基于电网拓扑结构智能生成网损统计区域的方法与流程

本发明属于电力系统中电网网络损耗分析计算的技术领域，特别涉及地区电网理论网损计算中基于电网拓扑结构智能生成网损统计区域的方法。

背景技术：

电能是由一次能源转换而得到的二次能源，可以转化为机械能、热能、磁能等。随着社会的发展，电能己经成为国民民经济发展的命脉，其应用己深入到生产、生活的各个领域。随着电网输送电量的迅猛增长，电网有功损耗(以下简称网损)也随之大幅度增长。以2007年为例，中国全年发电量约3.3万亿千瓦时，输配电网的网损率平均约7％，仅网损一项，中国每年损失电量达2300亿千瓦时，相当于多消耗标准煤0.9亿吨，多排放CO₂约2亿吨。如何通过以最小的电能损耗获取最大的经济效益，实现电网的网损降低和节能减排，意义十分重大。

电力网在输送和分配电能的过程中，由于输电设备存在着电阻，在电流流过时，就会产生一定数量的有功功率损耗，在给定的时段(日、月、季、年)内，各电网设备中所消耗的全部有功电量称为网损电量，一般包括线路设备所消耗的有功电量(简称线损)和变压器设备所消耗的有功电量(简称变损)。

目前已有的方式中，地区电网中确定参与网损统计的设备只包括了220kV和110kV等级的设备，不能对县调中的35kV设备进行网损统计。随着近年来电网不断快速发展，这种方式已经难以满足在线理论网损计算精度的要求。电网网架结构和设备处于快速发展和变化的过程中，为了保证电网在线理论网损计算能够更加准确，必须耗费大量的人力进行县调区域的人工维护工作，导致了在线网损分析结果不准确，又不能减少调度自动化人员的工作量。从已公开的文献来看，还没有一个系统的方法能够解决该问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种地区电网理论网损计算中基于电网拓扑结构智能生成网损统计区域的方法，本方法基于电网拓扑结构，能够自动适应统计区域内电网结构的快速发展变化，大幅减轻电网在线理论网损计算中的人工维护量，实现自动、可靠的理论网损实时计算。

本发明提出的一种地区电网理论网损计算中基于电网拓扑结构智能生成网损统计区域的方法，该方法包括：

1.当统计周期到来时，生成地区电网220kV变压器所连接的110kV电网的模型，并产生220kV网损统计区，具体包括如下子步骤：

1.1从地区电网监控系统中获取完整的地区电网模型；

1.2对完整的电网模型进行处理，删除110kV电压等级以外的全部输电线路；删除110kV电压等级以外的全部隔离开关和断路器；删除110kV电压等级内全部处于分状态的隔离开关和断路器模型后，形成110kV电网的模型；

1.3对110kV电网模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每个拓扑岛包括了若干在电气上连接在一起的导电设备；

1.4依次检查全部拓扑岛，如某拓扑岛i中含有220kV变压器和110kV变电站，则将对应于该拓扑岛i建立一个220kV网损统计区，记为表示含有220kV和110kV电压等级的拓扑岛i所形成的有电气联系的220kV网损统计区；

1.5对处于拓扑岛i上的220kV变压器进行处理：将220kV变压器记为为拓扑岛i所形成的220kV网损统计区中n个220kV变压器，将加入到中；

1.6对处于拓扑岛i上的110kV变电站进行处理：将110kV变电站的第j条高压线路记为将110kV变电站的第k个变压器记为将和加入到中；

2.将地县电网220kV变压器低压侧绕组所连接的35kV变电站加入到已经生成的网损统计中，具体包括如下子步骤：

2.1再次从地县一体化调度自动化系统获取完整的地县一体化电网模型；

2.2对完整的电网模型进行处理，删除35kV电压等级以外的全部输电线路；删除35kV电压等级以外的全部隔离开关和断路器；删除35kV电压等级内全部处于分状态的隔离开关和断路器后，形成35kV电网的模型；

2.3对35kV电网的模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每个拓扑岛包括了若干在电气上连接在一起的导电设备；

2.4依次检查全部拓扑岛，如某拓扑岛中含有220kV变压器和35kV变电站，记该220kV变压器为表示含有220kV和35kV电压等级的拓扑岛中的l个变压器，检查在步骤1中已经产生全部220kV网损统计区，如果找到某220kV网损统计区满足：则将加入到中；

2.5对处于2.4中所说的拓扑岛上的35kV变电站进行处理：将35kV变电站的第m条高压线路记为将35kV变电站的第p个变压器记为将和加入到中。

3.生成地区电网110kV变压器所连接的县级35kV电网的模型，并产生110kV网损统计区，具体包括如下子步骤：

3.1再次从地县一体化调度自动化系统获取完整的地县一体化电网模型；

3.2对完整的电网模型进行处理，删除35kV电压等级以外的全部输电线路；删除35kV电压等级以外的全部隔离开关和断路器；删除35kV电压等级内全部处于分状态的隔离开关和断路器后，形成35kV电网的模型；

3.3对35kV电网的模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每个拓扑岛包括了若干在电气上连接在一起的导电设备；

3.4依次检查全部拓扑岛，如某拓扑岛a中含有110kV变压器和35kV变电站，则将对应于该拓扑岛a建立一个110kV网损统计区，记为表示110kV变电站中含有110kV和35kV电压等级的拓扑岛所形成的有电气联系的网损统计区；

3.5对处于拓扑岛a上的110kV变压器进行处理，将110kV变压器记为表示拓扑岛a所形成的110kV网损统计区中q个110kV变压器，将加入到中；

3.6对处于拓扑岛a上的35kV变电站进行处理，将35kV变电站的第b条高压线路记为将35kV变电站的第c个变压器记为将和加入到中。

4.将步骤3中生成的110kV网损统计区加入到步骤1中生成的220kV网损统计区，具体方法是：依次检查步骤3中生成的全部110kV协调子控制区对中的如果能够找到某个中的满足：即三个条件同时满足，则将加入到中；

5.在下个控制周期到来时，返回步骤1开始下一轮协调控制区的自动生成。

本发明区别于以往方法的显著特征是提出了地区电网理论网损计算中基于电网拓扑结构智能生成网损统计区域的方法，统计区域跨220-110-35三级辐射运行分区区域，能够自动智能生成网损统计区域，对网损统计更加精确，统计区域内部电网结构发生变化而关口设备没有变化时，不需要任何的人工维护，可以自动更新统计区域内的设备。

附图说明

图1为本发明实施例涉及的一个典型的地区三级电网辐射图；

图2为本发明实施例涉及的拓扑岛示意图；

图3为本发明实施例涉及的另一种拓扑岛示意图。

具体实施方式

本发明提出的地区电网理论网损计算中基于电网拓扑结构智能生成网损统计区域的方法结合实施例详细说明如下：

对于管理电能输送的电网企业，例如各个省、市级电网公司，虽然电网在物理上整体连接在一起，但是各电网公司所管辖的电网只是整个电网的一部分，或者按照地域进行划分，或者按照电压等级进行划分，各个电网公司所管辖的电网设备范围之间均规定了明确的边界位置。同样，电网企业和发电企业所管理的电网设备范围也有明确的边界。各电网公司在统计计算电网的有功网损电量时，只统计计算本公司管辖范围内的设备在传输电能时引起网损。同时，目前在我国的电力系统运行中，地区和县级电网均采用辐射方式运行，对地区电网而言，其220kV变电站之间具有线路互相连接，而110kV变电站仅与上级220kV变电站连接，110kV变电站之间没有线路互相连接；对县级电网，35kV变电站与上级110kV变电站连接，或者与上级220kV变电站直接相连，35kV变电站之间没有线路互相连接。这种运行方式下，从220kV变电站高压侧母线出发，形成了含220kV-110kV-35kV或220kV-35kV各电压等级变电站的辐射运行分区区域。

图1给出了一个典型的地区三级电网辐射图，辐射电网的根为地级电网的的220kV主变，其通过中压侧绕组(110kV)和低压侧绕组(35kV)连接下级地调电网，中压侧绕组连接的110kV母线引出若干110kV线路，连接到下级110kV变电站，在有些情况下，35kV母线也可以引出若干35kV线路，连接到下级县调电网的35kV变电站。在一般情况下110kV变电站会配置三卷变电压器，其中压测绕组连接的35kV母线引出若干35kV线路，连接到下级35kV变电站。

通过上面的分析，从220kV主变开始，形成了跨220-110-35三个电压等级的三级辐射电网，在该区域中，220kV主变、110kV线路、110kV主变、35kV线路以及35kV主变均是产生电量损耗的设备，在进行地区电网网损统计中，不仅仅要考虑220kV主变、110kV线路以及110kV主变的损耗，为了提高统计结果的准确性，也需要考虑35kV主变以及35kV线路的损耗。

综上，在地区电网网损统计中，形成的网损区域命名为加入网损统计设备之后，写为

处于运行状态的220kV变压器，共有N台，记为1，2，3...n；

220kV变压器中压测母线所连的处于运行状态的110kV线路，总共有J台，记为1,2,3...j；

处于运行状态的110kV变压器，共有K台，记为1,2,3...k；

220kV变压器低压侧母线所连的处于运行状态的35kV线路，共有M根，记为1,2,3...m；

220kV低压侧所带35kV变电站中的处于运行状态的35kV变压器，共有P台，记为1,2,3...p；

表示110kV变电站中含有110kV和35kV电压等级的拓扑岛所形成的有电气联系的网损统计区，总共有A个，记为1,2,3...a；

每个子区域定义为：

表示110kV变电站中含有110kV和35kV电压等级的拓扑岛所形成的区域中的处于运行状态的110kV变压器，共有Q台，记为1,2,3...q；

表示110kV变压器35kV侧处于运行状态的线路，共有B条，记为1,2,3...b；

表示110kV变压器所带35kV变电站中处于运行状态的变压器，共有C台，记为1,2,3...c；

在确定参与统计的全部设备后，一方面可以计算得到电网公司所关注的管辖范围内的总的理论网损，另一方面可以得到完整的网损分布，即总网损产生的原因和组成。这对电网公司制定降低网损的调度决策非常有意义，可以将设备按照网损大小进行排序，通过调整电网运行方式，减少高网损设备上输送的电网有功潮流，从而有效降低电网网损。

同时，由于电网的运行方式经常发生变化，网损统计区中的元素随着运行方式经常发生变化，无法预先由人工设定。因此在网损统计系统中，需要实时自动生成地区电网网损统计区

目前已有的方式中，地区电网中确定参与网损统计的设备只包括了220kV和110kV等级的设备，不能对县调中的35kV设备进行网损统计。随着近年来电网不断快速发展，这种方式已经难以满足在线理论网损计算精度的要求。电网网架结构和设备处于快速发展和变化的过程中，为了保证电网在线理论网损计算能够更加准确，必须耗费大量的人力进行县调区域的人工维护工作，导致了在线网损分析结果不准确，又不能减少调度自动化人员的工作量。从已公开的文献来看，还没有一个系统的方法能够解决该问题。

本实施例选择的一个实际的220kV-110kV-35kV的区域，这个区域涵盖了地调管辖的220kV变电站和110变电站以及县调管辖范围的35kV变电站，符合本发明关于地区电网网损统计所需要覆盖的区域。其中220kV变电站的低压侧35kV母线连接有35kV的变电站，中压侧110kV母线带有110kV变电站，并且该110kV变电站中的低压侧35kV母线也连接有35kV的变电站。

本方法中事先确定计算周期，一般电网理论网损计算的计算周期为0.5分钟到5分钟不等，此周期可根据实际情况和需求人工设定；

本方法包括：

1.当统计周期到来时，生成地区电网220kV变压器所连接的110kV电网的模型，并产生220kV网损统计区，具体包括如下子步骤：

1.1从地区电网监控系统中获取完整的地区电网模型；

1.2对完整的电网模型进行处理，删除110kV电压等级以外的全部输电线路；删除110kV电压等级以外的全部隔离开关和断路器；删除110kV电压等级内全部处于分状态的隔离开关和断路器模型后，形成110kV电网的模型；

1.3对110kV电网模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每个拓扑岛包括了若干在电气上连接在一起的导电设备，如图2所示；

1.4依次检查全部拓扑岛，如某拓扑岛i中含有220kV变压器和110kV变电站，则将对应于该拓扑岛i建立一个220kV网损统计区，记为表示含有220kV和110kV电压等级的拓扑岛i所形成的有电气联系的220kV网损统计区；

1.5对处于拓扑岛i上的220kV变压器进行处理：将220kV变压器记为为拓扑岛i所形成的220kV网损统计区中n个220kV变压器，将加入到中；

1.6对处于拓扑岛i上的110kV变电站进行处理：将110kV变电站的第j条高压线路记为将110kV变电站的第k个变压器记为将和加入到中；

1.7现在网损统计区表示为公式(3)

2.将地县电网220kV变压器低压侧绕组所连接的35kV变电站加入到已经生成的网损统计中，具体包括如下子步骤：

2.1再次从地县一体化调度自动化系统获取完整的地县一体化电网模型；

2.2对完整的电网模型进行处理，删除35kV电压等级以外的全部输电线路；删除35kV电压等级以外的全部隔离开关和断路器；删除35kV电压等级内全部处于分状态的隔离开关和断路器后，形成35kV电网的模型；

2.3对35kV电网的模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每个拓扑岛包括了若干在电气上连接在一起的导电设备，如图3所示；

2.4依次检查全部拓扑岛，如某拓扑岛中含有220kV变压器和35kV变电站，记该220kV变压器为表示含有220kV和35kV电压等级的拓扑岛中的l个变压器，检查在步骤1中已经产生全部220kV网损统计区，如果找到某220kV网损统计区满足：则将加入到中；

2.5对处于2.4中所说的拓扑岛上的35kV变电站进行处理：将35kV变电站的第m条高压线路记为将35kV变电站的第p个变压器记为将和加入到中。

2.6到此网损统计区表示为公式(4)

3.生成地区电网110kV变压器所连接的县级35kV电网的模型，并产生110kV网损统计区，具体包括如下子步骤：

3.1再次从地县一体化调度自动化系统获取完整的地县一体化电网模型；

3.2对完整的电网模型进行处理，删除35kV电压等级以外的全部输电线路；删除35kV电压等级以外的全部隔离开关和断路器；删除35kV电压等级内全部处于分状态的隔离开关和断路器后，形成35kV电网的模型；

3.3对35kV电网的模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每个拓扑岛包括了若干在电气上连接在一起的导电设备，如图3所示；

3.4依次检查全部拓扑岛，如某拓扑岛a中含有110kV变压器和35kV变电站，则将对应于该拓扑岛a建立一个110kV网损统计区，记为表示110kV变电站中含有110kV和35kV电压等级的拓扑岛所形成的有电气联系的网损统计区；

3.5对处于拓扑岛a上的110kV变压器进行处理，将110kV变压器记为表示拓扑岛a所形成的110kV网损统计区中q个110kV变压器，将加入到中；

3.6对处于拓扑岛a上的35kV变电站进行处理，将35kV变电站的第b条高压线路记为将35kV变电站的第c个变压器记为将和加入到中。

3.7形成的网损统计区域为公式(5)

4.将步骤3中生成的110kV网损统计区加入到步骤1中生成的220kV网损统计区，具体方法是：依次检查步骤3中生成的全部110kV协调子控制区对中的如果能够找到某个中的满足：即三个条件同时满足，则将加入到中；

最终生成的网损区域表示为公式(6)或者(7)

或者

5.在下个控制周期到来时，返回步骤1开始下一轮协调控制区的自动生成。