一种用于对高压输电网络的线损进行实时计算分析汇总的方法。

背景技术

[0002] 线损理论计算是线损管理的一项重要的基础工作。国家电网有限公司十分重视此项工作。自1999年起就组织开展电网理论计算，但从发展的角度来看，目前电网线损理论计算还是存在一些问题有待加强与改进，一是部分功能缺失，计算程序比较零散，技术实现相对落后等；二是线损汇总与分析工作主要靠人工，工作量大、易出错。

[0003] 当前，国家电网公司大力提倡节能降损，构建节约型企业，对线损管理提出了更高的要求，作为线损管理重要的技术支撑，理论计算工作面临着进一步完善功能，实现科技创新以及满足线损精细化管理的要求。因此，将理论计算工作与线损管理工作更好地结合起来，按照综合管理的思路，促进技术管理与业务管理进一步融合，使理论计算结果能够运用到实践中，更加有效地为生产经营工作服务，就显得愈加紧迫和必要了。

发明内容

[0004] 本发明需要解决的技术问题是提供一种高压电网线损水平评价方法，能够高效、准确地计算高压电网的线路损耗并对计算结果进行分析汇总。

[0005] 一种高压电网线损水平评价方法，其采用高压线损理论计算分析汇总系统进行电网线损计算分析汇总，所述高压线损理论计算分析汇总系统包括电网图形模块、线损理论计算模块和统计分析汇总模块，包括以下步骤，第一步，构建数据库；第二步，将电网图形模块生成的电网数据保存，存入数据库；第三步，根据电网图形和由数据库获取的其它数据，线损理论计算模块进行线损计算；第四步，将线损计算中产生的各种结果数据、中间数据存入数据库中；第五步，将线损计算的结果数据反馈到电网图形上进行显示；第六步，实现数据的查询、统计、分析及汇总。

[0006] 进一步地，电网图形模块包括以下部分：电网接线图站内图绘制模块、电气元件属性数据编辑模块、运行数据维护模块、图形显示控制模块、电网图形的查询编辑修改模块、潮流计算结果标注模块；线损理论计算模块包括以下部分：线损理论计算模型模块、计算结果的审核及修正模块、网损计算和无功电压优化模块、线路切改和变压器投切优化计算模块；统计分析汇总模块包括以下部分：数据查询模块、多功能多级汇总模块、分电压等级计算元件分析统计模块、线损上报与线损分析模块、数据导出模块。

[0007] 进一步地，根据线损计算得到的数据，将潮流信息标注在电网图上，生成潮流图，实现电网线损的可视化。

[0008] 进一步地，电网图形的查询编辑修改模块对图形对象的增加方式有点、直线、折线、矩形、椭圆，还包括图形对象的删除、移动、放大、缩小、图形对象节点的增加、删除和移动、文本对象的增加、删除、移动，还提供符合电力行业标准的符号库和线型库。

[0009] 进一步地，线损理论计算模型模块采用潮流算法进行线损理论计算，并在潮流计算中，集成了多种潮流求解迭代算法，根据网络的拓扑信息和元件参数结构自动选择潮流迭代算法，或者对其进行组合迭代。

[0010] 进一步地，在潮流计算的迭代计算中采用排零计算，以提高了潮流计算速度。

[0011] 进一步地，采用数据集中存储的设计模式，将不同电网、不同代表日下的计算、分析数据集中存放在一起，便于研究人员进行统计分析和打印报表。

[0012] 高压电网线损水平评价方法对高压电网线损计算进行整合与开发，并对电网各电压等级理论线损计算结果进行汇总。把电网图形、电网线损计算、汇总与分析等工作纳入统一管理，形成一套有强大技术支持的电网线损计算综合管理方法。更加完善和规范了线损计算工作，同时通过汇总与分析也会进一步强化对电网规划与运行的控制。

附图说明

[0013] 图1示出了本发明高压线损理论计算分析汇总系统结构图。

[0014] 图2示出了本发明中潮流法的计算流程。

[0015] 图3示出了本发明中电网线损计算方法。

[0016] 图4示出了本发明高压线损理论计算分析汇总系统工作原理图。

具体实施方式

[0017] 一.高压线损理论计算分析汇总系统

[0018] 本发明的高压线损理论计算分析汇总系统，如图1所示，包括以下三个模块：电网图形模块、线损理论计算模块和线损计算结果统计分析汇总模块。

[0019] 电网图形模块

[0020] 电网图形模块实现所有与线损计算相关电气设备及元件属性数据的增、删、改功能，并且实现各电压等级的电气接线图，能够在图上进行设备属性信息的查询，同时能按照线损理论计算的结果数据自动生成电网潮流图。

[0021] 电网图形模块包括以下部分：

[0022] (1)电网接线图站内图绘制模块：为电网图形模块提供各电压等级的电网接线图。通过图形方式管理线损计算范围内的电力设备、电气元件，形成具有电网拓扑信息、电气元件属性信息的分层管理基础数据库，为线损计算及管理工作提供基础信息。

[0023] (2)电气元件属性数据编辑模块(含基础参数)：电气元件属性数据的编辑有两种方式，一种是先在图形上添加一个图元，然后点击图元在数据录入界面中录入数据；一种是通过数据录入界面或由外部文件(如，EXCEL文件)导入方式中将数据录入，然后在图形上选择图元位置生成图元。该模块可以实现对电网中各类电气元件的属性进行编辑录入。

[0024] 本发明的系统所涉及到的电气元件见下表：

[0025]

[0026]

[0027] (3)运行数据维护模块：通过数据录入界面或由外部文件(EXCEL文件)导入方式得到运行维护数据。该模块用于实现对电网运行数据的编辑录入。

[0028] 本发明所涉及到的运行数据见下表：

[0029]序号 项目
1. 变电站负荷
2. 变压器分头位置
3. 电抗器运行状态
4. 电容器投运量
5. 关口表功率
6. 节点电压
7. 用户站负荷
8. 站用变损失

[0030] (4)图形显示控制模块：图形数据的显示控制功能可使用户对各种图形要素进行多种显示控制操作。这些显示控制包括：图形的无级缩放、图形平滑漫游、可以同时浏览系统全景图和局部区域图、对象的分层显示。根据专业需求，将各种图形要素进行组织分类，灵活定义不同的图层、图层的属性结构以及编号规则。用户可根据需要对多图层进行叠加显示。

[0031] (5)电网图形的查询编辑修改模块：系统提供一整套操作简单、直观的图形绘制、编辑工具，支持用户对图形数据的编辑和更新。图形对象的增加方式有以点、直线、折线、矩形、椭圆等。还包括图形对象的删除、移动、放大、缩小、图形对象节点的增加、删除和移动、文本对象的增加、删除、移动等。系统提供一套符合电力行业标准的符号库和线型库，以保证成图的统一性和规范性。此外，系统提供可自定义的绘图工具，用户可以根据具体的需求，添加自定义的图形符号，并对已有的图形符号进行编辑。图形数据的输出功能将提供各种常用厂家的普通打印机等输出设备的参数配置文件和页面设置界面进行图形的输出。系统可在电网接线图上方便地查询主要设备的技术参数，如设备名称、实际负荷和允许负荷等信息。根据对象属性进行模糊查询，同时在地图上定位。

[0032] (6)潮流计算结果标注模块：在电网接线图的基础上，根据线损计算模块得到的数据，将潮流信息标注在电网图上，从而生成潮流图。

[0033] 用户利用电网接线图站内图绘制模块为电网图形制作系统提供各电压等级的电网接线图，进一步根据实际的待计算的电网数据，利用电气元件属性数据编辑模块编辑电气元件，再利用运行数据维护模块通过数据录入或由外部文件导入方式在电网图形中加入运行维护数据。根据用户的需要，利用图形显示控制模块对各种图形要素进行多种显示控制操作，利用电电网图形的查询编辑修改模块使用户对图形数据的编辑和修改，完成电网图形绘制，可以在该电网图形的基础上进行线损计算，并且，线损计算结果能够利用潮流计算结果标注模块显示在电网图形上，实现潮流计算结果的可视化。

[0034] 本发明采用上述电网图形模块，可以达到电网一次系统和元件参数库实现完全图形化管理，可以进行设备图形编辑、设备查询与图形定位、电气设备拓扑关系生成、符号库管理、潮流图生成、图形版本管理等。实现了电力网络的图形化建模，对元件参数可以进行可视化管理，这样就更容易保证参数的一致性和正确性，减少了线损计算过程中出错的可能性，同时也使得参数修改易于进行。

[0035] 线损理论计算模块

[0036] 线损理论计算模块主要实现电网的理论线损的计算，并能够显示详尽的潮流计算中间结果，对计算结果具有审核及修正功能；同时能够提供预测运行方式下的网损计算功能、无功电压优化功能、线路切改和变压器投切优化计算功能以及对温度、负荷和功率因数调整计算功能。

[0037] 线损理论计算模块包括以下部分：

[0038] (1)线损理论计算模型模块：采用潮流算法进行线损理论计算。潮流计算是电力系统分析中最重要的计算，同时也是电网线损理论计算的基础。理论上讲，电力系统各电压等级的线损都可以采用潮流法来求解。潮流法的计算流程如图2所示，计算步骤如下：(1)图形编辑形成电网一次系统拓扑图，并填写参数，并把拓扑信息和元件参数输入到数据库中；(2)录入电网运行数据；(3)从数据库中读取电网拓扑结构信息、元件参数以及运行数据；
(4)计算系统潮流，判断是否收敛，如果收敛进行第(5)步，如果不收敛则分析不收敛原因，进行纠错，重复第(4)步；(5)计算电网线损；(6)把线损结果写入数据库；(7)输出有用信息文档。

[0039] 为了解决潮流不收敛这一普遍存在而又不容易彻底解决的问题，本发明中有针对性的对潮流不收敛问题进行了处理，包括，通过文本输出的形式(1)对电网的拓扑结构进行分析若有错误则提供报警；(2)对各种元件的属性参数进行检查，发现有异常的则提出报警(非绝对可靠)；(3)对运行数据进行检查，发现有异常的则提出报警(非绝对可靠)；(4)对潮流计算迭代过程中的有用信息，譬如每步迭代的节点电压幅值，有功无功平衡度等等中间变量进行输出供调试人员参考。通过这些提示能较快找到潮流不收敛的原因，从而大大提高线损管理人员的效率。

[0040] 另外，在潮流计算中，集成了多种潮流求解迭代算法，如高斯法、牛顿-拉夫逊法、改进的牛顿-拉夫逊法以及快速分解法。因此，能根据网络的拓扑信息和元件参数结构自动选择潮流迭代算法，或者对其进行组合迭代，从而使潮流的收敛性和计算速度得到最优化处理，比如对超高压电网的计算适合采用快速分解法，而在含有低压电压等级的电网，则宜采用牛顿-拉夫逊法，也可以用快速分解法和牛顿-拉夫逊法组合迭代来求解等等。

[0041] 由此，本发明具备以下优点：可实现5000节点以上的各电压等级电网结构拓扑且潮流计算结果收敛好。线损理论计算采用的各元件损耗模型，根据国家标准进行建模。潮流计算采用多种迭代算法，程序能根据电网结构自动选择计算模型等。具有多种输出结果，对各种元件参数具有一定的分析和辨识功能，可对产生的异常数据进行报警。对用户误操作产生错误的电网拓扑连接关系，程序可给出正确的连接信息；如果潮流计算结果不收敛，程序可提供给用户多种调试引导信息，供计算人员调试参考。

[0042] (2)计算结果的审核及修正模块。

[0043] (3)网损计算和无功电压优化模块：能实现各种运行方式下的潮流和线损计算，计算人员可以任意规划电网、拓扑结构，增减电厂、变电站、输电线路，投切电容器电抗器等等。能对变压器的负荷分配给出合理的参考值，同时进行一定的无功优化来降低全网的线损。这些功能主要是通过向用户输出不同的提示信息，用户根据提示信息优化和调整无功分配方案从而实现无功的优化。

[0044] (4)线路切改和变压器投切优化计算模块：能实现线路投切和变压器任意投切的计算。只要切换线路开关的状态，即可随意调整线路的连接情况，并转移电力的输送和分配。能任意调整负荷功率因数进行计算，进而得到不同线路状态下线损数据，输出计算结果，为进一步的分析汇总提供基础。

[0045] 在电网优化计算方面，本发明采用了大量的稀疏技术和节点编号优化技术。其中，节点编号采用改进的Tinney-2节点编号方法，在形成节点导纳矩阵和迭代阵的过程中采用排零存储技术，节省了大量的存储空间，降低了系统对内存的需求，而在迭代计算中采用排零计算，极大地提高了潮流计算速度。

[0046] 使用上述线损理论计算模块计算输电网络线损，本发明的电网线损计算方法，如图3所示，包括以下六个步骤：

[0047] 第一步，采用潮流法计算输电网络不同运行方式下的网损，计算不同运行方式下的网损，可以是确定时刻系统实际的运行方式，也可以是研究状态下假想的系统运行方式：(1)根据断路器、隔离开关的不同状态计算系统在不同运行方式下的网损；(2)根据变压器分接头的不同位置和电容/电抗器组(或其他电气设备)的不同状态下的系统电压及网损。
考虑发电机、负荷开断或调节时可考虑功率缺额或功率过剩在其它可调机组中的分配；可以计算网络解列后若干个独立网络的潮流，当网络解裂后不会出现死机不能计算的情况；
改变收敛精度和迭代限次等进行潮流计算，计算指标到达指定的收敛精度或计算次数到达指定的迭代限次后停止潮流计算，并给出提示，不会出现系统不能求解而无限循环的情况；
可进行超高压输电线路开关一端跳开，另一端带电情况下的潮流计算，可给出线路两端电压及充电无功；可分类计算各类元件的损耗，并分别排序显示；可单独计算各元件在指定运行方式下的损耗。潮流计算结果可在电网图形上进行直观明了的显示，不带电元件可以变色显示，以示区别；可保存任意状态下的潮流计算结果；可调出保存的潮流结果显示于图形上；能进行越限报警，根据潮流计算结果识别越限设备，并可在图形上显示越限信息。

[0048] 第二步，存储潮流计算中间结果，包括任意状态下的潮流计算结果。从电压等级上分包括各电压等级的线损计算结果。或者根据地区划分进行分析，以华北地区为例，包括京津唐电网、河北南网、山西电网、山东电网和内蒙西部电网，其中京津唐电网包含北京、天津及冀北五个地区电网(唐山、秦皇岛、张家口、承德、廊坊)等。所有统计分析结果都能够以Excel文件的方式导出。

[0049] 第三步，对计算结果进行审核和修正。对于因参数不全或不准导致的计算偏差，可人工修改并保存。

[0050] 第四步，预测运行方式下的网损计算以及无功电压优化。以规划的系统运行方式或某研究状态下的假想运行方式调整网络图形和参数，并计算此运行方式下的系统网损，为以后的系统运行提供参考依据。调节变压器分接头位置，投切电容/电抗器组，根据不同的变压器分接头位置和电容、电抗器组状态，计算系统电压和网损，保存结果以作对比。

[0051] 第五步，线路切改和变压器投切优化计算和对负荷和功率因数调整计算。操作断路器和隔离开关投切线路，操作断路器和隔离开关投切变压器，计算不同运行方式下的网损，输出结果进行对比。调整负荷大小，调整负荷功率因数，计算负荷调整后的网损，输出结果进行对比，为进一步的分析汇总提供基础。

[0052] 第六步，线损计算结果统计分析汇总。所有统计分析结果都能够以Excel文件的方式导出。

[0053] 线损计算结果统计分析汇总模块

[0054] 线损计算结果统计分析汇总模块的主要实现多种查询条件进行数据查询功能，提供符合国网公司要求的多功能汇总表功能，国网、省网、地区、农网等多级汇总功能以及分电压等级计算元件分项统计功能。

[0055] 线损计算结果统计分析汇总模块包括以下部分：

[0056] (1)多功能多级汇总模块：提供将计算分析的结果进行汇总的功能；

[0057] (2)分电压等级计算元件分析统计模块：提供按照各电压等级进行分析计算的功能；

[0058] (3)线损上报与线损分析模块：提供线损上报与线损分析功能；

[0059] (4)数据查询模块：提供系统的查询功能；

[0060] (5)数据导出模块：提供数据导出功能，如，导出为EXCEL文件。

[0061] 本发明采用上述线损计算结果统计分析汇总模块，可以便捷、全面地进行线损数据和报表的管理，由于采用的是数据集中存储的设计模式，因此能够将不同电网、不同代表日下的计算、分析数据集中存放在一起，便于研究人员进行管理和分析。

[0062] 二.电网线损水平评价方法

[0063] 采用上述高压线损理论计算分析汇总系统进行电网线损计算分析汇总，包括以下步骤：

[0064] 第一步，构建数据库。

[0065] 第二步，将电网图形模块生成的电网数据保存，存入数据库。

[0066] 第三步，根据电网图形和由数据库获取的其它数据，线损理论计算模块进行线损计算。

[0067] 第四步，将线损计算中产生的各种结果数据、中间数据存入数据库中。通过线路切改和变压器投切优化计算模块能任意调整负荷功率因素进行计算，进而得到不同线路状态下线损数据，为进一步的分析汇总提供基础。

[0068] 第五步，将线损计算的结果数据反馈到电网图形上进行显示。通过潮流计算结果标注模块，在电网图形的基础上，根据线损计算模块得到的数据，将潮流信息标注在电网图上，从而生成潮流图，实现电网线损的可视化。

[0069] 第六步，实现数据的查询、统计、分析及汇总。从电压等级上分包括500(330)kV、220kV、110(66)kV、35kV、10(6)kV、0.4kV等所有电压等级的线损计算结果。或者根据地区划分进行分析，以华北地区为例，包括京津唐电网、河北南网、山西电网、山东电网和内蒙西部电网，其中京津唐电网包含北京、天津及冀北五个地区电网(唐山、秦皇岛、张家口、承德、廊坊)等。所有统计分析结果都能够以Excel文件的方式导出，如表1所示。

[0070] 其工作原理，如图4所示，其中：

[0071] ①表示：通过电网图形模块实现电网数据的录入；

[0072] ②表示：将电网图形输入线损理论计算模块用于线损计算；

[0073] ③表示：从数据库中获取其他计算数据用于线损计算；

[0074] ④表示：将线损计算中产生的各种结果数据、中间数据存入数据库中；

[0075] ⑤表示：将线损计算的结果数据反馈到电网图形上进行显示；

[0076] ⑥表示：实现数据的查询、统计、分析及汇总。

[0077] 表1：华北电网线损理论计算结果分层分压统计

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[0080] 三.计算结果

[0081] 计算速度：通过对实际电网的计算表明，本发明的系统和方法具有较高的计算速度，对华中、华北和东北近5000个节点的大电网进行了实测运算，程序能在30秒内完成潮流和线损的计算。

[0082] 计算准确性：通过京津唐500kV电网代表日线损理论计算，在原始运行数据和电网各种基础参数录入正确的条件下，其线损计算结果与调度实际运行数据相吻合。

[0083] 对比验证：采用BPA软件作为验证本发明计算结果的比对依据，BPA软件是先进的电力系统分析软件，已广为国内外相关领域技术人员认可，因此以BPA软件作为本发明计算结果的对比依据具有较强的说服力和认可度。对比的原则有以下几点：(1)完全相同的电网结构；(2)完全相同的参数，包括元件的属性参数和运行参数；(3)完全相同的计算条件(如潮流的约束条件，有功、无功、电压的越界条件)。

[0084] 在以上三个条件的基础上选择了IEEE300(Institute of Electrical and Electronics Engineers)节点电网作为对比电网。其中对比的数据采用：(1)母线电压幅值；(2)母线电压角度；(3)线路潮流；(4)线路有功损耗。上述4项数据已经完全能够代表电力系统潮流计算的结果。对比结果见表2和表3：

[0085] 表2：节点电压数据对比(任意抽取30个节点)

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[0088] 表3：线路潮流和损耗(任意抽取30条线路)

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[0092] 从对比结果来看，在同一电网和运行数据的基础上，同时进行线路潮流计算，本发明的计算结果与BPA的计算结果相吻合，即本发明与电力系统分析软件BPA相比并不逊色，同样达到了国际先进水平。

[0093] 最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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范围。