CN110599047A - 一种基于大数据的配电网低电压分析评估方法 - Google Patents

Abstract

一种基于大数据的配电网低电压分析评估方法。涉及电力系统配电网技术领域，尤其涉及一种基于大数据技术的配电网低电压分析评估方法。提供了一种基于大数据的配电网低电压分析评估方法，实现了对调度D5000、用电采集以及PMIS2.0系统源端数据的拟合与高效利用，本发明为包含分布式发电厂的配电网电压治理、规划、设计、运维和营销提供数据基础和科学决策依据。

Description

一种基于大数据的配电网低电压分析评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统配电网技术领域，尤其涉及一种基于大数据技术的配电网低电压分析评估方法。

背景技术

配网“低电压”是关系千家万户生活质量的民生问题，消除“低电压”是供电公司履行社会责任和践行服务宗旨的基本要求，是供电企业迈向精益化管理的重要标志。配网电压质量直接关系到电力系统的安全与经济运行及电气设备的使用寿命，电压过低可能会引发电压崩溃，造成大面积停电，还会降低设备的运行能力，增加设备运行能耗，烧毁用户电动机，引起电灯功率下降。低电压运行对供电部门及用电客户都造成很大的负面影响，因此配网的电压质量、配网的安全是供电企业迫切需要解决的难题。

低电压问题除了影响客户的正常用电，还会降低电器的使用效率和经济效益，影响生产设备的正常运行和产品质量，增加电网功率损耗和电能损耗，危及电力系统和供用电设备的安全运行。通过科学全面分析农村低电压问题原因，针对性采取治理措施，能够避免低电压治理过程中的盲目投入、反复改造所造成的人财物浪费，有效解决存在的低电压问题。

在配电网改造与升级过程中，需要对已有的配电网络的负荷能力、电压水平和损耗情况进行量化评估，以便从整体上把握配电网的运行情况，有针对性地提出改造的措施，并进行措施的比较优化，经济有效地改善配电网运行水平。现有的评估方法一般采用MATLAB、ETAP等图形化工具，建模复杂，运行速度慢，对计算机资源的占用量大，结果输出针对性不强，而配电网络网架复杂，数量庞大，需要简单可靠的潮流计算工具实现快速精益的评估。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种基于大数据的配电网低电压分析评估方法，实现了对调度D5000、用电采集以及PMIS2.0系统源端数据的拟合与高效利用，确定网架结构、线路选型及老化状态、主网电压水平、装备技术水平、负荷分布、负荷曲线变化、供电半径、供电能力、无功补偿充裕度对配电网电压的影响，分析高、低电压问题的出现的可能性、诱因、规律和特征为配电网电压治理、规划、设计、运维和营销提供数据基础和科学决策依据。

本发明的技术方案为：包括以下步骤：

S1、获取低电压事件；

S2、低电压成因汇总；

S3、对电压质量事件进行问题归并，即下一级大部分出现问题，则归咎到上一级，若是个例，则是本级内部问题，从用户追溯到变电站；

S4、对于由多成因共同所造成电压质量事件，设置成因权重，在所有匹配的成因中，对应成因的权重排序，排名第一的即为主要原因。

步骤S2中，包括变电站层级、馈线层级、配变层级、低压线路层级、接户线层级和用户层级；

其中，变电站层级中包括母线电压偏低；

馈线层级包括供电半径长、线径细、无功补偿不足以及线路设备故障；

配变层级包括中性点接触不良、档位设置不合理、关口表计故障、桩头接触不良、内阻过大、Yyn0绕组电压不平衡和超重载；

低压线路层级包括供电半径长、线径细和接头接触不良；

接户线层级包括线径细和接触不良；

用户层级包括负载三相不平衡、表计接线接触不良、非居民用户用电超容表计故障和中性点接地接触不良。

步骤S3中，馈线层级问题判断后，再判断配变层级，配变层级只需判断重过载、单相变和三相不平衡。

S4包括以下步骤：

1）对影响电压质量的指标进行分类，然后构造各指标之间相互错杂的层次结构模型，

具体包括目标层、指标层和方案层；

其中，目标层为电压问题分析；

指标层为电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压、不平衡度和电压暂降；

方案层为电压质量好和电压质量不好；

2）根据层次结构模型确定各指标重要性权重；

3）计算出方案层各方案的相对权重，据此判断被评价区域电压质量的好坏；

假设指标层中的电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压、不平衡度和电压暂降依次标定为C_{1 、}C₂···C₆，其对应权重为ω₁ 、ω₂ ···ω₆，将这些权重两两比较，构成一个6×6的判断矩阵A，

A左乘权重向量W=（ω₁，ω₂，···ω₆）^T，得到

即，其中l为单位矩阵；

W是A的特征向量，η是A的特征值；当W未知时，可根据决策者对指标的两两比对作比值判断；

4）进行层次单排序、一致性检验；

5）进行层次总排序、一致性检验。

本发明相对于现有的评估方法建模复杂，运行速度慢，对计算机资源的占用量大，结果输出针对性不强等问题，本方法大大简化建模工作量，精度高，能够有效减少评估工作量，提升配网运行分析、量化评估的效率。本发明一方面减少人员工作量，另一方面为包含分布式发电厂的配电网电压治理、规划、设计、运维和营销提供数据基础和科学决策依据。

附图说明

图1是本发明中S2的结构框图，

图2是本发明中S3的流程图，

图3是层次结构模型图。

具体实施方式

本发明如图1-3所示，包括以下步骤：

S1：获取低电压事件

根据《电能质量 供电电压偏差GB/T 12325-2008》的规定，220V 单相供电电压允许偏差范围为-10%～+7%，20kV及以下三相供电电压允许偏差范围为±7%。

供电模式 额定电压 合格电压范围

单相 220V 198V-235V（单相用户，单相配变）

三相 220V 204.6V-235.4V（三相用户，三相配变）

三相 380V 353V-407V

根据上述，电压越限事件即为220V系统中低于198V的低电压事件和高于235V的高电压事件，380V系统中低于353V的低电压事件和高于407V的高电压事件。

S2：低电压成因汇总

1.1低电压特征分类

依据低电压发生和持续的时间特点，大致可分为3类：长期性、季节性和短时性。

1）长期性低电压指用户低电压情况持续3个月或日负荷高峰低电压持续6个月以上的低电压现象；

2）季节性低电压是指度夏度冬、春灌秋收、逢年过节、烤茶制烟等时段出现的具有周期规律的低电压现象；

3）短时性低电压主要是指由农村居民临时性挂接负荷或建筑用电负荷引起的不具有长期性和季节性特点的阶段性不规律低电压现象。

1.2低电压发生时段分布

1）农村集中排灌期间。每年1～3月份、6～9月份和11～12月份，农业排灌负荷较为集中，用电量较大，部分带有排灌负荷的公用配电变压器短时间出现满载、过载现象，造成处于低压线路末端负荷的供电电压较低。

2）日用电高峰时段。由于农村经济发展迅速，农户生活水平逐步提高，家用电器保有量快速增加，农村配电台区用电负荷快速增长，农村日用电高峰时段相对集中，具体情况见表1。

表1日用电高峰时段

1.3低电压产生的管理层面原因

1）供配电设施运维管理粗放。中低压供电设备台账不健全或更新不及时，网架和设备的基础性资料不完善。营销、配电、调度数据资源信息不能充分共享，变电站、线路、配电变压器（简称配变）和低压用户之间没有建立有效的联调管理机制，未依照季节性负荷情况和用电峰谷状况及时调整配变分接头位置和投切无功补偿设备，设备管理人员对设备运行状态和补偿效果不清楚、不了解、不掌握，对损坏或缺陷设备发现、处理、更换不及时。

2）部分地区营销管理不精细。个别地区农村用户报装接电管理较为松散，存在较大集中负荷接于公用配变用电或农村居民用户生产负荷报小用大的现象，造成配变过负荷低电压情况；配电台区管理人员对台区单相用户未均衡分配接入A、B、C相，大量农村用电负荷集中在农忙时节，如春耕秋收和排灌期间，用电负荷分布不均，造成配变低压侧用电负荷三相严重不平衡，导致重载相中后段用户低电压。

3）中低压配电网电压监测不全面。按照电压监测点一般配置要求，农村电网每百台配变设置1个电压监测点配置，城市电网每百台配变设置2个电压监测点进行配置。农村居民用户点多面广，客户端电压监测不全面；个别电压监测点代表性不强，依据监测数据难以准确掌握农村电压质量真实情况；配电台区监测、用户用电信息采集的运行和状态数据质量参差不齐、可用率低，通过系统性关联分析定位低电压问题原因难度大。

4）低压需求侧管理工作不到位。对用户用电性质掌握不全面，对台区负荷发展的预见性不够，高峰负荷时造成台区配变过负荷运行，未得到有效监测和及时处理；对用户用电知识宣传不够，部分用户的户内线未根据实际用电负荷增长情况同步进行增容改造，超年限超负荷使用，线路老化严重，电压过低致使家用电器无法正常使用；对类似农产品加工的季节性负荷缺乏有效的调峰措施；对大负荷用户错峰用电宣传和引导不力，负荷过于集中，未能及时转移负荷，造成用户低电压问题。

1.4低电压产生的技术层面原因

1）农村配电网供电能力不足。农村用电负荷相对城市负荷密度小，部分农村特别是丘陵、山区等地居民居住比较分散，变电站布点不足，缺乏合理规划，配变布点和线径配置凭经验，缺少必要的电压降落校验；个别新上或改造的配电台区设计时超合理负荷距供电，配变容量配置不足，低压线路供电半径大。

2）中低压配电网电压调控能力弱。农村未改造的部分变电站中的无载调压主变压器还占据一定比例，高峰负荷期间无法保证10kV馈线出口电压质量；对长期存在低电压问题的中低压配电线路未加装自动调压装置。配变主要为无载调压型，调压范围基本为±2.5%或±5%，无载调压型配变因需要停电进行调压操作，一般只做季节性调整或不做调整，对于日负荷波动较大的配电台区无法满足电压调节频度技术需求。

3）无功补偿配置不足或不合理。农村用电负荷具有季节性和时段性波动特性，高峰负荷时几近满载或过载，低谷负荷时接近空载，对农村配电网各层级的无功补偿配置、调控能力提出较高的要求。农村电网无功电源建设严重滞后，普遍存在无功补偿容量不足或不合理等问题。部分地区对变电站无功补偿配置较为重视，10kV线路与配变无功补偿配置不科学，一般按照标准容量配置，装置的投运率和可用率较低，电网末端无功缺乏，所需无功功率由发电厂或上级变电站远距离输送到电力终端用户，造成较高的电网损耗和较大幅度的电压降落。

4）农村配电网自动化和信息化程度低。农村电网电压无功在线监测与可控、能控和在控设备相对较少，通信网络建设也相对滞后，自动化和信息化基础薄弱，已有的监测和可控设备多为分散型和就地型，无法及时了解和掌握低电压问题情况、发生原因，无法实现电压无功多级联调和全局性优化控制，依靠运维人员的巡视、抽测等方式查找与解决处理问题的准确性和实时性差，中低压配电网规划、建设、改造方案的形成往往缺乏电网各层级的运行数据支撑和科学决策依据。

如图1所示，包括变电站层级、馈线层级、配变层级、低压线路层级、接户线层级和用户层级；

其中，变电站层级中包括母线电压偏低；

馈线层级包括供电半径长、线径细、无功补偿不足以及线路设备故障；

配变层级包括中性点接触不良、档位设置不合理、关口表计故障、桩头接触不良、内阻过大、Yyn0绕组电压不平衡和超重载；

低压线路层级包括供电半径长、线径细和接头接触不良；

接户线层级包括线径细和接触不良；

用户层级包括负载三相不平衡、表计接线接触不良、非居民用户用电超容表计故障和中性点接地接触不良。

S3：对电压质量事件进行问题归并，即下一级大部分出现问题，则归咎到上一级，若是个例，则是本级内部问题，如图2所示，从用户追溯到变电站。馈线层级问题判断后，再判断配变层级，配变层级只需判断：重过载，单相变，三相不平衡。

S4：对于由多成因共同所造成电压质量事件，设置成因权重，在所有匹配的成因中，对应成因的权重排序，排名第一的即为主要原因。

1）对影响电压质量的指标进行分类，然后构造各指标之间相互错杂的层次结构模型，如图3：

2）根据层次结构图确定各指标重要性权重。

3）计算出方案层各方案的相对权重，据此判断被评价区域电压质量的好坏。

假设图(3)中的指标自左到右依次标定为C_{1 、}C₂···C₆，其对应权重为ω₁ 、ω₂···ω₆，将这些权重两两比较，构成一个6×6的判断矩阵A，

A左乘权重向量W=（ω₁，ω₂，···ω₆）^T，得到

即，其中l为单位矩阵；显然，W是A的特征向量，η是A的特征值；当W未知时，可根据决策者对指标的两两比对作比值判断；

4）进行层次单排序、一致性检验；

5）进行层次总排序、一致性检验。

本发明通过对传统配网前推回代潮流计算方法的研究，简化建模工作量，精度高，能够有效减少评估工作量，提升配网运行分析、量化评估的效率。

对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：

（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；

（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；

以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于大数据的配电网低电压分析评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取低电压事件；

S2、低电压成因汇总；

S3、对电压质量事件进行问题归并，即下一级大部分出现问题，则归咎到上一级，若是个例，则是本级内部问题，从用户追溯到变电站；

S4、对于由多成因共同所造成电压质量事件，设置成因权重，在所有匹配的成因中，对应成因的权重排序，排名第一的即为主要原因。

2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的配电网低电压分析评估方法，其特征在于，步骤S2中，包括变电站层级、馈线层级、配变层级、低压线路层级、接户线层级和用户层级；

其中，变电站层级中包括母线电压偏低；

馈线层级包括供电半径长、线径细、无功补偿不足以及线路设备故障；

配变层级包括中性点接触不良、档位设置不合理、关口表计故障、桩头接触不良、内阻过大、Yyn0绕组电压不平衡和超重载；

低压线路层级包括供电半径长、线径细和接头接触不良；

接户线层级包括线径细和接触不良；

用户层级包括负载三相不平衡、表计接线接触不良、非居民用户用电超容表计故障和中性点接地接触不良。

3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的配电网低电压分析评估方法，其特征在于，

步骤S3中，馈线层级问题判断后，再判断配变层级，配变层级只需判断重过载、单相变和三相不平衡。

4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的配电网低电压分析评估方法，其特征在于，S4包括以下步骤：

1）对影响电压质量的指标进行分类，然后构造各指标之间相互错杂的层次结构模型，

具体包括目标层、指标层和方案层；

其中，目标层为电压问题分析；

指标层为电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压、不平衡度和电压暂降；

方案层为电压质量好和电压质量不好；

2）根据层次结构模型确定各指标重要性权重；

3）计算出方案层各方案的相对权重，据此判断被评价区域电压质量的好坏；

假设指标层中的电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压、不平衡度和电压暂降依次标定为C_{1 、}C₂···C₆，其对应权重为ω₁ 、ω₂ ···ω₆，将这些权重两两比较，构成一个6×6的判断矩阵A，

A左乘权重向量W=（ω₁，ω₂，···ω₆）^T，得到

即，其中l为单位矩阵；

W是A的特征向量，η是A的特征值；当W未知时，可根据决策者对指标的两两比对作比值判断；

4）进行层次单排序、一致性检验；

5）进行层次总排序、一致性检验。