（1.雷山供电局 贵州省凯里市 556000；2.贵州广思信息网络有限公司 贵州省贵阳市 550001）
摘要：本文论述国内研究工作和电力GIS发展，应用现状及技术。对目前多种理论线损计算方法进行分析，针对农村电网传统线损管理系统的不足和农业电力部门的迫切需求，对基于GIS技术实现线损管理功能的思路、技术方法及其总体结构、数据模型和线损计算等展开了深入研究和探讨。
关键词：线损计算；地理信息系统；拓扑分析
前言
电力网传输、分配工程中的线路损失与电力企业的经济效益和电网运行费用是直接相关的。通过对线损的分析和计算，可以促进电力企业采取有效的措施，如换置电力设备、改造不合理的供电线路等，达到降低线损率的最终目的。
传统线损计算步骤繁琐、数据滞后、误差大，很难满足电力企业的要求。GIS形象直观的图形界面、空间数据与属性数据紧密结合的特点为线损计算带来了信的生机。
1 配电网线损国内研究现状
现在的计量自动化与集抄技术已逐渐成熟，计量设备覆盖率逐渐提高，抄表过程可以使用被动或主动方式，数据的获取完全可以做到自动、实时。但在计量自动化系统运行过程中，也暴露出一些问题。一方面，采集数据未能发挥其真正指导生产的作用；另一方面，目前针对计量自动化系统运维以及现场设备运维管理制度与水平并没有跟上建设步伐。
虽然国外在将GIS技术应用于线损管理方面的研究已经趋于成熟，但国内在这一方面的应用还存在一定的空缺。并且由于我国的电网结构、管理方式与国外不同，完全引进外国的技术和设备也不适应我国电力系统的实际情况，对我国电力系统的发展也不利，而且引进国外的技术和设备一般投资都很大。
综上考虑，从我国国情出发，根据我国实际情况，开发适合我国农网的线损管理GIS 系统是我们目前努力的方向。
2、工作思路及原则
基于GIS的电网线损管理系统的设计思想是：本系统应立足于提高系统操作使用的方便性、输入数据的直观性、输出方式的实用性、系统运行的稳定性以及线损计算的准确性等目的，实现农村电力企业线损管理工作的信息化、可视化。
（1）建立配电网数据模型。
配电管理系统所需的静态数据通常以地理信息系统空间数据为来源，但由于GIS空间数据模型的局限性，以及电力系统的拓扑描述方式与GIS对拓扑关系的描述方式不一致，当前GIS不能提供满足配电网应用所需的网络拓扑。本文结合雷山供电局电力GIS项目，在分析GIS数据模型和配电网电气逻辑模型的基础上，建立了基于几何网络的配电网数据模型，克服了网络拓扑描述不一致的问题。
（2）配电GIS中网络拓扑分析功能及其应用。
在配电网几何网络模型上，利用GIS强大的拓扑分析功能，实现配电网电源点搜索、供电范围显示、停电管理、刀闸模拟操作、潮流显示、挂牌操作等配电GIS专业分析功能。
（3）配电GIS中线损分析功能的实现。
在配电网拓扑分析功能的基础上，结合GIS数据库中的台帐资料，根据不同的线路运行参数和网络结构选择适合线路特点的计算方法进行理论线损的计算。根据收集到的电表信息计算出各个支路的统计线损和线损率，生成报表存档。结合线损计算结果对各类线损进行比较和分析，实际线损和理论线损的对比，固定线损和可变线损的对比，导线线损和铜损的对比，不同地区线损率的对比等，为线损管理、配网规划，配网运行结构优化提供决策支持。
基于上述思想，并兼顾工程效果、效益及资金的投入等因素，在进行系统设计时要根据“统一规划、循序渐进、分步实施、确保实用、兼顾先进”的原则，充分利用已有资源，在降低资金投入的同时，保证系统安全性和相对先进性。具体来讲，设计本系统时要兼顾以下几个原则：
①完整性原则：系统功能的完整以及各子系统间的相互关联是一个系统建成后必备的原则。对于本系统应具备空间数据和属性数据的采集、处理、查询和输出，以及理论线损计算等基本功能。
②可靠性原则：电力系统是一个实时运行系统，尤其是对农村电网而言，其结构复杂、工作节点多、分散性大，因此，系统的可靠性和稳定性是设计系统首要考虑的问题。
③先进性原则：应用于电力系统的 GIS 技术叠加了大量的电力专业成分，这就要求我们所选用的 GIS 系统平台具有强大的二次开发能力、良好的网络拓扑分析功能，以及图形编辑功能，本系统所选用的 Map Info 的 Map X 软件符合先进性要求。
④安全性原则：系统应具备完善的权限控制机制，不仅可以保障系统不被有意或无意地破坏，还可以根据用户级别进行科学地管理，所以说，安全技术也是本系统的另一关键所在。
⑤可扩展性原则：系统的设计是一个循序渐进、逐步扩充的过程，尤其是对不断发展壮大的农村电网，为便于今后对系统进行改进、扩充、升级和维护的需要，在本系统设计之初，可扩展性和可维护性同样也是我们需要考虑的一个重要问题。
3、配电网线损计算分类及计算原理
配电网线损计算一般分为两类，一类统计线损计算；一类是理论线损计算。通过理论线损与统计线损对比分析，可以从中找出存在问题，从而可以优化管理，针对问题找出原因并采取相应措施解决问题。
3.1 统计线损
是根据电度表的读数计算出来的，即供电量与售电量两者之间的差值。供电量是指发电厂、供电地区或电网向用户供出的电量，其中包括输送和分配电能过程中的线损电量。售电量是指电力企业卖给用户的电量，等于用户电能表计量的总和。线损计算的结果是考察各个变电站、电管所的线损管理工作的重要指标。
3.2 理论线损
是指有关专业人员根据电网的结构参数和运行参数，运用电工理论（或原理）计算确定：理论线损电量、各种线损所占比例、理论线损率等值的方法。
常用的计算理论线损的方法有均方根电流法、平均电流法、电压损失法。这些方法都是为了得到“等效电流”，把等效电流流过线路出口的等值电阻时所产生的电能作为线路损耗。这样，线损计算转化成计算线路等效电流和出口等值电阻的工程。以下介绍几种常用的算法：
3.2.1 均方根电流法
均方根电流法是配电网理论线损计算的基本计算方法，也是最常用的方法。均方根电流法的基本思想是，线路中流过的均方根电流所产生的电能损耗相当于实际负荷在同一时间内所产生的电能损耗。其计算公式如下：
由于有功电量和无功电量是由电度表计量的，精度比较高，一般使用计算电能损耗。均方根电流法的优点是：方法简单，按照代表日24小时整点负荷电流或有功功率、无功功率或有功电量、无功电量、电压参数等数据计算出均方根电流就可以进行电能损耗计算，计算精度较高。缺点是：在对10 kV配电网线路计算理论线损时，对没有实测负荷记录的配电变压器，其均方根电流按与配电变压器额定容量成正比的关系来分配计算，这种计算不完全符合实际负荷情况；各分支线和各线段的均方根电流由各负荷的均方根电流代数相加减而得，但一般情况下，实际系统各个负荷点的负荷曲线形状和功率因数都不相同，因此用负荷的均方根电流直接代数相加减来得到各分支线和各线段的均方根电流不尽合理；均方根电流法计算的理论线损是代表日的线损值，利用代表日线损值、代表日电量、月平均日电量和月总电量归算出的月理论线损值在客观上必然有一定差距。
3.2.2 平均电流法
平均电流法也称形状系数法，是利用均方根电流法与平均电流的等效关系进行电能损耗计算的，由均方根电流法派生而来。平均电流法的基本思想是，线路中流过的平均电流所产生的电能损耗相当于实际负荷在同一时间内所产生的电能损耗。其计算公式如下：
式中： 为代表日通过元件电阻的总有功电量(kWh)； 为代表日通过元件电阻的总无功电量(kvarh)； 为平均线电压(kV)；R为元件电阻(Ω)；t为运行时间(h)。形状系数K根据负荷曲线的负荷率f及最小负荷率α确定较为复杂。
平均电流法的优点是：用实际中较容易得到并且较为精确的电量作为计算参数，计算结果较为准确，计算出的电能损耗结果精度较高；按照代表日平均电流和计算出形状系数等数据计算就可以进行电能损耗计算。缺点是：形状系数K不易计算，在实际使用中其值存在计算简化，与直线变化的持续负荷曲线有关，对没有实测负荷记录的配电变压器，不能记录实际负荷曲线；需改进负荷分配因子；配电网电压假设为平均低压后，计算精度受到了一定影响。
3.2.3 电压损失法
对于低压配电网理论线损计算，《电力网电能损耗计算导则》推荐使用电压损失法。电压损失法主要是利用功率损耗与电压损耗百分数之间的关系来粗略计算低电压配电网理论线损。计算方法如下：
假设负荷集中在低压配电网线路末端，按照电压向量图可以得到电压损失率近似计算公式：
式中： 从配电网变压器出口出到电压最低点间各段的电流(A)； 从配电网变压器出口出到电压最低点间各段的电阻( )；I 为线路首端电流(A)；n 为从配电变压器出口到电压最低点间的各线段数。
电压损失法的优点是需要的计算数据少，简单易算；缺点是需要假设条件，计算精度低，适用于粗略计算。
3.3基于GIS 拓扑分析的理论线损计算流程
由于配电网理论线损计算的原始数据收集比较困难，这里既提供了缺乏原始数据的近似计算方法，又考虑了从配电自动化系统获得足够的电网运行数据的情况，分别提供均方根电流法和基于潮流计算的方法来计算配电网理论线损。当配电网运行的原始数据不全时，采用均方根电流法进行近似计算；当配网运行数据可以通过配网自动化系统得到时，采用潮流计算的方法计算线损更加精确。无论是哪种方法都需要用到GIS 的拓扑分析功能来搜索供电源的各个支路。进行理论线损计算的主要过程：先选择要进行理论线损的线路，利用配网拓扑分析功能找出这条线路的整个支路；用户根据这条线路的原始数据收集情况选择相应的线损计算方法；根据选用的不同计算方法进行线损计算并生成理论线损计算报表。
4基于GIS线损系统的应用
本系统主界面遵循面向用户的思想，具有良好的人机交互界面，使用户的大部分操作通过鼠标的点击、拖动或简单的输入即可完成，极大地方便了业务人员的使用。
系统界面由、和结合在一起幵发实现。界面中的工具面板、下拉菜单、弹出菜单等界面元素都由实现完成，而界面元素的动作则由和实现完成，如菜单的弹出效果、面板的伸缩效果等。
系统界面整体釆用风格设计实现。根据系统功能和第章所述的界面设计原则，本系统界面主要包括以下三部分：
系统登录界面。实现用户登录操作，用户输入用户名和密码，经系统确认其合法身份后对其分配操作权限。
系统主界面。实现用户与系统的交互操作，包括电力图的操作、设备基本信息的查看、图例信息的查看以及通过主界面提供的接口实现对系统其它功能模块的使用。
系统主界面主要由以下几部分组成：
电力图显示与控制面板，用户登录系统后可以通过地图显示面板浏览以地图为背景图层、其它专题图层相叠加的电力信息图，通过在地图显不面板上双击、拖拉、滚动鼠标滑轮可实现对电力图的平移、缩放等操作，或者通过点击地图控制面板的操作按钮实现同样功能。
设备（线路）基本信息显示面板。用户单击电力图要素后，在基本信息显示面板上实时显示该设备的属性信息。图例信息显示面板。显示电力图上设备及线路图例。
系统菜单栏。采用下拉式，分为一级菜单和二级菜单，提供用户与系统进行交互操作的接口。
弹出式菜单。用户单电力图要素后，系统判断要素类型后弹出相应菜单。
电力图编辑工具面板。该面板对具有特定权限的用户开放，用户通过点击面板的功能按钮可实现对电力图的编辑。系统操作面板和菜单多以半透明方式展现并具有伸缩性，使用户更加便捷地操作电力图。
功能窗口界面。系统界面的子窗口，与应用程序的模式窗口类似，是基于浏览器的模式”窗口，在该“模式”窗口中可显示数据列表、柱状图、散点图、饼图等以及实现系统部分子功能。“模式”窗口的实现原理是用一个半透明样式的覆盖系统整个主界面，在此基础上再加入一个具有一定长宽尺寸，此按照模式窗口样式设计，包含窗口标题、关闭按钮、状态栏等要素。
基于GIS站、线、变、户拓扑关系，绑定计量系统计量点，形成以GIS系统设备台账为基准，应用计量系统计量点采集回传数据进行综合线损、线路线损和台区线损统计。
应用站、户关系计算综合线损，站、变关系计算线路线损，变、户关系计算台区线损。
线损异常分析，常规情况下首先考虑是计量系统设备采集未成功问题，应用软件智能分析从10kV站端到低压台区，再到用户侧进行逐一排查，定位未采集设备，参照设备档案库（采集方式集抄、单表，传输方式载波、无线）系统自动提供问题解决方案。例如：集抄采集点所有用户均未采集成功，则判断是通道问题；如果是部分用户未采集成功，则为终端采集问题。集成“6+1”系统工单，自动读取开展与设备相关的所有工作，识别影响线损统计结果工单，明确线损异常结果。例如：查询电子化移交是否有未完成的建模工单（某台区迁移到别的线路，需要开电子化移交工单，实际上工作已经开展完成并开始用电、而工单流程未完成，GIS系统线路模型未进行更改，导致线损异常）。
基于线损异常进行智能分析。根据线损异常统计结果，系统自动检索计量点采集情况，按照站、线、变、户的从属关系钻取形成线损异常原因，列出采集异常明细。如：某变电站某出线关口表未采集成功、某10kV线路某低压台区采集未成功、某台区有某低压用户未采集成功等。
线损异常采集统计分析，按照全局、分供电所层级进行统计关口表、配电变压器监测终端(TTU)、用户表采集未成功数据，形成报表，把问题数据归属到相应的运维管理部门
本系统的实现目标
从农电企业自身管理角度出发，结合前期所作的需求分析，本系统力图通过设计和建立GIS基础应用平台，为改造农村电力企业传统的线损管理模式、整合企业信息资源、完善行业软件体系，以及为企业的生产经营管理活动提供可视化分析和辅助决策服务。
建立一个完善的应用型地理信息系统往往需要较长的时间，通常开发者在不违背总体设计目标的前提下，可分阶段设立系统的实现目标，因此，在开发本系统过程中，所要实现的近期目标主要包括以下几点：
①实现地理信息平台的常用操作。
②实现农村电力企业空间数据、属性数据的输入、存储、分析、管理、查询和输出的科学化。
③建立理论线损计算模型，实现农村配电网的理论线损计算与分析。
④解决GIS与MIS系统之间的数据共享问题，减少重复录入，保证多系统数据的一致性。
5结束语
建立本系统的目的就在与对配电网损管理方法进行革新，改进传统管理模式，增强可视化程度，从而达到提高供电可靠性、降损、提升电力企业管理水平等目的。基于GIS的营配在线监控系统更好实现了可视化管理，大大提高了软件的实用性，不需要人工干预，开辟了线损计算的新篇章。该模块使管理人员能方便、快捷的利用网络数据信息进行电网理论线损的计算，发挥GIS的优势，避免了大量重复性工作，较大地提高了电网管理水平和工作效率。
参考文献：
[1]李红梅. 配电网线损计算与无功优化[D].沈阳工业大学，2005
[2] 廖学琦. 农网线损计算分析与降损措施. 2003 年 8 月第一版. 北京: 中国水利水电出版社，2003
论文作者:潘旭辉1,岑正军1,刘源淞2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/28
标签：线损论文; 电流论文; 系统论文; 方根论文; 理论论文; 电量论文; 线路论文; 《电力设备》2017年第2期论文;