電網運行工況細化診斷分析

摘要：目前，國家電網公司的智能電網及“三集五大”工作已進入了全面建設的階段，本項目的建設成果正是滿足智能電網實現需要更精準、更可靠的負荷分析與預測數據支持的需求。同時，隨著國家電網信息化建設水平的不斷提高，網省內各層級供電公司信息系統的集成的通道都已打通，為數據挖掘技術在負荷預測與分析工作中發揮作用提供了可能。此外，由于電力系統負荷一般可以分為城市民用負荷、商業負荷、農村負荷、工業負荷以及其他負荷等，不同類型的負荷具有不同的特點和規律。本項目針對縣級供電企業覆蓋城市和農村負荷的特點，接入各類負荷相關數據，融合空間分析技術，基于自定義供電區塊的概念，以全新的方式實現了多維度、多因素的電網運行工況細化診斷分析。

關鍵詞：電網運行;細化;診斷

一、建設目標

電力企業的服務宗旨是對各類用戶提供經濟可靠、合乎標準的電能，以隨時滿足用戶即負荷的要求。電力的負荷受氣候變化、產業結構調整、經濟發展和人民生活水平的提高不斷發生著變化，使得用電的需求存在一定的隨機性，而電能無法大量長期存儲的現狀，使電力系統中發電、供電設備的出力與不斷變化的用電負荷保持動態平衡的問題，即電網運行工況分析成為長期以來人們關心和研究的重點。

電網運行工況診斷分析是指在充分考慮一些重要的系統運行特性、增容決策、自然條件與社會影響下，以電力負荷為對象，通過研究或利用一套能夠系統地處理過去與未來的數學方法進行的一系列預測與推論工作。它是保證電力系統安全穩定運行，實現電網合理規劃和逐步商業化運營所必需的重要內容。

二、系統架構

1.總體要求及架構

系統將采用面向服務架構（SOA），遵循IEC61970標準接口和CIM數據標準，集成SCADA、地區局數據交換總線（IEB）、電力營銷、氣象網站、負控管理等相關系統，采用數據倉庫技術，有效解決多源頭復雜數據的采集、海量數據之上進行快速準確科學的數據分析的難題，貼近國內供電企業電網運行工況和負荷分析預測人員及電網規劃人員日常工作所需的電網運行工況分析管理系統。

1.1設計原則

平臺建設遵循如下原則：

• 規范化原則

平臺建設的技術標準，必須嚴格遵循國家標準和行業標準，國家標準和行業標準暫未確定的，參照IEC、ISO、OGC等相關國際標準。同時平臺提供按照標準的數據交換格式，以開放式的數據結構保證支持與其他系統的數據集成應用。平臺的改造過程中還將逐步明確并制定相關的標準規范體系，包括數據規范、編碼規范、平臺功能規范、接口規范、管理制度等相關規范。

• 實用性和先進性原則

堅持實用性原則，在確保實用可靠的前提下，盡量采用先進技術和體系架構。要正確處理好信息技術先進性和實用性之間的關系，既不能因循守舊，墨守成規，也不能貪大求全，過分強調技術的先進性，而忽略成熟、穩定性。以保證平臺改造的高起點，延長整個平臺的生命周期。

• 安全可靠性

系統必須要達到企業級的安全標準，提供良好的安全可靠性策略，支持多種安全可靠性技術手段，制定嚴格的安全可靠性管理措施。

• 開放性

系統應基于國內外業界開放式標準，進行全國統一規劃，為未來的業務發展奠定基礎。

• 可擴展性

系統應具備靈活的可擴展性，具備方便適應業務需求的變化、迅速支持新業務的能力。

• 可伸縮性

系統應具備良好的可伸縮性，系統性能及并發處理能力對主機設備具備平滑的擴展能力，支持業務量快速發展的需要。

• 易使用性

系統應易于使用與維護，具備良好的用戶操作界面、人性化的管理工具和完備的幫助信息。

在總體技術要求的指導和約束下，系統設計實施核心技術采用組件技術實現，考慮在性能、可靠性、易使用性等質量要素間的綜合平衡，保證技術目標的順利實現。

1.2 技術路線

（1）基于IEC、CIM等標準，建立資源中心，通過IEB企業總線接收來自PMS、ACADA、電力營銷、用電采集、氣象系統等的多維數據;

（2）采用C/A/S三層架構，保證平臺的穩定性和時效性;

（3）部署上滿足大范圍推廣應用;

1.2集成框架

電網運行工況細化診斷分析平臺集成了SCADA、地區局數據交換總線（IEB）、電力營銷、氣象網站、負控管理等相關系統。集成框架如下，如下圖所示：

圖：集成框架

2、硬件架構

平臺應用發布采用單獨的應用服務器獨立部署，需要配置相應的軟硬件環境。應用服務器通過F5實現均衡負載，當用戶增加，已有服務器性能影響用戶體驗時，通過增加應用服務器的方式提升系統整體性能。邏輯部署視圖如下圖所示：

圖：省公司集中部署物理架構

3、軟件架構

電網運行工況細化診斷分析平臺將提供6大業務分析功能及3個基礎管理功能，共約40個分析子功能項，滿足各級負荷分析預測人員的日常工作所要。軟件架構如下圖：

三、功能設計

1、系統基礎功能

1.1權限管理

基于角色控制權限體系，對用戶進行權限分配和管理。對系統功能和設備編輯進行適當粒度的權限控制，保障系統的安全性。

1.2圖形瀏覽

實現圖形的快速瀏覽，包括：放大、縮小、漫游、定位、前一視圖、后一視圖等。

1.3圖形編輯

實現點、線、面、文本等圖形的移動、縮放、旋轉等基本圖形編輯操作。

1.4圖元管理

提供圖元管理和符號配置功能，按國網公司電力設備圖元規范自定義設備圖元和配置符號。

2、數據接入

由于平臺涉及到多個系統的數據，各個系統的開放性和是否具備數據接口功能不同，數據接入分為總線/接口導入和文件導入二種方式。另外由于系統涉及多個廠家，數據交互格式不盡相同，需要各自協調確認。

2.1PMS/GIS數據接入

系統需從PMS中獲得配網中壓電網圖數模信息。本系統對PMS的中壓數據要求與配電自動化系統對PMS的數據要求一致，因此，只要PMS開放與配電自動化系統的接口，本系統就能獲得相應的中壓數據。如果因為各種原因，PMS不開放動態數據接口，則采用導入一次斷面的方式。

對于低壓數據，PMS目前還在功能推廣中，并且數據也不全，本系統第一期不考慮低壓數據的接入。

目前平臺已具備PMS模型數據接入功能。

2.2營銷用戶數據接入

目前，PMS和營銷系統正在進行營配貫通建設，用戶數據營銷管轄范圍，因此平臺需要從營銷系統接入配變和戶號的關系。

營銷不存在配變和戶號的直接關系，而平臺的分析都是基于區塊的大量數據，如果通過接口獲取，在分析時實時通過接口獲取無法滿足效率要求。因此需要同時獲取用戶的接電點、臺區等信息。首次采用一次斷面導入方式，如果不提供增量接口，則只能采用定期斷面導入。

2.3用電采集信息數據接入

系統將通過與用電信息采集系統進行對接，獲取配變的負荷信息，以滿足系統對變電站或變壓器對負荷分析與預測功能。目前，用電信息采集系統為全省統建，且只有一個實時數據庫，為了防止負荷過大對外不提供程序接口。但省公司已在建設統一對外提供數據的用電業務采集數據中心，如果因為各種原因，用電信息采集系統不開放動態數據接口，則采用導入一次斷面的方式以使項目研究順利進行。

2.4配網自動化數據接入

系統需要與SCADA系統相對接，獲取配電網中相關線路、配變的運行信息。需要從DSCADA接入實時數據。

2.5PI系統數據接入

系統與PI系統進行對接，PI系統向外提供數據推送的渠道暢通，并且可以根據外部系統的需要進行定制化開發。

2.6氣象數據接入

系統為了實現對針對氣象等非線性的負荷分析功能，需要對氣象系統進行數據接入以得到自定義區塊內的歷史氣象情況。目前地區氣象局提供專線接入的方式發布氣象信息。如果因為各種原因，用電信息采集系統不開放動態數據接口，則采用導入一次歷史數據的方式。

2.7其它數據接入

系統擬采用開發建立相關導入功能，滿足支持非結構化數據的手工導入方式實現。

3、負荷信息可視化

通過B/S，以圖形可視化的方式，統一展示接入的數據，包括電網網架、采集數據等。

4、供電區塊定義

區塊是負荷分析的一個維度，通常負荷分析都是圍繞某個區塊展開。可通過多種方式，實現行政區塊、變電站供電區塊、環網供電區塊、饋線供電區塊、開發區、商業區住宅區等區塊的定義，并保存供查看。不同類型的區塊可交叉重疊，可按區塊類型進行區塊的切換顯示，多維度的展示供電區塊，區塊可手動編輯，保證區塊的全覆蓋和連續性，不至于出現空白區域，不同區塊間顏色區別，相鄰區塊用不同顏色著色。如下圖：

• 行政區塊：通過鼠標軌跡勾畫或地圖行政區域分析，得到劃分后的區塊，生成行政區塊。
• 變電站供電區塊：選擇變電站，進行變電站的供電范圍分析，變電站所供電的范圍構成的多邊形區域即為變電站供電區塊。
• 環網供電區塊：選擇變電站或線路，忽略開關的性質和開斷狀態，通過拓撲分析，獲取線路的環網供電范圍，即為環網供電區塊。
• 饋線供電區塊：選擇變電站或線路，通過拓撲分析，獲取饋線路的供電范圍，即為饋線供電區塊。
• 開發區、商業住宅區：通過鼠標軌跡勾畫或地圖分析，得到劃分后的區塊，生成相應的開發區、商業住宅區區塊。

5、區塊負荷分析

主要功能包括：最高負荷統計、售電量分析、典型日負荷分析、年8760數據分析、季節性負荷分析等。

以自定義配網區塊為基準對區域負荷進行預測，提供負荷密度等相關信息。負荷計算所需數據在系統直接取數的基礎上，提供手工輸入權重系數和對系統數據修改的功能。

5.1最高負荷統計

可根據不同類型區塊劃分，按年、月、日或時間段進行區塊內最高負荷統計。統計結果可報表輸出。

5.2售電量分析

結合用電采集系統的數據，可根據不同類型區塊劃分，按年、月、日或時間段進行區塊內售電量的統計分析。分析結果可報表輸出。

5.3典型日負荷分析

典型日一般指節假日或一個短的時間段。通過用電采集數據，由用戶來挑選出某一月中最能代表該月負荷水平的那一天或幾天來，按多個連續年、連續月，顯示用戶的日負荷曲線，便于用戶對這一天的負荷數據重點分析。

5.4年8760數據分析

年8760數據分析包括月度持續負荷分析和年持續負荷分析。月度持續負荷分析用于繪制年度8760負荷數據的持續負荷曲線，觀察一年內負荷變化趨勢，在此，也可繪制月持續曲線，為24×30（31）點;年持續負荷分析可對歷年同月的負荷進行同比，選擇若干年份，查詢并繪制年8760的持續曲線，統計年基本負荷、腰負荷、尖負荷等指標范圍，并在曲線上標識。

基負荷=年最低負荷

腰負荷上限=0.5*（年最高負荷-基負荷）

腰負荷下限=基負荷

尖負荷上限=0.5*（年最高負荷-腰負荷）

尖負荷下限=腰負荷上限

5.5季節性負荷分析

季節性負荷對年度負荷的變化有非常顯著的影響，因此需要計算年的各個季節的負荷。可選擇任意年或連續年，統計分析區塊內其各個季節的負荷，并繪制各年季節性負荷變化曲線，也可統計和繪制各年指定季節的負荷曲線。

6、電網運行工況診斷分析

以自定義配網區塊為基準，對區域電網運行工況進行診斷分析。根據負荷密度、主變負載、線路負載、配變負載、負荷預測等數據，結合主變限額、線路輸送限額、配變限額等數據，對當前區域電網運行工況細化診斷分析，提出區域電網運行所存在的問題。

6.1區塊主變運行診斷

查詢區塊內主變二次側負荷，結合主變容量限額，分析區塊內主變負載是否飽和，計算容載比，并給出狀態提示。

6.2區塊線路運行診斷

根據線路型號，獲取線路的安全載流量，計算線路的最大負荷，再統計線路所有配變的額定容量，獲取線路的最大負載。如果最大負載超過線路的最大負荷，則線路負載過重，需要割接負荷或換線徑，最大線徑仍然不能滿足配變負載，則只能割接負荷;如果最大負載不足線路最大負荷的額定百分比（數值待定），則為配變容量不足。

同時也可根據配變的實時監測負荷對線路進行運行診斷。

6.3區塊配變運行診斷

根據配變和用戶的關系，以及用戶用電量，分析區塊內配變的容量是否滿足，如果超載，需要給出超載提示，并統計出區塊內配變的超載數量和百分比。

7、區塊電量統計

通過自定義區塊電量的統計分析，從總量、行業、產業、時間的多角度統計售電量狀況，發現供需平衡的對策。主要功能包括：年/月及歷年售電量及比率統計、年/月及歷年行業售電量及結構統計、年/月及歷年產業售電量及結構統計、分區分電壓等級售電量統計。

7.1總電量統計

可按區塊和任意年、月或時間段，進行區塊內總用電量統計，并進行增長率分析。

7.2分行業電量統計

根據用戶所屬行業（目前用戶所屬行業無法獲取）和任意年、月或時間段進行區塊內用電量統計，并進行增長率分析。

7.3分產業電量統計

根據用戶性質，按工業、商業、居民和任意年、月或時間段，按區塊進行用電量統計，并進行增長率分析。

7.4分電壓等級電量統計

根據用戶電壓等級，按區塊進行用電量統計，并進行增長率分析。

8、典型用戶分析

針對各分區內典型大用戶的負荷進行分析，除包含自定義區塊負荷分析的所有功能外，還增加了行業、產業的同時率與針對典型用戶的需求側措施管理，從而有利于負荷預測人員對行業、產業的負荷作各項負荷分析，以了典型用戶對自定義區塊負荷整體的影響，為實現日、年負荷曲線的預測積累數據，同時為制定有序用電方案和保供電方案提供參考依據。

8.1典型用戶管理及指標計算

按區塊管理范圍內的大用戶，統計其基本信息，包括地址、聯系電話、負荷大小等。同時可統計其在一定時間內的用電量等用電指標。

8.2典型用戶負荷分析

按用戶用電性質和行業的不同，統計分析區塊內典型用戶的負荷。綜合分析不同類型用戶在不同的時間、氣候、季節下的負荷變化，并繪制負荷曲線。

8.3典型用戶電量分析

與典型用戶負荷分析類似，按用戶用電性質和行業的不同，統計分析區塊內典型用戶的用電量。綜合分析不同類型用戶在不同的時間段、氣候、季節下的用電量變化，并繪制用電量曲線。

8.4典型用戶需求側措施管理

在典型用戶基本信息的基礎上，維護典型用戶的特殊需求，為制定有序用電方案和保供電方案提供參考依據。

9、氣候與負荷相關分析

由于電力負荷預測與分析受諸多因素影響，比如經濟、時間（節假日）、氣象、電力市場環境，甚至是隨機因素。綜合這些因素本身的周期性、影響性、可控性等方面，以氣候為代表的因素分析尤為重要。通過接入供電區塊的歷史與實時數據，加上合理的預測和分析模型的建立，對中長期或短期的負荷預測與分析都有十分重要的參考意義。

9.1歷史數據分析

氣候與負荷相關的主要因素是溫度。通過選取任意年、月、日或時間段，按照設置的溫度區間，統計區塊內平均日負荷總量，獲取溫度變化引起的負荷增長，以及增長率。

9.2負荷相關性指標分析

負荷相關性分析只要是分析氣候變化對負荷的影響。如溫度每變化一度，負荷的增長率。

10、負荷專題分析

供電區塊的劃分往往依據行政區域、變電站自定義區塊、負荷特性質等因素綜合劃分，特別縣供電企業擁有廣大農網配電的范圍內，各個分區的用電情況、負荷密度等參數相差很大。本項目研究擬在負荷分析模塊中已對供電區塊負荷特性分析結果的基礎上，再采取專題分析的方式，目的是使負荷分析更能反映實際情況，提高分析結果的可信度。這些專題分析將借助圖形展示平臺以電網圖形的方式進行展示，主要包括主變和線路的分析（在電網運行工況診斷分析中實現），自定義區塊的容載比、負荷密度、同時率的分析。

統計分析后，按區塊顏色和文字顯示其容載比、負荷密度、同時率等統計信息。

10.1容載比專題分析

區塊內容載比為區塊內變電站的額定容量與配變實際最高負荷之比。根據農網和城市電網的差異，容載比的范圍也有所不同，按區塊進行容載比分析后，根據最佳容載比范圍，提示其容載比是否合適。

10.2負荷密度專題分析

負荷密度是每平方公里的平均用電功率。按照劃分好的區塊，統計范圍內的最大負荷，計算區塊的負荷密度。

10.3同時率專題分析

統計區塊內變電站的總變電容量，以及區塊內所有用戶的額定容量，其比值即為區塊內負荷同時率。

四、結論

本項目建設完成后，可以產生如下的一些直接或間接效益：

縣局供電企業擁有了完整的電網運行工況分析平臺，充實和完善了電網運行的各項數據，保證了數據的完整性與準確性，為電網運行工況的現狀分析和未來預測提供更加充實的數據基礎，使電網運行工況分析的結果更加準確和詳盡。

提供了一種全新的基于準確詳盡的數據基礎上的負荷預測分析模型，能夠快速及時的實現復雜的負荷數據預測分析，極大的提高了工作效率，使負荷預測變得相對更加準確，為電網規劃提供更加實際的指導意見。

該平臺建成后，能夠提供較為準確的轄區配網運行數據，并結合電網運行限額以及符合預測結果等因素，對電網運行工況提出所存在的問題以及改造意見，為今后配網的建設和改造提供較為詳細準確的數據基礎和分析依據，使電網建設的目的更具針對性、改造的規模更具準確性，使今后的電力網架更具合理性;

平臺對電網運行工況分析、負荷預測分析所需的相關數據實現了統一接入，解決了大量的電網網架信息、負荷信息、電量信息等相關資料分散采集的難題，把電網規劃人員、電力建設人員從繁瑣的數據整理與分析中解放出來，大大提高的工作效率;

通過提供統一的業務和系統實現的優化方案，擴展各類對象分析的角度、加強分析深度、提高負荷分析和應用的水平，為電網規劃、電網建設改造、電網調度和制定有序用電方案等方面提供直接的依據;

平臺在負荷的區域密度和負荷性質等方面提供多樣、直觀、形象的分類展現，更好的服務于供電企業員工;