CN106597083A - 一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，(1)首先建立并联无功补偿装置节电量测量方案；(2)再建立测量方案的等效电路模型，依据电路模型得出并联无功补偿装置节电量的数学模型，把该模型作为并联无功补偿装置节电量不确定度评定的测量模型；(3)分别计算不确定度的各个分量；(4)将不确定度的各个分量合成标准不确定度u_c；(5)计算并联无功补偿装置节电量测量结果的扩展不确定度U。本发明所提出的不确定度评定方法对进一步提高节电量结果的准确性具有重要意义，可操作性强，可为变压器经济运行、线路升压改造等节电项目的节电量不确定度评定提供借鉴。

Description

一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法

技术领域

本发明涉及供配电系统中安装的并联无功补偿装置节电量测量，特别涉及一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法。

背景技术

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。伴随着越来越突出的供需矛盾和越来越大的环境压力，我国已把节能环保制定成为一个重要的国策。电能的节约也备受社会各行业的关注，其中国家发改委印发的《电力需求侧管理办法》的通知强调要提高电能利用效率，促进电力资源优化配置，保障用电秩序。

对于用户节电量是关注的重点，因为它直接关系到用户的经济利益。对于电力企业节约电量可以降低电网的损耗，提高电能的输送能力，减少经济损失。电网常用的节约电量手段有更换/改造变压器、加装无功补偿装置、变压器经济运行和更换高效电机等方法。目前，国内外尚未建立起关于节能量测量和计算的完善标准体系，仅有少数涉及节能量测量于验证的技术通则，例如国际能效测评组织编写的《国际能效测量和验证规程》和我国的《节能量测量与验证技术通则》。这些技术通则介绍了关于节能量测量与验证的一般方法学，并不是针对具体节能项目节能量测量的标准，缺乏可操作性。《国际能效测量和验证规程》也只是笼统简单的提到了不确定度评定。

目前，通过查阅国内外文献，还没发现有关于并联无功补偿装置节电量测量方法的不确定度计算方法的报道，因此，有必要设计一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，本发明能明确节电量测量方法中对节电量结果有影响的分量，对进一步提高节电量结果的准确性具有重要意义，本发明所提出不确定度计算方法的精确度和置信水平合理、可靠。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，所述并联无功补偿装置节电量测量的步骤为：

步骤1、测量装置布置：

以并联无功补偿装置的接入点以及变压器低压侧作为第一测量点和第二测量点；

在第一测量点布置第一电流互感器和无功优化及协调控制器；无功优化及协调控制器包括电压测量通道、电流测量通道测量、有功和无功测量装置、功率因数测量器件和时间测量器件；

步骤2、数据测量：

第一电流互感器采集第一测量点的电流，并将大电流按比例变换成标准小电流(1A左右)，输入电压测量通道和电流测量通道；电压测量通道和电流测量通道测量(将电流转化成mA级)的输出端连接有功和无功测量装置以及功率因数测量器件，测量并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率和第一测量点的功率因数；时间测量器件用于测量无功补偿装置的投入时间T；

在第二测量点布置第二电流互感器，测量变压器低压侧电流；并将大电流按比例变换成标准小电流(1A左右)，输入电压测量通道和电流测量通道；电压测量通道和电流测量通道测量(将电流转化成mA级)的输出端连接有功和无功测量装置以及功率因数测量器件，测量并联无功补偿装置投运后线路的有功功率；

上述并联无功补偿装置节电量测量的不确定度评定方法，包括以下步骤：

1)建立并联无功补偿装置节电量测量的等效电路模型，并依据等效电路模型建立并联无功补偿装置节电量测量的数学模型：

式中，Δ(ΔE)并联无功补偿装置节电量测量结果，P′为并联无功补偿装置投运后线路的有功功率，即统计报告期线路的有功功率；统计报告期是用以比较和确定节能技术改造项目节能量的，节能措施实施后的时间段，详见国标GB/T 28750-2012；U′_N为统计报告期线路运行电压，即变压器高压侧的运行电压，一般可以不测量，直接取线路运行电压的额定值；R_L为测量边界内线路的等值电阻，即并联无功补偿装置至上级无功电源点间的电力网络的等值电阻；R_T为测量边界内变压器的等值电阻，即并联无功补偿装置至上级无功电源点间变压器的等值电阻；为并联无功补偿装置投运前第一测量点的功率因数；为统计报告期第一测量点的功率因数；Q_r为并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率；K为无功补偿装置损耗率，为常量；T为无功补偿装置的投入时间。

式(1)中设U′_N为10kV,R＝R_L+R_T为0.73Ω,K＝0.0008，其它参数通过测量获得，则式(1)可简化为：

由公式(1)可知，并联无功补偿装置节电量测量结果不确定度包括以下分量(来源)：

(1)补偿前的功率因数的标准不确定度u₁；

(2)补偿后的功率因数的标准不确定度u₂；

(3)无功补偿装置补偿容量Q_r的标准不确定度u₃；

(4)无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u₄；

(5)统计报告期线路的有功负荷P′的标准不确定度u₅。

2)计算并联无功补偿装置节电量测量结果不确定度的各个分量

(1)计算功率因数的标准不确定度u₁

a)计算功率因数测量器件本身的功率因数计算精度的允许误差按均匀分布产生标准不确定度，记为u_B11；

b)计算电压测量通道允许误差按均匀分布产生标准不确定度，记为u_B12；

c)计算电流测量通道允许误差按均匀分布产生标准不确定度，记u_B13；

d)计算第一和第二电流互感器允许误差按均匀分布产生标准不确定度，记u_B14；

u_B11、u_B12、u_B13、u_B14为相互独立的物理量没有耦合关系，设定u_B11、u_B12、u_B13、u_B14的灵敏系数均为1；

实测的平均值，记为按以下公式计算的标准不确定度u₁：

(2)计算功率因数的标准不确定度u₂

按照u₁相同的算法，实测的平均值，记为按以下公式计算的标准不确定度u₂：

(3)计算并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率Q_r的标准不确定度u₃

按照u₁相同的算法，实测Q_r的平均值，记为Q_r1，按以下公式计算Q_r的标准不确定度u₃：

(4)无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u₄

首先根据时间测量器件的时钟计时误差，计算其允许误差【允许误差等于时钟计时误差与一天的标准时间24小时(转化成秒)相除，取百分数】；

计算时间测量器件的允许误差按均匀分布，T的实测值为T_r时，T的标准不确定度u₄：

(5)计算并联无功补偿装置投运后线路的有功功率P′的标准不确定度u₅

按照u₁相同的算法，实测P′的平均值，记为P_r′，按以下公式计算P′的标准不确定度u₅：

3)将计算得到的并联无功补偿装置节电量测量结果不确定度的各个分量合成标准不确定度u_c：

式中c₁、c₂、c₃、c₄和c₅分别为u₁、u₂、u₃、u₄和u₅的灵敏度系数，其中

4)计算并联无功补偿装置节电量测量结果的扩展不确定度U：

U＝ku_c (8)

式(8)中取k＝2。

有益效果：

本发明首创了一种并联无功补偿装置节电量测量方法及其不确定度计算方法，明确了补偿前的功率因数补偿后的功率因数无功补偿装置补偿容量Q_r、无功补偿装置的投入时间T、统计报告期线路的有功负荷P′对节电量结果的影响，对进一步提高节电量结果的准确性具有重要意义。本发明所提供的不确定度计算方法的精确度和置信水平合理、可靠；可操作性强，可以为变压器经济运行、线路升压改造等节电项目的节电量不确定度评定提供借鉴。

附图说明

图1是本发明中并联无功补偿装置节电量测量方法示意图。

图2是本发明中并联无功补偿装置节电量测量方法中测量边界内的等效电路。

图3是本发明一种并联无功补偿装置节电量测量方法的不确定度计算方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，并联无功补偿装置投运后，补偿点到上一级无功电源点间所有串接元件上流过的无功潮流均将减少。为了提高测量和验证操作的经济性，假定上级无功电源点已完全补偿时(即功率因数接近1)，节能技术改造项目的测量边界为补偿点(包括并联无功补偿装置)至上级无功电源点间的电力网络，如图1所示。图中框图所示即为并联无功补偿装置节电量测量方法的测量边界，测量点主要布置在变压器T₁的出口以及并联无功补偿装置的接入点。图中BUS₁、BUS₂为母线，T₁、T₂为变压器，C₁、C₂为并联无功补偿装置的电容，R_L为测量边界内线路的等值电阻，X_L为测量边界内线路的等值电阻电抗。在图1中的第一测量点(测量点1)布置测量装置测量并联无功补偿装置发出的无功功率和补偿点的功率因数。在变压器T₁的低压侧安装测量装置测量运行电压和无功功率。测量点测量仪器的精度会影响到节约电量测量的不确定度评定结果。图1中所示框图范围内的测量边界内的等效电路图如图2所示。图中R_T为测量边界内变压器的等值电阻，X_T为测量边界内变压器的等值电抗。P为线路的等值有功负荷，Q为线路的等值无功负荷，Q_r为并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率。由图2可以得出并联无功补偿装置节电量不确定度评定的测量模型：

式中P′为统计报告期线路的有功负荷；为统计报告期无功补偿点的功率因数；U′_N为统计报告期线路运行电压；R_L为测量边界内线路的等值电阻；为并联无功补偿装置投运前无功补偿点的功率因数；R_T为测量边界内变压器的等值电阻；Q_r为并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率；K无功补偿装置损耗率；T为无功补偿装置的投入时间。

图3为一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法的流程图。

实施例1：

本实施例以交流0.4kV、50Hz低压配电系统的并联无功补偿为例。如图1所示，本实施例中单台并联无功补偿装置安装在台区变压器的出线侧。本实施例中测量装置含电流互感器、无功优化及协调控制器，其中电流互感器精度为0.5级、共3台；无功优化及协调控制器的电压测量精度为0.5级、电流测量精度为0.5级，均为3个通道；无功优化及协调控制器的有功功率、无功功率、功率因数测量精度为1级；无功优化及协调控制器中时间测量器件的时钟计时误差2s/天。本发明以实测数据为来源，不考虑A类不确定度评定。本实施例中U_N＝10kV,R＝0.73Ω,K＝0.0008,为常量，其它参数通过测量获得。式(9)可以简化为式(10)

1.测量不确定度来源分析，测量结果不确定度主要来源于：

(1)补偿前的功率因数的标准不确定度u₁；

(2)补偿后的功率因数的标准不确定度u₂；

(3)无功补偿装置补偿容量Q_r的标准不确定度u₃；

(4)无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u₄；

(5)统计报告期线路的有功负荷P′的标准不确定度u₅。

2.标准不确定度分量评定

2.1的标准不确定度u₁

补偿前最大有功负荷时的功率因数测量装置有3台0.5级电流互感器，分别布置在测量点2的A，B，C三相，无功优化及协调控制器包括3个测量精度为0.5级电压通道、3个测量精度为0.5级电流通道，无功优化及协调控制器中功率因数测量器件本身的功率因数计算精度为1级。

a)无功优化及协调控制器中功率因数测量器件本身的功率因数计算精度的允许误差为±1％，按均匀分布，产生标准不确定度为：

b)单个电压测量通道允许误差为±0.5％，按均匀分布，产生标准不确定度为：

3个电压测量通道产生的标准不确定度为：

c)单个电流测量通道允许误差为±0.5％,产生标准不确定度为：

3个电流测量通道产生的标准不确定度为：

d)单个电流互感器允许误差为±0.5％，产生标准不确定度为：

3个电流互感器产生的标准不确定度为：

e)补偿前最大有功负荷时的功率因数的标准不确定度u₁

u_B11、u_B12、u_B13、u_B14的灵敏系数均为1，u_B11、u_B12、u_B13、u_B14相互独立，的实测平均值为0.9563，故补偿前最大有功负荷时的功率因数的标准不确定度u₁为：

2.2的标准不确定度u₂

按照2.1相同的算法，的实测平均值为0.9973，补偿后最大有功负荷时的功率因数的标准不确定度u₂为：

u₂＝0.6455％×0.9973＝6.437×10^-3 (19)

2.3 Q_r的标准不确定度u₃

按照2.1相同的算法，Q_r的实测平均值为120kvar，无功补偿装置补偿容量Q_r的标准不确定度u₃为：

u₃＝0.6455％*120＝0.7746kvar (20)

2.4无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u₄

无功优化及协调控制器的时钟计时误差2s/天，故允许误差为2.3148×10^-3％，按均匀分布，T的实测值为2.45h，故无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u₄为：

2.5统计报告期P′的标准不确定度u₅

按照2.1相同的算法，P′的实测平均值为518.825kW，预期最大有功功率P′的标准不确定度u₅为：

u₅＝0.6455％*518.825＝3.349kW (22)

3.合成标准不确定度评定u_c

a)该项目节约电量的估计值：

b)灵敏系数

c)合成标准不确定度

4.扩展不确定度U

取k＝2，U＝ku_c＝1.8×10²kWh

当项目节约电量最佳估计值为y＝4.2×10²kWh时，项目节约电量的实际值以95％的概率落在[y-U,y+U]区间，即[2.4×10²kWh,6×10²kWh]内。

Claims (7)

1.一种并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，其特征在于，

所述并联无功补偿装置节电量测量的步骤为：

步骤1、测量装置布置：

以并联无功补偿装置的接入点以及变压器低压侧作为第一测量点和第二测量点；

在第一测量点布置第一电流互感器和无功优化及协调控制器；无功优化及协调控制器包括电压测量通道、电流测量通道测量、有功和无功测量装置、功率因数测量器件和时间测量器件；

步骤2、数据测量：

第一电流互感器采集第一测量点的电流，并将大电流按比例变换成标准小电流，输入电压测量通道和电流测量通道；电压测量通道和电流测量通道测量的输出端连接有功和无功测量装置以及功率因数测量器件，测量并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率和投运前后第一测量点的功率因数；时间测量器件用于测量无功补偿装置的投入时间T；

在第二测量点布置第二电流互感器，测量变压器低压侧电流；并将大电流按比例变换成标准小电流，输入电压测量通道和电流测量通道；电压测量通道和电流测量通道测量的输出端连接有功和无功测量装置，测量并联无功补偿装置投运后线路的有功功率；

上述并联无功补偿装置节电量测量的不确定度评定方法，包括以下步骤：

1)建立并联无功补偿装置节电量测量的等效电路模型，并依据等效电路模型建立并联无功补偿装置节电量测量的数学模型：

式中，Δ(ΔE)并联无功补偿装置节电量测量结果，P′为并联无功补偿装置投运后线路的有功功率；U′_N为统计报告期线路运行电压；R_L为并联无功补偿装置至上级无功电源点间的电力网络的等值电阻；R_T为并联无功补偿装置至上级无功电源点间变压器的等值电阻；为并联无功补偿装置投运前第一测量点的功率因数；为统计报告期第一测量点的功率因数；Q_r为并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率；K为无功补偿装置损耗率，为常量；T为无功补偿装置的投入时间；2)计算并联无功补偿装置节电量测量结果不确定度的各个分量；

2.1)计算功率因数的标准不确定度u₁；

2.2)计算功率因数的标准不确定度u₂；

2.3)计算并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率Q_r的标准不确定度u₃；

2.4)计算无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u₄；

2.5)计算并联无功补偿装置投运后线路的有功功率P′的标准不确定度u₅；

3)将计算得到的并联无功补偿装置节电量测量结果不确定度的各个分量合成标准不确定度u_c：

$u_c=\sqrt{{\left(c_1{u}_1\right)}^2+{\left(c_2{u}_2\right)}^2+{\left(c_3{u}_3\right)}^2+{\left(c_4{u}_4\right)}^2+{\left(c_5{u}_5\right)}^2}$

式中c₁、c₂、c₃、c₄和c₅分别为u₁、u₂、u₃、u₄和u₅的灵敏度系数，其中

4)计算并联无功补偿装置节电量测量结果的扩展不确定度U：

U＝ku_c。

2.根据权利要求1所述的并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，其特征在于，所述步骤2.1)计算功率因数的标准不确定度u₁的方法为：

a)计算功率因数测量器件本身的功率因数计算精度的允许误差按均匀分布产生标准不确定度，记为u_B11；

b)计算电压测量通道允许误差按均匀分布产生标准不确定度，记为u_B12；

c)计算电流测量通道允许误差按均匀分布产生标准不确定度，记u_B13；

d)计算第一和第二电流互感器允许误差按均匀分布产生标准不确定度，记u_B14；

e)实测的平均值，记为按以下公式计算的标准不确定度u₁：

3.根据权利要求2所述的并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，其特征在于，所述步骤2.2)计算功率因数的标准不确定度u₂的方法为：

实测的平均值，记为按以下公式计算的标准不确定度u₂：

4.根据权利要求3所述的并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，其特征在于，所述步骤2.3)计算并联无功补偿装置投运后补偿的无功功率Q_r的标准不确定度u₃的方法为：

实测Q_r的平均值，记为Q_r1，按以下公式计算Q_r的标准不确定度u₃：

$u_3=Q_{r1}\sqrt{{u_{B11}}^2+{u_{B12}}^2+{u_{B13}}^2+{u_{B14}}^2}.$

5.根据权利要求4所述的并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，其特征在于，所述步骤2.4)计算无功补偿装置的投入时间T的标准不确定度u₄的方法为：

首先根据时间测量器件的时钟计时误差，计算其允许误差；然后计算时间测量器件的允许误差按均匀分布，T的实测值为T_r时，T的标准不确定度u₄：

$u_4=\frac{2.3148\×{10}^{-3}\%}{\sqrt{3}}*T_r.$

6.根据权利要求5所述的并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，其特征在于，所述步骤2.5)计算并联无功补偿装置投运后线路的有功功率P′的标准不确定度u₅的方法为：

实测P′的平均值，记为P_r′，按以下公式计算P′的标准不确定度u₅：

$u_5=P_r^{\′}\sqrt{{u_{B11}}^2+{u_{B12}}^2+{u_{B13}}^2+{u_{B14}}^2}.$

7.根据权利要求6所述的并联无功补偿装置节电量测量不确定度评定方法，其特征在于，所述步骤4)中取k＝2，表示并联无功补偿装置节电量的实际值以95％的概率落在[Δ(ΔE)-U,Δ(ΔE)+U]区间内。