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關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：多年以來配電網(wǎng)線損系統(tǒng)建設中模型建立、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，設計并實現(xiàn)了一套基于信息平臺的新型線損信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對各自動化系統(tǒng)導出的CIM模型文件進行合并和擴展，建立了完整的分線、分壓、分片、分區(qū)的線損對象模型；基于統(tǒng)一編碼標準和統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺，為線損、計算提供了自動、可靠、完整的數(shù)據(jù)源；系統(tǒng)同時提供層次化、流程化的數(shù)據(jù)管理、應用和考核機制。從而為配電網(wǎng)運行提供了科學“分析、降損、增效”的技術手段。
論文關鍵詞：公共信息模型；統(tǒng)一編碼標準；統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺；統(tǒng)計線損；理論線損
0引言
線損率是表征企業(yè)效益和技術管理水平的綜合性指標。長期以來存在困擾配電網(wǎng)線損統(tǒng)計和計算的若干問題主要表現(xiàn)為：①各種線損對象的建立完全由人工重新錄入，并人工指定線損對象與各自動化系統(tǒng)設備、潮流、電量數(shù)據(jù)的關聯(lián)，維護量很大；②需要分別建立各專業(yè)領域自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，需要獲取的潮流、電量數(shù)據(jù)和設備參數(shù)實時性和完整性很難保證；③線損統(tǒng)計和計算未實現(xiàn)平臺化、系統(tǒng)化，僅作為線損專職上報依據(jù)，并未用于數(shù)據(jù)分析和考核，達不到經(jīng)濟運行、降損管理的目的。
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和自動化水平的提高，不同專業(yè)領域在不同時期建立了一系列專業(yè)自動化系統(tǒng)，如SCADA／EMS、電量采集系統(tǒng)、負荷控制系統(tǒng)、配變監(jiān)測系統(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)的直接建設目標彼此不同，“孤島”現(xiàn)象嚴重，造成彼此數(shù)據(jù)冗余、不統(tǒng)一、重復維護等現(xiàn)象。
隨著IEC61970標準的頒布，為電力系統(tǒng)中的各種資源定義了公共信息模型(Commoninformationmodel，CIM)，提供了一種用對象類和屬性及彼此關聯(lián)關系來表示電力系統(tǒng)資源的標準方法，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，實現(xiàn)了各自動化系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)E實時數(shù)據(jù)的整合，同時建立了界面集成、統(tǒng)一登錄入口的門戶站點(Porta1)；所有這些工作的開展和深入為線損信息管理系統(tǒng)的建設提供了基礎平臺和完整可靠的數(shù)據(jù)來源。
本文采用標準的命名規(guī)范和統(tǒng)一編碼機制，在對CIM模型合并、擴展的基礎上實現(xiàn)各類線損對象的自動建立和數(shù)據(jù)源的自動關聯(lián)，同時方便數(shù)據(jù)共享；基于公共信息平臺實現(xiàn)了線損統(tǒng)計、計算數(shù)據(jù)來源的自動引用，最大程度提高線損統(tǒng)計和計算的實時性；以先進、專業(yè)的線損統(tǒng)計和計算手段，將實際線損統(tǒng)計、理論線損計算、線損報表等集成到統(tǒng)一的線損信息管理平臺，建立完善的數(shù)據(jù)審核、確認和考核機制，進而實現(xiàn)對省、地、縣級電網(wǎng)高、中、低壓網(wǎng)絡中各類輸電、變電、配電設備的電能損耗進行統(tǒng)計、計算、管理和考核，既可從技術手段為降損節(jié)能提供支持，也可以促進各供電企業(yè)加強線損管理力度，增加效益，提高電網(wǎng)經(jīng)濟運行水平和電力發(fā)展質(zhì)量，從根本上實現(xiàn)降損增效的目的。
1線損對象模型
實現(xiàn)線損統(tǒng)計和計算首先需建立靜態(tài)數(shù)據(jù)模型，創(chuàng)建線損統(tǒng)計和計算對象，包括分線、分壓、分片、分區(qū)對象等。這些線損對象在其他自動化系統(tǒng)中均有相關描述，但關心的屬性不同；而線損統(tǒng)計和計算所需的信息可能來源于不同的自動化系統(tǒng)，需要進行設備靜態(tài)信息、動態(tài)數(shù)據(jù)的整合。
常規(guī)線損對象建立方式為人工創(chuàng)建、人工設置設備對象的關聯(lián)，工作量巨大，且數(shù)據(jù)不一致、維護不及時現(xiàn)象嚴重，甚至直接導致系統(tǒng)失敗。本文基于各系統(tǒng)導出的靜態(tài)CIM模型，依據(jù)統(tǒng)一的設備編碼和命名規(guī)則，自動創(chuàng)建線損對象、自動實現(xiàn)設備關聯(lián)。
1．1公共信息模型和統(tǒng)一編碼標準
CIM模型提供了對電力系統(tǒng)對象資源的標準化描述，對各電力系統(tǒng)對象的系統(tǒng)間信息交互提供了保障。統(tǒng)一編碼標準之后，將可以對不同系統(tǒng)CIM模型描述文件中的設備進行識別、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，很容易實現(xiàn)集成。①單位代碼：分別代表省、地、縣電力局等；②設備種類：變電(B)；③線路代碼：1位干支類型(0)+1位電壓等級代碼+4位線路流水號(采用線路編碼，不足4位前面補零)。各電壓等級代碼如表1所示。
設備的命名方案和設備的層次結構密切相關，本文用聚集關系描述設備層次結構；確保不同系統(tǒng)中設備對象的名字的唯一性，且具有一定的可讀性，方便標識、交流和定位設備對象。所采用設備命名屬性的說明如下。①名稱(Name)：同一父對象范圍內(nèi)各對象的唯一名稱；②描述(Discription)：對象或?qū)嵗拿枋�；③路徑名稱(Pathname)：在容器層次結構中構造的、并且具有一個單級標志的對象，也可以具有一個多級標志(Multileveldesignation)；④別名(Alias—name)：對象或?qū)嵗娜我馕淖置?Afreetextnameoftheobject or"instance)。
1．2線損對象模型來源
如上所述，基于CIM的系統(tǒng)模型可以將整個電力系統(tǒng)資源網(wǎng)的所有對象描述為統(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象而得到，還必須對CIM模型中相關對象的屬性進行擴充和修改以符合本系統(tǒng)的需要。為實現(xiàn)異構下不同自動化系統(tǒng)中設備屬性的互聯(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)庫導導出工具進行設備屬性認定、整合和擴展，實現(xiàn)線損對象的自動創(chuàng)建和供售關聯(lián)，如圖1所示。
1．3線損對象
線損統(tǒng)計可覆蓋全部分線、分壓、分片、分臺區(qū)等對象，線損對象結構塔形圖如圖2所示。對該塔形圖上的任何一個單元、區(qū)域或多個單元、區(qū)域的組合，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)完整情況下均可對其進行線損統(tǒng)計和計算。在系統(tǒng)中，以上任何一種線損對象均被模型完全的表述和覆蓋。同時提供了基于模型的線損對象管理機制。該機制使得管理者可以方便地查看當前電網(wǎng)運行狀況，同時模擬各種電網(wǎng)運行方式并且進行模擬計算，最終為“增供降損”工作提供了有效手段(工具)。
1．4線損模型應用
以某市局為例，該市電力局負責維護110kV及其以上級別的電網(wǎng)，而市屬各縣電力局負責維護35kV及其以下的電網(wǎng)。如果要應用模型對電網(wǎng)結構進行描述和控制，首先要求該市及下屬各縣電力局對各自資源進行統(tǒng)一編碼，同時生成各自所屬的CIM模型；其次需要對模型進行整合；最后對模型進行抽取和再加工，以得到整個市電力局所轄范圍內(nèi)的線損模型。該模型中，需要對每一個線損對象的供售關系和關聯(lián)關系進行詳細的描述。如對某一個220kV變壓器進行的描述，不僅應該包括其所屬的電壓等級以及變電站；同時也應該包括該變壓器相關聯(lián)的各線損需要的量測量。
應用模型描述電網(wǎng)結構并且計算線損后，能夠更加精確地對電網(wǎng)中的線損量進行計算，從而對線損分析提供更為精確的數(shù)據(jù)，進而為企業(yè)達到“增供減損”的目的。以浙江省嘉興市電力局為例，該市2006年售電量估計值為180億kWh。應用該系統(tǒng)前對220kV變壓器損耗估計值為2．8％，應用該系統(tǒng)之后計算出220kV變壓器損耗僅為2％，僅此一項就可節(jié)省資金400萬元人民幣左右。
2線損數(shù)據(jù)來源
線損系統(tǒng)需要從若干套不同的電力自動化系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，如果為這些系統(tǒng)每一套建立一個數(shù)據(jù)接口，不僅開銷頗大，而且也加大了維護的工作量。在企業(yè)實時數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)進行模型整合后，各自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)可按采集周期自動保存在統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺中；基于信息模型的線損系統(tǒng)對線損統(tǒng)計、理論計算所需的供／售電量、設備參數(shù)、潮流數(shù)據(jù)等，可直接從統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺引用；未進入平臺的數(shù)據(jù)，可通過接口獲取。
2．1實時數(shù)據(jù)信息平臺
建立數(shù)據(jù)信息平臺可以有多種方式，包括普通關系型數(shù)據(jù)庫和各種實時數(shù)據(jù)庫等。以下以浙江省為例，介紹利用PI實時數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)的整合情況。PI數(shù)據(jù)庫是由美國OSISoftware公司開發(fā)的一套基于C／S的商品化軟件應用平臺，旨在建立大型的實時數(shù)據(jù)庫，能夠以數(shù)據(jù)原形的方式長期在線存儲企業(yè)所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，滿足快速、高效地進行數(shù)據(jù)采集、存儲和顯示的要求。
根據(jù)PI實時數(shù)據(jù)庫的特點，與線損管理系統(tǒng)相關的SCADA、電量采集系統(tǒng)、負荷控制系統(tǒng)、配變監(jiān)控系統(tǒng)、居民集抄系統(tǒng)等，均可對相關設備對象建立測點，將實時采集數(shù)據(jù)保存在PI數(shù)據(jù)庫中。實時數(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)庫關聯(lián)引用數(shù)據(jù)，無須系統(tǒng)接口及數(shù)據(jù)的重復保存。
2．2數(shù)據(jù)綜合平臺
系統(tǒng)理論線損計算所需線損設備對象的銘牌參數(shù)、運行參數(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設置，減少數(shù)據(jù)冗余和不一致問題，線損系統(tǒng)可基于SAP平臺建立，并可直接關聯(lián)引用數(shù)據(jù)，無須系統(tǒng)接口及數(shù)據(jù)的重復保存。
2．3用電綜合平臺
線損和計算所需數(shù)據(jù)源除上述實時數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)外，還需從用電營銷系統(tǒng)中獲取用電量數(shù)據(jù)；該系統(tǒng)一般獨立建設，不進入上述實時、管理數(shù)據(jù)平臺，需獨立建設系統(tǒng)接口。
3線損數(shù)據(jù)分析和管理
在建立線損對象模型、確�？煽康臄�(shù)據(jù)來源后，線損系統(tǒng)的主要工作就是線損統(tǒng)計、計算、分析、管理和應用。
3．1線損統(tǒng)計、計算和分析
線損有統(tǒng)計線損和理論線損之分，二者的差異是由于計量裝置誤差、漏抄、錯抄、違章用電和竊電等因素引起。統(tǒng)計線損工作主要是完成一些分析報表；必要時進行理論計算分析，以便采取切實可行的降損措施；同時，理論計算可為電網(wǎng)設計、技術改造提供理論依據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計線損、理論線損，可進行下面一系列線損比對分析：①同期比較。去年同期、上月同期與本月線損率進行比較分析。②同比分析。不同線損對象相同時間、相同線損對象不同時間線損率比較分析。③有損分析�？鄢�、售電量中的“無損電量”后，進行線損比對分析。④指標分析。將實際統(tǒng)計線損與下達的線損指標進行比對分析，對超標情況進行告警，并自動觸發(fā)理論計算，分析原因。⑤雙值比對。將統(tǒng)計線損值和理論線損值進行比對分析。⑥離線分析。根據(jù)離線計算模型，改變設備參數(shù)配置、運行方式等條件，比較線損率的高低，以便分析“技術降損”的措施效果。
3．2線損數(shù)據(jù)管理和考核
因運行與管理環(huán)節(jié)發(fā)生的電能損失在整個線損中占有一定比重，加強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—套實際執(zhí)法性應用系統(tǒng)，在確保系統(tǒng)具有正確應用功能的同時，必須保證數(shù)據(jù)的完整性、準確性，確保計算分析結論的可用性、可靠性，否則無法實現(xiàn)“管理”與“考核”功能。為此，結合線損分級管理機制，設置不同級別和權限的用戶，按照數(shù)據(jù)管理流程和要求，在權限允許范圍內(nèi)進行相關數(shù)據(jù)的錄入、審核和確認，相關領導可根據(jù)數(shù)據(jù)審核、確認標志，考核相關崗位人員對數(shù)據(jù)管理、消缺工作的及時性和完整性。基于該機制建立的指標管理和考核機制，可以達到輔助降損管理的目的。
4結束語
現(xiàn)代系統(tǒng)正朝著集成化、平臺化方向發(fā)展，本文基于IEC61970的CIM模型標準、實時數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)信息平臺構建了新型線損信息管理系統(tǒng)，可很好解決線損對象模型的建立、數(shù)據(jù)來源、線損管理和考核等實際問題；目前在線路運行方式維護上還存在大量的工作，若進一步與空間公共信息平臺GIS結合，運行維護人員可簡單方便地在GIS聯(lián)絡圖上維護線路模型，屆時將把線損管理系統(tǒng)推到一個更高級別的應用水平。
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