配電網同期線損監測系統的設計與實現

劉道新，胡航海，張文晉，陸 鑫，胡劍地

（1.國網電網公司 北京100031；2.國網信通億力科技有限責任公司 福建 福州350003）

配電網同期線損監測系統的設計與實現

劉道新1，胡航海1，張文晉2，陸 鑫2，胡劍地2

（1.國網電網公司 北京100031；2.國網信通億力科技有限責任公司 福建 福州350003）

針對線損管理所面臨的功能單一、以統計為主、分析功能薄弱、管理模式存在較大差異性以及規范不統一等問題。通過分析同期線損計算與管理需求的基礎上提出了相關的線損監測與管理系統設計方案，詳述了系統可實現的測試功能及流程，設計了該平臺的軟、硬件系統并分析了各組成模塊及其功能。以福州市某區供電線路作為為例，通過對該段線路包含的18個負荷節點的10kV配電線路網絡，應用自研的配電網同期線損監測系統進行計算與在線監測試驗。試驗結果顯示，實際電能損耗和實際線損率與監測電能損耗和監測線損率的相對誤差分別為0.597%和2.846%，計算結果與同期實測總線損相接近，證明了該系統的有效性和實用性。

配電網；同期線損；監測系統；線損計算

隨著智能電表的推廣、用電信息系統的建設，使得數據的完整性和實時性較以前有了較大的提高，線損業務管理條件越來越完善。同時，各省（市）電力公司先后開始計量關口改造，建立集抄系統，完成了部分線損綜合管理的功能，但多數存在功能單一，以統計為主，分析功能薄弱的問題，且各單位管理模式存在較大差異性。由于各單位仍處于獨立摸索階段，導致規范不統一，束縛了線損管理模式的進步[1]。另外，我國目前10 kV及以下配網的線損多以管理線損占主導，由管理因素造成的線損波動的影響尤其突出，因此對電力企業而言，同期線損監測系統的建設具有較強的工程價值。

國內各級電力公司及科研院所諸多學者在線損管理及計算等方面進行了大量的研究，并取得了一定的研究成果[2-6]，如文獻[7]利用配電網各個負荷節點功率、電壓，提出了同期線損的理論計算方法，可精確地計算出某10 kV配電系統各負荷節點間的線路損耗；文獻[8]介紹了基于實時量測數據的10 kV配電網線損自動化管理系統，并就其中的線損管理問題進行了詳細闡述。

為有效解決線損管理所面臨的各項問題，文中在分析同期線損計算與管理需求的基礎上提出了相關的線損監測與管理系統設計方案，詳述了系統可實現的測試功能及流程。設計了該平臺的軟、硬件系統，最后進行了工程測試應用以驗證該監測系統的有效性和準確性。

1 線損分析與統計管理現狀

線損是電能從發電廠傳輸到用戶端過程中由于多方面原因造成的有功、無功電能或電壓損失。通常，可根據線損的原因將配網損耗分為不變損耗和可變損耗兩大類。其中，不變損耗與負荷電流、電壓的變化無關；而可變損耗由電網中各輸配設備的電阻在通過電流時所產生的，隨電流的增大而增大，如電力線路、變壓器繞組中的損耗。另外，從線損性質的角度則可分為技術線損和管理線損兩大類，技術線損可視為全網個元器件以及線路損耗的總和，管理線損則指因經營管理問題而造成的電能損失，如偷漏電、抄表錯誤等造成的線損[9]。

目前，對配網線損的管理存在以下現狀：

1）傳統抄表方式造成了供售電量發行的不同步，計量統計的不同期導致了月度線損率呈現“大月大、小月小”的波動趨勢。

2）為滿足電量、線損及財務相關指標的考核要求，人為“調控”電量，造成電量、線損統計數據失真，對實際線損管理工作失去有效的指導意義。

3）線損指標失真或人為“調控”結果難以真實反映線損工作中的管理真空地帶，無法有效促進部門協作工作。

4）信息系統的集成度水平和管理水平不高造成數據的冗余和偏差。

5）由于缺乏統一的電量、線損統計與管理工具，基層人員需要從多個系統中抽取數據并人工核對、填報，手工計算工作量大、效率低。

6）電量及線損統計管理協同機制需進一步完善。

2 配電網線損監測系統架構設計

為有效解決線損管理所面臨的各項問題，應盡快建立統一的管理模式、技術規范，以線損統計分析、同期計算、理論計算、優化分析為核心功能，以關口屬性定義、設備狀態監控、負荷預測、基礎數據，以其他專業銜接技術、支持保障體系，最終實現精益化、實時化的線損管理與分析目標[10-11]。

2.1 系統功能實現

配電網同期線損監測系統可實現配網線損量和線損原因的在線監測和分析，實現準確實時在線管理模式，提供同期降損依據參考。按邏輯功能可劃分為數據采集層、數據傳輸層、數據處理層和業務應用層等4個層次，系統對外提供調用接口，供客戶端程序使用或與其它系統進行數據交互。

其中，數據采集層主要由終端設備組成，主要實現監測數據的現場采集，之后分析數據的完整性，進行初步篩選，剔除無效或錯誤數據，將有效數據存入中間數據庫，以備為線損計算和分析提供數據支持。該系統采用定時模式，可實現定期自動采集、定期自動讀取用電營銷數據等操作。同時，系統還提供相應的電量補采功能及前期數據預處理方法以滿足數據的完整性和連續性的需求。另外，該層還具有異常報警功能，可實現電流在線監測、電壓在線監測、諧波在線監測、電表在線監測，對出現的各種異常事件進行捕捉，實現線損突變提示報警和管轄區所有配變的動態監控。

數據傳輸層是系統內各設備與服務主站間的通信信道，用以實現彼此間的信息傳輸。該層采用GPRS公網和230M無線專網作為信道[12]。數據處理層可實現數據管理，線損管理及統計報表等功能，主要用來對各采集參數、設備型號等資料進行規范化管理，便于運維人員查詢與維護。提供數據庫中電量及其它各類信息的查詢，管理及維護等功能。其線損管理功能可實現線損的理論計算與按月、季、年的統計分析。

此外，該系統對采集回的大量原始用電現場數據，可進行有針對性分類整理，并可與營銷管理業務系統相連接，其所提供的數據支持可為電力企業的線損管理及電力營銷策略提供有利的參考意義。

2.2 總體架構設計

為涵蓋上述功能并滿足系統實時性的測試要求，配電網同期線損監測系統由后臺服務主站、通信模塊、存儲模塊以及現場用戶終端等組成。為滿足于多系統間的信息交互，該系統采用SOA （Service-Oriented Architecture）架構設計[13]，通過ESB服務總線（ESB，Enerprise Service Bus）約定與外部系統信息交互規則。系統部署架構如圖1所示。

圖1 配電網同期線損監測系統架構框圖

其中，后臺服務主站由Web服務器、多個后臺工作站、應用服務器、前置設備等組成，完成數據分析和管理等相關任務，并作出相應的判決。后臺服務主站采取分布式架構，各個功能模塊之間相對獨立，但統一管理各數據庫資源。根據用戶的需求，可將模塊功能實現集合安裝在同一臺工作站內，或分布在多個工作站上。

通訊模塊利用230M無線專網和GPRS公網實現對狀態數據的計量模塊和和通信測試服務，完成對各層設備的單體或系統級聯調測試、上下行數據傳輸交換等任務。現場用戶終端主要由各類現場監控終端組成，完成實時數據采集、統計功能。

配電網同期線損監測系統在工作過程中通過ESB總線將抄讀電能表數據、采集統計量等從終端發送給主站端線損計算采集系統[14]，待數據初步處理完成之后，將計算或查詢的結果信息回傳給監測系統。該架構設計方案具有較強的兼容性和靈活性，可在系統運行過程實時地根據人為需要增減或更改服務模塊、服務內容以及服務目標，其更改過程不影響其他服務操作，便于系統地實現多平臺異構的服務調用需求。

2.3 軟件架構設計方案

配電網同期線損監測系統軟件采用Visual C++作為軟件開發語言，其軟件架構如圖2所示。

圖2 配電網同期線損監測系統軟件總體架構

從圖2中可以看出，線損分析模塊主要可以分四部分，其中線損自動計算與處理部分包括線損計算結果顯示、三相負荷不平衡分析、母線不平衡分析、經濟運行結果分析、配變調串分析、線損綜合分析、線損率指標月報、線損對比分析等，完成該系統對線損監測的主要功能。為掌握配電網中各元件的損失情況，需根據配電網設備參數及實際的負荷情況進行理論線損計算工作，同時根據線路中各段、各節點的理論線損量，確定配電網中的薄弱線路或薄弱節點，以便在運維過程中采取有效的降損技術措施進行局部維護與監管。該系統內置的理論線損計算模塊包含3種計算方法，即電量法、電流法和潮流計算法，在計算時結合電力公司業務人員提供的各級配電網具體情況給出理論計算結果。

另外，為便于用戶快速高效在界面上查詢到線損分析的結果信息，該系統還設計了一系列數據庫表對線損分析的結果數據進行存儲。用戶對指定條件下的線損進行分析時，后臺直接查詢數據庫表中相應記錄并展示，可有效縮短操作時間。該軟件的計算流程如圖3所示。

圖3 軟件計算流程框圖

3 工程示范應用與線損管理建議

3.1 系統工程應用

以福州市某區供電線路為例，該段線路復雜，線損率久高不降，該段線路為包含18個負荷節點的10 kV配電線路網絡，根據實際配電線路網絡繪制該段配電線路網絡結構圖，并在圖中標明了各級配變容量和各段線路長度，如圖4所示。

圖4 配網電路網絡結構圖

對該地區應用自研的配電網同期線損監測系統進行計算與在線監測，2015年10月同期監視結果與實際線損測量結果對比情況列于表1，從中可看出采用該系統的內部理論模型可有效計算配電線路理論總電能損耗和理論線損率，其計算結果與同期實測總線損相接近，證明了該系統的有效性和實用性。

3.2 線損管理發展建議

1）規范業務管理

重點梳理解決關口計量管理、檔案管理、降損管理等跨專業問題，明確各專業銜接和協作，實現高效協同，切實落實“三集五大”體系建設要求。

2）提升應用水平

提高發展專業的數據實時性、準確性，營銷專業用戶檔案、電量信息的一致性，運檢專業設備檔案的真實性以及調度專業的統一性，促進各專業系統整體數據質量，提升系統應用水平。

3）促進線損精益化管理

表1 配電線路損耗對比結果

實行同期統計，線損指標及其波動可以客觀反映單位節能降損和管控水平，月度線損率還原歸真，可敏感及時反映生產經營問題，引導各單位的工作精力從“簡單地指標數值調控”調整到“真正的降損控制”，將充分發揮各基層單位節能降損積極性與創造性，切實提升國家電網公司各層級的整體線損管控水平[15-16]。

4）提高經濟效益

大大減輕了統計人員的工作量；另外，通過在線同期線損的監測分析即時發現重損、高損單元，減少用戶竊電行為、計量裝置問題和不必要的電網設備損耗，給國家電網公司挽回直接經濟收入。

5）挖掘數據價值

提供實時源頭采集的數據計算與統計，保證經營指標真實可靠，嚴控審計風險；深化“購電支出、售電收入、電網損耗”同期數據分析，為決策分析提供真實參考；掌握國家電網公司電網損耗成本情況，為國家電網公司加強成本管理、爭取電價政策，應對大用戶直購電提供有理支撐；通過匯集各類、各行業用戶的電量信息，為深入分析電量與經濟社會指標關系提供重要參考，為政府在宏觀經濟決策、經濟結構調整及節能減排提供第一手的資料。

4 結束語

文中設計了配電網同期線損監測系統，研究了同期線損在線損管理、營配貫通、設備資產管理等方面的系統架構、監測模型及計算方法，以夯實線損管理基礎，消除線損計算過程中噪聲數據，實現數據源頭獲取和線損歸真；建立“全面、自動、實時”智能監測體系，建立配套異常內控機制，縮短異常處理時間。最后為驗證實時測試仿真系統的有效性，在指定的環境條件下，進行了測試，同時給出了改進線損管理的發展建議，其結果可驗證管理系統的準確性和可行性。

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Design and implementation of a synchronous line loss monitoring system in distribution network

LIU Dao-xin1，HU Hang-hai1，ZHANG Wen-jin2，LU Xin2，HU Jian-di2
（1.State Grid Corporation of China，Beijing 100301，China；2.SGIT-GreatPower，Fuzhou 350003，China）

Aiming at the various problems of line loss management such as function is single，take statistics as the main issue，the analysis function is weak，the management pattern has the big difference and the standard is not unified and so on.This paper proposed the design scheme of line loss monitoring and management system based on the analysis of line loss calculation and management requirement，and detailed the testing function and process which the system could realize.The software and hardware of the platform system were designed and the function of each composition module were analyzed.Taking the power supply line in a district of Fuzhou city as an example，10kV distribution line network with 18 load nodes which are included in this section，application of independent research and developed synchronous line loss monitoring system in distribution network to calculate and on line monitoring test.Test results show that the actual power loss and the actual line loss rate and monitoring of power loss and monitoring the relative error of line loss rate is 0.597%and 2.846%respectively.The calculated results are close to the measured bus losses，which has proved that the validity and practicability of the system.

distribution network；synchronous line loss；monitoring system；line loss calculation

TN87

：A

：1674－6236（2017）05-0042-04

2016-01-29稿件編號：201601280

劉道新（1970—），男，山東濟南人，博士，高級工程師。研究方向：電力統計管理、電力技術信息化等。