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      基于回路阻抗阵的低压配电网运行状态评估方法
      2018智能电网增刊
      李丽娜1,汪文达1,张 伟2
      1.深圳供电局有限公司,广东 深圳 518000;2.积成电子股份有限公司,山东 济南 250100
      摘要: 为解决低压配电网运行状态评估问题,提出了一种基于回路阻抗的低压配电网运行状态评估方法。建立了低压配电网回路阻抗模型,提出了基于智能电表电压与电流变化速率的回路阻抗近似计算方法;建立了需求侧实时电压数据阵和需求侧实时电流数据阵分别记录配电变压器所属的所有智能电表不同时刻的电压与电流量测信息,并通过两矩阵生成了需求侧实时回路阻抗数据阵,以记录配电变压器所属的所有智能电表上游回路的阻抗变化情况;最后基于回路阻抗数据阵详细讨论了配电网需求侧运行状态的评估方法。实例分析验证了本文所提方法的可行性,可满足现场工程实际需求。
      中图分类号: TM734;TM771
      文献标识码: A
      DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.025
      Abstract:
      Key words :

      0  引言

          运行状态评估可对电网的实时及历史运行状态进行评估分析,并对未来电网运行态势进行预测分析,筛查电网薄弱环节,并将电网隐形故障消灭在萌芽状态,是提高电网供电可靠性的重要手段之一[1-3]

          目前运行状态评估多集中在输电网领域和中高压配电网领域,而对低压配电网的运行状态评估研究较少。文献[4]提出一种基于多信息融合的变压器运行状态评估方法;文献[5]提出一种基于模糊综合评价法的变压器运行状态评估;文献[6]提出一种基于可信性理论的高压断路器运行状态评估;文献[7]提出一种基于多种指标的配电网运行状态综合评估方法;文献[8]提出一种输电系统运行风险评估方法,上述方法基于高压输电网准确完备地采集数据,分别从不同的角度对输电网运行设备、运行状态进行了评估分析。文献[9]提出一种基于改进雷达图的配电网综合状态评估实用方法;文献[10]提出一种基于实时运行数据挖掘的配电变压器状态评估方法;文献[11]提出一种基于复杂网络理论的主动配电网多级运行风险快速评估方法;文献[12]提出一种基于可信性理论的主动配电网运行风险动态评估;文献[13]提出一种基于层次分析的配电网运行状态评估实用化方法,上述方法基于中压配电网广泛分布的采集终端和较完备的设备参数,从设备层和电网层等多个方面对配电网的实时运行状态进行了评估。

          低压配电网由于用户数量庞大,供电网络复杂,供电线路质量参差不齐,加之设备及线路异动频繁,导致低压配电网图形、模型很难有效绘制和测量;且目前低压配电线路上未配置量测采集装置,只在用户侧配置了智能电表,故此,目前低压配电网运行状态评估与中高压配电网及输电网的评估方式不同,有其自身特点。

          本文基于当前低压配电网现有资源,建立低压配电网回路阻抗模型,并根据实际情况和工程需要对回路阻抗模型进行了简化,建立需求侧实时电压数据阵和需求侧实时电流数据阵对智能电表的电压和电流进行记录,并基于两矩阵生成需求侧实时回路阻抗数据阵,并基于回路阻抗阵提出了一种低压配电网运行状态评估方法。

      1  低压配电网回路阻抗模型

          通过近年来的配电网自动化深化改造,大量具有远方抄表功能的智能电表被广泛应用到低压用户侧,可对低压用户的电压、电流及功率进行实时采集和上送。

          如图1所示为一低压配电网络简化图,表述的是配电变压器低压侧A相火线和零线上所接入的低压用户负荷和智能电表。其中,Gen为配电变压器上游等效电源,RS为配电变压器等值阻抗,Rd1为配变变压器A相出线至用户侧T接点T1的低压馈线等值阻抗,T1~Ti+1表示用户侧通过智能电表接入A相火线和零线的接入点,虚线表示接入i(i=1,2,3…,n)个用户侧智能电表,Rd2,Rd3,Rdn为A相火线相邻用户侧T接点之间的馈线等值阻抗,Rf1为配变变压器零线出线至用户侧T接点T2的低压馈线等值阻抗,Rf2,Rf3,Rfn为零线相邻用户侧T接点之间的馈线等值阻抗,智能电表i表示接入低压馈线的需求侧用户电表,负荷i表示需求侧低压用户的综合等效负荷,Rli为智能电表i在火线的T接入点Ti与智能电表i之间的等值阻抗,Rzi为智能电表i在零线的T接入点Ti+1与智能电表i之间的等值阻抗。IS、Idi、Ili、Izi、Ifi为流过各阻抗的电流值。

      lln-t1.gif

          由图1可知,每个智能电表通过火线、零线、T接线路、负荷与配电变压器形成回路,负荷的阻抗根据用电设备的数量和功率而变化,但智能电表上游由火线、零线、T接线路、配变形成的回路阻抗短时间内却不会变化,若该回路阻抗发生突变,则表示该回路的运行状态发生异常,据此原理即可对低压配电网运行状态进行评估。而该回路阻抗可由智能电表所测电压及电流变化速率近似而定,具体描述为:

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          其中,Rwi为智能电表i上游回路阻抗;Zd为智能电表i上游火线支路阻抗,单位为Ω;Zf为智能电表i上游零线支路阻抗,单位为Ω。当智能电表i在a、b两个时刻的电压值和电流值无变化时,即ΔUi和ΔIi为0时,公式(3)将不成立,智能电表i的上游回路阻抗值Rwi无法计算,在运行状态评估分析时可用特殊值代替。

      2  低压配电网运行状态评估方法

          目前,我国低压配电网馈电线路上的测量终端尚未进行大面积配置,但在用户侧却已配置了大量的智能电表,并具备了远方抄表功能,可方便地实现对需求侧用户用电量的实时测量。

          为减轻智能电表和集中器的负载,减少数据通信流量,智能电表的数据采样配置一定的时间间隔,时间可以从1 min~15 min,一般为5 min;DMS系统将搜集到的智能电表量测数据按照配电变压器与智能电表的从属关系进行分析,对明显错误的数据如负值数据、非数字类型数据等进行辨识过滤,而过滤后的数据也可按一定的时间间隔提取而提供运行状态评估系统进行分析,该时间间隔与智能电表采集相配合,也可设置为1 min~15 min,一般为5 min。

          建立需求侧实时电压数据阵DRVM以记录一个配电变压器所属的所有低压需求侧智能电表采集到的实时电压量测信息,具体描述为:

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          其中:MDRVM为DRVM的变量符号;每一行为一个智能电表采集到的电压数据, Vwk为智能电表w采集到的当前时刻以前的第k个电压数据,单位为V;w为智能电表编号,w=1,2,…,m,m为配电变压器所属的智能电表总数;k为数据点号,k=1表示当前时刻数据点,k=1,2,…,h,h为矩阵DRVM中所保留的每一个智能电表的数据采集点数;智能电表电压数据可采用1 h~3 h内的所有采样结果,一般可取2 h,故此数据采集点数h的取值范围可以为12~36,一般可取24。

          建立需求侧实时电流数据阵DRCM以记录一个配电变压器所属的所有低压需求侧智能电表采集到的实时电流量测信息,具体描述为:

          lln-gs6.gif

          其中:MDRCM为DRCM的变量符号;每一行为一个智能电表采集到的电流数据,Iwk为智能电表w采集到的当前时刻以前的第k个电流数据,单位为A,w为智能电表编号,w=1,2,…,m,m为配电变压器所属的智能电表总数。

          建立需求侧实时回路阻抗数据阵DRRM以记录一个配电变压器所属的所有低压需求侧智能电表上游的实时回路阻抗信息,具体描述为:

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          其中:MDRRM为DRRM的变量符号;每一行为一个智能电表上游回路阻抗数据,Rwk为智能电表w当前时刻以前的第k个数据点的回路阻抗值,单位为Ω,w为智能电表编号,w=1,2,…,m,m为配电变压器所属的智能电表总数。

          需求侧实时电压数据阵DRVM、需求侧实时电流数据阵DRCM和需求侧实时回路阻抗数据阵DRRM都为滚动矩阵,矩阵长度一定,随着时间的推移,各元素按照先进先出的原则进行滚动更新,当k=h时,k+1为上次移出矩阵的最后一列元素。

          通过需求侧实时回路阻抗数据阵DRRM即可对低压配电网的运行状态进行评估分析,具体为:

          (1) 顺序取需求侧实时回路阻抗数据阵DRRM中的第w行数据进行下列评估分析。

          (2)当回路阻抗值Rw1以前连续p个数据的值为-1时,表示该智能电表上游回路发生断线故障,p取值范围可为2~6,一般可取3。

          (3)当回路阻抗值Rw1以前连续p个数据的值为-2时,表示该需求侧负荷并未启动,p取值范围可为2~6,一般可取3。

          (4)当回路阻抗值Rw1以前连续g个数据的值为-2时,表示该需求侧负荷长时间无用电行为,可能存在窃电情况或家中无人居住,需进一步现场确认,持续判定时间可取1个月~6个月,g取值范围可为8 640~51 840,一般可取25 920。

          (5)当回路阻抗值Rw1以前连续p个数据的值为-3时,表示该需求侧负荷电流电压无变化,运行稳定。p取值范围可为2~6,一般可取3。

          (6)当回路阻抗值Rw1以前连续t个数据的值为-3时,表示该需求侧负荷电流电压长时间无变化,智能电表可能损坏,需现场排查。持续判定时间可取1天~3天,t取值范围可为288~864,一般可取576。

          (7)当回路阻抗值Rw1以前连续q个数据的值为-4时,表示该需求侧负荷电压有变化而电流无变化,可能存在窃电行为。q取值范围可为6~12,一般可取8。

          (8)当回路阻抗值越过线路老化报警限值LA的次数超过报警次数标准值SLA时,表示该智能电表上游回路存在线路老化情况,已达到报警限值,需及时检修更换。具体描述为:

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          其中,SA为智能电表回路阻抗越报警限值的次数,k=1,2,…,h。

          (9) 当回路阻抗值皆不满足(2)~(8)所述条件时,表示该智能电表的上游回路运行正常。

          (10) 重复步骤(1)~(9)直到需求侧实时回路阻抗数据阵DRRM中的所有行都判定完成。

          运用上述方法,可基于智能电表采集的电压与电流数据,通过电流与电压的变化速率生成回路阻抗,通过智能电表上游回路阻抗的变化对低压配电网的运行状态进行评估分析。

      3  实例分析

          如图2所示为一个配电变压器所属的4个智能电表在2 h内的电压、电流及回路阻抗的变化曲线图。其中图(a)为智能电表1~4的电压变化曲线图,横坐标为24个采样数据点,纵坐标为电压值,单位为V。图(b)为智能电表1~4的电流变化曲线图,横坐标为24个采样数据点,纵坐标为电流值,单位为A;图(c)为智能电表1~4的回路阻抗变化曲线图,横坐标为24个采样数据点,纵坐标为阻抗值,单位为Ω;p取3, q取8,LA为0.4Ω,SA取12。

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          根据第2节所述方法,由智能电表1~4在24个数据点的电压曲线图(a)和电流曲线图(b)可生成回路阻抗曲线图(c)。

          对于智能电表1,其在第5~9数据点共5个时刻的电流变化值和电压变化值皆为0,而其他时刻的电流变化值和电压变化值不为0,则该时间段内的回路阻抗为-3,且其他时间段内的回路阻抗正常,根据第2节判定步骤(5),表示智能电表1下游负荷运行稳定。

          对于智能电表2,其在第1~4数据点共4个时刻的电流和电压值皆为0,则该时间段内的回路阻抗为-1,根据第2节判定步骤(2),表示智能电表2上游发生断线故障。其在第12~24点共13个时刻的电流值无变化,而电压值有变化,则该时间段内的回路阻抗为-4,根据第2节判定步骤(7),表示智能电表2下游可能存在窃电行为。

          对于智能电表3,其在第1~24点共24个时刻的回路阻抗值超过报警限值LA,根据第2节判定步骤(8),表示智能电表3上游回路老化严重,需尽快检修更换。

          对于智能电表4,其第第1~5点共5个时刻的电流值为0,而电压值不为0,则其该时间段内的回路阻抗为-2,根据第2节判定步骤(3),表示智能电表4下游负荷可能未启动。

      4  结论

          本文建立了低压配电网回路阻抗模型,提出了基于智能电表电压与电流变化速率的回路阻抗近似计算方法;建立了需求侧实时电压数据阵和需求侧实时电流数据阵分别记录配电变压器所属的所有智能电表不同时刻的电压与电流量测信息,并通过两矩阵生成了需求侧实时回路阻抗数据阵,以记录配电变压器所属的所有智能电表上游回路的阻抗变化情况;最后基于回路阻抗数据阵详细讨论了配电网需求侧运行状态的评估方法。实例分析验证了本文所提方法的可行性,可满足现场工程实际需求。

      参考文献

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      李丽娜1,汪文达1,张  伟2

      (1.深圳供电局有限公司,广东 深圳 518000;2.积成电子股份有限公司,山东 济南 250100)

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