CN106410798A - 一种配变台区低电压预判方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配变台区低电压预判方法，所述预判方法包括以下步骤：通过供电公司掌握的既有配变台区运行数据、台区设备数据和用户用电报装情况，判断发生低电压的用户最大范围；对于判定用户最大范围外的用户低电压信息反馈，直接判定为错误反馈。本方法可以满足供电公司确定台区可能发生低电压范围的目的；同时对目前在实际中大量存在的由于负荷接入不平衡导致的三相不平衡原因引起的低电压进行了重点分析，提供了接入前的等效电流不平衡度试算方法，通过电流不平衡度数值的增减以及对低电压用户范围的变化判断接入点选择是否合理，在接入前能够避免由于人为因素加剧用户低电压情况的发生。

Description

一种配变台区低电压预判方法

技术领域

本发明涉及电网领域，尤其涉及一种配变台区低电压预判方法。

背景技术

随着经济的发展，居民生活水平不断提高，用电性质发生了根本性的改变，用电需求进入更高层次，电力供需矛盾逐步加剧，低电压现象不断涌现。而电网发展长效机制尚未建立，低电压治理的综合整治系统措施欠缺。从技术层面来看，低压配电网络由于接线随意，网络分支多，用户分散等客观因素，往往比高压配电网接线复杂和混乱，线路台帐数据不像城网和高、中压线路数据那样详细，便于分析；从管理层面来看，电压监测手段和方法不足，农村用户端计量措施不完善，智能电表覆盖率有待提高。

一方面，大量低电压现象仅为短时现象，在供电人员现场确认时，可能低电压现象并未发生，这样既造成了供电部门时间和人员的浪费，也难以准确掌握低电压情况，造成了信息无法准确确认。另一方面，大量潜在低电压用户没有及时、有效地与供电部门沟通，造成供电部门对于低电压信息的盲点，也造成了用户用电过程中出现问题，产生对供电部门的不满。并且在针对低电压的配变台区进行建设改造过程中，由于缺乏相关判定标准，改造后随着用电负荷的增长、新增用户的接入，大量的临界低电压用户逐渐转换为低电压用户，而目前电力公司对这部分情况更是难以掌握。在电网低电压改造时由于没有准确信息，改造后难免有遗漏，过后再改，又会存在资金和审批流程等问题，无法得到预先性、针对性的改造。

因此，为精准、高效治理低电压，提高供电服务和客户满意度，亟需开展低电压的范围预判。通过模型算法，快速识别可能发生低电压范围，这样在用户反馈低电压信息前，提前预判做到心中有数，结合用户反馈信息，及时有效地确认低电压信息，并提供相应的建设改造建议，助力地区新型城镇化进程的推进，支撑经济发展和服务社会民生。

判断电网低电压情况首先应当知道低压网络中各节点的电压信息，针对低压配电网的特点，关于低压配电网电压计算，学者们做了很多的工作，目前已经研究出一些比较适合低压配电网潮流的算法，例如：牛顿法、改进P-Q(有功-无功)解耦法、回路阻抗法和前推回代法等。但牛顿法需要形成导纳矩阵，并且雅可比矩阵的对角优势不复存在，很难收敛；改进PQ解耦法对R/X值较大的线路引入补偿技术，这种算法复杂化，丧失了快速解耦原有计算量小、收敛可靠的优点；回路阻抗法需要复杂的节点和支路编号，比较耗时。

比较而言，前推回代潮流算法充分利用了网络呈辐射状的结构特点，数据处理简单，计算效率高，不需要矩阵运算，是较为常用的辐射型网络潮流算法。然而前推回代潮流算法需要供电公司提供大量的负荷数据，且得出的结果仅为某一负荷时刻的节点情况，若想要了解持续的低电压情况则需要连续测取实时数据进行潮流计算，大大增加了工作的繁复程度，也难以适应大量配变台区负荷节点的电压计算。同时，无法保证在同一时刻测得所有负荷点的数据，计算结果难免出现偏差，难以达成准确计算各节点电压的初衷。

考虑到各供电公司希望掌握低电压情况主要是为了准确确定低电压用户，节省人员现场确认时间，有针对性的针对低电压用户制定改造计划，因此供电公司最希望了解的是低电压用户的范围和位置，而准确测量用户负荷节点处的电压值并不是确定用户低电压情况的唯一方法。而且逐节点进行电压值计算的方法，仅适用于少量数据的情况，对于供电公司下辖众多配变台区下数百万计的负荷节点来说，精确计算每个节点的电压值难以实现。

发明内容

本发明提供了一种配变台区低电压预判方法，本发明满足了供电公司确定台区可能发生低电压范围的目的，提高了低电压用户确定效率，详见下文描述：

一种配变台区低电压预判方法，所述预判方法包括以下步骤：

通过供电公司掌握的既有配变台区运行数据、台区设备数据和用户用电报装情况，判断发生低电压的用户最大范围；

对于判定用户最大范围外的用户低电压信息反馈，直接判定为错误反馈。

其中，所述通过供电公司掌握的既有配变台区运行数据、台区设备数据和用户用电报装情况，判断发生低电压的用户最大范围的步骤具体为：

建立台区数据资料；为台区网络拓扑逻辑编号；逆推节点负荷；顺推节点电压；比较电压，确定低电压范围。

其中，所述为台区网络拓扑逻辑编号的步骤具体为：

各节点按照顺支路法由台区低压侧向末端编号；在线路不同导线型号连接处设置节点；线路产生分流设置节点；用户接入点设置节点。

其中，所述逆推节点负荷具体为：

通过台区用户负荷资料，根据节点之间的逻辑关系，对台区内每一条支路依次从最末端节点开始，分别对A、B、C三相所挂接负荷逐相、逐节点向上逆推，根据负荷位置、容量和负荷特性得出每一节点每相的最大报装容量和等效负荷情况。

其中，所述顺推节点电压具体为：

选取上年度台区最低电压作为计算电压，从台区低压侧母线处逐支路逐节点推算电压降落值。

其中，所述选取上年度台区最低电压作为计算电压，从台区低压侧母线处逐支路逐节点推算电压降落值具体为：

其中，S为前端节点视在功率；φ为电压与电流之间的相位角；R为线路电阻；X为线路电抗；U₁为前端节点电压；ΔU为支路电压降落值；

低压配电网络下一级节点电压具体为：

后端节点电压U₂为

U₂＝U₁-ΔU

逐节点计算直至该支路末端节点，完成该支路的计算过程。

其中，所述比较电压，确定低电压范围具体为：

将逐节点电压计算结果与单相低电压限值进行比较，若判定该节点为低电压节点，则该节点之后的所有挂接在该相的用户均为低电压用户；

若该节点电压值符合标准要求，则对下一节点进行计算、比对，依次类推，直到最终确定台区每条支路每一相上的低电压范围或全部节点电压值均高于限值；

计算完全部节点电压，完成计算过程。

其中，所述预判方法还包括：

根据已知的网络拓扑图，填入台区内新报装的用户位置，负荷性质及报装情况，自动匹配到相应的节点，进行新增用户支路低电压范围的计算。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本方法可以满足供电公司确定台区可能发生低电压范围的目的；同时对目前在实际中大量存在的由于负荷接入不平衡导致的三相不平衡原因引起的低电压进行了重点分析，提供了接入前的等效电流不平衡度试算方法，通过电流不平衡度数值的增减以及对低电压用户范围的变化判断接入点选择是否合理，在接入前能够避免由于人为因素加剧用户低电压情况的发生。

附图说明

图1为本发明提供的一种配变台区低电压预判方法的流程图；

图2为典型低压配变台区示意图；

图3为典型低压配变台区节点编号示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

为了解决背景技术中的缺陷，本发明实施例研究配变台区低电压范围判定方法，参见图1，该方法包括以下步骤：

101：通过供电公司掌握的既有配变台区运行数据、台区设备数据和用户用电报装情况，判断发生低电压的用户最大范围；

102：对于判定用户最大范围外的用户低电压信息反馈，直接判定为错误反馈。

综上所述，采用本发明实施例研究的判定方法将传统的通过计算节点电压值判定用户低电压的方法，转换为通过范围判定的方式诊断低电压，实现了从点到线的思路转换，大大提高了低电压用户确定效率，为高效治理低电压奠定坚实的基础。

实施例2

下面结合具体的计算公式、实例、图2和图3对实施例1中的方案进行详细介绍，其中，本发明实施例在220-380V的低压配电网情况下进行研究，因此遵循低压配电网实际网络情况和特点，确定如下研究限定条件：

1、低压台区后端电网结构为辐射型结构，不考虑环网情况。

2、低压台区后端电网按对称三相参数考虑，三相不平衡情况按照负荷不平衡引起考虑，三相参数不平衡及导线换相主要发生在高压长距离输电网情境下，不适用于低压配电网。

3、低压台区后端电网为单电源网络，台区即为下端负荷网络的电源，不考虑末端接入分布式电源情况。

4、单相线路的感抗值与三相线路的感抗值不同，但在工程计算中可以忽略其误差，对于380/220V线路的电压损失，导线截面为50平方毫米及以下时误差约1％，50平方毫米以上时最大误差约5％。因此本发明实施例可认为单相线路感抗值等于三相线路感抗值。典型配变台区见图2所示。

本发明实施例将研究重点放在如何利用更简单的数据资料确定可能存在低电压的用户范围。希望仅通过基本的设备和报装情况，以及台区的历史运行数据确定出低电压范围，并通过增加负荷预测、新增报装资料及无功补偿模块预测未来可能出现的低电压范围变化情况。

在开展本项目之前，本发明实施例调研统计了国内一些省份造成低电压的因素，以某农业大省为例，造成低电压的几个主要因素为：

因素1：低压线路供电半径过长或线径过细，占比68.32％；

因素2：户均配变容量小，占比19.89％；

因素3：三相负荷不平衡占比11.79％。

因素1是长期以来造成低电压的最主要因素，因素2也是极为重要的因素，这两个因素均为显见因素。而因素3三相负荷不平衡因素在近年来尤为明显，这主要是由于农村经济发展较快，居民家用电器增多，单相负荷近年来由原来的20％以下，突增到70％以上，在基层供电企业挂接线时没有考虑相平衡而导致的突出因素。

因此，考虑到目前导致低压用户造成低电压的原因中三相负荷不平衡所造成低电压的占比越来越高，在确定低电压范围之后，应重点考虑三相负荷不平衡给用户低电压范围带来的影响。

针对这个问题，本发明实施例专门对负荷三相不平衡情况做了重点分析，利用支路等效电流三相不平衡度方法，通过判断新增报装引起的支路电流不平衡度的变化，及将引起的支路低电压范围的变化，判断新增报装位置的合理性，直接提出在低压负荷装接过程中可能存在的问题。

希望通过较少的数据，较为准确的确定低电压范围。对于低电压网络中存在的大量用户，难以同时测量其实时负荷数据，因此不能准确确定各节点电压，但通过用户负荷报装情况及装接位置，可以对用户负荷进行等效判断，确定出能够产生低电压的范围。大大节省供电部门诊断和确定用户低电压的投入。同时在低电压用户主动上报低电压前，由供电公司主动确定可能发生低电压的用户范围，在预防与改造前，能够做到心中有数。

本发明实施例判断低电压范围的算法需要建立在低压台区网络和用户负荷基础资料上，数据资料一旦建立，未来可以延续使用，在新增报装和新引出低压线路后，仅通过少量数据的修正即可预测未来低电压的范围变化。

由于低压网络实际接线情况存在差异，负荷分配的不平衡会引起网络中各相潮流较大差异，因此在进行低电压范围判定时，采用分相计算法，逐节点、逐相进行计算。

具体算法：

201：建立台区数据资料；

在开始低电压范围计算之前需要先建立以下台区数据资料：

(1)建立导线阻抗参数数据库；(主要是LJ(铝绞线)、LGJ(钢芯铝绞线)、TJ(硬铜线)及电缆，不同截面下的导线电阻和感抗值Ω/km)。

(2)建立台区网络参数资料库；

根据台区下端网络情况，建立台区网络基础资料数据库，包括每段导线型号，长度等数据，以节点方式记录。

(3)建立台区用户资料库；

根据台区报装情况，建立台区供电用户负荷情况数据库，包括：负荷点节点位置、负荷性质以及负荷分配相，以节点方式记录

(4)绘制台区下端图纸(标注节点应与台区线路参数资料库和用户参数资料库匹配)。

202：为台区网络拓扑逻辑编号；

为台区内各支路节点进行分层逻辑编号，通过供电公司提供的台区中各负荷点的位置、报装容量及负荷性质，以层节点标记，通过节点之间的逻辑关系匹配，进而确定该台区的网络拓扑图。根据台区下端用户的报装容量、负荷性质及负荷位置，分相对总体报装容量及实际负荷进行等效计算，得到分相等效的负荷分布。

对台区下端全部支路重复上述编号过程，编号过程中不可出现重复节点。

(1)要求各节点按照顺支路法由台区低压侧向末端编号；

(2)在线路不同导线型号连接处设置节点；

(3)线路产生分流设置节点；

(4)用户接入点设置节点。

根据上述4项规则在标●处设置节点并编号，具体见图3所示。

203：逆推节点负荷；

通过前述生成的台区用户负荷资料，根据节点之间的逻辑关系，对台区内每一条支路依次从最末端节点开始，分别对A、B、C三相所挂接负荷逐相、逐节点向上逆推，根据负荷位置，容量和负荷特性得出每一节点每相的最大报装容量和等效负荷情况。

由图3可知：

A₂₁为三相负荷，按照各相负荷平均分配，即A、B、C三相负荷均为100/3kW，A₂＝A₂₁+A₂₂+A₂₃，三相负荷分别为：100/3+50、100/3+70和100/3+80。

进而得到节点O处的三相最大报装和：

按照这种处理方式，每个节点处的都可以得到。

204：顺推节点电压；

为确定最大低电压用户范围，选取上年度台区最低电压作为计算电压。从台区低压侧母线处逐支路逐节点推算电压降落值。

已知首端电压和视在功率，则支路电压降落值可通过下式(1)表示：

其中，S为前端节点视在功率；φ为电压与电流之间的相位角；R为线路电阻；X为线路电抗；U₁为前端节点电压。

在低压配电网络工程计算中，考虑线路压降往往忽略纵分量带来的影响，参见各种配电手册中关于线路压降的计算说明。因此在推算低压配电网络下一级节点电压时采用公式(2)进行计算。

其中，U₁为前端节点电压，S为前端节点视在功率。后端节点电压U₂为(式3)

U₂＝U₁-ΔU (3)

按照这种方法，可以逐节点计算，直至该支路末端节点，完成该支路的计算过程。

节点A₁处的电压为：

由于U_oa,U_ob,U_oc已知，S_oa,S_ob,S_oc已知，R、X、L已知，故只要给定cosφ，则节点A₁电压可知。cosφ可根据地区或之路实际情况实测，一般给定低压台区cosφ＝0.8也可以。

205：比较电压，确定低电压范围；

根据GB/T 12325-2003《电能质量供电电压允许偏差》中的要求，220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7％、-10％，即最低允许电压值为198V。

故将步骤204中逐节点电压计算结果与单相低电压限值198V进行比较，此处低电压限值可结合实际运行情况在国家标准的基础上加以修正的低电压限值进行比对，若判定该节点为低电压节点，则该节点之后的所有挂接在该相的用户均为低电压用户；若该节点电压值符合标准要求，则对下一节点进行计算、比对，依次类推，直到最终确定台区每条支路每一相上的低电压范围或全部节点电压值均高于限值，计算完全部节点电压，完成计算过程。

通过实地调查分析，随着用户负荷逐年增大，低压台区下端三相不平衡对用户低电压造成的影响越来越不可忽视。目前的三相不平衡情况主要是由于低压用户装接不平衡造成的。由于目前低压用户中大量单相负荷用户的存在，而供电所在进行负荷装接时由于线路延伸情况及人员等各种条件的限制难以做到将单相负荷平衡挂接于低压线路中，一旦出现某相装接容量过多，那么将出现在该相上电压的快速下降，造成了该相用户容易出现低电压。

可以这样说，在低压配电系统中，三相不平衡主要不是由运行引起的，而是在装接时候就已经导致的，这属于从根源引起的低电压，这种情况通过更换导线，增加配变容量等常规改造手段均难以达到治理效果，但如能调整负荷装接位置就能达到事半功倍的效果。

然而，需要强调的是，由于低电压台区一般馈出多条支线，虽然下端网络支路存在较大的负荷装接不平衡问题，但如果仅通过台区低压侧三相电压、电流的幅值及相位进行判断，往往得出台区三相平衡的结论。难以真正的揭示三相不平衡造成的问题。举例来说，台区下的某条支路从某一节点处开始由A、B、C三相均挂接负荷转为只在A相挂接负荷，而另两条支路从某一节点处由A、B、C三相均挂接负荷分别转为只在B、C相挂接负荷，而恰巧这三条支路的单相负荷又相互平衡，那么采用上面介绍的通过台区出口三相电压计算得出的结果就会是该台区为三相负荷平衡的台区，然而实际情况却是这三条支路的三相负荷全都不平衡。因此通过台区电压、电流值计算出的三相不平衡度对反应台区用户低电压问题并不适用。

基于以上分析，本发明实施例从具体支路的三相电流不平衡度角度考虑。逐条支路计算其电流不平衡度。由于用户用电具有随机性，因此无法准确预测所有用户的实时负荷，但确定的是用户用电过程中产生的最大负荷也不会超过其报装容量。因此采用用户各相报装容量等效其电流，计算等效的三相电流不平衡度。

通过已知分相报装容量Soa、Sob、Soc关系，进行序分量的求取，通过下式可以得到正、负、零序分量值：

a＝e^j120°；

根据规程《GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡》得到由容量等效计算出的支路电流不平衡度：

通过仿真和实测均可得到如下结论：当支路报装容量在各相分配不均时，产生的支路电流三相不平衡度值较高；当三相报装容量分配完全一致时，支路电流三相不平衡度值为0。因此在台区支路新申请用电时，可以通过计算等效的支路电流三相不平衡度来确认用电接入情况是否合理。

如某节点处新增用电申请后，按照现有出线情况该负荷接入点仅引出A相线路，那么按照原有工作流程该新增负荷将接入A相，通过本发明实施例的计算方法，在接入前重新计算ε值，那么如果ε值增加较大，并带来低电压范围的扩大，就建议供电部门考虑将该新增负荷，改接到其他相供电或通过其他方法控制ε值的增加。在评估出低电压扩大范围情况之后，可考虑根据影响情况来决定是否采取在该负荷点前延伸三相线路，以改变该负荷的接入情况，或通过调整其他容易改接线的负荷点接入相达到控制支路电流不平衡度值等方法。如通过新增负荷点的接入，引起支路三相电流不平衡度的降低，那么就认为该接入是合理的。

通过本发明实施例提供的等效三相电流不平衡，也可以校核目前现有台区下各支路负荷装接的合理情况，如计算出某支路等效电流三相不平衡度数值较大，实际该支路中又存在较多的低电压用户，可以考虑通过调整负荷装接，线路延伸等方法有效改善低电压情况。对于电流三相不平衡度数值大的支路，采用上述方法将比增加台区布点、缩短供电线路半径等方法更有效和经济。

负荷预测对电力系统规划和运行极其重要。准确的负荷预测是实现规划方案科学性和正确性的保证，也是保证电网可靠供电，优质运行的一项前瞻性工作。负荷预测对低电压预判主要有以下三个方面的辅助作用：

1、结合上述计算结果与台区电压受上级负荷增长的影响，预判低电压范围的变化，提前给出治理方案。

2、结合上述计算结果与预测出的台区下级负荷自然增长率，预判低电压范围的变化，及时采取解决措施。

3、根据已知的网络拓扑图，填入台区内新报装的用户位置，负荷性质及报装情况，自动匹配到相应的节点，进行新增用户支路低电压范围的计算。

综上所述，本发明实施例通过范围判定的方式诊断低电压，实现了从点到线的思路转换，大大提高了低电压用户确定效率，为高效治理低电压奠定坚实的基础。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种配变台区低电压预判方法，其特征在于，所述预判方法包括以下步骤：

通过供电公司掌握的既有配变台区运行数据、台区设备数据和用户用电报装情况，判断发生低电压的用户最大范围；

对于判定用户最大范围外的用户低电压信息反馈，直接判定为错误反馈。

2.根据权利要求1所述的一种配变台区低电压预判方法，其特征在于，所述通过供电公司掌握的既有配变台区运行数据、台区设备数据和用户用电报装情况，判断发生低电压的用户最大范围的步骤具体为：

建立台区数据资料；为台区网络拓扑逻辑编号；逆推节点负荷；顺推节点电压；比较电压，确定低电压范围。

3.根据权利要求2所述的一种配变台区低电压预判方法，其特征在于，所述为台区网络拓扑逻辑编号的步骤具体为：

各节点按照顺支路法由台区低压侧向末端编号；在线路不同导线型号连接处设置节点；线路产生分流设置节点；用户接入点设置节点。

4.根据权利要求2所述的一种配变台区低电压预判方法，其特征在于，所述逆推节点负荷具体为：

通过台区用户负荷资料，根据节点之间的逻辑关系，对台区内每一条支路依次从最末端节点开始，分别对A、B、C三相所挂接负荷逐相、逐节点向上逆推，根据负荷位置、容量和负荷特性得出每一节点每相的最大报装容量和等效负荷情况。

5.根据权利要求2所述的一种配变台区低电压预判方法，其特征在于，所述顺推节点电压具体为：

选取上年度台区最低电压作为计算电压，从台区低压侧母线处逐支路逐节点推算电压降落值。

6.根据权利要求5所述的一种配变台区低电压预判方法，其特征在于，所述选取上年度台区最低电压作为计算电压，从台区低压侧母线处逐支路逐节点推算电压降落值具体为：

$\mathrm{\Δ}U=\frac{S\×cos\mathrm{\φ}\×R+S\×sin\mathrm{\φ}\×X}{U_1}+j\frac{S\×cos\mathrm{\φ}\×X-S\×sin\mathrm{\φ}\×R}{U_1}$

其中，S为前端节点视在功率；φ为电压与电流之间的相位角；R为线路电阻；X为线路电抗；U₁为前端节点电压；ΔU为支路电压降落值；

低压配电网络下一级节点电压具体为：

$\mathrm{\Δ}U=\frac{S\×cos\mathrm{\φ}\×R+S\×sin\mathrm{\φ}\×X}{U_1}$

后端节点电压U₂为

U₂＝U₁-ΔU

逐节点计算直至该支路末端节点，完成该支路的计算过程。

7.根据权利要求2所述的一种配变台区低电压预判方法，其特征在于，所述比较电压，确定低电压范围具体为：

将逐节点电压计算结果与单相低电压限值进行比较，若判定该节点为低电压节点，则该节点之后的所有挂接在该相的用户均为低电压用户；

若该节点电压值符合标准要求，则对下一节点进行计算、比对，依次类推，直到最终确定台区每条支路每一相上的低电压范围或全部节点电压值均高于限值；

计算完全部节点电压，完成计算过程。

8.根据权利要求1所述的一种配变台区低电压预判方法，其特征在于，所述预判方法还包括：

根据已知的网络拓扑图，填入台区内新报装的用户位置，负荷性质及报装情况，自动匹配到相应的节点，进行新增用户支路低电压范围的计算。