以SCADA、GPS为基础的电力系统实时网损计算^①吕冬¹　刘学国²　李林川¹　孙伟¹（¹天津大学电气自动化学院电力系）（²天津大港油田水电厂）

1　引言
电力系统的网损是电力系统运行中的一项重要经济指标，也是衡量供电系统管理水平的一项重要指标。准确计算电力网的损耗对科学考核经济效益以及合理安排电力系统运行方式具有重要作用。由于电力网潮流的随机性质，电力负荷计量不准确以及时间的不同步，多年来，电力系统的网损计算这一经典的计算问题一直没有圆满的解决。
　　随着GPS技术与SCADA技术在大港油田电网中的应用、推广与完善，为这一经典问题的解决，提供了必要的技术支持。针对上述问题，我们开发了SCADA和GPS为基础的可进行电力网实时网损计算的软件，该软件利用GPS保证数据的同步性，同时通过SCADA的遥测、遥信技术取得电力系统的实时数据，大大提高了网损计算的精度。
2　SCADA与GPS技术在油田电网中的应用
　　大港油田电力系统主要负责油田的生产和生活用电，随着油田四十几年的勘探开发，油田电网也逐步完善形成了一定的规模，建立了六个十一万站为核心的环网供电模式。随着电网运行的发展与完善，油田电力系统自动化水平也取得了可喜的进步，SCADA与GPS技术在油田电网中得到了推广与应用。到目前为止全部110kV变电站和绝大部分35kV变电站都实现了SCADA的四遥功能，部分110kV站还实现了遥控功能。这些都为进行电力系统的实时网损计算提供了先决条件。
　　油田电网的SCADA调度自动化系统对各变电站中的遥信量（各电力元件的运行状态）和遥测量（各元件的电流、电压、功率等电力参数）以5min的频率实时采集、处理，然后传送至远动调度端主机进行显示并保存至相关数据库。5min一次采集的实时电力数据完全可以代表该电力系统的实际运行状态。以往计算时所采用的数据，多为人工抄表所得，原始数据的准确性、同时性都不够，这些都造成了网损计算的误差。GPS技术在电力系统中的应用，为运行参数的同时性提供了保证。全球定位系统GPS是目前最理想的保证异地数据同时性的最佳工具。GPS为电力运行参数贴上了时间标签，可以实现对各电力数据的异地同时采集，以提高网损计算的精度。目前开发的网损计算软件，使用具有GPS时标的在线实时数据，保证了异地数据采集的同时性和实时计算结果的准确性。用这些电力参数进行实时网损计算，相对于以往的算法，无疑是一大进步。得到的理论网损与实际网损更为接近。
　　基于SCADA与GPS的理论线损计算，有三大优点：
　　（1）实时数据由接口程序自动输入，不必由手工抄录，提高工作效率；
（2）理论网损计算的结果更为精确；
　　（3）可随时对任意时间段电网损耗进行计算，方便、快捷。
3　实时网损分析系统
（1）系统基本功能与结构
　　通过对系统理论与计算需要的分析，该系统分为图形编辑模块、参数管理模块、系统数据库模块、网络拓扑分析模块、状态估计模块、网损计算与分析模块。各模块之间都建立了接口，以便于进行数据交流于共享。图1给出各模块之间的关系。　　该系统通过图形编辑系统绘制输电系统一次接线图、变电站接线图、以及配电线路图，通过系统界面中的相应控件（如变压器、开关、发电机、负荷、输配电线路等），可直接在界面上显示、移动各控件。各元件的图形参数（如在界面上的坐标、连接关系和节点号）等自动装入该元件的数据库。绘制完可双击该元件，启动元件属性编辑器，通过属性编辑器可输入各元件的原始参数、运行状态、电压等级等（负荷部分、开关运行状态与SCADA系统的实时数据库连接，可实时采集），从而形成系统的数据库。
　　数据库生成后，进行网络拓扑分析，再把数据库中采集的实时数据通过状态估计进行处理，形成计算用的可靠、准确的实时数据，最后进行网损计算。由于SCADA的遥测技术、遥信技术、实时数据库以及历史数据库的应用，保证了该系统计算的实时性、随时性以及准确性。下面分别对各模块功能进行简略说明。
（2）数据库模块的设计与开发
　　系统数据库是电力系统网损分析软件的基础，系统中的各模块功能的实现以及相互之间的数据传输都是通过数据库。图2给出系统数据库与SCADA接口关系。该软件的数据库模型是用关系数据库（二维表）来描述的。数据之间的关系是通过二维表来定义的，行为记录（RECORD），列为字段（FIELD），并通过关键字和索引来关联各个表。
　　系统数据库以图形编辑模块、属性编辑模块为基础，并与这些模块实现数据共享。在数据结构上，以元件为基础，采用按元件分类列表的数据库结构，如两卷变压器数据表（TWOTRANS．DB）、开关数据表（BREAKER．DB）、传输线表（TRANSLINE．DB）等等。每一个数据表都包含了该元件的图形编辑参数与电力运行参数。　　大港油田远动系统数据库采用性能优越的基于NT环境的SQL－SERVER数据库系统，是一个多用户的数据库系统。系统采用ODBC接口技术，使网损计算数据库与SQL系统既相互独立，又可以与SCADA、GPS系统建立连接。本系统的所有程序都要通过ODBC从远动调度端主机调用实时数据和历史数据，需要对程序的ODBC进行设定。如数据源名为：SCADA；主机名为：SERVER（远动服务器名）；指定数据库：real_＿db（实时数据库）、his_＿db（历史数据库）。
　　该系统采用标准查询语言SQL语言进行数据操作，通过SQL语言实现相关记录的查询与传输。系统计算用数据库与SCADA系统的实时数据库、历史数据库建立接口，通过过程化查询语句SQL对SCADA系统中的相关数据库、数据表、厂站序号、厂站名、遥测名、遥测序号、遥测值、遥信名、遥信序号、遥信值进行访问与传输，将查询到的遥测值赋给相关负荷，遥信值赋给相关开关状态，存入相关控件的数据库，便于进一步计算。这样，就实现了计算用信息与电力系统实时信息相一致。
　　另外，由于该系统有一个良好的图形及数据平台，因此它既可以作为一个独立的线损计算系统，又可以作为电力系统图形与电网管理系统的平台，为其他电力应用软件留有接口。
（3）图形编辑模块
　　本系统图形编辑模块完全基于电力系统的特点，利用C＋＋BUILDER程序创建快捷、便利、可移植性强的特点，将变压器、开关、线路、刀闸、补偿装置等电力元件制成图形控件，直接在图形界面绘制系统一次图或配电线路图。用户以图形编辑的方式输入电力系统的网络结构、结构数据、导线参数、变压器参数等网损计算所必需的数据。这样，对元件的操作就转化成对图形控件的操作，如绘制一个元件就是创建一个图形控件，删除一个元件就是撤消一个图形控件，对元件运行方式的确定就是对图形控件的相应属性的确定，这样就可以在图形上进行运行方式的修订。同时本系统将各元件的图形参数、技术参数、运行参数定义为各元件的相关属性，在各元件的属性编辑框中输入或自动生成，便于用户浏览、应用。图形编辑与数据库相连，将控件的全部信息存入相应数据库。对于输电网络中的变压器参数、线路参数等不经常变动的静态数据，通过属性编辑器输入；图形编辑模块根据电力系统的实时运行方式自动设置元件状态，也可以由用户点击鼠标人为设置开关状态来模拟其他各种运行方式。对于系统中的运行参数既可通过对SCADA系统的实时数据库的实时采集直接送入相应元件的属性编辑器和元件数据库，进行电力系统的网损实时计算又可以从数据库中取出历史数据进行过去运行方式的网损计算。
　　系统设计了一系列元件属性编辑框，在绘制、编辑图形时，用户只需双击该元件，即可弹出该元件相应的属性框，用户通过编辑属性框的各项参数，完成了相关元件的建模。建模后，系统的元件参数即存储到后台数据库。对相关参数进行修改，后台数据库的相关字段也随即更改、保存。同时，元件的属性编辑框也便于用户对相关元件的参数进行浏览与管理，大大提高了数据操作的效率。
　　为了便于操作，系统采用了基于WINDOWS平台C＋＋BUILDE系统作为系统开发工具，用文档与视窗实现网络接线图的绘制与存取。视窗类（TFORM）是实现图形化操作的重要组成部分，通过视窗显示相关信息，输出应用程序结果并打印，并接受用户输出的关于文档的消息与操作。文档是由应用程序创建和管理的最基本的元素，构成了本软件图形模块的数据单元。不同的元件都有自己的属性和数据，如大小、形状、位置坐标等，也有自己的操作如绘制、移动、旋转、复制、删除等，不同的元件由各自不同的类实现，但又由于他们也有相同的行为与操作，所以相互间也可继承、移植。从而实现图形的各种功能。
（4）网络拓扑分析模块
　　在图形绘制中绘出的是一个完整的电力系统接线图，在实际中由于系统运行方式的改变或元件故障检修等均会造成系统的实际运行方式与原始图形之间的差异。各种相[1][2]下一页