CN104330669A - 一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法，通过深入分析220/110kV变电站的10kV母线到400V用户的每一个环节可能产生低电压的原因、建立相应的负荷矩模型，进而提出相应的预警方法和治理措施。由于负荷矩直接对应了电网允许的电压损失，且实用方便，既适合运行维护人员及时发现低电压问题，也适用于规划阶段提前预判台区低电压发生，尤其对于农村电工更加实用。本发明所述的一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法，可实现复杂网络条件下低电压分布及其可能性的迅速判定，进而得出各级电网设备在不同情景下的电压降影响贡献率，分析产生低电压的主要环节，提高了低压预警的准确率。

Description

一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法

技术领域

本发明涉及低电压预警方法，具体涉一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法。

背景技术

配网低电压出现的原因主要是：供电半径过大、无功补偿容量不足、导线截面不满足要求、以及三相负荷不平衡或变压器分接头位置不当等；而负荷矩是指在满足某一允许电压损失条件下，用电负荷与供电线路长度的乘积，当负荷矩一定时，用点负荷与线路长度成反比。负荷矩一般用于计算线路输送容量，进行单一配电设施选址等工作，但由于负荷矩直接对于了电网允许的电压损耗，且实用方便，所以针对上述低电压问题，所以有必要提供一种低电压预警方法，为配网尤其是农网规划建设、安全允许和保障供电质量等提供量化支持。传统的低电压预警一般仅通过低电压用户数量变化来判别，通过不同节点用户的负荷矩精确计算，实现各节点的用户低电压预警。由于配网新接入配变布点将影响电力潮流的整体变化，原来各级配变的负荷矩都会发生相应变化，进而影响到用户的终端压降，所以该方法会导致低压预警不准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法，该方法可实现复杂网络条件下低电压分布及其可能性的迅速判定；在此基础上，通过分析产生低电压的主要环节，建立等效负荷矩模型，快速计算各分段负荷接入点的负荷矩，提高了低压预警的准确率。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法，包括如下步骤：

(1)测量单回配电线路母线的长度L、供电负荷P，以及配变线路中的功率因数角

(2)通过公式M＝P·L，计算得到单回配电线路的负荷矩M；

(3)根据步骤(2)所得到的单回配电线路的负荷矩M，通过公式M_Σ＝P₁L₁+P₂L₂+…+P_nL_n，计算得到多条分支线路的总负荷矩M_Σ；

(4)根据配变线路的规格通过查表得到配变电阻标幺值R和电抗标幺值X；

(5)将步骤(1)、(4)得到的功率因数角电阻标幺值R、电抗标幺值X，以及该配变线路的配变容量S_配和配变负荷P，通过公式计算得到配变两侧电压降的标幺值△U_*；

(6)将得到的配电线路的负荷矩M_Σ与其所在线路中的单点负荷矩M₀相比较，当负荷矩M_Σ小于单点负荷矩M₀时，则该线路不会出线低电压；当负荷矩大于单点负荷矩M₀时，则分为以下两种情况：

(a)满足L_n≤L_Σ的某一配变，该配变高压侧不会出现低电压；

(b)满足L_n＞L_Σ的某一配变，该配变高压侧会出现低电压；

(7)将配变两侧电压降的标幺值△U_*与配网中电压准值相比较，若电压降的标幺值△U_*在电压标准值偏差范围内，则线路中无低电压情况，否则为低电压。

进一步，所述步骤(1)所述的配电线路为中压配电线路或低压配电线路。

本发明的有益效果是：本发明所述的一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法，该方法将负荷矩概念实用化，通过对中压配电线路、低压配电线路负荷矩与单点负荷矩相比较，可实现复杂网络条件下低电压分布及其可能性的迅速判定；另通过配变线路两侧的压降计算，得出各级电网设备在不同情景下的电压降影响贡献率，分析产生低电压的主要环节，提高了低压预警的准确率。

附图说明

图1为本发明的线路压降损失矢量示意图；

图2为本发明的输电线路∏型等值电路图；

图3为本发明10kV线路(含分支线)示意图；

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

负荷矩是指在满足某一允许电压损失条件下，用电负荷与供电线路长度的乘积，即M＝P*L。当负荷矩一定时，用电负荷与线路长度成反比。本发明以高压变电站的10kV母线为起点，依次分析中压配电线路、配变、低压配电线路三个环节，按照各级电网运行允许出现的电压偏差，利用负荷矩的概念及理论计算结果，分别提出判断低电压的技术要素和具体范围。

首先是对中压配电线路或者低压配电线路的低电压分析，其配电线路压降模型及公式计算如下：

${\stackrel{\·}{U}}_1={\stackrel{\·}{U}}_2+{\left(\frac{{\tilde{S}}_2^{\′}}{{\stackrel{\·}{U}}_2}\right)}^{*}Z$

根据图1、图2可得

${\stackrel{\·}{U}}_1=U_2+\frac{P_2^{\′}-j{Q}_2^{\′}}{U_2}(R+\mathrm{jX})=(U_2+\mathrm{jX})=(U_2+\frac{P_2^{\′}R+Q_2^{\′}X}{U_2})+j\left(\frac{P_2^{\′}X-Q_2^{\′}R}{U_2}\right)---\left(1\right)$

令   $\frac{P_2^{\′}R+Q_2^{\′}X}{U_2}=\mathrm{\ΔU};\frac{P_2^{\′}R-Q_2^{\′}X}{U_2}=\mathrm{\δU}$

将上式(1)简化为

${\stackrel{\·}{U}}_1=(U_2+\mathrm{\ΔU})+\mathrm{j\δU}$

则又可得

${\stackrel{\·}{U}}_1=\sqrt{{(U_2+\mathrm{\ΔU})}^2+{\left(\mathrm{\δU}\right)}^2}---\left(2\right)$

而图1中的相位角，或所谓功率角则为

$\mathrm{\δ}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\δU}}{U_2+\mathrm{\ΔU}}$

由于一般情况下，U₂+ΔU≥δU,可将式(2)按两项式定理展开，取其前两项，得

$U_1\≈(U_2+\mathrm{\ΔU})+\frac{{\left(\mathrm{\δU}\right)}^2}{2(U_2+\mathrm{\ΔU})}---\left(3\right)$

又由于上式(3)中第三项本身不大，可略去其分母上的ΔU，得

$U_1\≈(U_2+\mathrm{\ΔU})+\frac{{\left(\mathrm{\δU}\right)}^2}{{2U}_2}---\left(4\right)$

对一般线路，上式(4)已足够精确，如需进一步简化，还可略去其中第三项，即略去δU，得

$U_1\≈U_2+\mathrm{\ΔU}=U_2+\frac{P_2^{\′}R+Q_2^{\′}X}{U_2}$

即

从而得出负荷矩理论计算公式如下：

即，

其中：分别为线路始、末端的电压，为线路传输的视在功率，P′₂、Q′₂为线路有功、无功功率，Z为线路阻抗，R、X分别为线路电阻、电抗，△U、δU分别为线路横、纵轴压降，M为负荷矩，P为有功功率，L为线路长度；U为上级额定电压，取10.0kV；△U为10kV母线与线路装接配变的高压侧允许的电压偏差；r₀、x₀为中压配电线路单位长度的电阻、电抗；为线路功率因数。

由上述公式(5)和(6)可知，负荷矩直接影响了中压配电线路或者低压配电线路的电压偏差，因此可通过负荷矩来直接判断线路中出线低压情况。

通过公式M＝P·L，计算得到单回配电线路的负荷矩M，而实际配网线路往往十分复杂，一条配电线路通常在沿线不同位置装接配变，并有分支线引出，因此理论负荷矩计算结果在工作中不能直接引用，以下引入一种实用化办法。如图(3)所示，对于较复杂的多条分支线路的上述配电线路，总负荷矩即：

M_Σ＝P₁L₁+P₂L₂+…+P_nL_n     (7)

该线路上装接的总负荷为：

P_Σ＝P₁+P₂+…+P_n     (8)

引入等效距离的概念，即：

L_Σ＝M_Σ/P_Σ＝(P₁L₁+P₂L₂+…+P_nL_n)/(P₁+P₂+…+P_n)     (9)

其中：

P₁、P₂、P_n分别为#1、#2、#n号配变的供电负荷；

L₁、L₂、L_n分别为#1、#2、#n号配变至电源点母线的线路长度。

因此，对于中压变电站的任一10kV出线，若总负荷矩M_Σ小于表1所示的单点负荷矩(M₀)时，可直接判定全线不会出现低电压；当M_Σ大于M₀时，则分为以下两种情况：

(1)满足L_n≤L_Σ的某一配变，该配变高压侧不会出现低电压；

(2)满足L_n＞L_Σ的某一配变，该配变高压侧会出现低电压。

上述方法解决了负荷矩概念的实用化问题，在实际工作中可通过简单处理，即可实现低电压判定。

中压单点负荷矩(M₀)计算结果见表1所示，低压单点负荷矩(M₁)，计算结果见表2所示。

表1 典型导线不同功率因数下的负荷矩 单位：kW·km

表2 低压配电线路的单点荷矩 单位：kW·m

配变产生的低电压分析：由于变压器短路损耗P_K近似等于额定电流流过变压器时高低压绕组中的总铜耗，即

P_K≈P_CU

而铜耗与电阻之间有如下关系

$P_{\mathrm{Cu}}=3I_N^2{R}_T=3{\left(\frac{S_N}{\sqrt{3}{U}_N}\right)}^2{R}_T=\frac{S_N^2}{U_N^2}{R}_T$

可得

$P_K\≈\frac{S_N^2}{U_N^2}{R}_T$

式中，U_N、S_N以V、V·A为单位，P_K以W为单位。如U_N改以kV、S_N改以MV·A为单位，则可得

$R_T=\frac{P_K{U}_N^2}{1000S_N^2}---\left(10\right)$

式中：R_T为变压器高低压绕组的总电阻(Ω)；P_K为变压器的短路损耗(kW)；S_N为变压器的额定容量(MVA)；U_N为变压器的额定电压(kV)；P_Cu为变压器有功损耗；I_N为变压器额定电流。

由于大容量变压器的阻抗中以电抗为主，亦即变压器的电抗和阻抗数值上接近相等，可近似认为，变压器的短路电压百分值U_K％与变压器的电抗有如下关系

$U_K\%\≈\frac{\sqrt{3}{I}_N{X}_T}{U_N}\×100$

从而

$X_T\≈\frac{U_N}{\sqrt{3}{I}_N}\×\frac{U_K\%}{100}=\frac{U_K\%U_N^2}{100S_N}---\left(11\right)$

式中：X_T—变压器高低压绕组的总电抗(Ω)；U_K％—变压器的短路电压百分值。

变换为标幺值后，计算公式如下：

其中：△U_*为配变两侧电压降的标幺值；为配变负载率；R、X为配

变电阻、电抗的标幺值(基于配变容量)，R＝P_k/S_配，X＝U_k％，为线路功率因数角。

对应△U_*，各类典型配变在不同功率因数条件下的最大负载率见表3所示。

表3 典型配变不同功率因数下最大负载率(△U_*＝0.03)

按照表3结论，可对满足条件的配变，结合其实际负载率等情况，直接判定其所供台区是否会出现低电压。如果仍然不符合条件，则进一步缩小排查范围，对其低压配电线路进行低电压校核。

本发明所述的一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法，该方法将负荷矩概念实用化，通过对中压配电线路、低压配电线路负荷矩与单点负荷矩相比较，可实现复杂网络条件下低电压分布及其可能性的迅速判定；另通过配变线路两侧的压降计算，得出各级电网设备在不同情景下的电压降影响贡献率，分析产生低电压的主要环节，提高了低压预警的准确率。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法，其特征在于:包括下述步骤：

(1)测量单回配电线路母线的长度L、供电负荷P，以及配变线路中的功率因数角

(2)通过公式M＝P·L，计算得到单回配电线路的负荷矩M；

(3)根据步骤(2)所得到的单回配电线路的负荷矩M，通过公式M_Σ＝P₁L₁+P₂L₂+…+P_nL_n，计算得到多条分支线路的总负荷矩M_Σ；

(4)根据配变线路的规格通过查表得到配变电阻标幺值R和电抗标幺值X；

(5)将步骤(1)、(4)得到的功率因数角电阻标幺值R、电抗标幺值X，以及该配变线路的配变容量S_配和配变负荷P，通过公式计算得到配变两侧电压降的标幺值ΔU_*；

(6)将得到的配电线路的负荷矩M_Σ与其所在线路中的单点负荷矩M₀相比较，当负荷矩M_Σ小于单点负荷矩M₀时，则该线路不会出线低电压；当负荷矩大于单点负荷矩M₀时，则分为以下两种情况：

(a)满足L_n≤L_Σ的某一配变，该配变高压侧不会出现低电压；

(b)满足L_n＞L_Σ的某一配变，该配变高压侧会出现低电压；

(7)将配变两侧电压降的标幺值ΔU_*与配网中电压准值相比较，若电压降的标幺值ΔU_*在电压标准值偏差范围内，则线路中无低电压情况，否则为低电压。

2.根据权利要求1所述的一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法，其特征在于:所述步骤(1)所述的配电线路为中压配电线路或低压配电线路。