CN104573853B - 低压台区配电网电压质量评估与优化的系统化解决方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压台区配电网电压质量评估与优化的系统化解决方法，包括：对各台区配网拓扑结构、线路参数、末端用户的相序、负荷曲线特征进行采集，建立低压台区的数学模型；根据供电企业营销系统中的用户电量数据推算出用户的平均功率或瞬时功率，采用前推回代式配电网潮流算法计算出各段线路的有功功率、线损率以及各节点的电压值；采用转移负荷、新增线路、更换线径和调整相序对低压台区进行优化设计和仿真分析，实现线损率和投资成本的综合最优。本发明方法借助其开发的软件平台，可以大大减少低压台区巡线和建模的工作量，结合一些相应的管理手段，可以实现基层供电站(所)对低压台区数据的实时更新，提高低压配电网的运行维护水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压质量评估与优化的系统化解决方法，尤其是一种低压台区配电网电压质量评估与优化的系统化解决方法，属于电力系统技术领域。
背景技术
电压是电能质量的重要指标之一，电压质量直接关系到电力系统的安全与经济运行及电气设备的使用寿命，“低电压”、“卡脖子”长期以来一直是困扰农村地区的供电难题，如何采用低成本的方法彻底根除、治愈这种问题是新一轮农网升级改造工程的重中之重。导致农村低电压用户增多的原因有很多，其中有不可抗拒的因素，如有经济发展导致的农村用电量的快速增长，也有设备和管理方面的原因。具体详述如下：
(一)用电量的迅速增长
随着农村人民生活水平的不断提高，特别是家电下乡政策刺激农村居民的空调、冰箱、电饭锅、电磁炉等家用电器甚至大量千瓦级以上的电器大量使用，加上农村种植和养殖业的迅猛发展，农村用电量大幅增加，使得众多配变电压器难以满足正常、经济运行的要求。
(二)线路设备状况差
首先，现在运行的线路建设时间较早，当时的技术要求和建设标准必然不能满足现在农村的用电需求，虽然经过几次农网改造，但相当一部分的线路还是比较陈旧、标准较低，且由于长期运行导致的绝缘老化等现象致使低电压问题愈加严重。
其次，配电线路的供电半径过大。由于农村电网变电站布点没有实现一乡一站的供电格局，个别变电站地域分布不合理，造成其配出的10千伏线路供电半径过长，低压线路供电半径严重超过标准要求，导致线路损耗大、末端电压偏低的现象。而且，变压器布点不合理，导致其不能深入负荷中心，实现供电半径最经济，低压供电线路呈单方向放射状，从而造成末端电压偏低。
最后，农村电网处于电力系统的末端，无功电源先天不足，农村用电负荷又消耗大量无功，致使农村电网无功严重缺乏。然而，由于认识的片面性，重视有功、忽视无功在农村供电所还是比较普遍的，调查发现农村低电压问题严重的配电台区内均存在无功补偿不到位的现象，线路内就地分散随器补偿基本没有，比如有一些家庭工厂，配电装置简陋，根本就不配置无功补偿电容器。台区集中补偿装置形同虚设，要么电容器已经损坏，要么就是没有投运。
(三)运行管理不到位
首先，部分配网运行管理不到位，致使三相负荷严重不平衡，线路损耗过大，设备未处于最优运行状态，导致电压质量不稳定。
其次，低电压监测管理体系、机构、职责不明晰，未建立起完善的低电压管理体系，低电压的数据采集主要依靠用户投诉和电压监测仪，且未有效开展低电压的常态分析制度。低压电网的监测、统计、分析没有常态化、机制化、监测方式、手段不系统、不完整，需求侧管理缺乏有效手段。运行管理上监测手段相对滞后，电压监测点布置不够，监测不全面，使得对配变台区的电压分析不到位，未能及时采取有效措施。
再次，对用户报装接电管理不够细致、规范，大量单相负荷无序使用，造成台区三相负荷不平衡，设备未处于最优运行状态，导致电压质量不稳定。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种低压台区配电网电压质量评估与优化的系统化解决方法，该方法能进一步加大低电压台区改造综合整治力度，确保低压配电网安全、稳定、经济运行。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
低压台区配电网电压质量评估与优化的系统化解决方法，包括以下步骤：
1)对各台区配网拓扑结构、线路参数、末端用户的相序、负荷曲线特征进行采集，建立低压台区的数学模型；
2)根据供电企业营销系统中的用户电量数据推算出用户的平均功率或瞬时功率，采用前推回代式配电网潮流算法计算出各段线路的有功功率、线损率以及各节点的电压值；
3)采用转移负荷、新增线路、更换线径和调整相序对低压台区进行优化设计和仿真分析，实现线损率和投资成本的综合最优。
具体的，在步骤2)进行计算后，根据各节点的电压值，把用户低电压等级划分为四个电压损失等级，并以不同的颜色进行区分。
具体的，所述低电压等级的四个电压损失等级分别为≤5％、5％～7.5％、7.5％～10％以及≥10％，其中≤5％用黑色表示，5％～7.5％用叶绿色表示，7.5％～10％用蓝色表示，≥10％用红色表示。
具体的，步骤1)所述建立低压台区的数学模型，包括以下三点的处理：
a)将各支路上的负荷等效在该支路末端，在进行各线路损耗和节点电压计算上，考虑最为恶劣的低电压情况，为负荷的增长留下一定的裕度；
b)依据各线路的辐射状展开，将线路划分为主线、支线、分支线和巷线，并在此基础上进行线路的命名；同时，定义用户节点与上层分支节点的距离为T接距离；
c)对用户依据其用电性质、电价代码及电价名称进行重新分类，并确定其代码序号。
具体的，所述转移负荷是指对一些供电半径过长的用户或用电量较大的用户进行上层支路的替换，使低压用户获得较为合理的供电半径，待转移的负荷称为负荷群。
具体的，所述新增线路是指为已确定的负荷群寻找合理的上层支路。
具体的，所述更换线径是指对线径过细导致的线损过大和电压损失较大的线路进行线径的扩充。
具体的，所述调整相序是指对各用户的挂接相序进行替换。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明方法进行现场调研与收资，并以此进行建模，通过前推回代式配电网潮流算法和节点电压的理论分析发现低电压问题症结，在此基础上提出最为经济的优化改造方案，提高供电质量，降低线损。
2、本发明方法可以根据低压台区的低电压实际状况，深入研究和梳理产生低电压问题的原因，并提出了一套针对性、实用性较强的综合优化改造方案，能进一步加大低电压台区改造综合整治力度，确保低压配电网安全、稳定、经济运行。
附图说明
图1为本发明实施例1的低压台区配电网电压质量评估与优化的系统化解决方法流程图。
图2为本发明实施例2的4011主线电压结果首端展示图。
图3为本发明实施例2的4011主线电压结果末端展示图。
图4为本发明实施例2的4012主线电压结果首端展示图。
图5为本发明实施例2的4012主线电压结果末端展示图。
图6为本发明实施例2的4013主线电压结果展示图。
图7为本发明实施例2的4011主线改造成果首端展示图。
图8为本发明实施例2的4011主线改造成果末端展示图。
图9为本发明实施例2的4012主线改造成果首端展示图。
图10为本发明实施例2的4012主线改造成果末端展示图。
图11为本发明实施例2的4013主线改造成果展示图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的说明：
实施例1：
本实施例的低压台区配电网电压质量评估与优化的系统化解决方法可以在PC上运行，支持Windows xp、Windows 7等32位或64位操作系统，具有很高的兼容性，“低压配网建模、电压分析有优化”软件采用图形用户界面(GUI)，支持鼠标和键盘操作。
如图1所示，本实施例的低压台区配电网电压质量评估与优化的系统化解决方法，包括以下步骤：
1)建模
对各台区配网拓扑结构、线路参数、末端用户的相序、负荷曲线特征进行采集，建立低压台区的数学模型；
所述建立低压台区模型可以使用鼠标，以点、线为基本元素，在GUI上绘制电网拓扑图。并支持在图上输入线路的相关数据，从而实现可视化的配电网建模和数据录入，主要包括以下三点的处理：
a)将各支路上的负荷等效在该支路末端，在进行各线路损耗和节点电压计算上，考虑最为恶劣的低电压情况，为负荷的增长留下一定的裕度；
b)依据各线路的辐射状展开，将线路划分为主线、支线、分支线和巷线，并在此基础上进行线路的命名；同时，定义用户节点与上层分支节点的距离为T接距离；
c)对用户依据其用电性质、电价代码及电价名称进行重新分类，并确定其代码序号，如下表1所示。
表1用户代码序号
2)电压质量分析
根据供电企业营销系统中的用户电量数据推算出用户的平均功率或瞬时功率，采用前推回代式配电网潮流算法计算出各段线路的有功功率、线损率以及各节点的电压值；在进行上述计算后，根据各节点的电压值，把用户低电压等级划分为四个电压损失等级，并以不同的颜色进行区分，其中四个电压损失等级分别为≤5％、5％～7.5％、7.5％～10％以及≥10％，如下表2所示。
| 电压损失百分数 | ≤5％ | 5％～7.5％ | 7.5％～10％ | ≥10％ |
| 相应显示颜色 | 黑色 | 叶绿色 | 蓝色 | 红色 |
表2用户低电压等级与相应颜色匹配表
3)优化改造
经过对各低压台区网络结构和电压进行分析，在界面上以绘图方式，可视化地修改电网拓扑结构和线路参数，并计算显示修改后的各线路T接节点的预期电压质量情况，以此为基础，可以对现有配电网进行仿真优化，辅助进行配网的优化设计与改造工作，主要有转移负荷、更换线径、新增线路和调整相序这几种措施进行优化改造，必要时还可以采取分裂台区等措施。
3.1)转移负荷
所述转移负荷是对一些供电半径过长的用户或用电量较大的用户进行上层支路的替换，使低压用户获得较为合理的供电半径，待转移的负荷称为负荷群(一定区域的用户)；对负荷群的基本要求是：a)负荷群所包括的用户要尽量少，不到迫不得已不进行负荷的转移，因为越靠近末端的负荷群进行转移的投资成本越低；b)负荷群所包括的用户要求有相同的挂接相序，避免因转移而导致的多相序错乱混杂现象。
3.2)新增线路
所述新增线路是为已确定的负荷群寻找合理的上层支路。对新增的上层支路要求是：a)能够为负荷群提供合理的相序；b)提供合理的电压质量；c)保证新增线路的经济性。
3.3)更换线径
所述更换线径是指对线径过细导致的线损过大和电压损失较大的线路进行线径的扩充。对更换线径的要求是：a)所更换的线径必然是低电压问题症结所在的线路；b)一般不允许更换后的线径比上层支路的线径要大的情况出现。
3.4)调整相序
所述调整相序是指对各用户的挂接相序进行替换，主要针对于运行管理不到位导致的单相用户三相不平衡现象。
调整相序时要注意的是：a)某一支路进行相序替换后，其后续分支路及用户全部替换为同一相序，这是尤为需要注意的一点；b)调整相序要按照三相平衡的原则进行，禁止随意调整相序。
实施例2：
本实施例是上述方法的应用实例，经现场调研发现，肇庆高要共有台区800多个，其中出现低压问题的台区就有200多个。由于精力和时间均为有限，故选择低压症状较为典型的大旗村作为案例进行实施验证。
1)大旗村台区数据收资
1.1)线路参数数据
根据确定的线路命名规则，大旗村的线路参数如下表3，此处仅以示例表示。
表3大旗村线路参数
大旗村的月度电量数据和行业用电分类表统一于一个Excel中，详见下表4。
| 客户编号 | 客户名称 | 电费年月 | 电价代码 | 有功总电量 |
| 0027006976 | 容进生 | 201407 | 住宅用电 | 0 |
| 0027007204 | 容桂新 | 201407 | 住宅用电 | 1009 |
| 0027007502 | 容伟其 | 201407 | 住宅用电 | 0 |
| 0027007520 | 容建兴 | 201407 | 住宅用电 | 427 |
| 0027007592 | 梁卓荣 | 201407 | 住宅用电 | 7650 |
| 0027032090 | 容文雄 | 201407 | 住宅用电 | 486 |
表4大旗村月度电量数据和行业用电分类表
2)大旗村台区模型构建
利用“低压配网建模、电压分析有优化”软件，对大旗村进行模型构建。整个台区共分为三大主线：4011主线、4012主线、4013主线。
3)大旗村台区电压分析
大旗村共有三条主线：4011主线，4012主线和4013主线。经建模和数据录入后，进行电压潮流计算，其结果分别如图2～图6所示。
4)大旗村优化改造
依据上述电压分析的结果，发现导致大旗村电压偏低的原因主要有三点：1)三相不平衡。2)负荷过重；3)供电半径过长。针对这三点采取如下的改造措施：
4.1)转移负荷与新增线路
大旗村转移负荷总用户数为236户，新增线路总条数为8条，共888米。具体方案如下表5所示。
表5转移负荷与新增线路方案
4.2)更换线径
大旗村更换线径的总条数5条，共933米。具体方案如下表6所示。
表6更换线径方案
4.3)调整相序
大旗村调整相序的总用户数为235户。具体方案如下表7所示。
表7大旗村调整相序
5)改造成果分析
经过对大旗村的一系列优化改造，其成果分别如图7～图11所示。可见，经过优化改造，4011主线末端电压质量已经全部合格，至此，4011主线区域用户的电压质量已全部合格；经过优化改造，4012主线末端电压质量已经全部合格，但末端用户尚存在一定用户电压质量不合格的现象，不过末端用户电压已经由原来的129.7V升至184V，电压质量得到显著提高；经过优化改造，4013主线用户的电压质量已经接近全部合格，个别用户电压质量不合格的现象仍需作特殊处理。
通过对大旗村的一系列优化改造，使得低压线路数降低了88.57％，低压用户数降低了90.44％，实现了整个台区电压质量的整体改善，改造前后对比结果见下表8。
表8改造前后结果对比
综上所述，通过分析肇庆高要供电局“低电压”典型台区大旗村的低电压实际状况，深入研究和梳理产生低电压问题的原因，并提出了一套针对性、实用性较强的综合优化改造方案，能进一步加大低电压台区改造综合整治力度，确保低压配电网安全、稳定、经济运行。
本发明提出的方案已在南方电网的供电企业应用，实践证明它具有针对性强、投资少、见效快等优点。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (1)
1.低压台区配电网电压质量评估与优化的系统化解决方法，其特征在于包括以下步骤：
1)对各台区配网拓扑结构、线路参数、末端用户的相序、负荷曲线特征进行采集，建立低压台区的数学模型；
所述建立低压台区的数学模型，使用鼠标，以点、线为基本元素，在GUI上绘制电网拓扑图，并支持在图上输入线路的相关数据，从而实现可视化的配电网建模和数据录入，包括以下三点的处理：
a)将各支路上的负荷等效在该支路末端，在进行各线路损耗和节点电压计算上，考虑最为恶劣的低电压情况，为负荷的增长留下一定的裕度；
b)依据各线路的辐射状展开，将线路划分为主线、支线、分支线和巷线，并在此基础上进行线路的命名；同时，定义用户节点与上层分支节点的距离为T接距离；
c)对用户依据其用电性质、电价代码及电价名称进行重新分类，并确定其代码序号；
2)根据供电企业营销系统中的用户电量数据推算出用户的平均功率或瞬时功率，采用前推回代式配电网潮流算法计算出各段线路的有功功率、线损率以及各节点的电压值；在进行计算后，根据各节点的电压值，把用户低电压等级划分为四个电压损失等级，并以不同的颜色进行区分，所述低电压等级的四个电压损失等级分别为≤5％、5％～7.5％、7.5％～10％以及≥10％，其中≤5％用黑色表示，5％～7.5％用叶绿色表示，7.5％～10％用蓝色表示，≥10％用红色表示；
3)经过对各低压台区网络结构和电压进行分析，在界面上以绘图方式，可视化地修改电网拓扑结构和线路参数，并计算显示修改后的各线路T接节点的预期电压质量情况，通过转移负荷、更换线径、新增线路和调整相序这几种措施进行优化改造，实现线损率和投资成本的综合最优；
其中，所述转移负荷是指对一些供电半径过长的用户或用电量较大的用户进行上层支路的替换，使低压用户获得较为合理的供电半径，待转移的负荷称为负荷群；负荷群所包括的用户要求有相同的挂接相序，避免因转移而导致的多相序错乱混杂现象；
所述新增线路是指为已确定的负荷群寻找合理的上层支路；
所述更换线径是指对线径过细导致的线损过大和电压损失较大的线路进行线径的扩充；不允许更换后的线径比上层支路的线径要大的情况出现；
所述调整相序是指对各用户的挂接相序进行替换，主要针对于运行管理不到位导致的单相用户三相不平衡现象；调整相序时要注意的是：a)某一支路进行相序替换后，其后续分支路及用户全部替换为同一相序；b)调整相序要按照三相平衡的原则进行，禁止随意调整相序。
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