CN109217303B - 基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法，属于电量计算领域，包括步骤S1：绘制单线图，读取10kV线路所连配电变压器二次侧总表的实际抄见电量，并收集整理各变压器的额定短路损耗功率与空载损耗功率，以计算配电变压器绕组总等值电阻和线路固定损耗电量；S2：从线路末端到首端，分支到总支收集线路的参数信息并计算经过各自分段线路的总用电量，按线段逐一计算10kV线路的等值电阻；S3：收集线路的基本参数，分别采用正、反向数学模型计算10kV配电台区的理论线损；S4：分析影响线损大小的因素，探究两种数学模型在线路产生不明线损时计算结果的差异和原因，以此为依据辨识线路是否产生有不明线损。

Description

基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计 算方法

技术领域

本发明属于电量计算领域，涉及一种基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法。

背景技术

线路损耗是指在输配电过程中产生的电能损耗，从各级电网电能损耗所占比例来看， 10kV配电线路电能损耗约占总损耗的27％，在各电压等级中占比较高，这直接影响到电力企业的经济效益。因此，电力部门的一项基本工作是管理10kV配电线路的电能损耗，致力于查找配电台区产生较大线损的原因并采取降损措施，以提高线损管理水平和电网的经济运行效益。

线路实际损耗分为理论线损和包含表计误差、窃电、漏电等不明损耗在内的管理线损，对于运行时间久，实际线损率过高的10kV配电线路，要通过对比不同方法得到的理论线损率识别不明损耗，首先需要求得理论线损。计算理论线损的方法有多种，主要有：均方根电流法、平均电流法、损失因数法、等值电阻法以及潮流算法等基本方法。因为10kV配电台区分支线路多，配电变压器二次侧负荷波动等因素的影响，精确计算理论线损值难度较大，其中，潮流算法计算过程繁琐，难以获取准确数据，误差大，在实际应用中存在较多局限性；均方根电流法、平均电流法等可实现理论线损的粗略计算，但不能根据线损结果查找出不明损耗；也有学者在采用负荷电量计算低压配电台区理论线损的前提下，通过对比实际线损率与理论线损率的不同变化查找不明线损。

目前，配电系统具有较高的自动化水平，尤其是智能电表和远程自动抄表系统的应用，使得电力部门更为便捷、准确的采集线路有功、无功电量、配电变压器二次侧实测负荷记录等，同时实现了线路实际损耗的自动计算，以便实时监测线路的运行情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对目前已有计量方法误差大、实际应用中存在较大局限性等问题，结合目前配电系统的特点，分别建立以正、反两方向计算理论线损的数学模型，通过计算正、反向理论线损结果以及线路导线和配电变压器各自的电能损耗，对比正、反向模型所算得的理论线损率及其变化，以辨识不明线损，反映配电线路技术线损的真实情况，为电力部门采取有效降损措施以提高线损管理水平提供参考，提供一种基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法，包括以下步骤：

S1：绘制单线图，远程读取10kV线路所连配电变压器二次侧总表的实际抄见电量，并收集整理各变压器的额定短路损耗功率与空载损耗功率，以计算配电变压器绕组的总等值电阻和线路固定损耗电量；

S2：从线路末端到首端，分支到总支收集线路的参数信息，包括单位电阻的大小以及各分段线路长度，并计算经过各自分段线路的总用电量，按线段逐一计算10kV线路的等值电阻；

S3：收集线路的基本参数，分别采用正、反向数学模型计算10kV配电台区的理论线损，所述基本参数包括负荷曲线形状系数和供电运行时间；

S4：分别分析由正、反向数学模型计算得出的理论线损，分析影响线损大小的因素，探究两种数学模型在线路产生不明线损时计算结果的差异和原因，以此为依据辨识线路是否产生有不明线损。

进一步，线路理论损耗电量为线路可变损耗与线路固定损耗电量之和，由于线路固定损耗电量为配电变压器的空载损耗，在确定变压器的型号后即可计算线路固定损耗，计算公式如下：

其中，ΔP_io为第i台配电变压器额定空载损耗功率，m为全线配电变压器的台数，t为线路供电时间。

线路可变损耗通过等值电阻法计算，把配电网的可变损耗视为线路首端平均电流I_av通过线路导线和配电变压器等值电阻之和R_eq·∑时产生的损耗，其中R_eq·∑＝R_DZ·L+R_DZ·B，式中 R_DZ·L表示线路等值电阻，R_DZ·B表示线路上所接配电变压器绕组的总等值电阻。

进一步，在步骤S1中，线路上所接配电变压器绕组总等值电阻的计算公式如下：

其中，A_bi为线路上第i台配电变压器二次侧总表实际抄见电量；m为全线配电变压器的台数，R_B·i是第i台配电变压器绕组归算到一次侧的等值电阻，由下式计算：

其中，ΔP_k·i为第i台配电变压器的额定短路损耗功率；S_e·i为第i台配电变压器的额定容量；U_1N为配电变压器一次侧额定电压。

进一步，在步骤S2中，线路等值电阻的计算按照绘制的单线图和各配电变压器二次侧实抄电量，并从线路末端到首端，从分支到主干即线路电量递增的顺序进行计算，计算公式为：

其中，A_bj·∑为第j段线路供电的配电变压器二次侧总表抄见电量之和；n为线路分段的总段数；A_bi为线路上第i台配电变压器二次侧总表实际抄见电量；m为全线变压器的台数； R_j为第j段线路导线的计算电阻：R_j＝r₀L，r₀为单位长度导线的电阻，根据导线型号查得， L为该段线路的长度。

进一步，在步骤S3中，所述正向数学模型为：读取一段时间内10kV线路首端的有功、无功电量，采用“电量法”即电能表取数法进行计算，计算公式如下：

其中，A_p·g、A_Q·g分别为供电时间内线路首端抄见的有功、无功电量；K为负荷曲线形状系数，在求得线路首端平均电流I_av后，通过查K＝f(I_av)关系曲线确定负荷曲线形状系数；R_eq·Σ为线路总等值电阻；U_1e为线路首端平均运行电压；t为线路供电时间。

进一步，在步骤S3中，所述反向数学模型为：基于10kV配电台区理论线损与配电变压器二次侧总表实抄电量相匹配的基本现象，采用配电变压器二次侧实抄电量建立计算理论线损的数学模型；

计算线路首端平均电流的公式为：

则理论线损的计算式为：

式中：ΔA_KB为10kV配电台区理论线损；

为线路首端的平均功率因数。

进一步，为了使线损在轻、重载情况下的理论计算具有典型性，代表日的选择应根据以下原则进行：

1)10kV线路分别运行在低负荷和高负荷两种状态下，运行方式较为正常，具有代表性；

2)气候是本地区的正常气候，天气情况良好；

3)日供电量和日售电量接近全月或全年的日平均水平。

本发明的有益效果在于：本专利提出基于配电变压器二次侧实抄电量计算10kV配电台区理论线损的方法，并且通过对算例的计算与分析得出如下结论：

1)该方法的计算结果可真实地反映配电台区的理论线损，通过算例反映出线路损耗主要受负载率和功率因数的影响。

2)理论线损随负载率的升高而增大，并且线路导线损耗较配电变压器绕组损耗在线路总损耗中的占比高、增长迅速；而理论线损随功率因数的增大而减小，这表明电力部门需采取补偿无功功率的措施以提高线路功率因数。

3)当线路产生不明损耗时，配电变压器二次侧供电量保持不变，可利用正反向模型计算得到的不同线损率，以辨识不明线损。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明实施例所述的电阻等效模型；

图2为本发明具体算例所述的10kV配电台区的单线图；

图3为算例中实际线损率与理论线损率在不同负载下的变化情况；

图4为算例中采用正反向数学模型计算理论线损的结果；

图5为算例中线路导线损耗与配电变压器绕组损耗的变化情况；

图6为算例中理论线损率随不明线损变化的曲线图

图7为本发明所述基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图7所示，基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法，包括以下步骤：

步骤一：绘制单线图，远程读取10kV线路所连配电变压器二次侧总表的实际抄见电量，并收集整理各变压器的额定短路损耗功率与空载损耗功率，以计算配电变压器绕组的总等值电阻和线路固定损耗电量；

步骤二：从线路末端到首端，分支到总支收集线路的参数信息，包括单位电阻的大小以及各分段线路长度，并计算经过各自分段线路的总用电量，按线段逐一计算10kV线路的等值电阻；

步骤三：收集线路的基本参数，分别采用正、反向数学模型计算10kV配电台区的理论线损，所述基本参数包括负荷曲线形状系数和供电运行时间；

步骤四：分别分析由正、反向数学模型计算得出的理论线损，分析影响线损大小的因素，探究两种数学模型在线路产生不明线损时计算结果的差异和原因，以此为依据辨识线路是否产生有不明线损。

线路理论损耗电量为线路可变损耗与固定损耗电量之和，由于线路固定损耗电量为配电变压器的空载损耗，在确定变压器的型号后即可计算线路固定损耗，表达式如下：

ΔP_io为第i台配电变压器额定空载损耗功率，m为全线配电变压器的台数，t为线路供电时间。

可变损耗分为线路导线损耗与配电变压器绕组损耗。等值电阻法是一种近似计算线路可变损耗的方法，理论基础是平均电流法，它把配电网的可变损耗视为线路首端平均电流I_av通过线路导线和配电变压器等值电阻之和R_eq·∑(R_eq·∑＝R_DZ·L+R_DZ·B)时产生的损耗，配电线路的等值电阻模型如图1所示。

其中，线路等值电阻的计算按照绘制的单线图和各配电变压器二次侧实抄电量，并从线路末端到首端，从分支到主干即线路电量递增的顺序进行计算。常用表达式为：

式中：A_bj·∑为第j段线路供电的配电变压器二次侧总表抄见电量之和；n为线路分段的总段数；A_bi为线路上第i台配电变压器二次侧总表实际抄见电量；m为全线变压器的台数；R_j为第j段线路导线的计算电阻：R_j＝r₀L，r₀为单位长度导线的电阻，根据导线型号查得，L为该段线路的长度。

同理，线路上所接变压器绕组总等值电阻计算的常用表达式为：

其中，R_B·i是第i台配电变压器绕组归算到一次侧的等值电阻，由下式计算：

式中：ΔP_k·i为第i台配电变压器的额定短路损耗功率；S_e·i为第i台配电变压器的额定容量；U_1N为配电变压器一次侧额定电压。

正向数学模型：

因为10kV线路首端都装设了有功电能表、无功电能表、电压表等表计，可读取一段时间内的有功、无功电量，因此该线路理论线损的计算可采用“电量法”即电能表取数法进行计算。计算公式如下：

式中：A_p·g、A_Q·g分别为供电时间内线路首端抄见的有功、无功电量；K为负荷曲线形状系数，在求得线路首端平均电流I_av后，通过查K＝f(I_av)关系曲线确定负荷曲线形状系数； R_eq·Σ为线路总等值电阻；U_1e为线路首端平均运行电压；t为线路供电时间。

由上式可见，用等值电阻法正向计算理论线损的基础是通过10kV线路首端抄见的有功、无功电量计算得到的平均负荷电流，由于线路首端总表测得的有功、无功电量是实际供给该配电台区的全部电量，即总表有功电量包含线路故障时产生的不明损耗电量，故用该数据确定10kV配电线路的理论线损误差较大，而且不能够辨识出线路存在的不明线损信息。

当10kV配电台区正常运行时，其理论线损应与配电变压器二次侧总表实抄电量相匹配。若线路产生了不明损耗电量，为满足用户的用电需求，配电变压器二次侧供电量应保持不变，线路首端总有功电量要随不明损耗的变化而变化，故采用配电变压器二次侧实抄电量算得的理论线损率变化趋势不同于采用线路首端电量的计算结果，因此，可以利用这一信息来辨识线路是否存在不明损耗。

反向数学模型：

本节基于10kV配电台区理论线损与配电变压器二次侧总表实抄电量相匹配的基本现象，采用配电变压器二次侧实抄电量建立计算理论线损的数学模型。此时，计算线路首端平均电流的公式为：

则理论线损的计算式为：

式中：ΔA_KB为10kV配电台区理论线损；

为线路首端的平均功率因数。

采用正向模型计算理论线损时，先利用线路首端有功、无功供电量等数据确定首端的平均电流I_av，再代入ΔA_KB＝I_av ²K²R_eq·∑t×10^-3求取理论线损。然而由(6)式可见，反向数学模型线路首端的平均负荷电流要在求得理论线损ΔA_KB后才能得到，故将平均电流代入理论线损的计算式得：以10kV配电线路理论线损为变量的一元二次方程，如(7)式所示，通过求根公式计算理论线损值。

本申请将通过一具体算例对技术方案进行详细说明。

采用正反向数学模型分别计算理论线损，分析影响线损大小的因素，探究两种数学模型在线路产生不明线损时计算结果的差异和原因，以此为依据辨识线路产生了不明线损。如图 2为本文算例的单线图,图中配电变压器侧分子和分母分别为变压器型号与台区名称，线路上分数前的数字为线路编号，分子和分母分别为线路的型号和长度，导线LJ-25,LJ-35和LJ-50 的单位长度电阻分别为：1.28、0.92、0.64(Ω/km)。

由于10kV配电线路在一天24小时内的负载率随负荷而变，为反映实际线损与理论线损在不同负载率下的变化情况以及两者的差异，以图2配电台区单线图为例，分别计算该线路的实际线损率与理论线损率，结果如下表1所示。

表1

由图3可以看出，10kV配电台区的实际线损率在不同负载下都要大于理论线损率，台区实际线损是实际供电量和售电量之差，含有抄表误差、表计误差等，而算得的理论线损是配电台区供电过程中的技术损耗，故理论线损率是电力部门考虑降损措施时的重要参考依据。

根据图3理论线损率曲线在负载率从10％增大至100％过程中的变化可知，理论线损率先减小后增大，这是因为在负载率大约为20％时线路固定损耗电量与可变损耗电量几乎相等，此时线路负荷电流称为经济负荷电流，若线路能够运行在经济负荷电流左右一个区域内，则对应的理论线损值相对较小。但为了提高配电变压器的利用率、满足用户对用电量的需求以及考虑线路运行的经济性，10kV配电台区常常会工作在重载甚至满载状态下，对应的线路损耗就会较高。因此，电力部门需对重载运行时的配电线路采取有效降损措施。

从图4可知，线路负载率从小增大至满载过程中，利用正向数学模型计算的理论线损值要大于利用反向数学模型所得结果，由于正向计算线损所读取的首端有功电量不仅包括二级表实际供电量，而且还有损耗在线路导线和变压器绕组中的有功电量，将其代入(5)式会使线损结果偏大，而采用配电变压器二次侧实抄电量进行线损计算的反向数学模型与10kV配电台区的理论线损相匹配，计算结果能够真实反映线路正常运行时的线损情况。

线路可变损耗电量为线路导线损耗与配电变压器绕组损耗之和，分别对不同负载率下导线与配电变压器的损耗进行计算，变化情况如图5所示。

从图5可以看出，线路导线损耗在总损耗中占比较大，而且较变压器绕组损耗的增长更为迅速。当配电线路负载率大于90％时，配电变压器绕组损耗约为300kWh,而线路导线损耗高达700kWh，这是10kV配电台区重载运行时理论线损率较高的主要原因。所以在保证安全运行的前提下，电力部门需合理设置配电线路的接线方式，尽可能缩短供电半径以降低线路导线损耗。

功率因数的影响

以采用配电变压器二次侧实抄电量计算线损的反向数学模型为例，对线路运行在轻、重载典型情况下的线损进行计算。线路初始功率因数为0.6，在线路负载率为20％和80％时算得的可变损耗电量分别为60.15kWh和1199.43kWh,将多组增大的平均功率因数代入(6)式依次得到的线损变化见下表2、3所示。

表2

表3

表2、3分别是负载率为20％和80％的功率因数与损耗变化关系表。通过上表可以看出，线路损耗随功率因数的增大而减小，在负载率为80％情况下的线损减小量尤为明显，这表明提高功率因数对于降低重载运行线路的电能损耗具有重要意义。

发现不明线损

由于运行时间较久的配电线路常常会产生不明损耗电量，为满足用户用电量的需求，线路首端供电量要相应增大以保持配电变压器二次侧供电量不变。本算例采用两种数学模型分别计算不明线损逐渐增大过程中的理论线损率，线损率的变化情况如图6所示。

由图6曲线的变化情况可知，采用正向数学模型依次算得的理论线损率随不明损耗电量的增大而增大，这利用了正向数学模型计算线损所读取的首端有功电量包含不明损耗的特点，而采用反向数学模型算得的理论线损率是逐渐减小的。因此，依据这一信息辨识出线路产生了不明线损。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：绘制单线图，远程读取10kV线路所连配电变压器二次侧总表的实际抄见电量，并收集整理各变压器的额定短路损耗功率与空载损耗功率，以计算配电变压器绕组的总等值电阻和线路固定损耗电量；

S2：从线路末端到首端，分支到总支收集线路的参数信息，包括单位电阻的大小以及各分段线路长度，并计算经过各自分段线路的总用电量，按线段逐一计算10kV线路的等值电阻；

S3：收集线路的基本参数，分别采用正、反向数学模型计算10kV配电台区的理论线损，所述基本参数包括负荷曲线形状系数和供电运行时间，线路理论损耗电量为线路可变损耗与线路固定损耗电量之和，线路可变损耗通过等值电阻法计算，把配电网的可变损耗视为线路首端平均电流通过线路导线和配电变压器等值电阻之和时产生的损耗；

所述正向数学模型为：读取一段时间内10kV线路首端的有功、无功电量，采用“电量法”即电能表取数法进行计算，计算公式如下：

其中，A_p·g、A_Q·g分别为供电时间内线路首端抄见的有功、无功电量；K为负荷曲线形状系数，在求得线路首端平均电流I_av后，通过查K＝f(I_av)关系曲线确定负荷曲线形状系数；R_et·∑为线路总等值电阻，R_et·_∑＝R_Dt·L+R_DZ·B，式中R_DZ·L表示线路等值电阻，R_DZ·B表示线路上所接配电变压器绕组的总等值电阻；U_1e为线路首端平均运行电压；t为线路供电时间；

所述反向数学模型为：基于10kV配电台区理论线损与配电变压器二次侧总表实抄电量相匹配的基本现象，采用配电变压器二次侧实抄电量建立计算理论线损的数学模型；

计算线路首端平均电流的公式为：

则理论线损的计算式为：

式中：ΔA_KB为10kV配电台区理论线损；

为线路首端的平均功率因数，A_bi为线路上第i台配电变压器二次侧总表实际抄见电量；

S4：分别分析由正、反向数学模型计算得出的理论线损，分析影响线损大小的因素，探究两种数学模型在线路产生不明线损时计算结果的差异和原因，以此为依据辨识线路是否产生有不明线损。

2.根据权利要求1所述的基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法，其特征在于：线路理论损耗电量为线路可变损耗与线路固定损耗电量之和，由于线路固定损耗电量为配电变压器的空载损耗，在确定变压器的型号后即可计算线路固定损耗，计算公式如下：

其中，ΔP_io为第i台配电变压器额定空载损耗功率，m为全线配电变压器的台数，t为线路供电时间。

线路可变损耗通过等值电阻法计算，把配电网的可变损耗视为线路首端平均电流I_at通过线路导线和配电变压器等值电阻之和R_et·∑时产生的损耗。

3.根据权利要求2所述的基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法，其特征在于：在步骤S1中，线路上所接配电变压器绕组总等值电阻的计算公式如下：

其中，m为全线配电变压器的台数，R_B·i是第i台配电变压器绕组归算到一次侧的等值电阻，由下式计算：

其中，ΔP_k·i为第i台配电变压器的额定短路损耗功率；S_e·i为第i台配电变压器的额定容量；U_1N为配电变压器一次侧额定电压。

4.根据权利要求3所述的基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法，其特征在于：在步骤S2中，线路等值电阻的计算按照绘制的单线图和各配电变压器二次侧实抄电量，并从线路末端到首端，从分支到主干即线路电量递增的顺序进行计算，计算公式为：

其中，A_bj·∑为第j段线路供电的配电变压器二次侧总表抄见电量之和；n为线路分段的总段数；A_bi为线路上第i台配电变压器二次侧总表实际抄见电量；m为全线变压器的台数；R_j为第j段线路导线的计算电阻：R_j＝r₀L，r₀为单位长度导线的电阻，根据导线型号查得，L为该段线路的长度。

5.根据权利要求1所述的基于配电变压器二次侧实抄电量的10kV配电台区理论线损计算方法，其特征在于：为了使线损在轻、重载情况下的理论计算具有典型性，代表日的选择应根据以下原则进行：

1)10kV线路分别运行在低负荷和高负荷两种状态下，运行方式较为正常，具有代表性；

2)气候是本地区的正常气候，天气情况良好；

3)日供电量和日售电量接近全月或全年的日平均水平。

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