采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法

采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法，包括以下步骤：（1）获取基础数据；（2）形成电网结构基础数据模型；（3）开展输入数据质量分析与处理；（4）进行在线配电网潮流计算和线损计算；（5）对步骤（4）所得潮流计算结果和元件损耗计算结果，进行统计分析，并输出规范化配电网在线理论线损计算报表，即可。本发明的方法可以显著提高现有技术中电网结构数据建模效率，同时有效改进其数据质量分析与处理模块的性能，是一种建模效率高、适应性佳、准确性好的配电网理论线损在线计算方法。
【专利说明】采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于配电网运行【技术领域】，具体涉及一种采用快速建模与数据质量分析的 理论线损在线计算方法。

【背景技术】
[0002] 面对全球能源与生态的挑战，坚持新能源开发与节约并举，把加强节能降耗放在 首位，已成为我国建设节约型社会的必然选择。配电网理论线损计算是供电公司对配电网 经济运行分析、节能降损措施评估、用户窃电漏电管理的一项重要技术手段。其网损率计算 结果是考核供电公司的重要的经济指标，也是表征电网规划设计水平和运行管理水平的综 合性技术指标。近年来，随着配电网信息化系统建设的不断完善，如何提高配电网理论线损 计算的及时性和准确度，实现线损分析全过程信息化、智能化管理。使分析与评估结果能更 有效地指导配电网经济运行等工作已成为电力系统研究、设计、运行、管理工作者十分关注 的问题。
[0003] 当前，传统的配电网理论线损计算系统主要存在以下缺点：1)实时性较弱。传统 线损计算系统实为事后估算，虽逐渐常态化，但缺乏实时性，难以使其实时感知线损状态变 化进而指导配电网运行调度人员及时优化运行方式。2)准确性较差、精细化程度较低。传 统线损计算系统采用人工数据采集、计算、汇总的工作方式，难以避免人为错误导致的计算 结果偏差甚至错误，甚至还存在数据同时性不足导致的准确度降低问题。3)工作效率低。 传统线损计算系统往往采用单机模式离线计算，需手工录入大量计算数据、更新大量图纸 (电网结构参数、电网运行参数），数据维护工作冗余，未充分共享其他系统数据资源，显著 降低了降损分析工作效率。此外，计算结果报表格式输出格式难以灵活调整，不能适应线损 四分管理标准要求。
[0004] 为此，近年来，国内电力系统行业相关产学研机构在京津唐、上海、陕西、河南、辽 宁、黑龙江、广西、云南等省的部分城市或地区逐步开展了借助配电网监控与数据采集系统 (Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA)、计量自动化系统等自动化系统获 取配电网运行实时信息和数据的理论线损在线计算与分析系统的研究、开发和初步应用。 然而，在研发过程中，也面临许多尚待改进和解决的关键技术问题，如：电网结构数据建模 的快速化和灵活调整的简便化；电网运行数据接口程序的普适化和标准化；不良数据辨识 和非正常采集数据处理技术提高；电网接线图自动化布线构图技术改进；线损计算方法的 适应性提升；不收敛潮流的处理技术完善；数据汇总与降损分析的精细化与智能化等。
[0005] 现有技术中，关于电网结构数据建模(配电系统建模）模块，往往采用人工录入方 式，初期建模极为费时，尚未见关于该技术的快速化和灵活调整的简便化的专利和文献报 道。关于输入数据模块，针对电网运行数据接口程序，有学者提出应利用国际电工委员会 IEC制定的61970标准中公共信息模型CIM技术，但没有给出具体的实施方案和应注意的技 术细节问题。关于数据质量分析与处理模块，针对不良数据辨识和非正常采集数据处理技 术，有学者指出了数据的非正常采集问题，并提出了部分处理措施，但对配电网分片运行等 工况尚未提及，亦未指出针对配电网线损计算的网络连通性识别和处理的方法。同时，对变 电站内有功功率和无功功率环流数据等不良数据数据辨识与处理技术也鲜见专利和文献 报道。


【发明内容】

[0006] 本发明的目的在于克服上述缺点、完善上述功能模块，针对理论线损在线计算与 分析系统，从电网结构数据建模模块以及电网运行数据质量分析与处理模块的完善与性能 提升角度出发，提出了一种建模效率高、适应性佳、准确性好的采用快速建模与数据质量分 析的理论线损在线计算方法。
[0007] 本发明的一种采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法，包括以下 步骤： (1) 获取基础数据：获取配电网调度部运行方式数据，市场部和生产技术部等电力用户 和主要运行元件参数数据； (2) 形成电网结构基础数据模型：利用BPA数据转换模块完成电网结构数据模型建立、 校核与修正，包括BPA数据转换模块和校核模块两部分，其中BPA数据转换模块包括配电网 母线、区域等编号规则的确定、支路去重、变比修正、节点编号优化与恢复等；校核模块包括 异常数据检查与校验、网络连通性测试、离线潮流计算结果一致性检验等；若构建的电网结 构基础数据模型通过校核模块校核，则进入步骤（3)，否则返回BPA数据转换模块进行修正 处理，形成符合要求的电网结构基础数据模型； (3) 开展输入数据质量分析与处理：基于步骤（2)获得的电网结构基础数据模型，利用 电网实时数学模型校核模块对SCADA接口模块中获取电网运行数据开展输入数据质量分 析与处理，包括孤岛运行数据检查与处理，异常或非正常采集数据的检查与修正等；若通过 数据质量分析，则进入步骤（4)，否则返回电网实时数学模型校核模块进行修正处理，最后， 形成符合要求的步骤（4)输入数据； (4) 进行在线配电网潮流计算和线损计算，包括线路损耗计算、变压器铜损计算、变压 器铁损计算、并联电容器损耗计算、站用电损耗计算等； (5) 对步骤（4)所得潮流计算结果和元件损耗计算结果，进行统计分析，并输出规范化 配电网在线理论线损计算报表，即可。
[0008] 上述采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法，其中：所述步骤 (2)中，进行电网结构数据模型建立的具体步骤如下： (a) 获得格式化输入数据文件； (b) 选取bus (母线）数据文件，并按PLAM bus数据输入格式形成bus文件； (c) 基于节点编号规则的分区编号原则，利用bus数据文件形成节点编号表； (d) 利用该节点编号表对bus数据文件进行母线编号填充和修正，完成了母线数据转 换部分； (e) 选取line (线路）数据文件； (f) 完成line数据文件的线路首端母线名的补充，同时依据前述母线编号表完成线路 两侧母线名的编号转换； (g) 标定线路首端母线名，初步形成符合PLAM的line输入数据格式； (h)做支路去重处理，去除数据中的重复支路，形成最终的line数据文件，即按照PLAM 输入数据格式要求，分别完成了 bus数据文件和line数据文件生成，即可。
[0009] 上述采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法，其中：所述步骤 (4)中，进行数据质量分析与处理的具体步骤如下： (a) 数据质量分析与处理模块参数设定； (b) 基于一类改进的网络连通性测试算法完成孤岛运行检查； (c) 如未通过，告警，并做孤岛运行处理；如通过，进入下一步； (d) 借助全时段数据，利用箱形图工具完成异常数据或非正常采样数据检查； (e) 如未通过，告警，并做某站或某线数据修正处理；如通过，进入下一步。
[0010] 上述采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法，其中：所述步骤 (4)中，进行数据质量分析与处理模块中网络连通性测试的具体步骤如下： (a) 以一个新修订的支路或母线涉及的原基础全连通高压配电网模型中相连的母线作 为顶点或起点； (b) 从该顶点或起点开始连通性测试； (c) 将所有母线(顶点或起点）定义于一个数据组BUS中； (d) 建立一个2维数组，将线路数据LINE中的两侧母线(顶点或起点）分别存在其中， 并记录2遍； (e) 从上述LINE数组中，取一个顶点（如起始顶点或母线）Bi加入到新数组COUNT中， 并在BUS中删除该顶点或母线； (f) 从COUNT取出一个未标记的母线或顶点Bx,并做已读标记； (g) 从LINE中找到包含Bx的支路，将其对侧母线或顶点（1个或多个）取出； (h) 放到COUNT中，并做未读标记，如果已存该母线，则不插入； (i) 删除LINE中该支路数据； (j )判断COUNT是否已记录所有母线，即COUNT和BUS的数量是否一致，若为否，则输出 不完全连通母线和支路，并告警；若为电网孤岛运行，做孤岛运行处理，即可；若为是，则为 完全连通，通过连通性测试，进入下一步计算，即可。
[0011] 本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，由以上方案可知，步骤（2)利用 BPA数据转换模块完成电网结构数据模型建立、校核与修正所述方法，由于传统的配电网结 构数据建模模块，往往采用人工录入方式，初期建模极为费时且准确性有待提高，亟需对研 发快速高效和能够灵活调整的技术。利用BPA数据转换模块快速建立高压配电网结构基础 数据模型，优点在于：1)调度部门BPA数据的更新和维护具有时效性和可靠性，因为每年配 电网调度部运行方式专责都会对数据进行校核和维护，以确定今年和明年的运行方式，数 据来源十分可靠有效。2)数据转换比较方便，自动化实现也较为容易，避免了传统技术中人 工录入大量基础数据可能出现的数据偏差和失误，显著提高了电网结构数据建模的工作效 率和准确性。3)鉴于BPA计算工具的权威性，借助BPA数据建立高压配电网结构基础数据 模型，有助于两种程序计算结果的相互校核，保证了后续理论线损在线计算结果的准确性。
[0012] 步骤（3)开展输入数据质量分析与处理：基于步骤（2)获得的电网结构基础数据 模型，利用电网实时数学模型校核模块对SCADA接口模块中获取电网运行数据开展输入数 据质量分析与处理所述方法，由于SCADA数据中存在的不良数据或非正常采集数据、配电 网孤岛运行或分片运行导致高压配电器潮流计算出现错误的结果或者不收敛。其实，在高 压配电网潮流求解方法已比较成熟的背景下，产生上述问题的根源只在于输入数据中电网 结构数据和电网运行数据两方面。其中，电网结构基础数据模型已在前述特征中提出可靠 的解决方案，但电网运行数据中开关量信息数据通常会改变电网结构数据模型，即可能出 现孤岛运行或分片运行的情况，需要数据质量分析与处理模块能够通过网络连通性测试算 法进行快速识别。因此，本发明提出的基于修订母线的快速、有效网络连通性测试算法，其 优点在于，以新修订的母线为起点，有较大的概率遇到可能被割集的部分，这样可加快连通 性测试，缩短计算时间，提高整体计算效率，防止因孤岛运行或分片运行导致的潮流不收敛 情况。另一方面，电网运行数据的数据质量分析是至关重要的，本发明提出借助全时段数 据，利用箱形图工具完成异常数据或非正常采样数据检查，并指出一旦发现单个数据异常， 需对其所属或邻近变电站或线路相关数据做重点校核，因为实际应用中已发现一般数据异 常会出现整个变电站的多数相关数据中，其优点在于，借助线损分析的全时段数据，可改变 现有技术中固定阈值的数据防误方法，更为有效的实现电网运行数据的数据质量分析，防 止因不良数据或非正常采集数据导致的潮流不收敛情况。
[0013] 总之，本发明从电网结构数据模型模块和数据质量分析与处理模块两个方面的性 能提升和改善角度出发，提出了一种采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方 法，提高了电网结构数据建模效率，改进了电网运行数据质量分析与处理性能，增强了理论 线损在线计算系统的适应性。可见，相较于现有技术来说，本发明具有较为明显的有益效 果。此外，本发明所应用的理论线损在线计算系统将原有人工数据采集、计算、汇总的工作 方式转变为自动采集和计算，对电网线损构成的分析由单一计算、静态分析转变为随负荷、 电网结构、运行方式等变化的跟踪计算、动态分析。
[0014]

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 图1为为本发明的流程示意图； 图2为图1中A部分的详细流程示意图； 图3为图1中B、C两部分的详细流程示意图； 图4为本发明BPA数据转换模块的流程示意图； 图5为本发明网络连通性判别方法的流程示意图； 图6为本发明的计算系统硬件结构图； 图7为本发明采用的某地区高压配电网系统结构图。
[0016]

【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图和实施例详细描述本发明的【具体实施方式】，但本发明不受所述具体 实施例所限。
[0018] 参见图1至图5,本发明的采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方 法，包括以下步骤： (1)获取基础数据，包括配电网调度部运行方式数据，市场部和生产技术部等电力用户 和主要运行元件参数数据； (2) 利用BPA数据转换模块完成电网结构数据模型建立、校核与修正，包括BPA数据转 换模块和校核模块两部分，其中BPA数据转换模块包括配电网母线、区域等编号规则的确 定、支路去重、变比修正、节点编号优化与恢复等；校核模块包括异常数据检查与校验、网络 连通性测试、离线潮流计算结果一致性检验等；若构建的电网结构基础数据模型通过校核 模块校核，则进入步骤（3)，否则返回BPA数据转换模块进行修正处理，形成符合要求的电 网结构基础数据模型； (3) 利用SCADA接口模块获取电网运行数据，包括断路器、开关数据映射表，母线负荷 数据映射表，母线发电数据映射表等； (4) 基于步骤（2)获得的电网结构基础数据模型，利用电网实时数学模型校核模块中 的网络连通性测试算法和箱形图工具对步骤（3)电网运行数据开展输入数据质量分析与处 理，涉及孤岛运行数据检查与处理，异常或非正常采集数据的检查与修正等。若通过数据质 量分析，则进入步骤（5)，否则返回电网实时数学模型校核模块进行修正处理。最后，形成符 合要求的步骤（5)输入数据； (5) 进行在线配电网潮流计算和线损计算，包括线路损耗计算、变压器铜损计算、变压 器铁损计算、并联电容器损耗计算、站用电损耗计算等； (6) 对步骤（5)所得潮流计算结果和元件损耗计算结果，进行统计分析，并输出规范化 配电网在线理论线损计算报表，即可。
[0019] 所述步骤（2)中，进行高压配电网结构数据模型建立的具体步骤如下： (a) BPA inputing list命令获得格式化输入数据文件，如：inputinglist.txt; (b) 选取bus数据文件，并按PLAM bus数据输入格式形成bus. xls或txt ; (c) 基于节点编号规则的分区编号原则，利用bus. xls形成节点编号表，如：busnum. xls 或 txt ; (d) 利用该节点编号表对bus. xls或txt进行母线编号填充和修正，至此，完成了母线 数据转换部分； (e) 选取line数据文件； (f) 完成line, xls的线路首端母线名的补充，同时依据前述母线编号表busnum. xls或 txt完成线路两侧母线名的编号转换； (g) 标定线路首端母线名，初步形成符合PLAM的line输入数据格式的line, xls或 txt ; (h) 做支路去重处理，去除数据中的重复支路，形成最终的line, xls或txt ; (i) 至此，按照PLAM输入数据格式要求，分别完成了 bus. txt和line, txt生成。
[0020] 所述步骤（4)中，进行数据质量分析与处理的具体步骤如下： (a) 数据质量分析与处理模块参数设定； (b) 基于一类改进的网络连通性测试算法完成孤岛运行检查； (c) 如未通过，告警，并做孤岛运行处理。如通过，进入下一步； (d) 借助全时段数据，利用箱形图工具完成异常数据或非正常采样数据检查； (e) 如未通过，告警，并做某站或某线数据修正处理。如通过，进入下一步； 所述进行数据质量分析与处理模块中网络连通性测试的具体步骤如下： (a) 以一个新修订的支路或母线涉及的原基础全连通高压配电网模型中相连的母线作 为顶点或起点； (b) 从该顶点或起点开始连通性测试； (c) 将所有母线(顶点或起点）定义于一个数据组BUS中； (d) 建立一个2维数组，将线路数据LINE中的两侧母线(顶点或起点）分别存在其中， 并记录 2 遍，即（Bi, Bj), (Bj, Bi); (e) 从上述LINE数组中，取一个顶点（即前述起始顶点或母线）Bi加入到新数组COUNT 中，并在BUS中删除该顶点或母线； (f) 从COUNT取出一个未标记的母线或顶点Bx,并做已读标记； (g) 从LINE中找到包含Bx的支路，将其对侧母线或顶点（1个或多个）取出； (h) 放到COUNT中，并做未读标记，如果已存该母线，则不插入； (i) 删除LINE中该支路数据； (j) 判断COUNT是否已记录所有母线，即COUNT和BUS的数量是否一致； (k) 若为否，则输出不完全连通母线和支路，并告警。若为电网孤岛运行，做孤岛运行处 理； (l) 若为是，则为完全连通，通过连通性测试，进入下一步计算，即可。
[0021] 使用时，本发明应用的配电网理论线损在线计算系统功能模块主要包括：离线潮 流计算模块、电网基础数学模型校核模块、BPA数据转换模块、SCADA系统实时数据获取接 口模块、电网实时数学模型校核模块在线、潮流计算模块、统计分析模块、结果输出模块。 参见图6,本发明的在线计算系统硬件结构涉及：理论线损在线计算与分析系统服务器、理 论线损在线计算与分析系统客户端、数据库系统、数据库维护终端、SCADA系统数据接口、 SCADA系统数据服务器、调度数据网、SCADA系统变电站数据采集子站、采集子站维护终端、 营销系统数据接口（开发中)、营销MIS系统服务器。
[0022] 以贵州某地区高压配电网为例，其电网运行接线结构图如图7所示，完成BPA数据 转换后，需与BPA计算结果做校核，以确定转换的准确性，从而建立高压配电网结构基础数 据模型。针对贵州某地区高压配电网，规模约15机666母线758条线路，涉及电压等级 10kV/35kV/110kV/220kV/525kV)，部分节点的母线电压和相角计算结果比较，以及部分线 路潮流计算结果比较，分别如表1和表2所示。
[0023] 表1部分节点的母线电压和相角计算结果比较

【权利要求】
1. 一种采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法，包括w下步骤： (1) 获取基础数据：获取配电网调度部运行方式数据，市场部和生产技术部等电力用户 和主要运行元件参数数据； (2) 形成电网结构基础数据模型：利用BPA数据转换模块完成电网结构数据模型建立、 校核与修正，包括BPA数据转换模块和校核模块两部分，其中BPA数据转换模块包括配电网 母线、区域等编号规则的确定、支路去重、变比修正、节点编号优化与恢复等；校核模块包括 异常数据检查与校验、网络连通性测试、离线潮流计算结果一致性检验等；若构建的电网结 构基础数据模型通过校核模块校核，则进入步骤（3)，否则返回BPA数据转换模块进行修正 处理，形成符合要求的电网结构基础数据模型； (3) 开展输入数据质量分析与处理：基于步骤（2)获得的电网结构基础数据模型，利用 电网实时数学模型校核模块对SCADA接口模块中获取电网运行数据开展输入数据质量分 析与处理，包括孤岛运行数据检查与处理，异常或非正常采集数据的检查与修正等；若通过 数据质量分析，则进入步骤（4)，否则返回电网实时数学模型校核模块进行修正处理，最后， 形成符合要求的步骤（4)输入数据； (4) 进行在线配电网潮流计算和线损计算，包括线路损耗计算、变压器铜损计算、变压 器铁损计算、并联电容器损耗计算、站用电损耗计算等； (5) 对步骤（4)所得潮流计算结果和元件损耗计算结果，进行统计分析，并输出规范化 配电网在线理论线损计算报表，即可。
2. 如权利要求1所述的采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法，其特 征在于：所述步骤（2)中，进行电网结构数据模型建立的具体步骤如下： (a) 获得格式化输入数据文件； (b) 选取bus (母线）数据文件，并按PLAM (电力损耗分析模块）bus数据输入格式形 成bus文件； (C)基于节点编号规则的分区编号原则，利用bus数据文件形成节点编号表； (d) 利用该节点编号表对bus数据文件进行母线编号填充和修正，完成了母线数据转 换部分； (e) 选取line (线路）数据文件； (f) 完成line数据文件的线路首端母线名的补充，同时依据前述母线编号表完成线路 两侧母线名的编号转换； (g) 标定线路首端母线名，初步形成符合PLAM的line输入数据格式； (h) 做支路去重处理，去除数据中的重复支路，形成最终的line数据文件，即按照PLAM 输入数据格式要求，分别完成了 bus数据文件和line数据文件生成，即可。
3. 如权利要求1或2所述的采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法， 其特征在于；所述步骤（4)中，进行数据质量分析与处理的具体步骤如下： (a) 数据质量分析与处理模块参数设定； (b) 基于一类改进的网络连通性测试算法完成孤岛运行检查； (C)如未通过，告警，并做孤岛运行处理；如通过，进入下一步； (d) 借助全时段数据，利用箱形图工具完成异常数据或非正常采样数据检查； (e) 如未通过，告警，并做某站或某线数据修正处理；如通过，进入下一步。
4.如权利要求3所述的采用快速建模与数据质量分析的理论线损在线计算方法，其特 征在于：所述步骤（4)中，进行数据质量分析与处理模块中网络连通性测试的具体步骤如 下： (a) W-个新修订的支路或母线涉及的原基础全连通高压配电网模型中相连的母线作 为顶点或起点； (b) 从该顶点或起点开始连通性测试； (C)将所有母线订页点或起点）定义于一个数据组BUS中； (d) 建立一个2维数组，将线路数据LINE中的两侧母线订页点或起点）分别存在其中， 并记录2遍； (e) 从上述LI肥数组中，取一个顶点（如起始顶点或母线）Bi加入到新数组COUNT中， 并在BUS中删除该顶点或母线； (f) 从COUNT取出一个未标记的母线或顶点Bx，并做已读标记； (g) 从LI肥中找到包含Bx的支路，将其对侧母线或顶点（1个或多个）取出； (h) 放到COUNT中，并做未读标记，如果已存该母线，则不插入； (i) 删除LINE中该支路数据； (j )判断COUNT是否已记录所有母线，即COUNT和脚S的数量是否一致，若为否，则输出 不完全连通母线和支路，并告警；若为电网孤岛运行，做孤岛运行处理，即可；若为是，则为 完全连通，通过连通性测试，进入下一步计算，即可。
【文档编号】G06F19/00GK104462779SQ201410647261
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月16日 优先权日:2014年11月16日
【发明者】韩松, 荣娜, 胡耀, 李凯 申请人:贵州大学