惠州配变监测计量系统的设计及线损四分系统的实现.docx
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惠州配变监测计量系统的设计及线损四分系统的实现
惠州配变监测计量系统的设计及线损“四分”系统的实现
第一章国内外配变监测计量系统及线损“四分”系统的发展情况
电网线损是输配电过程中的一个主要指标，它也是一个综合性很强的指标，反映了电网公司的网架结构优化水平以及运营管理水平。
我国电网的线路损失率在20世纪80年代和90年代一直处于8％以上，从1995年开始，线损率8.77％呈总体下降趋势，目前线损率一直保持在7.2％左右（见表4）。
这表明我国农网和城网改造取得了很好的成就，一方面说明技术含量在电网中的加强；另一方面说明电网的管理及调度水平的提高。
表4我国历年线损率
Tab.4LinelossrateinChinainpastyears
年份
线损率/%
年份
线损率/%
1984
8.28
1997
8.20
1987
8.48
2000
7.81
1990
8.06
2001
7.55
1992
8.29
2003
7.71
1993
8.52
2004
7.55
1995
8.77
2005
7.18
但是我国的线损和世界先进水平相比，还存在着较大差距。
如在2002的综合线损中，日本、德国和英国的综合线损分别为4.75％、4.74％、8.57％，而我国2005年的线损为7.18％（见图4），除英国的线损比我国高，日本和德国都较低。
以我国2005年的线损与日本、德国2002年的线损水平比较，还分别高出2.43％和2.44％。
按2005年用电量计算，如果线损降低1％，全社会就可节约将近250亿kW·h左右的电能，若按照0.3元／（kW·h）计算，节约资金近75亿元人民币。
如果我国达到德国2002年线损水平，按照2005年用电量来计算，我国将节约600亿kW·h左右的电量，比北京市2005年全社会用电量570.54亿kW·h还要多，相当于40台30万kW火电机组的全年发电量（机组年发电时间一般按超过5000h计算）。
预计2020年我国发电能力和发电量将分别增至10亿kW和4.6万亿kW·h，按照日本的发电、输配电的能效水平，我国的节煤潜力可以达到1.65亿t标准煤。
目前，虽然我国新建发电机组的技术水平和环保水平已与发达国家基本持平，但输电线损率还是比国际先进电力公司高２％到２．５％，相当于一年多损失电量４５０亿千瓦时，相当于我国中部地区一个省全年的用电量。
图4我国和部分国家综合线损指标对比[3-4]
Fig.4Thecomparisonofintegratedlinelossratebetween
Chinaandothercountries
因此，研究降低线损、更好地进行线损管理不仅具有理论意义，也有极强的实际应用价值。
随着电力城网、农网改造的逐步完善，一户一表工程、抄表到户工作的完成，对线损管理、提高供电质量、保证供电的可靠性、安全性提出了新的要求。
2007年国民经济继续保持了持续快速健康发展的良好态势，全社会用电量也保持上升的趋势。
近两年的电力行业体制改革和系统出现电源性缺电现象，全国大部分地区错峰用电的情况下，简单的电能计量已不能满足对配变的监测管理。
反而对配变的运行状况的实时测控提出了新的需求。
同时对用电营销管理的科学化和电力需求侧管理（DSM）的智能化需求，要求对配变低压侧进行准确和科学的智能监控，掌握配变的运行状况并根据需求进行合理管理，改善供电质量。
第三章、配变监测计量系统的设计与实现
术语解释
配电变压器（配变）
配电变压器（简称配变）是配电网中将电能直接分配给低压用户的设备是低压（10kV）配电网与用户380/220V配电网的分界点。
配变安装于电线杆、配电房和箱式变电站，具有分散、地理环境情况变化多端、覆盖面广、用户众多，容易受用户增容和城市建设影响等特点。
配变计量监测终端（配变采集终端）
安装于10kV公共变压器现场的用于实现配变供电计量监测的现场终端设备。
与计量自动化系统其它现场自动化设备功能不同，该终端同时具备计量功能和自动化功能。
除完成一般的数据采集、处理、存储和远程通信功能外，该终端还将完成交流采样功能，实现计量功能和供电质量监测功能。
集中器
是指用于低压用户自动化抄表的，收集一体化载波电能表及被虚拟电能表的采集终端的数据，并进行处理存储，同时能和主站或手持单元进行数据交换的设备。
测量点
指采用某种装置可以在一个特定的时间点测量出唯一的一组量值的电气连接点，这组量值以某种方式被传递到终端。
当物理上相同的一个电气连接点被多个装置所测量，或者被一个装置所测量但通过多种方式被传递到终端时，按照多个测量点计。
任务
规定终端在指定时间或条件下所需执行的操作。
“四分”线损
四分线损分析主要以实现分区、分压、分线、分台区为代表的基于全局的综合线损分析。
通过对变电站、电厂、关口、大中小用户、配变、居民相关表计的电能量数据的分析计算，结合营销管理系统、调度自动化系统、配网自动化系统以及GIS系统的相关信息，实现全局综合线损的准确分析计算。
计量自动化系统
计量自动化系统是集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、电能计量技术和电力营销技术为一体的用电需求侧综合性的实时信息采集与分析处理系统。
它以公共的移动通信网络和电力专用通信网络为主要通讯载体，以移动无线、光纤网为辅助通讯载体，通过多种通讯方式实现系统计算机主站和现场计量终端之间的数据通讯。
系统覆盖范围包括发电厂和变电站内计量自动化、专变大客户计量自动化、配变计量自动化、低压用户计量自动化。
系统具有远程自动化实时抄表、用电异常信息报警、电能质量监测、线损分析、用电检查和负荷管理等功能。
主站
具有选择终端并与终端进行信息交换功能的计算机设备。
在计量自动化系统中，主站包括前置采集、数据维护存储、业务处理和综合应用四个部分，而前置采集部分完成和终端进行通讯的功能。
前置机
负责通过各种通讯介质和终端进行通讯的前置设备，并能在与主站其它部分脱离联系后（通讯部分还正常），维持系统运行的设备。
配变监测系统通过对配变的实时监控，可以及时掌握配变的运行情况，防止配变负荷严重超载导致设备的烧毁、三相负载严重不平衡导致配变的加速损坏，配变长期轻负荷运行导致的不经济运行状态和大量感性负载运行导致的功率因数过低、高线损等。
对配变运行实时监测、抄取、分析、处理和控制，可以及时调整配变运行状态，合理配置配变容量，调整配变的低压智能无功补偿控制等，保证配变安全、稳定、高效的运行。
完善、科学、准确的对配变实时监控，为配电自动化管理提供可靠的运行数据和历史资料，有效降低线损，为负荷预测、线损分析、电力需求侧管理（DSM）提供准确的数据；准确打击窃电，负荷预测指导扩容安装等；为用电情况、用电性质及用电负荷的增长趋势分析，在进行系统增容、配变布点选择等规划工作提供科学的数据；同时提高工作效率，降低劳动成本，科学提高配电管理的自动化水平。
系统结构
配变监测计量系统是由主站（局内计算机网络）、通讯信道、配变采集终端、多功能电子表构成。
采集终端完成各种电能数据的实时采集和状态监视，可以根据设置完成重要数据（如电能表码）的定时存储；上行和系统主站通讯，完成数据上传功能。
通讯信道是子站和系统主站通讯的桥梁，支持多种通讯方式，典型的方式有：
电话拨号方式、专线方式、TCP/IP网络方式、光纤专线或以太网、GSM/CDMA无线通讯方式（该方式安装简单，运行维护方便，综合成本较低）。
对于一套主站，系统同时支持几种通讯方式。
为了形成整个供电局的以电量为中心的集成应用，系统可以方便地和其它厂家的抄表系统相连，进行信息共享。
图2-1系统结构图
系统描述
主站是位于供电局内计算机局域网络，是个控制中心，完成整个系统的调度管理，其结构如下：
主站软件结构
数据采集包
远程数据采集、补召，远程维护
电能计费应用包
参数维护、系统管理、终端管理
负荷管理应用包
负荷管理、实时监测、错峰管理、供电质量分析、表计数据分析、用电情况分析
报表程序
报表制作、浏览、发布
数据库
采集数据的保存、备份，其他系统的数据请求服务
WEB应用程序
集成WEB服务、历史报表服务、WEB报表服务
辅助程序
系统平台（网络管理、双机切换、实时库等）、计算服务程序（统计处理采集的数据）
数据流程
系统数据流程，基本为单向流动，电表数据经采集器终端、采集工作站，最终存储在系统数据库中，为数据维护及分析提供基本数据。
数据采集部分集成了3个系统的数据采集功能，组网方式灵活，适应性强。
大用户/公变、居民部分可以采用拨号、民用宽带、低压载波、GSM、GPRS、CDMA、SMS、小无线、电台数据通讯方式；大变电站部分可以采用拨号、专线、TCP/IP电力专用数据网、微波、扩频、载波、电台、GSM、GPR、CDMA数据通讯方式。
采集的数据类型因各个子系统的应用不同而侧重点不同。
系统维护（档案管理）部分集成了3个系统的档案管理功能，层次模型贯穿了三个系统的主线，即供电局、供电分局、变电站、主变、母线、输配电线路、公用配电变压器、大用户（专用变压器）、普通用户和三相中等用户；
面向全局的基于三个子系统的统计分析部分，在网络模型，要考虑到输变电网、配电网、低压网三个方面，输变电网要计算输变电元件（联络线、主变压器）、母线平衡考核、分区分压线损统计，配电网要计算整个配电线路的线损，进而可以考虑10KV电压等级的线损计算，低压网要考虑台区线损计算、三相电能平衡计算；高层管理人员可以看到全局的线损以及三个层面的线损比例，给降损提供第一手的技术资料。
电表
电表
电表
电表
变电站/大用户/公变/居民
采集终端
采集工作站
计算服务
WEB服务器
数据库
报表制作和发布
系统分析
参数维护
变电站、大用户、公变、居民
综合分析
图2-2数据流程图
程序结构
图2-3程序结构图
一些技术难点的解决方案
通讯组网问题
配变由于其安装位置分布、安装地点等问题，造成设备数量多、运行环境恶劣；地理地形分布不平衡，比较分散等特点。
基于以上特点，光纤通讯、有线电缆、电力载波通讯组网无论在技术上，还是资金投入产出比上都不太可行，配变实时监控的通讯组网一直困扰着配变实时监控的推广、实施。
配变运行实时监控对通讯的要求。
配变监控的数据量较大，实时性要求不太高，监控终端具有存储功能，不必每个配变监控终端同时占用一个通道与配变管理主站通讯。
需要具备选点召测通讯功能，配变管理管理员可随时召测配变监控终端的实时数据。
特殊的影响配变运行的越限告警信号，配变监控终端要及时上传到配变管理主站。
主站、终端建设、安装、维护方便，运行成本低廉。
最好可提供透明传输通道或可兼容多种通讯协议。
目前通讯组网方案。
目前比较适合于配变实时监控通讯要求的和特点的通讯方案有以下三种：
⑴公用电话交换网方案；⑵无线数传电台方案；⑶GPRS方案。
其中⑴、⑶两种方案属于公网，⑵方案属于用户自建的专用网。
公用电话交换网方案
公用电话交换网应用相当普及，有人工作和居住的地方就有公用电话交换网，公用电话交换网不仅可以用于通话还可以用于数据传输，但公用电话交换网方案缺点：
①需要布专用电话线，向电信公司交纳装机费、每月的月租费和使用费；
②非透明数据传输，MODEM从拨号呼叫到连通需要一定时限。
无线数传电台方案
无线数传电台适用于通讯点分散的数据监控，恰好适用于配变监控，其具有专用的数传频段，工作频率：
220MHz~240MHz。
无线数传电台方案缺点如下：
①初次开通需要向当地的无线电管理委员会交纳一定费用，每年再交一定的频率占用费，组网费用高；
②通讯距离有一定的限制（平原地带最远为50km），且受建筑物、山体的影响较大；
③需要专业人员维护管理，建设、维护费用很高。
GPRS方案
基于以上配变自身的特点和以上两种通讯组网方式的缺点，GPRS数据通讯方案的提出使一系列问题迎刃而解，科学、有效的解决了配变实时测控的通讯组网难题。
GPRS是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输网络，它采用先进的无线分组技术，可以为水力、电力、交通、银行等行业提供丰富的无线接入手段，移动GPRS方案具有以下优点：
1采用透明双向数据传输，链路自动维护；
2只需要向移动公司开户SIM卡，费用可以采用包月方式使用，运行成本低；
3永远在线，只要激活GPRS后，将永远保持在线，不存在掉线问题，只有在产生流量时才计费；
4快速登录，全新的分组服务，无需长时间的拨号连接过程；
5高速传输，GPRS最高理论传输速度171.2kbps，平均带宽40kbps；
6支持点对点、中心对多点及多点间的实时、对等数据传输，组网灵活，不受通讯距离和区域的限制，中心对多点的传输方式是配变实时监控常用的应用模式；
7可靠性高，一般数据包传输的成功率在99.9%以上。
采集策略研究
数据采集采用任务主动上报、随机抄读、自动补召相配合，采集配电综合测控仪实时数据和历史数据。
⑴任务主动上报
根据管理员任务设置，终端根据设置定时上传实时数据和历史数据。
⑵随机抄读
管理员可随时在配变监控管理主站随机抄读某台配电综合测控仪实时数据。
⑶自动补召
配变监控管理系统自动监测任务数据漏点情况，形成补召任务，主动补召漏缺的数据。
系统开放性
计量自动化系统涉及的部门多，涵盖面广，而各地又存在相关的已经建成的应用系统。
鉴于这种情况，基于保护投资和坚持开放性、扩展性三方面的考虑，计量自动化系统采用webservice这一开放的技术来实现四个业务应用模块与综合应用模块的数据交换以及计量自动化系统与外部系统之间的数据交换，系统内部由四个业务应用模块各自提供web服务，供综合应用模块或其他模块调用，见下图1；系统外部由营销、调度、GIS等提供web服务，供计量自动化系统调用，见下图2。
（图1）
（图2）
计量自动化系统中所有的应用模块均采用一组统一的抽象的服务操作接口定义，各不同的应用系统只需要在这个一致的接口定义上绑定其特定的端口信息，就能封装成可以发布的web服务。
使得服务的发布变得简单易行。
接口规范的交换策略
根据基础资料数据量小但修改相对较频繁，应用数据量大但一般不修改等特点，需要制定不同的交换策略来达到较好的适应性和较理想的性能。
基础资料交换的策略：
1、增量交换（上次交换的内容本次不交换）
2、整块交换（一次性交换较长时间的数据，如一天交换一次）
应用数据交换的策略：
1、增量交换（上次交换的内容本次不交换）
2、分时交换（及时地将采集上来的数据交换出去，如每15分钟交换一次）
第四章、配变监测计量系统功能及特点
配变监控管理系统软件主要功能
参数维护管理功能
基本参数维护
可维护配变终端与主站的通道方式和相关参数，设置采集方案等。
配变台区资料管理
树型结构管理电网设备，可灵活构造电网层次结构。
以各级电力供电公司为电位，建立管理该公司所管辖的配变台区名称、配变所属变电站、配变所属线路、配变地理位置、配变型号等配变台区档案资料。
配变用户资料管理
建立管理配变用户名称、容量、CT变比、PT变比、监控终端编号、通讯ID、用电性质和抄表员等用户资料。
配变终端管理
设置终端与主站的各种通讯参数，设置终端的参数如终端判断参数、差动规则等；设置功率控制参数,设置部分报警事件的阀值如断相缺相、电压逆相序、电流反极性、电表时间飞走、停走,设置测量点（表计）的基本参数以及部分报警的判断阀值如电流不平衡、电压合格率、无功欠补过补；设置主站读取终端的数据任务参数；将根据设置的任务读取终端、表计的数据；支持终端的远程升级。
通讯管理
按通讯类别查看终端与主站的通讯的报文和当前通道状态；统计分析选择对象中的终端GPRS当前状态和选择时间段里的具体情况；按配置的任务分别统计终端的通讯成功率；统计汇总终端的通讯成功率。
控制功能
可对具有遥控输出功能的配电综合测控仪下发遥控命令，根据不同条件实现远程遥控拉闸。
数据召读
随机召读实时数据、任务数据、警告事项等。
统计分析功能
为用户提供准确实用的统计数据，为配变科学管理提供关键的数据，能够按照不同对象（局、所、区、线）统计分析某时段内的日负荷、月负荷，用电情况、报警事项、终端在线率、瞬时量数据（功率、电压、电流各自对应的最大、最小值及具体发生时间）等等。
报表功能
能够自定义不同报表并通过WEB自动发布。
系统用户管理
防止未用户非法进入系统，设置管理用户帐号、密码和操作权限等；
业务处理层
基本业务功能包括：
1.负荷管理
1）数据自动采集与处理。
按一定的时间间隔周期性地和远方用户终端通信，采集遥测量数据和电能量数据，包括电流、电压、功率曲线，行度电量、需量、冻结电量等电量数据。
2）用电监测及报警。
可以对用电行为有异常的用电用户设置为不间断通信，实时监视用户用电行为，进行错峰管理，防窃电管理，系统应支持多种窃电方式的报警，对各种异常情况进行报警，系统能提供多种报警手段：
3）负荷控制。
“控制”作为电力负荷管理系统的重要功能之一，在电力供需矛盾突出的情况下发挥着重要作用，使得“限电到户”和“限电不拉路”成为可能，为需求侧管理提供自动化技术支持。
4）远程预付费功能。
通过与用电营销系统的互联，在实现客户远程预付费功能，改变电费营业管理中“先使用后付费”的状况。
2.厂站电能量计量遥测
1）数据采集与处理功能。
按一定的时间间隔周期性地和远方厂站终端通信，采集厂站内各计量表计的遥测量数据和电能量数据。
2）旁路代供处理功能。
支持因电网运行方式的变化引起的旁路表计计量电量的处理功能。
3）电量结算功能。
能够根据需要按照设定时段，统计结算电量，读取冻结电量，为发电厂电量结算及网间电量结算提供支持。
3.低压抄表
1）月度电量抄读。
能够根据设定时间读取低压用户表计月度冻结电量作为电费结算的依据。
2）台区线损统计报警。
能够根据日或月冻结电量，统计台区线损，并与公变总电量数据进行比对，按照设定线损率限制进行报警。
3）负荷控制（选项）。
能够实现对用户负荷的远程控制，以保证电费的及时回收和正常有序用电。
4）重点用户监测。
能够设定重点用户，并进行时段电量监测，为用电检查提供远程支持。
4.配变监测计量
1）配变计量功能。
包括正反向有功计量、四项限无功计量、需量、冻结电量等。
2）配变数据采集。
定时、随机采集配电变压器计量终端的各种数据，包括实时召测数据、曲线数据、日数据、月数据、事件、告警等。
3）对公变计量点供电服务进行实时监测，包括电流、电压、谐波、功率因数等。
5.其它功能
除以上基本业务处理功能外，根据实际情况提供以下系统管理功能：
1）档案参数管理
2）通讯参数管理
3）系统资源管理
4）对象拓扑组织关系管理
5）用户/用户组管理功能
7）任务调度管理
8）值班日志管理
9）报表服务和管理
10）报警服务和管理
11）通讯监测和流量统计
12）基础数据查询和分析
综合应用层
3.3.4.1四分线损管理
1.“四分”线损统计范围
“四分”线损统计范围包括各地区供电局、地区下属供电分局、局本部、变电站、供电所等区域管理单位，包括220KV、110KV、35KV、10KV等电压分析对象，包括各级变电站主变、各电压等级母线、联络线、10KV配电线路、10kV配电变压器、380/220V用电台区等电网统计对象。
2.“四分”线损统计涉及的主要数据
1.各供电点和受电点有功和无功的正反向电量数据。
包括：
1）380/220kV低压受电点月累计电量
2）10kV及以上电压等级受电点的月累计电量和分时电量
3）所有供电点的月累计电量和分时电量
2.供电网络拓扑数据，主要包括母线、主变、线路、配变、配网开关的网络连接关系。
3.“四分”线损统计模型生成
系统能手工编辑和自动生成统计对象的计算模型。
系统能够从获取的电网拓扑数据，自动生成线损统计模型。
或根据人工输入网络拓扑资料，自动生成线损统计模型。
自动生成的计算公式具有手工调整的功能。
对于由于电网运行方式变化引起的电网拓扑变化（包括配电环网专供电的情况），系统能够搜集相关信息并进行处理。
在输电网部分能够根据计量点的电压等级、装表方向和安装位置信息自动生成全网线损、母线平衡、主变、变电站平衡分析对象以及区域内的电压等级分析对象。
在配电网部分应能根据设备档案的层次信息和配电线路的拓扑信息以及配网运行方式的自动调整配电线路的线损计算公式。
配电线路线损计算应充分考虑运行方式调整引起的变化。
低压网部分根据用户和公变的关联信息自动生成计算公式，且计算公式随从属关系的改变自动改变。
4.“四分”线损统计要求
1）可实现统计对象的小时、日、月等固定周期的线损指标的统计、分析，可以选择曲线、表格、棒图等选择方式。
可以指定时间段对线损进行汇总计算。
2）线损计算应考虑自动旁路代供、换表、过满码归零、更换CT、修正带来的影响。
旁路计算支持手工输入事件和自动根据表码智能判断旁代事件的计算方式。
有条件时可以接入SCADA旁路事件。
3）分压线损。
能够将全网和区域电网的220KV电压等级线损（220KV变损、220KV线路损耗）、110KV电压等级线损（110KV变损、110KV线路损耗）、35KV电压等级线损（35KV变损、35KV线路损耗）、10KV及以下损耗进行按固定周期或指定时间段统计分析。
4）分区线损。
指预先设置区域划分为全局、下属供电分局、分局下属单位（供电所、营业所、农电所），可按小时、日、月固定周期或指定时间段统计线损，并能够根据层次关系逐层分析。
5）分线线损。
对站间联络线路可按小时、日、月固定周期或指定时间段统计线损。
6）配网线损。
对各变电站10kV馈线统计线损，包括10KV馈线、配变分时段损耗，能够计算月售电损耗。
如联络开关和分段开关安装终端可统计分馈线段损耗。
支持几条配网合并为一个计算区域的线损计算。
可按小时、日、月固定周期或指定时间段统计线损。
7）分台区线损。
能够将各个公用变低压部分的损耗统计出来。
可按日、月固定周期或指定时间段统计线损。
8）自定义统计对象的线损计算和分析。
3.3.4.2需求侧管理
1）需求侧指标管理功能：
接收上级单位DSM指标的系统，包括指标管理、指标分解、指标分析等功能；
2）供需管理功能：
面向用电营销人员的系统（可与用电管理信息系统相联直接获取相关数据），包括基础信息管理、电力资源管理、电力市场预测分析、典型用户管理、供需平衡分析等功能；
3）供电侧管理功能：
面向各供电供电局的管理子系统（可与供电供电局的二级系统相联直接获取相关数据），包括指标下发、计划申报、数据统计、数据转换等功能；
4）调度侧管理功能：
面向调度人员的系统（可与SCADA/EMS、短期负荷预测等系统相联直接获取相关数据），包括短期负荷分析、计划发布、计划执行等功能；
5）计划管理功能：
面向需求侧管理人员的系统，包括DSM措施计划汇总、指标完成情况等功能；
6）综合决策功能：
DSM决策分析系统，包括DSM措施库管理、DSM算法库管理、用户侧综合决策、系统侧综合决策、系统综合分析等功能；
7）效益评估功能：
效益评估分析系统，包括用户侧效益评估、系统侧效益评估、综合效益评估等功能；
8）系统管理功能：
系统维护管理
升级会员 