CN105717398A - 一种配电网电力损耗监测仪及其监测方法 - Google Patents

一种配电网电力损耗监测仪及其监测方法 Download PDF

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周蕊
刘磊
刘师佳
吴小东
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State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本发明公开了一种配电网电力损耗监测仪及其监测方法，该检测仪包括处理模块，所述处理模块连接有通信模块、接口模块、采样模块、显示模块、电源模块和按键；所述电源模块还与显示模块和采样模块连接。本发明实现了实时监测配电网电力损耗，包括电能、功率、电压等参数，实现了电力损耗管理的实时性；能真正实现配电网运行管理由粗放管理进入数据管理层面，由事后管理前移到事中、事前管理，使电力损耗管理工作向“在控、可控、能控”的方向发展。与此同时，实现配电网电力损失智能在线监测为降损工作提供了强有力的理论分析和数据支持，这对于降低能耗，减少大气污染，提高企业经济效益和社会效益也具有十分重要的意义。

Description

一种配电网电力损耗监测仪及其监测方法
技术领域
本发明属于电力技术领域，涉及配电网电力损耗监测，实现配电网电力损耗(配电网有、无功电能损耗，配电网有、无功率损耗以及主干线电压损耗)监测的一种仪表，具体涉及一种配电网电力损耗监测仪及其监测方法。
背景技术
电网电力损耗是衡量供电企业管理水平高低的一项重要的技术经济指标，其构成是衡量电网能耗水平和电网结构是否合理的一个直观的分析载体。线损率是供电企业的一项重要经济技术指标，电压合格率是一项重要的电能质量指标，它集中反映了供电企业配电网规划、生产技术、设备水平、运营管理水平的高低和供电企业经营效果的好坏。实时监测电网中电力的各种损失，及时对电网结构、运行情况进行定量分析，有助于我们从中找出配电网运行最经济的模式。在配电网系统中，由于其线路长，分支多，结构复杂，智能化程度低，特别是农网线路，负荷随季节波动较大，线路运行参数(电压、电流、功率因素等)的采集工作量大，进行理论线损计算所需数据多，计算繁琐，再加上时间的不一致性，难以得到准确线路的理论线损，使得理论线损计算不能真实反映配电网运行情况，也就难以判断实时损耗是否异常，更无法判定配电网的结构是否合理，是否需要改造。对于电能质量的考核，没有建立一个统一的标准，不能满足配电网管理工作的需要。
随着测量技术的迅速发展，供电企业的各项技术管理工作要求越来越精细，新型电力设备的大量应用，各项技术数据的采集越来越全面、丰富，所以，配电网管理的手段和措施必须创新。在智能电网建设的大前提下，利用电子计算机(微机)数字技术，开发配电网具备记录电力损耗(配电网有、无功电能损耗，配电网有、无功率损耗以及主干线电压损耗)的仪器仪表是当务之急。目前国内、外尚无关于配电网电力损耗监测仪器仪表的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种配电网电力损耗监测仪及其监测方法，其能够实现实时监测配电网电力损耗。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种配电网电力损耗监测仪，包括处理模块，所述处理模块连接有通信模块、接口模块、采样模块、显示模块、电源模块和按键；所述电源模块还与显示模块和采样模块连接。
进一步，上述接口模块包括遥信、红外接口，脉冲输入、输出接口和RS485接口。
上述通信模块为GPRS/CDMA模块。
上述处理模块采用单片机。
进一步，上述单片机为arm-2440。
上述采样模块为三相全参数交流电量采集模块DAM-3505。
上述通信模块为WG-8010。
上述显示模块为LS080HT111。
本发明还提出一种基于上述的配电网电力损耗监测仪的配电网电力损耗监测方法，包括以下步骤：
1)设置线路、变压器动态等值阻抗参数，其中R为等值电阻，X为等值电抗；
2)采样模块采集线路的变压器电压UA、UB、UC，电流IA、IB、IC和功率因数角Φ；
3)将计算得到的线路等值阻抗、变压器可变等值阻抗输入到监测仪处理模块，对采集到的配电网电流进行数字转换，智能化处理，实现监测记录配电网损失电能的目的；电能损耗监测仪计量可变电能损耗计算公式：
其中：
ΔAp:为有功可变电能损耗，单位:kWh；
ΔAq:为无功可变电能损耗，单位:kvarh；
Rф:为配电网可变相等值电阻，单位：Ω；
Xф:为配电网相等值电抗，单位：Ω；
i:为配电网运行瞬时电流，单位:A；
t:为配电网运行时间，单位：秒；
电能损耗监测仪计量固定电能损耗计算公式：
其中，Rф:为配电网固定相等值电阻，单位：Ω；
Xф:为配电网可变相等值电抗，单位：Ω；
uф:为配电网运行瞬时电流，单位:V；
4)将变压器固定等值阻抗输入到监测仪CPU，对采集到的配电网电压进行数字转换，智能化处理，实现监测记录配电网损失电能的目的；
功率损耗计算公式：
ΔP＝[RA·∫iA 2dt·t×10-3+RB·∫iB 2dt·t×10-3+RC·∫iC 2dt·t×10-3]/∑t
ΔQ＝[XA·∫iA 2dt·t×10-3+XB·∫iB 2dt·t×10-3+XC·∫iC 2dt·t×10-3]/∑tΔP:
为有功功率损耗，单位:kW；
ΔQ:为无功功率损耗，单位:kvar；
RA(RB、RC):为配电网各相可变等值电阻，单位：Ω；
XA(XB、XC):为配电网各相可变等值电抗，单位：Ω；
iA(iB、iC):为配电网各相运行瞬时电流，单位:A；
电压损耗计算公式：
ΔU:为配电网主干线电压损耗，单位:V；
ΔP:为有功功率损耗，单位:kW；
ΔQ:为无功功率损耗，单位:kvar；
ф:为配电网运行功率因数角；
cosф:为配电网功率因数角的余弦；
sinф:为配电网功率因数角的正弦；
Kp:为配电网主干线等值电阻与总等值电阻的比值；
Kq:为配电网主干线等值电抗与总等值电抗的比值；
I:为配电网设定时间运行电流的平均值。
本发明具有以下有益效果：
本发明的配电网电力损耗监测仪结构简单，实现了实时监测配电网电力损耗，包括电能、功率、电压等参数，实现了电力损耗管理的实时性；能真正实现配电网运行管理由粗放管理进入数据管理层面，由事后管理前移到事中、事前管理，使电力损耗管理工作向“在控、可控、能控”的方向发展，使配电网管理工作实现“规划、设计、建设、运行”一体化。与此同时，实现配电网电力损失智能在线监测为降损工作提供了强有力的理论分析和数据支持，这对于降低能耗，减少大气污染，提高企业经济效益和社会效益也具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明的模块连接示意图；
图2为本发明的检测方法框图；
图3为本发明的壳体内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明的配电网电力损耗监测仪，包括处理模块，所述处理模块连接有通信模块、接口模块、采样模块、显示模块、电源模块和按键；所述电源模块还与显示模块和采样模块连接。所述接口模块包括遥信、红外接口，脉冲输入、输出接口和RS485接口。所述通信模块为GPRS/CDMA模块。监测仪的核心模块是采样模块和处理模块。
以下是各模块的功能描述：
采样模块：采集配电网10kV线路和0.4kV配变台区的实时运行电压、电流，将物理量转化为数据量；
处理模块：通过CPU将采样模块采集的到的数据智能计算处理，得出实时配电网电力损耗；
显示模块：显示各类电力损耗监测数据；
电源模块：为监测仪中采样模块、处理模块、显示模块提供工作电源；
按键处理：就地设置监测仪的参数以及监测仪功能选择；
通信模块GPRS/CDMA：实现监测仪与主站的数据传输。
参见图2：本发明还提出一种基于上述的配电网电力损耗监测仪的配电网电力损耗监测方法，包括以下步骤：
1)设置线路、变压器动态等值阻抗参数，其中R为等值电阻，X为等值电抗；
2)采样模块采集线路的变压器电压UA、UB、UC，电流IA、IB、IC和功率因数角Φ；
3)将计算得到的线路等值阻抗、变压器可变等值阻抗输入到监测仪处理模块，对采集到的配电网电流进行数字转换，智能化处理，实现监测记录配电网损失电能的目的；电能损耗监测仪计量可变电能损耗计算公式：
其中：
ΔAp:为有功可变电能损耗，单位:kWh；
ΔAq:为无功可变电能损耗，单位:kvarh；
Rф:为配电网可变相等值电阻，单位：Ω；
Xф:为配电网相等值电抗，单位：Ω；
i:为配电网运行瞬时电流，单位:A；
t:为配电网运行时间，单位：秒；
电能损耗监测仪计量固定电能损耗计算公式：
其中，Rф:为配电网固定相等值电阻，单位：Ω；
Xф:为配电网可变相等值电抗，单位：Ω；
uф:为配电网运行瞬时电流，单位:V；
4)将变压器固定等值阻抗输入到监测仪CPU，对采集到的配电网电压进行数字转换，智能化处理，实现监测记录配电网损失电能的目的；
功率损耗计算公式：
ΔP＝[RA·∫iA 2dt·t×10-3+RB·∫iB 2dt·t×10-3+RC·∫iC 2dt·t×10-3]/∑t
ΔQ＝[XA·∫iA 2dt·t×10-3+XB·∫iB 2dt·t×10-3+XC·∫iC 2dt·t×10-3]/∑t
ΔP:为有功功率损耗，单位:kW；
ΔQ:为无功功率损耗，单位:kvar；
RA(RB、RC):为配电网各相可变等值电阻，单位：Ω；
XA(XB、XC):为配电网各相可变等值电抗，单位：Ω；
iA(iB、iC):为配电网各相运行瞬时电流，单位:A；
电压损耗计算公式：
ΔU:为配电网主干线电压损耗，单位:V；
ΔP:为有功功率损耗，单位:kW；
ΔQ:为无功功率损耗，单位:kvar；
ф:为配电网运行功率因数角；
cosф:为配电网功率因数角的余弦；
sinф:为配电网功率因数角的正弦；
Kp:为配电网主干线等值电阻与总等值电阻的比值；
Kq:为配电网主干线等值电抗与总等值电抗的比值；
I:为配电网设定时间运行电流的平均值。
本发明的配电网网损计算网络模型如图3所示，图中，Rxl(Xxl)为线路等值电阻(电抗)，Rbt(Xbt)为变压器可变等值电阻(电抗)，Rbk(Xbk)为变压器固定等值电阻(电抗)。

Claims (9)

1.一种配电网电力损耗监测仪，其特征在于，包括处理模块，所述处理模块连接有通信模块、接口模块、采样模块、显示模块、电源模块和按键；所述电源模块还与显示模块和采样模块连接。
2.根据权利要求1所述的配电网电力损耗监测仪，其特征在于，所述接口模块包括遥信、红外接口，脉冲输入、输出接口和RS485接口。
3.根据权利要求1所述的配电网电力损耗监测仪，其特征在于，所述通信模块为GPRS/CDMA模块。
4.根据权利要求1所述的配电网电力损耗监测仪，其特征在于，所述处理模块采用单片机。
5.根据权利要求4所述的配电网电力损耗监测仪，其特征在于，所述单片机为arm-2440。
6.根据权利要求1所述的配电网电力损耗监测仪，其特征在于，所述采样模块为三相全参数交流电量采集模块DAM-3505。
7.根据权利要求3所述的配电网电力损耗监测仪，其特征在于，所述通信模块为WG-8010。
8.根据权利要求1所述的配电网电力损耗监测仪，其特征在于，所述显示模块为LS080HT111。
9.一种基于权利要求1-8任意一项所述的配电网电力损耗监测仪的配电网电力损耗监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)设置线路、变压器动态等值阻抗参数，其中R为等值电阻，X为等值电抗；
2)采样模块采集线路的变压器电压UA、UB、UC，电流IA、IB、IC和功率因数角Φ；
3)将计算得到的线路等值阻抗、变压器可变等值阻抗输入到监测仪处理模块，对采集到的配电网电流进行数字转换，智能化处理，实现监测记录配电网损失电能的目的；电能损耗监测仪计量可变电能损耗计算公式：
其中：
ΔAp:为有功可变电能损耗，单位:kWh；
ΔAq:为无功可变电能损耗，单位:kvarh；
Rф:为配电网可变相等值电阻，单位：Ω；
Xф:为配电网相等值电抗，单位：Ω；
i:为配电网运行瞬时电流，单位:A；
t:为配电网运行时间，单位：秒；
电能损耗监测仪计量固定电能损耗计算公式：
其中，Rф:为配电网固定相等值电阻，单位：Ω；
Xф:为配电网可变相等值电抗，单位：Ω；
uф:为配电网运行瞬时电流，单位:V；
4)将变压器固定等值阻抗输入到监测仪CPU，对采集到的配电网电压进行数字转换，智能化处理，实现监测记录配电网损失电能的目的；功率损耗计算公式：
ΔP＝[RA·∫iA 2dt·t×10-3+RB·∫iB 2dt·t×10-3+RC·∫iC 2dt·t×10-3]/∑t
ΔQ＝[XA·∫iA 2dt·t×10-3+XB·∫iB 2dt·t×10-3+XC·∫iC 2dt·t×10-3]/∑t
ΔP:为有功功率损耗，单位:kW；
ΔQ:为无功功率损耗，单位:kvar；
RA(RB、RC):为配电网各相可变等值电阻，单位：Ω；
XA(XB、XC):为配电网各相可变等值电抗，单位：Ω；
iA(iB、iC):为配电网各相运行瞬时电流，单位:A；
电压损耗计算公式：
ΔU:为配电网主干线电压损耗，单位:V；
ΔP:为有功功率损耗，单位:kW；
ΔQ:为无功功率损耗，单位:kvar；
ф:为配电网运行功率因数角；
cosф:为配电网功率因数角的余弦；
sinф:为配电网功率因数角的正弦；
Kp:为配电网主干线等值电阻与总等值电阻的比值；
Kq:为配电网主干线等值电抗与总等值电抗的比值；
I:为配电网设定时间运行电流的平均值。
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