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关于公共信息模型的配电网线损管理系统的研究

作者: 来源: 发布时间:2010-7-27 8:48:23  点击数:3826

 

  论文摘要:总结多年以来配电网线损管理系统建设中模型建立、数据源整合、线损数据管理和考核等环节的经验,设计并实现了一套基于公共信息平台的新型线损信息管理系统。该系统对各自动化系统导出的CIM模型文件进行合并和扩展,建立了完整的分线、分压、分片、分区的线损对象模型;基于统一编码标准和统一数据信息平台,为线损统计、计算提供了自动、可靠、完整的数据源;系统同时提供层次化、流程化的数据管理、应用和考核机制。从而为配电网运行提供了科学“分析、降损、增效”的技术手段。


  论文关键词:公共信息模型;统一编码标准;统一数据信息平台;统计线损;理论线损


  0引言
  线损率是表征电力企业经济效益和技术管理水平的综合性指标。长期以来存在困扰配电网线损统计和计算的若干问题主要表现为:①各种线损对象的建立完全由人工重新录入,并人工指定线损对象与各自动化系统设备、潮流、电量数据的关联,维护量很大;②需要分别建立各专业领域自动化系统的数据接口,需要获取的潮流、电量数据和设备参数实时性和完整性很难保证;③线损统计和计算未实现平台化、系统化,仅作为线损专职上报依据,并未用于数据分析和考核,达不到经济运行、降损管理的目的。
  随着电力系统的发展和自动化水平的提高,不同专业领域在不同时期建立了一系列专业自动化系统,如SCADA/EMS、电量采集系统、负荷控制系统、配变监测系统、集抄系统、用电营销系统、生产管理系统等.这些系统的直接建设目标彼此不同,“孤岛”现象严重,造成彼此数据冗余、不统一、重复维护等现象。
  随着IEC61970标准的颁布,为电力系统中的各种资源定义了公共信息模型(Commoninformationmodel,CIM),提供了一种用对象类和属性及彼此关联关系来表示电力系统资源的标准方法,在很大程度上方便了不同系统之间的信息集成和整合。目前,部分地区开始建立统一数据信息平台,实现了各自动化系统实时数据、生产管理数据E实时数据的整合,同时建立了界面集成、统一登录入口的门户站点(Porta1);所有这些工作的开展和深入为线损信息管理系统的建设提供了基础平台和完整可靠的数据来源。
  本文采用标准的命名规范和统一编码机制,在对CIM模型合并、扩展的基础上实现各类线损对象的自动建立和数据源的自动关联,同时方便数据共享;基于公共信息平台实现了线损统计、计算数据来源的自动引用,最大程度提高线损统计和计算的实时性;以先进、专业的线损统计和计算手段,将实际线损统计、理论线损计算、线损报表等集成到统一的线损信息管理平台,建立完善的数据审核、确认和考核机制,进而实现对省、地、县级电网高、中、低压网络中各类输电、变电、配电设备的电能损耗进行统计、计算、管理和考核,既可从技术手段为降损节能提供支持,也可以促进各供电企业加强线损管理力度,增加效益,提高电网经济运行水平和电力发展质量,从根本上实现降损增效的目的。
  1线损对象模型
  实现线损统计和计算首先需建立静态数据模型,创建线损统计和计算对象,包括分线、分压、分片、分区对象等。这些线损对象在其他自动化系统中均有相关描述,但关心的属性不同;而线损统计和计算所需的信息可能来源于不同的自动化系统,需要进行设备静态信息、动态数据的整合。
  常规线损对象建立方式为人工创建、人工设置设备对象的关联,工作量巨大,且数据不一致、维护不及时现象严重,甚至直接导致系统失败。本文基于各系统导出的静态CIM模型,依据统一的设备编码和命名规则,自动创建线损对象、自动实现设备关联。
  1.1公共信息模型和统一编码标准
  CIM模型提供了对电力系统对象资源的标准化描述,对各电力系统对象的系统间信息交互提供了保障。统一编码标准之后,将可以对不同系统CIM模型描述文件中的设备进行识别、编码完善和管理。如某地区统一编码规则为“5位单位代码+1位设备种类+6位线路代码”,该线路在所有系统均使用该编码表示,很容易实现集成。①单位代码:分别代表省、地、县电力局等;②设备种类:变电(B);③线路代码:1位干支类型(0)+1位电压等级代码+4位线路流水号(采用线路编码,不足4位前面补零)。各电压等级代码如表1所示。

设备的命名方案和设备的层次结构密切相关,本文用聚集关系描述设备层次结构;确保不同系统中设备对象的名字的唯一性,且具有一定的可读性,方便标识、交流和定位设备对象。所采用设备命名属性的说明如下。①名称(Name):同一父对象范围内各对象的唯一名称;②描述(Discrtption):对象或实例的描述;③路径名称(Pathname):在容器层次结构中构造的、并且具有一个单级标志的对象,也可以具有一个多级标志(Multileveldesignation);④别名(Alias—name):对象或实例的任意文字名(Afreetextnameoftheobject or"instance)。 
  1.2线损对象模型来源
  如上所述,基于CIM的电力系统模型可以将整个电力系统资源网的所有对象描述为统一模型。但是,线损系统计算所依靠的模型不仅仅是从CIM模型中抽取一部分对象而得到,还必须对CIM模型中相关对象的属性进行扩充和修改以符合本系统的需要。为实现异构环境下不同自动化系统中设备属性的互联和互操作,本文遵循上述统一编码和命名规范,提供基于XML文件的数据库导导出工具进行设备属性认定、整合和扩展,实现线损对象的自动创建和供售关联,如图1所示。

  1.3线损对象管理
  线损统计可覆盖全部分线、分压、分片、分台区等对象,线损对象结构塔形图如图2所示。

对该塔形图上的任何一个单元、区域或多个单元、区域的组合,系统在数据完整情况下均可对其进行线损统计和计算。在系统中,以上任何一种线损对象均被模型完全的表述和覆盖。同时提供了基于模型的线损对象管理机制。该机制使得管理者可以方便地查看当前电网运行状况,同时模拟各种电网运行方式并且进行模拟计算,最终为“增供降损”工作提供了有效手段(工具)。
  1.4线损模型应用
  以某市电力局为例,该市电力局负责维护110kV及其以上级别的电网,而市属各县电力局负责维护35kV及其以下的电网。如果要应用模型对电网结构进行描述和控制,首先要求该市及下属各县电力局对各自资源进行统一编码,同时生成各自所属的CIM模型;其次需要对模型进行整合;最后对模型进行抽取和再加工,以得到整个市电力局所辖范围内的线损模型。该模型中,需要对每一个线损对象的供售关系和关联关系进行详细的描述。如对某一个220kV变压器进行的描述,不仅应该包括其所属的电压等级以及变电站;同时也应该包括该变压器相关联的各线损统计需要的量测量。

  应用模型描述电网结构并且计算线损后,能够更加精确地对电网中的线损量进行计算,从而对线损分析提供更为精确的数据,进而为企业达到“增供减损”的目的。以浙江省嘉兴市电力局为例,该市2006年售电量估计值为180亿kWh。应用该系统前对220kV变压器损耗估计值为2.8%,应用该系统之后计算出220kV变压器损耗仅为2%,仅此一项就可节省资金400万元人民币左右。
  2线损数据来源

  线损系统需要从若干套不同的电力自动化系统获取数据,如果为这些系统每一套建立一个数据接口,不仅开销颇大,而且也加大了维护的工作量。在企业实时数据、管理数据进行模型整合后,各自动化系统数据可按采集周期自动保存在统一数据信息平台中;基于公共信息模型的线损系统对线损统计、理论计算所需的供/售电量、设备参数、潮流数据等,可直接从统一数据信息平台引用;未进入平台的数据,可通过接口获取。
  2.1实时数据信息平台
  建立数据信息平台可以有多种方式,包括普通关系型数据库和各种实时数据库等。以下以浙江省为例,介绍利用PI实时数据库对数据的整合情况。PI数据库是由美国OSISoftware公司开发的一套基于C/S的商品化软件应用平台,旨在建立大型的实时数据库,能够以数据原形的方式长期在线存储企业所有的生产数据,满足快速、高效地进行数据采集、存储和显示的要求。
  根据PI实时数据库的特点,与线损管理系统相关的SCADA、电量采集系统、负荷控制系统、配变监控系统、居民集抄系统等,均可对相关设备对象建立测点,将实时采集数据保存在PI数据库中。实时数据类型及采集周期如图3所示。

 
这样线损系统可直接从PI数据库关联引用数据,无须系统接口及数据的重复保存。
  2.2管理数据综合平台
  系统理论线损计算所需线损设备对象的铭牌参数、运行参数,以及大量的系统用户信息等,在SAP系统(或生产管理系统)中均有保存。为避免大量的人工录入和重复设置,减少数据冗余和不一致问题,线损系统可基于SAP平台建立,并可直接关联引用数据,无须系统接口及数据的重复保存。 
  2.3用电营销综合平台
  线损统计和计算所需数据源除上述实时数据、管理数据外,还需从用电营销系统中获取用电量数据;该系统一般独立建设,不进入上述实时、管理数据平台,需独立建设系统接口。
  3线损数据分析和管理
  
  在建立线损对象模型、确保可靠的数据来源后,线损系统的主要工作就是线损统计、计算、分析、管理和应用。
  3.1线损统计、计算和分析
  线损有统计线损和理论线损之分,二者的差异是由于计量装置误差、漏抄、错抄、违章用电和窃电等因素引起。统计线损工作主要是完成一些分析报表;必要时进行理论计算分析,以便采取切实可行的降损措施;同时,理论计算可为电网设计、技术改造提供理论依据。根据统计线损、理论线损,可进行下面一系列线损比对分析:①同期比较。去年同期、上月同期与本月线损率进行比较分析。②同比分析。不同线损对象相同时间、相同线损对象不同时间线损率比较分析。③有损分析。扣除供、售电量中的“无损电量”后,进行线损比对分析。④指标分析。将实际统计线损与下达的线损指标进行比对分析,对超标情况进行告警,并自动触发理论计算,分析原因。⑤双值比对。将统计线损值和理论线损值进行比对分析。⑥离线分析。根据离线计算模型,改变设备参数配置、运行方式等条件,比较线损率的高低,以便分析“技术降损”的措施效果。
  3.2线损数据管理和考核
  因运行与管理环节发生的电能损失在整个线损中占有一定比重,加强线损管理可以提高企业的经济效益,而且有重要的社会效益。线损系统作为—套实际执法性应用系统,在确保系统具有正确应用功能的同时,必须保证数据的完整性、准确性,确保计算分析结论的可用性、可靠性,否则无法实现“管理”与“考核”功能。为此,结合线损分级管理机制,设置不同级别和权限的用户,按照数据管理流程和要求,在权限允许范围内进行相关数据的录入、审核和确认,相关领导可根据数据审核、确认标志,考核相关岗位人员对数据管理、消缺工作的及时性和完整性。基于该机制建立的指标管理和考核机制,可以达到辅助降损管理的目的。
  4结束语
  现代电力系统正朝着集成化、平台化方向发展,本文基于IEC61970的CIM模型标准、实时数据和管理数据公共信息平台构建了新型线损信息管理系统,可很好解决线损对象模型的建立、数据来源、线损管理和考核等实际问题;目前在线路运行方式维护上还存在大量的工作,若进一步与空间公共信息平台GIS结合,运行维护人员可简单方便地在GIS联络图上维护线路模型,届时将把线损管理系统推到一个更高级别的应用水平。

 

作者:沈宝兴

 


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