电网运行工况细化诊断分析.docx
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电网运行工况细化诊断分析
电网运行工况细化诊断分析
摘要：
目前，国家电网公司的智能电网及“三集五大”工作已进入了全面建设的阶段，本项目的建设成果正是满足智能电网实现需要更精准、更可靠的负荷分析与预测数据支持的需求。
同时，随着国家电网信息化建设水平的不断提高，网省内各层级供电公司信息系统的集成的通道都已打通，为数据挖掘技术在负荷预测与分析工作中发挥作用提供了可能。
此外，由于电力系统负荷一般可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他负荷等，不同类型的负荷具有不同的特点和规律。
本项目针对县级供电企业覆盖城市和农村负荷的特点，接入各类负荷相关数据，融合空间分析技术，基于自定义供电区块的概念，以全新的方式实现了多维度、多因素的电网运行工况细化诊断分析。
关键词：
电网运行;细化;诊断
一、建设目标
电力企业的服务宗旨是对各类用户提供经济可靠、合乎标准的电能，以随时满足用户即负荷的要求。
电力的负荷受气候变化、产业结构调整、经济发展和人民生活水平的提高不断发生着变化，使得用电的需求存在一定的随机性，而电能无法大量长期存储的现状，使电力系统中发电、供电设备的出力与不断变化的用电负荷保持动态平衡的问题，即电网运行工况分析成为长期以来人们关心和研究的重点。
电网运行工况诊断分析是指在充分考虑一些重要的系统运行特性、增容决策、自然条件与社会影响下，以电力负荷为对象，通过研究或利用一套能够系统地处理过去与未来的数学方法进行的一系列预测与推论工作。
它是保证电力系统安全稳定运行，实现电网合理规划和逐步商业化运营所必需的重要内容。
二、系统架构
1.总体要求及架构
系统将采用面向服务架构（SOA），遵循IEC61970标准接口和CIM数据标准，集成SCADA、地区局数据交换总线（IEB）、电力营销、气象网站、负控管理等相关系统，采用数据仓库技术，有效解决多源头复杂数据的采集、海量数据之上进行快速准确科学的数据分析的难题，贴近国内供电企业电网运行工况和负荷分析预测人员及电网规划人员日常工作所需的电网运行工况分析管理系统。
1.1设计原则
平台建设遵循如下原则：
规范化原则
平台建设的技术标准，必须严格遵循国家标准和行业标准，国家标准和行业标准暂未确定的，参照IEC、ISO、OGC等相关国际标准。
同时平台提供按照标准的数据交换格式，以开放式的数据结构保证支持与其他系统的数据集成应用。
平台的改造过程中还将逐步明确并制定相关的标准规范体系，包括数据规范、编码规范、平台功能规范、接口规范、管理制度等相关规范。
实用性和先进性原则
坚持实用性原则，在确保实用可靠的前提下，尽量采用先进技术和体系架构。
要正确处理好信息技术先进性和实用性之间的关系，既不能因循守旧，墨守成规，也不能贪大求全，过分强调技术的先进性，而忽略成熟、稳定性。
以保证平台改造的高起点，延长整个平台的生命周期。
安全可靠性
系统必须要达到企业级的安全标准，提供良好的安全可靠性策略，支持多种安全可靠性技术手段，制定严格的安全可靠性管理措施。
开放性
系统应基于国内外业界开放式标准，进行全国统一规划，为未来的业务发展奠定基础。
可扩展性
系统应具备灵活的可扩展性，具备方便适应业务需求的变化、迅速支持新业务的能力。
可伸缩性
系统应具备良好的可伸缩性，系统性能及并发处理能力对主机设备具备平滑的扩展能力，支持业务量快速发展的需要。
易使用性
系统应易于使用与维护，具备良好的用户操作界面、人性化的管理工具和完备的帮助信息。
在总体技术要求的指导和约束下，系统设计实施核心技术采用组件技术实现，考虑在性能、可靠性、易使用性等质量要素间的综合平衡，保证技术目标的顺利实现。
1.2技术路线
（1）基于IEC、CIM等标准，建立资源中心，通过IEB企业总线接收来自PMS、ACADA、电力营销、用电采集、气象系统等的多维数据;
（2）采用C/A/S三层架构，保证平台的稳定性和时效性;
（3）部署上满足大范围推广应用;
1.2集成框架
电网运行工况细化诊断分析平台集成了SCADA、地区局数据交换总线（IEB）、电力营销、气象网站、负控管理等相关系统。
集成框架如下，如下图所示：
图：
集成框架
2、硬件架构
平台应用发布采用单独的应用服务器独立部署，需要配置相应的软硬件环境。
应用服务器通过F5实现均衡负载，当用户增加，已有服务器性能影响用户体验时，通过增加应用服务器的方式提升系统整体性能。
逻辑部署视图如下图所示：
图：
省公司集中部署物理架构
3、软件架构
电网运行工况细化诊断分析平台将提供6大业务分析功能及3个基础管理功能，共约40个分析子功能项，满足各级负荷分析预测人员的日常工作所要。
软件架构如下图：
三、功能设计
1、系统基础功能
1.1权限管理
基于角色控制权限体系，对用户进行权限分配和管理。
对系统功能和设备编辑进行适当粒度的权限控制，保障系统的安全性。
1.2图形浏览
实现图形的快速浏览，包括：
放大、缩小、漫游、定位、前一视图、后一视图等。
1.3图形编辑
实现点、线、面、文本等图形的移动、缩放、旋转等基本图形编辑操作。
1.4图元管理
提供图元管理和符号配置功能，按国网公司电力设备图元规范自定义设备图元和配置符号。
2、数据接入
由于平台涉及到多个系统的数据，各个系统的开放性和是否具备数据接口功能不同，数据接入分为总线/接口导入和文件导入二种方式。
另外由于系统涉及多个厂家，数据交互格式不尽相同，需要各自协调确认。
2.1PMS/GIS数据接入
系统需从PMS中获得配网中压电网图数模信息。
本系统对PMS的中压数据要求与配电自动化系统对PMS的数据要求一致，因此，只要PMS开放与配电自动化系统的接口，本系统就能获得相应的中压数据。
如果因为各种原因，PMS不开放动态数据接口，则采用导入一次断面的方式。
对于低压数据，PMS目前还在功能推广中，并且数据也不全，本系统第一期不考虑低压数据的接入。
目前平台已具备PMS模型数据接入功能。
2.2营销用户数据接入
目前，PMS和营销系统正在进行营配贯通建设，用户数据营销管辖范围，因此平台需要从营销系统接入配变和户号的关系。
营销不存在配变和户号的直接关系，而平台的分析都是基于区块的大量数据，如果通过接口获取，在分析时实时通过接口获取无法满足效率要求。
因此需要同时获取用户的接电点、台区等信息。
首次采用一次断面导入方式，如果不提供增量接口，则只能采用定期断面导入。
2.3用电采集信息数据接入
系统将通过与用电信息采集系统进行对接，获取配变的负荷信息，以满足系统对变电站或变压器对负荷分析与预测功能。
目前，用电信息采集系统为全省统建，且只有一个实时数据库，为了防止负荷过大对外不提供程序接口。
但省公司已在建设统一对外提供数据的用电业务采集数据中心，如果因为各种原因，用电信息采集系统不开放动态数据接口，则采用导入一次断面的方式以使项目研究顺利进行。
2.4配网自动化数据接入
系统需要与SCADA系统相对接，获取配电网中相关线路、配变的运行信息。
需要从DSCADA接入实时数据。
2.5PI系统数据接入
系统与PI系统进行对接，PI系统向外提供数据推送的渠道畅通，并且可以根据外部系统的需要进行定制化开发。
2.6气象数据接入
系统为了实现对针对气象等非线性的负荷分析功能，需要对气象系统进行数据接入以得到自定义区块内的历史气象情况。
目前地区气象局提供专线接入的方式发布气象信息。
如果因为各种原因，用电信息采集系统不开放动态数据接口，则采用导入一次历史数据的方式。
2.7其它数据接入
系统拟采用开发建立相关导入功能，满足支持非结构化数据的手工导入方式实现。
3、负荷信息可视化
通过B/S，以图形可视化的方式，统一展示接入的数据，包括电网网架、采集数据等。
4、供电区块定义
区块是负荷分析的一个维度，通常负荷分析都是围绕某个区块展开。
可通过多种方式，实现行政区块、变电站供电区块、环网供电区块、馈线供电区块、开发区、商业区住宅区等区块的定义，并保存供查看。
不同类型的区块可交叉重叠，可按区块类型进行区块的切换显示，多维度的展示供电区块，区块可手动编辑，保证区块的全覆盖和连续性，不至于出现空白区域，不同区块间颜色区别，相邻区块用不同颜色着色。
如下图：
行政区块：
通过鼠标轨迹勾画或地图行政区域分析，得到划分后的区块，生成行政区块。
变电站供电区块：
选择变电站，进行变电站的供电范围分析，变电站所供电的范围构成的多边形区域即为变电站供电区块。
环网供电区块：
选择变电站或线路，忽略开关的性质和开断状态，通过拓扑分析，获取线路的环网供电范围，即为环网供电区块。
馈线供电区块：
选择变电站或线路，通过拓扑分析，获取馈线路的供电范围，即为馈线供电区块。
开发区、商业住宅区：
通过鼠标轨迹勾画或地图分析，得到划分后的区块，生成相应的开发区、商业住宅区区块。
5、区块负荷分析
主要功能包括：
最高负荷统计、售电量分析、典型日负荷分析、年8760数据分析、季节性负荷分析等。
以自定义配网区块为基准对区域负荷进行预测，提供负荷密度等相关信息。
负荷计算所需数据在系统直接取数的基础上，提供手工输入权重系数和对系统数据修改的功能。
5.1最高负荷统计
可根据不同类型区块划分，按年、月、日或时间段进行区块内最高负荷统计。
统计结果可报表输出。
5.2售电量分析
结合用电采集系统的数据，可根据不同类型区块划分，按年、月、日或时间段进行区块内售电量的统计分析。
分析结果可报表输出。
5.3典型日负荷分析
典型日一般指节假日或一个短的时间段。
通过用电采集数据，由用户来挑选出某一月中最能代表该月负荷水平的那一天或几天来，按多个连续年、连续月，显示用户的日负荷曲线，便于用户对这一天的负荷数据重点分析。
5.4年8760数据分析 年8760数据分析包括月度持续负荷分析和年持续负荷分析。
月度持续负荷分析用于绘制年度8760负荷数据的持续负荷曲线，观察一年内负荷变化趋势，在此，也可绘制月持续曲线，为24×30（31）点;年持续负荷分析可对历年同月的负荷进行同比，选择若干年份，查询并绘制年8760的持续曲线，统计年基本负荷、腰负荷、尖负荷等指标范围，并在曲线上标识。
基负荷=年最低负荷
腰负荷上限=0.5*（年最高负荷-基负荷）
腰负荷下限=基负荷
尖负荷上限=0.5*（年最高负荷-腰负荷）
尖负荷下限=腰负荷上限
5.5季节性负荷分析
季节性负荷对年度负荷的变化有非常显著的影响，因此需要计算年的各个季节的负荷。
可选择任意年或连续年，统计分析区块内其各个季节的负荷，并绘制各年季节性负荷变化曲线，也可统计和绘制各年指定季节的负荷曲线。
6、电网运行工况诊断分析
以自定义配网区块为基准，对区域电网运行工况进行诊断分析。
根据负荷密度、主变负载、线路负载、配变负载、负荷预测等数据，结合主变限额、线路输送限额、配变限额等数据，对当前区域电网运行工况细化诊断分析，提出区域电网运行所存在的问题。
6.1区块主变运行诊断
查询区块内主变二次侧负荷，结合主变容量限额，分析区块内主变负载是否饱和，计算容载比，并给出状态提示。
6.2区块线路运行诊断
根据线路型号，获取线路的安全载流量，计算线路的最大负荷，再统计线路所有配变的额定容量，获取线路的最大负载。
如果最大负载超过线路的最大负荷，则线路负载过重，需要割接负荷或换线径，最大线径仍然不能满足配变负载，则只能割接负荷;如果最大负载不足线路最大负荷的额定百分比（数值待定），则为配变容量不足。
同时也可根据配变的实时监测负荷对线路进行运行诊断。
6.3区块配变运行诊断
根据配变和用户的关系，以及用户用电量，分析区块内配变的容量是否满足，如果超载，需要给出超载提示，并统计出区块内配变的超载数量和百分比。
7、区块电量统计
通过自定义区块电量的统计分析，从总量、行业、产业、时间的多角度统计售电量状况，发现供需平衡的对策。
主要功能包括：
年/月及历年售电量及比率统计、年/月及历年行业售电量及结构统计、年/月及历年产业售电量及结构统计、分区分电压等级售电量统计。
7.1总电量统计
可按区块和任意年、月或时间段，进行区块内总用电量统计，并进行增长率分析。
7.2分行业电量统计
根据用户所属行业（目前用户所属行业无法获取）和任意年、月或时间段进行区块内用电量统计，并进行增长率分析。
7.3分产业电量统计
根据用户性质，按工业、商业、居民和任意年、月或时间段，按区块进行用电量统计，并进行增长率分析。
7.4分电压等级电量统计
根据用户电压等级，按区块进行用电量统计，并进行增长率分析。
8、典型用户分析
针对各分区内典型大用户的负荷进行分析，除包含自定义区块负荷分析的所有功能外，还增加了行业、产业的同时率与针对典型用户的需求侧措施管理，从而有利于负荷预测人员对行业、产业的负荷作各项负荷分析，以了典型用户对自定义区块负荷整体的影响，为实现日、年负荷曲线的预测积累数据，同时为制定有序用电方案和保供电方案提供参考依据。
8.1典型用户管理及指标计算
按区块管理范围内的大用户，统计其基本信息，包括地址、联系电话、负荷大小等。
同时可统计其在一定时间内的用电量等用电指标。
8.2典型用户负荷分析
按用户用电性质和行业的不同，统计分析区块内典型用户的负荷。
综合分析不同类型用户在不同的时间、气候、季节下的负荷变化，并绘制负荷曲线。
8.3典型用户电量分析
与典型用户负荷分析类似，按用户用电性质和行业的不同，统计分析区块内典型用户的用电量。
综合分析不同类型用户在不同的时间段、气候、季节下的用电量变化，并绘制用电量曲线。
8.4典型用户需求侧措施管理
在典型用户基本信息的基础上，维护典型用户的特殊需求，为制定有序用电方案和保供电方案提供参考依据。
9、气候与负荷相关分析
由于电力负荷预测与分析受诸多因素影响，比如经济、时间（节假日）、气象、电力市场环境，甚至是随机因素。
综合这些因素本身的周期性、影响性、可控性等方面，以气候为代表的因素分析尤为重要。
通过接入供电区块的历史与实时数据，加上合理的预测和分析模型的建立，对中长期或短期的负荷预测与分析都有十分重要的参考意义。
9.1历史数据分析
气候与负荷相关的主要因素是温度。
通过选取任意年、月、日或时间段，按照设置的温度区间，统计区块内平均日负荷总量，获取温度变化引起的负荷增长，以及增长率。
9.2负荷相关性指标分析
负荷相关性分析只要是分析气候变化对负荷的影响。
如温度每变化一度，负荷的增长率。
10、负荷专题分析
供电区块的划分往往依据行政区域、变电站自定义区块、负荷特性质等因素综合划分，特别县供电企业拥有广大农网配电的范围内，各个分区的用电情况、负荷密度等参数相差很大。
本项目研究拟在负荷分析模块中已对供电区块负荷特性分析结果的基础上，再采取专题分析的方式，目的是使负荷分析更能反映实际情况，提高分析结果的可信度。
这些专题分析将借助图形展示平台以电网图形的方式进行展示，主要包括主变和线路的分析（在电网运行工况诊断分析中实现），自定义区块的容载比、负荷密度、同时率的分析。
统计分析后，按区块颜色和文字显示其容载比、负荷密度、同时率等统计信息。
10.1容载比专题分析
区块内容载比为区块内变电站的额定容量与配变实际最高负荷之比。
根据农网和城市电网的差异，容载比的范围也有所不同，按区块进行容载比分析后，根据最佳容载比范围，提示其容载比是否合适。
10.2负荷密度专题分析
负荷密度是每平方公里的平均用电功率。
按照划分好的区块，统计范围内的最大负荷，计算区块的负荷密度。
10.3同时率专题分析
统计区块内变电站的总变电容量，以及区块内所有用户的额定容量，其比值即为区块内负荷同时率。
四、结论
本项目建设完成后，可以产生如下的一些直接或间接效益：
县局供电企业拥有了完整的电网运行工况分析平台，充实和完善了电网运行的各项数据，保证了数据的完整性与准确性，为电网运行工况的现状分析和未来预测提供更加充实的数据基础，使电网运行工况分析的结果更加准确和详尽。
提供了一种全新的基于准确详尽的数据基础上的负荷预测分析模型，能够快速及时的实现复杂的负荷数据预测分析，极大的提高了工作效率，使负荷预测变得相对更加准确，为电网规划提供更加实际的指导意见。
该平台建成后，能够提供较为准确的辖区配网运行数据，并结合电网运行限额以及符合预测结果等因素，对电网运行工况提出所存在的问题以及改造意见，为今后配网的建设和改造提供较为详细准确的数据基础和分析依据，使电网建设的目的更具针对性、改造的规模更具准确性，使今后的电力网架更具合理性;
平台对电网运行工况分析、负荷预测分析所需的相关数据实现了统一接入，解决了大量的电网网架信息、负荷信息、电量信息等相关资料分散采集的难题，把电网规划人员、电力建设人员从繁琐的数据整理与分析中解放出来，大大提高的工作效率;
通过提供统一的业务和系统实现的优化方案，扩展各类对象分析的角度、加强分析深度、提高负荷分析和应用的水平，为电网规划、电网建设改造、电网调度和制定有序用电方案等方面提供直接的依据;
平台在负荷的区域密度和负荷性质等方面提供多样、直观、形象的分类展现，更好的服务于供电企业员工;
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