電力系統(tǒng)新建變電站降低網(wǎng)損率計(jì)算方法分析

王曉蔚，胡文平，李天然

( 1． 國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊050021; 2． 華北電力大學(xué)，河北保定071003)

電力系統(tǒng)主網(wǎng)(110 kV/220 kV)新建與改造的工作量較大，而主網(wǎng)新建與改造投資收益指標(biāo)中的單項(xiàng)工程投資收益指標(biāo)是電力系統(tǒng)投資效益考核的重要指標(biāo)。按照考核要求，理論計(jì)算周期為工程負(fù)荷切改完成日起1個月，如果對每個變電站新建引起的降損率進(jìn)行手工計(jì)算，則需要統(tǒng)計(jì)1個月的發(fā)電、負(fù)荷情況，工作量較大。為了進(jìn)行新建或改造變電站投運(yùn)前后理論降損率的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)量化指標(biāo)的電網(wǎng)投資效益考核，現(xiàn)提出一種電力系統(tǒng)新建變電站降損率的計(jì)算方法，對投產(chǎn)項(xiàng)目的降損效益進(jìn)行分析計(jì)算。

1 計(jì)算程序設(shè)計(jì)原理

電力系統(tǒng)新建變電站降損率的計(jì)算方法采用61970 XML/CIM/CIS標(biāo)準(zhǔn)，以及國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 216-2008《電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)交換規(guī)范》，通過獲取省調(diào)及地調(diào)EMS系統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算[1-4]。理論降損率的計(jì)算是對電力系統(tǒng)220 kV網(wǎng)絡(luò)及供電范圍內(nèi)的110 kV網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)工程負(fù)荷切改完成日起1個月的SCADA系統(tǒng)記錄潮流數(shù)據(jù)(每15 min個斷面)，分別按原運(yùn)行方式(無新建變電站)和切改后的運(yùn)行方式(有新建變電站)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)損耗。計(jì)算程序總體設(shè)計(jì)如圖1所示，計(jì)算程序主界面如圖2所示。理論計(jì)算區(qū)域線損電量變化值與區(qū)域供電量的比值即為新建變電站的理論降損率。

圖1 計(jì)算程序總體設(shè)計(jì)

圖2 計(jì)算程序主界面

2 降損率的計(jì)算步驟

電力系統(tǒng)新建變電站降損率的計(jì)算步驟如下。

2.1 調(diào)度中心EMS數(shù)據(jù)接入

調(diào)度中心數(shù)據(jù)傳輸方案見圖3。調(diào)度中心收集省調(diào)和各地調(diào)實(shí)時數(shù)據(jù)，穿過南瑞隔離裝置轉(zhuǎn)發(fā)到自動化Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)上。國網(wǎng)河北省電力公司數(shù)據(jù)文件服務(wù)器從Ⅱ區(qū)網(wǎng)上收集省調(diào)和6個地調(diào)的實(shí)時數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的指定文件夾上，南瑞隔離裝置的客戶端軟件負(fù)責(zé)穿過隔離裝置把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)上。

圖3 調(diào)度中心數(shù)據(jù)傳輸方案

a. 測試階段數(shù)據(jù)接入。要求國網(wǎng)河北省電力公司電力電科學(xué)研究院(簡稱“電科院”)的數(shù)據(jù)接收服務(wù)器能夠通過防火墻直接連接到調(diào)度中心Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)。電科院的數(shù)據(jù)接收服務(wù)器通過FTP獲取Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)上的實(shí)時數(shù)據(jù)。

b. 運(yùn)行階段數(shù)據(jù)接入。信息中心數(shù)據(jù)接收服務(wù)器與調(diào)度中心Ⅲ區(qū)服務(wù)器相連，通過FTP獲取電網(wǎng)斷面數(shù)據(jù)并保存到本地磁盤。電科院數(shù)據(jù)接收服務(wù)器與信息中心服務(wù)器相連，通過FTP獲取信息中心服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。

2.2 查找新建變電站

首先確定新建變電站的投運(yùn)時刻，選擇統(tǒng)計(jì)的時間段，從網(wǎng)損系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器下載該時間段的所有數(shù)據(jù)斷面；以起始時間段為基準(zhǔn)，與所有數(shù)據(jù)斷面比較，判斷是否有新增的線路和變壓器，從而判斷該時間段內(nèi)是否有新建變電站。查找電網(wǎng)計(jì)算模型中新建變電站的界面和程序設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 查找新建變電站的程序設(shè)計(jì)

2.3 確定新建變電站降損率的計(jì)算方案

根據(jù)變電站的變化信息，確定新建變電站降損率的計(jì)算方案，計(jì)算方案有2種：老數(shù)據(jù)、新模型和新數(shù)據(jù)、老模型。老數(shù)據(jù)、新模型即取變電站投運(yùn)之前的老運(yùn)行數(shù)據(jù)模型和變電站投運(yùn)之后的新電網(wǎng)計(jì)算模型；新數(shù)據(jù)、老模型即取變電站投運(yùn)之后的新運(yùn)行數(shù)據(jù)模型和變電站投運(yùn)之前的老電網(wǎng)計(jì)算模型。

對于老數(shù)據(jù)、新模型的計(jì)算方案，需要下載工程切改完成之后的新模型數(shù)據(jù)斷面，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)損耗的情況，再根據(jù)新電網(wǎng)模型中變電站的變化信息，切除新建變電站的變壓器和線路，將新建變電站的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到相鄰變電站，將數(shù)據(jù)斷面恢復(fù)成工程切改前的狀態(tài)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)損耗的情況。對于老模型、新數(shù)據(jù)的計(jì)算方案，需要下載工程切改之前的老模型數(shù)據(jù)斷面，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)損耗的情況[5-7]，再根據(jù)老電網(wǎng)模型中變電站的變化信息，增加新建變電站的變壓器和線路，按照新數(shù)據(jù)中新建變電站所帶負(fù)荷的大小，將新建變電站周圍的負(fù)荷轉(zhuǎn)移等值負(fù)荷到新建變電站，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)損耗的情況。

2.4 計(jì)算選擇時間段內(nèi)的網(wǎng)損率

研究態(tài)1、研究態(tài)2是網(wǎng)損系統(tǒng)為了計(jì)算方便設(shè)置的2個狀態(tài)，用于存儲數(shù)據(jù)。將要進(jìn)行研究分析的新電網(wǎng)或老電網(wǎng)計(jì)算模型裝載到研究態(tài)1，設(shè)置電網(wǎng)計(jì)算模型的操作方案，將歷史斷面運(yùn)行數(shù)據(jù)裝載到研究態(tài)2，設(shè)置該斷面運(yùn)行數(shù)據(jù)模型的操作方案。經(jīng)計(jì)算確定從研究態(tài)1和研究態(tài)2的負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案。將設(shè)置好的操作方案提交到服務(wù)端，服務(wù)端獲取客戶端提交的研究態(tài)1和研究態(tài)2的操作方案后設(shè)置計(jì)算時間段，一次執(zhí)行所述計(jì)算時間段內(nèi)的操作方案。首先根據(jù)裝載數(shù)據(jù)斷面時間裝載該斷面的運(yùn)行數(shù)據(jù)模型到研究態(tài)2，生成E格式量測映射文件，同時獲取研究態(tài)2操作方案中要轉(zhuǎn)移的負(fù)荷值。其次把歷史數(shù)據(jù)量測映射到要研究的研究態(tài)1的電網(wǎng)計(jì)算模型中，執(zhí)行研究態(tài)1的操作方案。最后對要研究的研究態(tài)1的電網(wǎng)計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算，并保存計(jì)算結(jié)果。程序框圖如圖5所示。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 柏鄉(xiāng)變電站概況

在石家莊地調(diào)中，切除某個場站，將該場站所帶負(fù)荷轉(zhuǎn)移到附近場站。以石家莊地調(diào)的柏鄉(xiāng)變電站為例，對比柏鄉(xiāng)變電站建設(shè)前后系統(tǒng)的理論網(wǎng)損率，計(jì)算柏鄉(xiāng)變電站建設(shè)后引起的降損率。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變，電源不變的情況下，調(diào)節(jié)該場站轉(zhuǎn)移負(fù)荷的大小，觀察系統(tǒng)網(wǎng)損率的變化。柏鄉(xiāng)變電站的潮流情況見圖6。

圖5 計(jì)算網(wǎng)損率的程序框圖

圖6 柏鄉(xiāng)變電站的潮流情況

3.2 仿真計(jì)算

電網(wǎng)潮流由多個發(fā)電機(jī)、多個負(fù)荷和1個線性網(wǎng)絡(luò)共同決定。考慮極限情況，可以簡化為1個發(fā)電機(jī)、1個負(fù)荷的系統(tǒng)。此時線性網(wǎng)絡(luò)可以簡單化1個等值阻抗。可用單機(jī)無窮大系統(tǒng)來簡化說明網(wǎng)損率跟電網(wǎng)負(fù)荷的相關(guān)性。單機(jī)無窮大系統(tǒng)如圖7所示。

圖7 單機(jī)無窮大系統(tǒng)

支路潮流方程如下：

(V1-V2)2g

支路損耗主要由節(jié)點(diǎn)的電壓差決定。節(jié)點(diǎn)壓差算法如下：

|U1|≈|U2+ΔU|

從推導(dǎo)出來的公式可以看出，系統(tǒng)阻抗不變，潮流發(fā)生變化時，網(wǎng)損率會發(fā)生變化。

3.3 仿真計(jì)算結(jié)果

柏鄉(xiāng)變電站建設(shè)前后，負(fù)荷切改完成后系統(tǒng)網(wǎng)損率的計(jì)算結(jié)果見表1。柏鄉(xiāng)變電站有功負(fù)荷為192 MW時，系統(tǒng)網(wǎng)損244.25 MW,網(wǎng)損率1.36%。將柏鄉(xiāng)變電站切除后，柏鄉(xiāng)變電站所帶的負(fù)荷轉(zhuǎn)由周圍其它的變電站帶，則系統(tǒng)網(wǎng)損變?yōu)?48.89 MW,網(wǎng)損率變?yōu)?.37%。由此可見，柏鄉(xiāng)變電站建設(shè)后，網(wǎng)損率降低了0.01%。

表1 仿真計(jì)算結(jié)果

項(xiàng)目系統(tǒng)網(wǎng)損/MW網(wǎng)損率/%建設(shè)前248.891.37建設(shè)后244.251.36

4 結(jié)束語

電力系統(tǒng)新建變電站降損率是通過獲取省調(diào)及地調(diào)EMS系統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算理論降損率，進(jìn)而對電力系統(tǒng)新建變電站的降損效益進(jìn)行分析計(jì)算得出的。該方法為電網(wǎng)網(wǎng)損管理和電網(wǎng)規(guī)劃投資提供輔助決策依據(jù),同時減輕了相關(guān)人員的工作量。

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