CN104598983A - 配电变压器安装位置的确定方法、确定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网领域，具体涉及配电变压器安装位置的确定方法、确定装置。确定方法包括：绘制台区图形，台区图形包括配电线路、设置于相邻两个配电线路之间的杆塔及其属性、低压电能表及其属性、配电线路的导线属性；根据配电线路的导线属性，计算相应配电线路的电阻；统计每个低压电能表以年为计量单位的月平均电量；根据电阻和月平均电量，计算每个杆塔为安装点时相应的线路总损耗L；将所有杆塔按照对应的线路总损耗从小到大排序；将排序第一的杆塔定义为配电变压器安装位置。本发明采用穷举法逐一列出每个杆塔为安装点式的线路总损耗，进而对所有的线路总损耗进行排序，以最小值对应的杆塔定义为安装点。

Description

配电变压器安装位置的确定方法、确定装置

技术领域

本发明涉及电网领域，具体而言，涉及配电变压器安装位置的确定方法、确定装置。

背景技术

配电变压器在台区中的安装位置，是决定台区线路损耗大小的重要因素之一。对现有台区的统计数据显示，有相当一部分配电变压器存在安装位置不合理的情况，是造成低压线路损耗过高以及低电压问题的主要原因。理论上讲，每一个台区都有一个最佳位置，配电变压器如果安装在这个位置，整个台区的线路损耗是最小的。

根据电路理论原理，配电变压器距离用电点越近，其线路电流流经导线所产生的损耗就越小。但是一个台区中有许多用电点，这些用电点分散遍布在台区的各个地方，其功率也各不相同。如何计算配电变压器的最佳安装位置，并不是一个简单的数学问题。

目前供电企业在低压电网规划或改造时，要求配电变压器尽量接入到台区的负荷中心。从字面上理解，负荷中心是指电力系统中负荷相对集中的地方，但是如何计算负荷中心并没有一个明确的计算方法，实际操作时往往把地理中心当作负荷中心。严格的计算证明，这两者之间并不相同。

用地理中心代替负荷中心，从而安装配电变压器的做法非常普遍，然而电路理论计算证明，从线路损耗最小化的角度考虑，地理中心并不一定是最佳的接入位置，原理如下：

假设有一条单一导线的线路，线路的两端和中间分别有一个用电点，分别是左侧的用电点A、中间的用电点B和右侧的用电点C。

如果三个用电点的功率相同，此时很容易理解，线路中间的位置是地理中心，也就是负荷中心。理论计算表明，电源(即变压器)接入到这个位置，线路的损耗是最小的。如果把电源接入到导线的两个端点之一，损耗将是最小损耗的2.5倍。

如果逐渐增大用电点A的功率，此时地理中心仍然是线路中间的位置，但是直观上看，负荷中心肯定要向左侧的A点偏移，此时具体的负荷中心位置在哪里，如何计算可以保证整条线路的损耗最低，是需要设计专门的算法才能解决的问题。

实际台区的低压线路，其复杂程度要远远大于上述的假设线路。不仅分支线路错综复杂，导线型号不尽相同，而且用电点分散无定式，用电点的功率也各不相同。此时简单地按照地理中心来安装配电变压器，根本无法保证其线路损耗是最小的。由于缺少计算最佳位置的方法，许多配电变压器安装位置不合理，正是长期造成低压线路损耗过高的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于提供配电变压器安装位置的确定方法、确定装置，以解决利用线路负荷大小确定配电变压器安装位置优化的问题。现有技术中供电面积计算不准确的通过这种方法计算出来的安装位置，可以使得整个台区的线路损耗最小化，起到节能降损作用，同时也可以提高电压质量。由于实际台区的复杂性，该计算方法尽可能适用所有情况的台区，对于每一个台区都能精确计算出配电变压器最佳安装位置。如受现场条件制约，变压器不能安装在最佳位置上，可在第二最佳位置、第三最佳位置等处选择。

本发明实施例提供了一种配电变压器安装位置的确定方法，包括：

步骤1：绘制台区图形，所述台区图形包括配电线路、设置于相邻两个配电线路之间的杆塔及其属性、低压电能表及其属性、配电线路的导线属性；

步骤2：根据所述配电线路的导线属性，计算相应配电线路的电阻；

步骤3：统计每个低压电能表以年为计量单位的月平均电量；

步骤4：根据所述电阻和所述月平均电量，计算每个杆塔为安装点时相应的线路总损耗L；

步骤5：将所有杆塔按照对应的所述线路总损耗从小到大排序；

步骤6：将排序第一的杆塔定义为配电变压器安装位置。

在一些实施例中，优选为，在步骤1中，所述配电线路的导线属性包括：导线型号、导线长度；所述杆塔的属性包括：杆塔的位置和编号；所述低压电能表的属性包括：低压电能表的位置和编号。

在一些实施例中，优选为，在步骤4中，当所有杆塔的低压电能表的功率值不同时测量时，所述线路总损耗L为电流总损耗，其计算方法为：根据电流I＝电量P/额定电压U，计算流过每个电能表的电流；以安装点的杆塔为电源端，将每个电能表的电流在线路上叠加，叠加的方向为自该低压电能表至所述电源端的方向。

在一些实施例中，优选为，在步骤4中，当所有杆塔的低压电能表同时测量时，所述所述线路总损耗L为电能总损耗，其计算方法为：

$L^{\′}=\underset{t=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_t^2\×R_t$

L’为电能总损耗；i，n-第i段线路，整个台区共有n段；P_i-流经第i段线路的叠加电量；R_i-第i段线路的电阻。

在一些实施例中，优选为，在步骤3中，如果台区没有的低压电能表无记录，则该低压电能表的电量为1。

在一些实施例中，优选为，在步骤1中，所述配电线路为三相四线制线路。

本发明还提供了一种配电变压器安装位置的确定装置，包括：

台区图形系统，包括台区图形，所述台区图形包括配电线路、设置于相邻两个配电线路之间的杆塔及其属性、低压电能表及其属性、配电线路的导线属性；

第一计算系统，用于根据所述配电线路的导线属性，计算相应配电线路的电阻；

统计系统，用于统计每个低压电能表以年为计量单位的月平均电量；

第二计算系统，用于根据所述电阻和所述月平均电量，计算每个杆塔为安装点时相应的线路总损耗L；

定位系统，用于将所有杆塔按照对应的所述线路总损耗从小到大排序，并将排序第一的杆塔定义为配电变压器安装位置。

在一些实施例中，优选为，所述的配电变压器安装位置的确定装置还包括存储系统，用于存储所述低压电能表的功率值及对应时间、低压电能表的编号、低压电能表的位置；还用于存储各配电线路的电阻。

在一些实施例中，优选为，所述第二计算系统包括：第一计算单元，用于根据权利要求3计算线路总损耗；第二计算单元，用于根据权利要求4计算线路总损耗。

在一些实施例中，优选为，所述的配电变压器安装位置的确定装置还包括：提取系统，用于从所述存储系统中提取低压电能表的功率值及对应时间、低压电能表的编号、低压电能表的位置、各配电线路的电阻；且用于当提取的所有杆塔的低压电能表的功率值不同时测量时，启动所述第一计算单元；当提取的所有杆塔的低压电能表的功率值同时测量时，启动所述第二计算单元。

本发明实施例提供的配电变压器安装位置的确定方法、确定装置，与现有技术相比，基于台区图形，假定其中一个杆塔为安装点，利用低压电能表和线路的电阻，计算这种情况下的线路总负荷；利用这个方法计算台区图形中每个 杆塔为安装点时分别对应的线路总负荷；然后对这些线路总负荷进行从小到大排序，以得到排序第一的线路总负荷对应的杆塔，进而确定为安装点。如果排序第一的杆塔不适合做安装点，实际操作中可以从排序第二、第三、第四等确定适合的安装点。了利用该确定方法确定安装位置，充分考虑了线路的实际总负荷，且使得整个台区的线路损耗最小化，达到节能降损的作用，提高电压质量。

附图说明

图1为本发明一个实施例中叠加电量示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。

由于现有技术在确定台区的变压器安装位置时，采用地理位置中心区的方式确定，而简单地按照地理中心来安装配电变压器，根本无法保证其线路损耗最小。由于缺少计算最佳位置的方法，许多配电变压器安装位置不合理，长期造成低压线路损耗过高。本发明提供了一种配电变压器安装位置的确定方法、确定装置。具体为：

一种配电变压器安装位置的确定方法，包括：

步骤1：绘制台区图形，台区图形包括配电线路、设置于相邻两个配电线路之间的杆塔及其属性、低压电能表及其属性、配电线路的导线属性；

步骤2：根据配电线路的导线属性，计算相应配电线路的电阻；

步骤3：统计每个低压电能表以年为计量单位的月平均电量；

步骤4：根据电阻和月平均电量，计算每个杆塔为安装点时相应的线路总损耗L；

步骤5：将所有杆塔按照对应的线路总损耗从小到大排序；

步骤6：将排序第一的杆塔定义为配电变压器安装位置。

采用上述确定方法的操作硬件为配电变压器安装位置的确定装置，其包括：

台区图形系统，包括台区图形，台区图形包括配电线路、设置于相邻两个配电线路之间的杆塔及其属性、低压电能表及其属性、配电线路的导线属性；

第一计算系统，用于根据配电线路的导线属性，计算相应配电线路的电阻；

统计系统，用于统计每个低压电能表以年为计量单位的月平均电量；

第二计算系统，用于根据电阻和月平均电量，计算每个杆塔为安装点时相应的线路总损耗L；

定位系统，用于将所有杆塔按照对应的线路总损耗从小到大排序，并将排序第一的杆塔定义为配电变压器安装位置。

基于台区图形，假定其中一个杆塔为安装点，利用低压电能表和线路的电阻，计算这种情况下的线路总负荷；利用这个方法计算台区图形中每个杆塔为安装点时分别对应的线路总负荷；然后对这些线路总负荷进行从小到大排序，以得到排序第一的线路总负荷对应的杆塔，进而确定为安装点。如果排序第一的杆塔不适合做安装点，实际操作中可以从排序第二、第三、第四等确定适合的安装点。了利用该确定方法确定安装位置，充分考虑了线路的实际总负荷，且使得整个台区的线路损耗最小化，达到节能降损的作用，提高电压质量。

接下来，对配电变压器安装位置的确定方法进行详细描述：

步骤101，绘制台区图形，形成台区图形系统；

根据实际线路搭建情况，绘制台区图形，形成台区图形系统。为了进行提高使用效果，该图形优选为矢量图，图形中的配电线路间需要标注杆塔。

而且，台区图形包括配电线路、设置于相邻两个配电线路之间的杆塔及其属性、低压电能表及其属性、配电线路的导线属性。由于整个台区的线路负载量不同，需要标注每一档的线路的型号、长度。每一个杆塔都是潜在的变压器安装点，因此，需要对每个杆塔的位置进行记录，采用统一编号；为了尽可能 准确获取用电情况，需要提取低压电能表的功率数值，不同线路的功率消耗量不同，所以，需要对低压电能表的位置进行记录，并采用统一编号。

步骤102，根据配电线路的导线属性，计算相应配电线路的电阻；

配电线路不同电阻不同，自身消耗电量不同，因此，根据导线型号和长度计算每一档线路的电阻。

步骤103，统计每个低压电能表以年未计量单位的月平均电量；

考虑到用电设备的季节性负荷变化，使用平均值可以较好的代表全年的平均用电水平。

步骤104，设定某一杆塔为安装点，计算线路总损耗L；

该线路总损耗为电流损耗，首先忽略线路的电压降，假设每个杆塔节点的电压都是额定电压，而且不随时间变化；然后忽略负荷随时间的变化，根据每个电能表的电量、电压和时间长度，计算出各自的电流；然后将每个电能表的电流朝着当前的计算安装位置方向，依次在线路上叠加这个电流；然后计算出每一档线路的损耗；最后统计计算出所有线路的总损耗L。

图1给出了叠加电量示意图。该计算方法中，按照树形网络的结构，对电量沿电源路径进行叠加。图中矩形方框代表四个电能表，电量分别是B1、B2、B3和B4，因为变压器在右侧，所以流经线路的叠加电量结果分别是：P1＝B1；P2＝B1；P3＝B1+B2；P4＝B1+B2+B3+B4。

步骤105，按步骤104的方法计算每个杆塔为安装点时对应的线路总损耗；

本方法采用的是穷举法，所以要假设把变压器接入到每个杆塔上，分别计算出整条线路的等效损耗值，然后通过排序进行确定。

步骤106，将所有杆塔按照对应的线路总损耗从小到大排序；

由于步骤105建立了杆塔—线路总损耗的对应关系，基于该对应关系将具备不同编号的杆塔按照各自对应的线路总损耗进行排序；

步骤107，将排序第一的杆塔定义为配电变压器安装位置。

把每一个杆塔都当作配电变压器的一个安装位置，假设配电变压器安装在该位置，在矢量图上计算出每个电能表的电流在线路上的叠加结果，然后计算一个可以代表整体线路总损耗的数值L，然后将其从小到大进行排序，基于穷举法原理和线路损耗最小化原则，求解配电变压器在台区中最佳安装位置的方法。排名越靠前，损耗越小，电能消耗越小，是较佳的安装点。排在第一个的就是最佳安装位置，排在后面的分别是第二、第三安装位置等。

需要说明的是，步骤104中计算线路总损耗中，在电压和时间相同的条件下，电量和电流成正比，因此各个电能表的电流流经线路时的叠加效果，可以用电能表的电量叠加来代替，这是因为计算目标并不是真正的总损耗L，而是仅仅将其数值进行排序。在不影响排序结果的情况下，计算方法中，将仅用于排序的线路损耗，等效简化为电量叠加值的平方乘以电阻。即简化计算，用一个等效数值L’来代替。

$L^{\′}=\underset{t=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_t^2\×R_t$

其中：L’-线路总损耗的等效简化数值；i，n-第i段线路，整个台区共有n段；P_i-流经第i段线路的叠加电量；R_i-第i段线路的电阻。如果导线型号还未确定，以线路的档距代替。

下面基于一个具体的台区线路图来描述该确定安装位置的方法：

在图形上对流经每段线路的电量进行叠加，是执行该计算方法的技术难点。

(1)因为本方法采用的是穷举法，所以要假设把变压器接入到每个杆塔上，分别计算出整条线路的等效损耗值，然后通过排序进行确定。

(2)每次选择一个配电变压器安装位置以后，根据树形网络的结构特点，要对每个电能表的电量朝着电源方向进行逐个叠加。例如如果选择的安装位置是6号位置，此时对于图中最右侧的7号表箱，其电量就要依次在5-4-2-1-3-6的路径上叠加；而对于最左侧的25号表箱，其电量则在14-10-7-3-6的路径上叠 加；对于6号位置上面的这段50m档距的线路，其电量叠加结果应该就是位于其上方的所有表箱电量的总和。

(3)如果是规划中的台区，并没有实际的电量记录，此时可以假设每个电能表的电量都是数值1来计算。

(4)台区中所有线路都是三相四线制线路，所以配电变压器可以接入到任何一个位置。有的台区还有单相两线制，或者三相三线制的线路，在穷举计算时可以直接排除，不参与计算，除非计划对这些线路改造成三相四线制的线路。

对一个实际台区进行计算的结果，黑色圆圈中的阿拉伯数字代表配电变压器最佳安装位置的排序顺序。图上每一个以矩形表箱中心为圆心的圆表示其电量大小，半径越大表示电量越大。从计算结果可以看出，变压器现在接入的位置是6号位置，从地理位置上该位置应该是中心位置，但是真正的最佳位置是1号位置，分析其原因，就是因为7号表箱的电量较大，因此负荷中心向其偏移造成的。两者的线损率实际上相差0.155个百分点。

本发明创造提出的计算方法，从根本上解决了选择配电变压器在台区安装位置的问题，具有以下效益：

(1)通过该方法计算出来的安装位置，必然是整条线路导线损耗最小的位置，达到了低压线路节能降损的目标，为供电企业创造了经济效益。

(2)理论计算表明，配电变压器安装在该位置上，整条线路的电压降最小，从而提高了电压质量。

(3)由于本方法采用了基于穷举法的排序，因此如果配电变压器不能安装在最佳位置上，还有第二、第三等最佳位置可以选择。

本发明创造拟保护的创新点包括：

(1)基于穷举法原理和线路损耗最小化原则，求解配电变压器在台区中最佳安装位置的方法。

(2)该计算方法中，将仅用于排序的线路损耗，等效简化为电量叠加值的平方乘以电阻。

(3)该计算方法中，按照树形网络的结构，对电量沿电源路径进行叠加的方法。

采用该配电变压器安装位置的确定方法的硬件为配电变压器安装位置的确定装置，包括：

台区图形系统，包括台区图形，台区图形包括配电线路、设置于相邻两个配电线路之间的杆塔及其属性、低压电能表及其属性、配电线路的导线属性；

第一计算系统，用于根据配电线路的导线属性，计算相应配电线路的电阻；

统计系统，用于统计每个低压电能表以年为计量单位的月平均电量；

第二计算系统，用于根据电阻和月平均电量，计算每个杆塔为安装点时相应的线路总损耗L；

定位系统，用于将所有杆塔按照对应的线路总损耗从小到大排序，并将排序第一的杆塔定义为配电变压器安装位置。

考虑到需要以年为单位计算低压电能表测试的功率，所以需要对数据进行存储，配电变压器安装位置的确定装置还包括存储系统，用于存储低压电能表的功率值及对应时间、低压电能表的编号、低压电能表的位置；还用于存储各配电线路的电阻。

由于线路总损耗有两种计算方法，所以，对应性的第二计算系统包括：第一计算单元，用于根据电流计算线路总损耗，具体方法见步骤104；第二计算单元，用于电能计算线路总损耗，具体方法见上文的步骤104的简化替代步骤。

基于上述不同的计算单元，在提取存储系统中的数据时需要对数据进行筛选、过滤，因此，该确定装置还包括：提取系统，用于从存储系统中提取低压电能表的功率值及对应时间、低压电能表的编号、低压电能表的位置、各配电线路的电阻；且用于当提取的所有杆塔的低压电能表的功率值不同时测量时， 启动第一计算单元；当提取的所有杆塔的低压电能表的功率值同时测量时，启动第二计算单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电变压器安装位置的确定方法，其特征在于，包括：

步骤1：绘制台区图形，所述台区图形包括配电线路、设置于相邻两个配电线路之间的杆塔及其属性、低压电能表及其属性、配电线路的导线属性；

步骤2：根据所述配电线路的导线属性，计算相应配电线路的电阻；

步骤3：统计每个低压电能表以年为计量单位的月平均电量；

步骤4：根据所述电阻和所述月平均电量，计算每个杆塔为安装点时相应的线路总损耗L；

步骤5：将所有杆塔按照对应的所述线路总损耗从小到大排序；

步骤6：将排序第一的杆塔定义为配电变压器安装位置。

2.如权利要求1所述的配电变压器安装位置的确定方法，其特征在于，在步骤1中，

所述配电线路的导线属性包括：导线型号、导线长度；

所述杆塔的属性包括：杆塔的位置和编号；

所述低压电能表的属性包括：低压电能表的位置和编号。

3.如权利要求1所述的配电变压器安装位置的确定方法，其特征在于，在步骤4中，

当所有杆塔的低压电能表的功率值不同时测量时，所述线路总损耗L为电流总损耗，其计算方法为：

根据电流I＝电量P/额定电压U，计算流过每个电能表的电流；

以安装点的杆塔为电源端，将每个电能表的电流在线路上叠加，叠加的方向为自该低压电能表至所述电源端的方向。

4.如权利要求1所述的配电变压器安装位置的确定方法，其特征在于，在步骤4中，

当所有杆塔的低压电能表同时测量时，所述所述线路总损耗L为电能总损耗，其计算方法为：

L’为电能总损耗；

i，n-第i段线路，整个台区共有n段；

P_i-流经第i段线路的叠加电量

R_i-第i段线路的电阻。

5.如权利要求1-4任一项所述的配电变压器安装位置的确定方法，其特征在于，在步骤3中，如果台区没有的低压电能表无记录，则该低压电能表的电量为1。

6.如权利要求5所述的配电变压器安装位置的确定方法，其特征在于，在步骤1中，所述配电线路为三相四线制线路。

7.一种配电变压器安装位置的确定装置，其特征在于，包括：

台区图形系统，包括台区图形，所述台区图形包括配电线路、设置于相邻两个配电线路之间的杆塔及其属性、低压电能表及其属性、配电线路的导线属性；

第一计算系统，用于根据所述配电线路的导线属性，计算相应配电线路的电阻；

统计系统，用于统计每个低压电能表以年为计量单位的月平均电量；

第二计算系统，用于根据所述电阻和所述月平均电量，计算每个杆塔为安装点时相应的线路总损耗L；

定位系统，用于将所有杆塔按照对应的所述线路总损耗从小到大排序，并将排序第一的杆塔定义为配电变压器安装位置。

8.如权利要求7所述的配电变压器安装位置的确定装置，其特征在于，还包括存储系统，用于存储所述低压电能表的功率值及对应时间、低压电能表的编号、低压电能表的位置；还用于存储各配电线路的电阻。

9.如权利要求8所述的配电变压器安装位置的确定装置，其特征在于，

所述第二计算系统包括：第一计算单元，用于根据权利要求3计算线路总损耗；第二计算单元，用于根据权利要求4计算线路总损耗。

10.如权利要求9所述的配电变压器安装位置的确定装置，其特征在于，

还包括：提取系统，用于从所述存储系统中提取低压电能表的功率值及对应时间、低压电能表的编号、低压电能表的位置、各配电线路的电阻；且用于当提取的所有杆塔的低压电能表的功率值不同时测量时，启动所述第一计算单元；当提取的所有杆塔的低压电能表的功率值同时测量时，启动所述第二计算单元。