基于ＧＩＳ的配網網損計算的研究與實現

【摘要】 介紹了一種基于GIS的配網網損計算方法。該方法根據GIS系統數據存儲方式的特點，重新定義了新的數據表格式，并將GIS數據庫中的數據導入，定義特殊的節點數據結構，加快了潮流計算速度，進而進行網損計算。

【關鍵詞】 GIS;配電網;網損計算;潮流計算

一、引言

理論網損在計算配電網經濟運行、無功優化及電網改造的基礎，是考核電力部門運行管理水平的重要技術經濟指標，具有極其重要的作用。通過計算，可以對配電網的饋電線路結構、布局是否合理做出評價，可以了解網損的分布情況和薄弱環節。而網損計算以潮流計算為基礎。

10kV配電網為簡化繼電保護需要運行時呈輻射狀，并且R/X比較高，這兩個特點使經典的潮流算法在配電網的應用受到挑戰。PQ分解法由于解耦條件的不滿足而陷入困境，牛頓法也常常陷于病態，需要加以修正。從實際情況來看，10kV配電網負荷不像輸電網那樣呈點狀分布，而是呈面狀分布，負荷點數目巨大。鑒于此，人們針對配電網潮流提出了特殊的解法，有些學者提出一些面向支路的前推回代法[1～3]，

本文在GIS的平臺上不但實現SCADA 系統的原有功能，而且通過將GIS系統數據導入到新定義的數據表中、定義特殊節點數據結構、采用前推回代算法實現了輻射狀配電網潮流計算，進而對配網的網損進行了計算。

二、新數據表的建立

在為配網作完GIS系統后，在GIS系統數據表中，各個設備之間的聯系都是通過配電桿塔的唯一標示符ID作為中介聯系在一起的。而在配電桿塔數據表中并不是每個桿塔的ID都能在配變數據表找到，這就使傳統的節點編號方法提出了挑戰。這里我們將傳統的編號方法進行了改進。不再設置支路結構，而只定義了一個節點結構，將支路的信息記錄到其末點的節點結構中。而且，在對桿塔進行節點編號時，如果按常規編號方法，那么節點的個數將會達到幾百個，嚴重影響計算速度和占用大量內存，本文首先將那些沒有帶負荷、斷路器和隔離開關的節點進行了合并，然后將其寫入到新的數據表中，以圖1為例進行合并說明，假設桿塔gn和桿塔gm的P、Q為零，桿塔gk沒有下一層節點，進行搜索形成結構鏈表時，若按常規編號方法，桿塔gn、桿塔gm、桿塔gk會分別作為一個節點進行記錄，而本算法將桿塔n1、桿塔n2和桿塔n4合并為一個點。將從桿塔i到桿塔n4之間的支路信息記錄到一個新的節點N。

實際的配電網絡中有的桿塔上安裝有斷路器和隔離開關，因此還必須確定隔離開關的狀態方可搜索其下一根桿塔。為此所建立的數據表部分字段如下:

節點ID、節點有功、節點無功、節點類型、狀態、所連結點1、支路電阻1、支路電抗1…..所連結點n、支路電阻n、支路電抗n。

三、GIS系統數據的存儲結構及各段線路流過功率的確定

基于GIS的配電自動化系統將整個電網的運行情況及各個設備的基本信息，以桿塔、配變、FTU、配電導線、斷路器和隔離開關等圖層的形式在GIS平臺上展現給操作員。各個設備數據表之間以唯一的表示符ID為紐帶聯系在一起。實際配網中安裝的FTU數量不多，因而在對實際運行時無法得到各個配變所帶負荷的具體量。而只能得到主饋線上部分安裝有FTU的測量點上傳的數據。為此，在配電網絡進行潮流計算時，我們做了以下幾點假設:

(1)假設配電網絡為三相平衡網絡，可用等值的單相網絡來計算。

(2)假設所有配電變壓器的負荷在同一時刻為相同的負荷率。

(3)假設各負荷的功率因數相同。

(4)假設所有配電變壓器均處于同一負荷率下，根據各配電變壓器的額定容量來分配根節點上的總負荷。

根據以上幾點假設，便可以通過FTU上傳的數據，利用“首末節點定向法[5]”思想確定FTU測量數據為那幾個配變的數據，實時確定流過各段配電導線的有功和無功。

四、網絡拓撲及形成層次關系

考慮到電網拓撲結構不是固定的。在發生故障后，通過故障隔離改變了網拓撲，在拓撲分析時，我們通過判斷某一桿塔是否安裝有斷路器和隔離開關，并根據其狀態來判斷是否繼續向下進行拓撲分析。(如圖1中)若桿塔i上安裝了隔離開關且處于打開狀態，則當搜索到它時，此分支拓撲分析結束，將桿塔i記作一個節點，并記錄其子節點為空。這樣可以通過搜索新建數據表實時進行網絡拓撲分析、潮流計算，可加快搜索速度。

考慮GIS數據的特殊性，建立了如下節點結構體:

{節點ID節點的層次 節點有功節點無功 節點阻抗 節點電壓 子節點數組 }

配電自動化系統中在SCADA工作站，在線潮流計算模塊有軟件定時器觸發或者出現開關變位，定時將通信系統獲得的實時測量數據和在線或離線負荷預測結果，經實時潮流計算后，便可以進行網損計算。將全網完整的狀態信息向實時數據庫輸出。

五、實例驗證

依據本文給出思路，用Visual C#編制了相應的應用程序。分別以IEEE33節點的樹狀網絡和某實際農村配電網中某一饋線分支為例為例，驗證潮流算法的正確性和有效性[6]。進行網損計算時，采取以每條饋線作為子系統進行此饋線的能量損耗計算，然后，將所有的饋線損耗相加，最終得到整個配網的網損。

通過重新定義數據表格式和利用特殊數據結構，根據SCADA系統采集的實時負荷，采取基于區間FTU的功率分配方法，實現了快速準確的實時潮流分析。再此基礎上，又利用潮流計算結果進行了部分饋線的網損計算，結果表明，計算結果正確有效。目前，作為一高級功能模塊已應用于某實際配電自動化系統工程中。

參考文獻

[1]戴雯霞，吳捷.基于支路電流的配網潮流前推后代法.繼電器[J].2002.30(5):6～13

[2]楊儀松，王寬，周玲等.一種配電網潮流計算的新方法，繼電器[J].2006，34(13):46～79，76

[3]王淳.一種實用的輻射網潮流算法.繼電器[J].2005(12):13～16

[4]劉偉，李恒，孫福杰等.基于GIS和區間 FTU 的配電網網損計算方法[J].電網技術.2003(4):68～71

[5]黃單舸.配電自動化SCADA軟件支持系統的研究和開發[D].中國農業大學碩士學位論文.2000