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關(guān)于公共信息模型的配電網(wǎng)線損管理系統(tǒng)的研究
論文摘要：多年以來(lái)配電網(wǎng)線損系統(tǒng)建設(shè)中模型建立、數(shù)據(jù)源整合、線損數(shù)據(jù)管理和考核等環(huán)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于信息平臺(tái)的新型線損信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)各自動(dòng)化系統(tǒng)導(dǎo)出的CIM模型文件進(jìn)行合并和擴(kuò)展，建立了完整的分線、分壓、分片、分區(qū)的線損對(duì)象模型；基于統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，為線損、計(jì)算提供了自動(dòng)、可靠、完整的數(shù)據(jù)源；系統(tǒng)同時(shí)提供層次化、流程化的數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用和考核機(jī)制。從而為配電網(wǎng)運(yùn)行提供了科學(xué)“分析、降損、增效”的技術(shù)手段。
論文關(guān)鍵詞：公共信息模型；統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn)；統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺(tái)；統(tǒng)計(jì)線損；理論線損
0引言
線損率是表征企業(yè)效益和技術(shù)管理水平的綜合性指標(biāo)。長(zhǎng)期以來(lái)存在困擾配電網(wǎng)線損統(tǒng)計(jì)和計(jì)算的若干問(wèn)題主要表現(xiàn)為：①各種線損對(duì)象的建立完全由人工重新錄入，并人工指定線損對(duì)象與各自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備、潮流、電量數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，維護(hù)量很大；②需要分別建立各專業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，需要獲取的潮流、電量數(shù)據(jù)和設(shè)備參數(shù)實(shí)時(shí)性和完整性很難保證；③線損統(tǒng)計(jì)和計(jì)算未實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化、系統(tǒng)化，僅作為線損專職上報(bào)依據(jù)，并未用于數(shù)據(jù)分析和考核，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、降損管理的目的。
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的提高，不同專業(yè)領(lǐng)域在不同時(shí)期建立了一系列專業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，如SCADA／EMS、電量采集系統(tǒng)、負(fù)荷控制系統(tǒng)、配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、集抄系統(tǒng)、用電系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等．這些系統(tǒng)的直接建設(shè)目標(biāo)彼此不同，“孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重，造成彼此數(shù)據(jù)冗余、不統(tǒng)一、重復(fù)維護(hù)等現(xiàn)象。
隨著IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的頒布，為電力系統(tǒng)中的各種資源定義了公共信息模型(Commoninformationmodel，CIM)，提供了一種用對(duì)象類和屬性及彼此關(guān)聯(lián)關(guān)系來(lái)表示電力系統(tǒng)資源的標(biāo)準(zhǔn)方法，在很大程度上方便了不同系統(tǒng)之間的信息集成和整合。目前，部分地區(qū)開始建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了各自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)E實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的整合，同時(shí)建立了界面集成、統(tǒng)一登錄入口的門戶站點(diǎn)(Porta1)；所有這些工作的開展和深入為線損信息管理系統(tǒng)的建設(shè)提供了基礎(chǔ)平臺(tái)和完整可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源。
本文采用標(biāo)準(zhǔn)的命名規(guī)范和統(tǒng)一編碼機(jī)制，在對(duì)CIM模型合并、擴(kuò)展的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各類線損對(duì)象的自動(dòng)建立和數(shù)據(jù)源的自動(dòng)關(guān)聯(lián)，同時(shí)方便數(shù)據(jù)共享；基于公共信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了線損統(tǒng)計(jì)、計(jì)算數(shù)據(jù)來(lái)源的自動(dòng)引用，最大程度提高線損統(tǒng)計(jì)和計(jì)算的實(shí)時(shí)性；以先進(jìn)、專業(yè)的線損統(tǒng)計(jì)和計(jì)算手段，將實(shí)際線損統(tǒng)計(jì)、理論線損計(jì)算、線損報(bào)表等集成到統(tǒng)一的線損信息管理平臺(tái)，建立完善的數(shù)據(jù)審核、確認(rèn)和考核機(jī)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)省、地、縣級(jí)電網(wǎng)高、中、低壓網(wǎng)絡(luò)中各類輸電、變電、配電設(shè)備的電能損耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、管理和考核，既可從技術(shù)手段為降損節(jié)能提供支持，也可以促進(jìn)各供電企業(yè)加強(qiáng)線損管理力度，增加效益，提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平和電力發(fā)展質(zhì)量，從根本上實(shí)現(xiàn)降損增效的目的。
1線損對(duì)象模型
實(shí)現(xiàn)線損統(tǒng)計(jì)和計(jì)算首先需建立靜態(tài)數(shù)據(jù)模型，創(chuàng)建線損統(tǒng)計(jì)和計(jì)算對(duì)象，包括分線、分壓、分片、分區(qū)對(duì)象等。這些線損對(duì)象在其他自動(dòng)化系統(tǒng)中均有相關(guān)描述，但關(guān)心的屬性不同；而線損統(tǒng)計(jì)和計(jì)算所需的信息可能來(lái)源于不同的自動(dòng)化系統(tǒng)，需要進(jìn)行設(shè)備靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的整合。
常規(guī)線損對(duì)象建立方式為人工創(chuàng)建、人工設(shè)置設(shè)備對(duì)象的關(guān)聯(lián)，工作量巨大，且數(shù)據(jù)不一致、維護(hù)不及時(shí)現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至直接導(dǎo)致系統(tǒng)失敗。本文基于各系統(tǒng)導(dǎo)出的靜態(tài)CIM模型，依據(jù)統(tǒng)一的設(shè)備編碼和命名規(guī)則，自動(dòng)創(chuàng)建線損對(duì)象、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備關(guān)聯(lián)。
1．1公共信息模型和統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn)
CIM模型提供了對(duì)電力系統(tǒng)對(duì)象資源的標(biāo)準(zhǔn)化描述，對(duì)各電力系統(tǒng)對(duì)象的系統(tǒng)間信息交互提供了保障。統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn)之后，將可以對(duì)不同系統(tǒng)CIM模型描述文件中的設(shè)備進(jìn)行識(shí)別、編碼完善和管理。如某地區(qū)統(tǒng)一編碼規(guī)則為“5位單位代碼+1位設(shè)備種類+6位線路代碼”，該線路在所有系統(tǒng)均使用該編碼表示，很容易實(shí)現(xiàn)集成。①單位代碼：分別代表省、地、縣電力局等；②設(shè)備種類：變電(B)；③線路代碼：1位干支類型(0)+1位電壓等級(jí)代碼+4位線路流水號(hào)(采用線路編碼，不足4位前面補(bǔ)零)。各電壓等級(jí)代碼如表1所示。
設(shè)備的命名方案和設(shè)備的層次結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，本文用聚集關(guān)系描述設(shè)備層次結(jié)構(gòu)；確保不同系統(tǒng)中設(shè)備對(duì)象的名字的唯一性，且具有一定的可讀性，方便標(biāo)識(shí)、交流和定位設(shè)備對(duì)象。所采用設(shè)備命名屬性的說(shuō)明如下。①名稱(Name)：同一父對(duì)象范圍內(nèi)各對(duì)象的唯一名稱；②描述(Discription)：對(duì)象或?qū)嵗拿枋觯虎勐窂矫Q(Pathname)：在容器層次結(jié)構(gòu)中構(gòu)造的、并且具有一個(gè)單級(jí)標(biāo)志的對(duì)象，也可以具有一個(gè)多級(jí)標(biāo)志(Multileveldesignation)；④別名(Alias—name)：對(duì)象或?qū)嵗娜我馕淖置?Afreetextnameoftheobject or"instance)。
1．2線損對(duì)象模型來(lái)源
如上所述，基于CIM的系統(tǒng)模型可以將整個(gè)電力系統(tǒng)資源網(wǎng)的所有對(duì)象描述為統(tǒng)一模型。但是，線損系算所依靠的模型不僅僅是從CIM模型中抽取一部分對(duì)象而得到，還必須對(duì)CIM模型中相關(guān)對(duì)象的屬性進(jìn)行擴(kuò)充和修改以符合本系統(tǒng)的需要。為實(shí)現(xiàn)異構(gòu)下不同自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)備屬性的互聯(lián)和互操作，本文遵循上述統(tǒng)一編碼和命名規(guī)范，提供基于XML文件的數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)導(dǎo)出工具進(jìn)行設(shè)備屬性認(rèn)定、整合和擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)線損對(duì)象的自動(dòng)創(chuàng)建和供售關(guān)聯(lián)，如圖1所示。
1．3線損對(duì)象
線損統(tǒng)計(jì)可覆蓋全部分線、分壓、分片、分臺(tái)區(qū)等對(duì)象，線損對(duì)象結(jié)構(gòu)塔形圖如圖2所示。對(duì)該塔形圖上的任何一個(gè)單元、區(qū)域或多個(gè)單元、區(qū)域的組合，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)完整情況下均可對(duì)其進(jìn)行線損統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。在系統(tǒng)中，以上任何一種線損對(duì)象均被模型完全的表述和覆蓋。同時(shí)提供了基于模型的線損對(duì)象管理機(jī)制。該機(jī)制使得管理者可以方便地查看當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀況，同時(shí)模擬各種電網(wǎng)運(yùn)行方式并且進(jìn)行模擬計(jì)算，最終為“增供降損”工作提供了有效手段(工具)。
1．4線損模型應(yīng)用
以某市局為例，該市電力局負(fù)責(zé)維護(hù)110kV及其以上級(jí)別的電網(wǎng)，而市屬各縣電力局負(fù)責(zé)維護(hù)35kV及其以下的電網(wǎng)。如果要應(yīng)用模型對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述和控制，首先要求該市及下屬各縣電力局對(duì)各自資源進(jìn)行統(tǒng)一編碼，同時(shí)生成各自所屬的CIM模型；其次需要對(duì)模型進(jìn)行整合；最后對(duì)模型進(jìn)行抽取和再加工，以得到整個(gè)市電力局所轄范圍內(nèi)的線損模型。該模型中，需要對(duì)每一個(gè)線損對(duì)象的供售關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的描述。如對(duì)某一個(gè)220kV變壓器進(jìn)行的描述，不僅應(yīng)該包括其所屬的電壓等級(jí)以及變電站；同時(shí)也應(yīng)該包括該變壓器相關(guān)聯(lián)的各線損需要的量測(cè)量。
應(yīng)用模型描述電網(wǎng)結(jié)構(gòu)并且計(jì)算線損后，能夠更加精確地對(duì)電網(wǎng)中的線損量進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)線損分析提供更為精確的數(shù)據(jù)，進(jìn)而為企業(yè)達(dá)到“增供減損”的目的。以浙江省嘉興市電力局為例，該市2006年售電量估計(jì)值為180億kWh。應(yīng)用該系統(tǒng)前對(duì)220kV變壓器損耗估計(jì)值為2．8％，應(yīng)用該系統(tǒng)之后計(jì)算出220kV變壓器損耗僅為2％，僅此一項(xiàng)就可節(jié)省資金400萬(wàn)元人民幣左右。
2線損數(shù)據(jù)來(lái)源
線損系統(tǒng)需要從若干套不同的電力自動(dòng)化系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，如果為這些系統(tǒng)每一套建立一個(gè)數(shù)據(jù)接口，不僅開銷頗大，而且也加大了維護(hù)的工作量。在企業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)進(jìn)行模型整合后，各自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)可按采集周期自動(dòng)保存在統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺(tái)中；基于信息模型的線損系統(tǒng)對(duì)線損統(tǒng)計(jì)、理論計(jì)算所需的供／售電量、設(shè)備參數(shù)、潮流數(shù)據(jù)等，可直接從統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺(tái)引用；未進(jìn)入平臺(tái)的數(shù)據(jù)，可通過(guò)接口獲取。
2．1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息平臺(tái)
建立數(shù)據(jù)信息平臺(tái)可以有多種方式，包括普通關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等。以下以浙江省為例，介紹利用PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)的整合情況。PI數(shù)據(jù)庫(kù)是由美國(guó)OSISoftware公司開發(fā)的一套基于C／S的商品化軟件應(yīng)用平臺(tái)，旨在建立大型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠以數(shù)據(jù)原形的方式長(zhǎng)期在線存儲(chǔ)企業(yè)所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，滿足快速、高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和顯示的要求。
根據(jù)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)，與線損管理系統(tǒng)相關(guān)的SCADA、電量采集系統(tǒng)、負(fù)荷控制系統(tǒng)、配變監(jiān)控系統(tǒng)、居民集抄系統(tǒng)等，均可對(duì)相關(guān)設(shè)備對(duì)象建立測(cè)點(diǎn)，將實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)保存在PI數(shù)據(jù)庫(kù)中。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)類型及采集周期如圖3所示。
這樣線損系統(tǒng)可直接從PI數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)引用數(shù)據(jù)，無(wú)須系統(tǒng)接口及數(shù)據(jù)的重復(fù)保存。
2．2數(shù)據(jù)綜合平臺(tái)
系統(tǒng)理論線損計(jì)算所需線損設(shè)備對(duì)象的銘牌參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)，以及大量的系統(tǒng)用戶信息等，在SAP系統(tǒng)(或生產(chǎn)管理系統(tǒng))中均有保存。為避免大量的人工錄入和重復(fù)設(shè)置，減少數(shù)據(jù)冗余和不一致問(wèn)題，線損系統(tǒng)可基于SAP平臺(tái)建立，并可直接關(guān)聯(lián)引用數(shù)據(jù)，無(wú)須系統(tǒng)接口及數(shù)據(jù)的重復(fù)保存。
2．3用電綜合平臺(tái)
線損和計(jì)算所需數(shù)據(jù)源除上述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)外，還需從用電營(yíng)銷系統(tǒng)中獲取用電量數(shù)據(jù)；該系統(tǒng)一般獨(dú)立建設(shè)，不進(jìn)入上述實(shí)時(shí)、管理數(shù)據(jù)平臺(tái)，需獨(dú)立建設(shè)系統(tǒng)接口。
3線損數(shù)據(jù)分析和管理
在建立線損對(duì)象模型、確保可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源后，線損系統(tǒng)的主要工作就是線損統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析、管理和應(yīng)用。
3．1線損統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和分析
線損有統(tǒng)計(jì)線損和理論線損之分，二者的差異是由于計(jì)量裝置誤差、漏抄、錯(cuò)抄、違章用電和竊電等因素引起。統(tǒng)計(jì)線損工作主要是完成一些分析報(bào)表；必要時(shí)進(jìn)行理論計(jì)算分析，以便采取切實(shí)可行的降損措施；同時(shí)，理論計(jì)算可為電網(wǎng)設(shè)計(jì)、技術(shù)改造提供理論依據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)線損、理論線損，可進(jìn)行下面一系列線損比對(duì)分析：①同期比較。去年同期、上月同期與本月線損率進(jìn)行比較分析。②同比分析。不同線損對(duì)象相同時(shí)間、相同線損對(duì)象不同時(shí)間線損率比較分析。③有損分析�？鄢⑹垭娏恐械摹盁o(wú)損電量”后，進(jìn)行線損比對(duì)分析。④指標(biāo)分析。將實(shí)際統(tǒng)計(jì)線損與下達(dá)的線損指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)分析，對(duì)超標(biāo)情況進(jìn)行告警，并自動(dòng)觸發(fā)理論計(jì)算，分析原因。⑤雙值比對(duì)。將統(tǒng)計(jì)線損值和理論線損值進(jìn)行比對(duì)分析。⑥離線分析。根據(jù)離線計(jì)算模型，改變?cè)O(shè)備參數(shù)配置、運(yùn)行方式等條件，比較線損率的高低，以便分析“技術(shù)降損”的措施效果。
3．2線損數(shù)據(jù)管理和考核
因運(yùn)行與管理環(huán)節(jié)發(fā)生的電能損失在整個(gè)線損中占有一定比重，加強(qiáng)線損管理可以提高企業(yè)的效益，而且有重要的效益。線損系統(tǒng)作為—套實(shí)際執(zhí)法性應(yīng)用系統(tǒng)，在確保系統(tǒng)具有正確應(yīng)用功能的同時(shí)，必須保證數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性，確保計(jì)算分析結(jié)論的可用性、可靠性，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)“管理”與“考核”功能。為此，結(jié)合線損分級(jí)管理機(jī)制，設(shè)置不同級(jí)別和權(quán)限的用戶，按照數(shù)據(jù)管理流程和要求，在權(quán)限允許范圍內(nèi)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入、審核和確認(rèn)，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)可根據(jù)數(shù)據(jù)審核、確認(rèn)標(biāo)志，考核相關(guān)崗位人員對(duì)數(shù)據(jù)管理、消缺工作的及時(shí)性和完整性�；谠摍C(jī)制建立的指標(biāo)管理和考核機(jī)制，可以達(dá)到輔助降損管理的目的。
4結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)代系統(tǒng)正朝著集成化、平臺(tái)化方向發(fā)展，本文基于IEC61970的CIM模型標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)信息平臺(tái)構(gòu)建了新型線損信息管理系統(tǒng)，可很好解決線損對(duì)象模型的建立、數(shù)據(jù)來(lái)源、線損管理和考核等實(shí)際問(wèn)題；目前在線路運(yùn)行方式維護(hù)上還存在大量的工作，若進(jìn)一步與空間公共信息平臺(tái)GIS結(jié)合，運(yùn)行維護(hù)人員可簡(jiǎn)單方便地在GIS聯(lián)絡(luò)圖上維護(hù)線路模型，屆時(shí)將把線損管理系統(tǒng)推到一個(gè)更高級(jí)別的應(yīng)用水平。
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