基于網絡拓撲的110 kV配電網潮流可視化設計與開發

吳海雄 廖石江

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東珠海519100）

0 引言

110 kV配電網自動化是我國110 kV配電網調度運行的一大短板，其中110 kV配電網潮流圖可視化展示則是110 kV配電網調度自動化亟待完善的重要功能。110 kV配電網潮流可視化展示是指以網架接線圖的方式將110 kV配電網變電站集中展示，為110 kV網調度員提供全景式的電網運行監視界面，支撐110 kV網調度員調度指揮和事故處置[1]。

實際上，電網潮流可視化技術是調度自動化領域的關鍵技術，已得到深入的研究與廣泛的應用[2]。文獻[3]和文獻[4]分別介紹了基于OpenGL和ECharts的電力系統可視化技術，并結合高壓輸電網特征提出了潮流可視化方案。文獻[5]圍繞實時監控業務要求，提出了電網實時監控可視化方法。文獻[6]進一步將潮流信息可視化展示拓展至智能移動終端，提出了移動端的可視化展示方法。文獻[7]基于CIM和XML規范，提出了地區電網可視化設計方法。

然而當前潮流可視化技術的研究往往圍繞高壓輸電網展開，110 kV配電網相關的可視化技術研究相對比較少。由于110 kV配電網與高壓輸電網在運行特征、可視化要求上存在較大差別，現有的研究難以滿足110 kV配電網潮流可視化展示需要。

為此，本文立足于110 kV配電網潮流可視化問題，對比分析110 kV配電網與高壓輸電網在潮流可視化方面存在的差異，提出了110 kV配電網潮流可視化設計的基本原則，據此設計了110 kV配電網潮流可視化展示元件庫，并在某地區110 kV配電網實際應用。

1 110 kV配電網潮流可視化設計原則

1.1 高壓輸電網與110 kV配電網潮流可視化對比

高壓輸電網與110 kV配電網在網架結構和運行方式上存在顯著差異，可總結如下：

（1）從網架結構來說，高壓輸電網除了變電站節點外，還有大量發電廠節點，而110 kV配電網中發電廠節點相對較少；

（2）從運行方式來說，高壓輸電網以環網運行方式為主，而110 kV配電網則往往為輻射狀結構，并在不同輻射狀支路上設置有并列點，用于負荷倒換；

（3）從潮流流向來說，高壓輸電網環網運行特征使得其潮流往往沒有固定的方向，而110 kV配電網由于發電廠較少且為開環輻射狀結構，因此其潮流一般由根節點流向終端。

上述三個方面的差異導致在110 kV配電網潮流可視化設計上與高壓輸電網存在如下方面的差別：

（1）110 kV配電網潮流可視化設計的重點在于將110 kV配電網各變電站的聯絡關系展示完整，即理順變電站節點、電廠節點、線路三者之間的關系，其原因在于當前110 kV配電網自動化發展相對滯后，潮流可視化優先解決“完整性”問題；

（2）110 kV配電網潮流可視化設計的關鍵點在于在完整呈現110 kV配電網節點聯絡關系的基礎上，將運行數據與相應的110 kV配電網設備相關聯，實現110 kV配電網潮流可視化的“直觀性”問題；

（3）110 kV配電網潮流可視化設計的難點在于針對110 kV配電網存在的方式倒換過程中可視化展示需求，提供并列點操作的智能提示，解決110 kV配電網潮流可視化設計的“智能化”需求問題。

1.2 110 kV配電網潮流可視化原則

根據當前110 kV配電網自動化技術實際，結合我國110 kV配電網發展實際要求，110 kV配電網潮流可視化設計需遵循如下原則：

（1）模塊設計。指在110 kV配電網潮流可視化設計中需首先根據110 kV配電網實際運行設備類型，將其歸類，形成標準化的可視化展示元件庫，為系統級的可視化展示提供支撐。

（2）封裝設計。在模塊設計的基礎上，在標準化的元件上進一步將電網運行特征數據與其關聯，實現設備、運行信息的一一對應。

（3）智能設計。在系統級可視化展示中，結合110 kV配電網實際進一步考慮業務要求，提供并列點操作智能提示、潮流合理性校驗等智能輔助功能。

2 110 kV配電網潮流可視化元件庫設計

2.1 元件庫范圍

借鑒當前高壓輸電網潮流可視化展示的設計要求，110 kV配電網潮流可視化展示的元件庫主要包括線路、變電站、電廠三類基本元件。

2.2 線路設計

線路設計包括展示樣式和關聯元素兩個層面的設計要求。線路的展示樣式與其電壓等級相關，一般用顏色區分不同電壓等級的線路，表1所示為本文所推薦的110 kV及以下110 kV配電網潮流可視化設計的線路展示樣式。

線路元件封裝過程中所必須關聯的運行信息如表2所示，涉及的相關信息包括首末端節點、線路電壓、線路有功潮流、線路無功潮流。除上述信息外，還可以將線路電流、線路阻抗等信息一并封裝。

表1 線路展示樣式設計

表2 線路封裝涉及信息

2.3 變電站設計

變電站展示也包括展示設計和關聯元素兩個層面。變電站展示設計以各變電站最高接入電壓等級作為區分標準，不同電壓等級的變電站展示設計如表3所示。

表3 變電站展示樣式設計

如表4所示，變電站所需關聯的元素主要為變電站所連接的110 kV網線路、節點有功/無功負荷、變電站各段母線的電壓。變電站所連接的110 kV網線路必須注明接入電壓等級。

表4 線路封裝涉及信息

在明確上述基本信息外，根據110 kV配電網輻射狀結構特征，還可以將變電站節點編號。編號中根節點的編號一般為“0”，數字越小表明該線路與根節點的距離越接近，任一線路兩端節點，靠近根節點的編號必小于相距較遠的。

2.4 電廠設計

電廠節點可視化設計與變電站類似，區別在于：（1）電廠節點除用顏色區分其電壓等級外，還應用外形區分電廠類型，即燃煤電廠、燃氣電廠、水電廠、風電站、光伏電站等應用不同外形的圖標區分其類型；（2）變電站關聯元素為節點供電負荷，而電廠關聯元素為有功/無功發電負荷以及有功/無功上網負荷。

3 110 kV配電網潮流可視化功能設計與系統展示

本文研究成果已在珠海供電局得到了實際應用，并取得了良好的應用效果。下面將基于珠海供電局實際應用情況，介紹系統開發和實際應用的基本情況。

3.1 功能設計

由于EMS系統歷史問題，珠海供電局調度中心尚沒有110 kV配電網潮流網架接線圖供調度員使用，嚴重影響調度員對電網潮流的掌握。特別是在發生大面積停電時，由于無法直接通過EMS系統掌握110 kV變電站失壓、110 kV線路跳閘的情況，嚴重影響用戶供電恢復。

110 kV配電網潮流網架接線圖不僅能為調度員提供整體性的電網連接關系概況，還能基于變電站采樣信息分析判斷各輸變電設備運行情況，以輔助調度員事故處置。

如圖1所示，圍繞上述需求，珠海供電局開發并部署了基于網絡拓撲的110 kV網潮流可視化系統，其功能設計包括兩個層面：（1）拓撲關系展示，保證“圖實相符”，全面且真實地展示實際變電站、線路、發電廠的聯絡關系；（2）運行信息展示，基于變電站、電廠監測數據展示變電站、線路的運行信息，及時揭示異常運行狀態。

圖1 功能設計

3.2 系統展示

珠海供電局110 kV配電網潮流可視化界面如圖2所示。該系統能夠全面展示珠海供電局110 kV配電網的網架聯絡情況和線路潮流運行情況。

圖2 珠海供電局110 kV配電網潮流可視化界面

在提供上述基本功能的基礎上，為進一步滿足珠海供電局調度員分析決策的需要，調度員可以通過右鍵方式查閱封裝在該設備的元件關聯信息，如圖3所示。

圖3 詳細信息查詢

4 結語

本文基于當前110 kV配電網潮流可視化展示需求，深入對比了高壓輸電網與110 kV配電網潮流可視化的差別，在此基礎上提出了110 kV配電網潮流可視化原則和元件封裝方法，并在珠海供電局實際應用了該方法，取得了良好的實際應用效益。