CN112560239A - 一种台区线路阻抗的计算方法、计算系统及计算机可读存储介质 - Google Patents

一种台区线路阻抗的计算方法、计算系统及计算机可读存储介质 Download PDF

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CN112560239A CN202011397022.8A CN202011397022A CN112560239A CN 112560239 A CN112560239 A CN 112560239A CN 202011397022 A CN202011397022 A CN 202011397022A CN 112560239 A CN112560239 A CN 112560239A
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Abstract

本发明涉及配电网技术领域，更具体地，涉及一种台区线路阻抗的计算方法。一种台区线路阻抗的计算方法，包括以下步骤：S1：构建台区等效供电回路模型；S2：根据步骤S1的台区等效供电回路模型，构建回路阻抗数学模型；S3：利用采集的台区配电变压器和用户的电压、电流数据及回路阻抗数学模型，基于二元线性回归分析算法，求解台区线路阻抗。本发明能够进一步提高台区用户阻抗计算精度的目的，通过对用户回路阻抗的实时监测，及时发现线路老化现象，并进行短路或断路故障预判，可有效减少故障发生并提高供电可靠性，通过对低压用户回路阻抗的监测分析，可有效发现用户窃电的异常用电行为，帮助电力管理者加强用电管理。

Description

一种台区线路阻抗的计算方法、计算系统及计算机可读存储 介质
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，更具体地，涉及一种台区线路阻抗的计算方法、计算系统及计算机可读存储介质。
背景技术
低压配网由于用户数量庞大，供电网络复杂，供电线路质量参差不齐，加之设备及线路异动频繁，导致低压配电网图形、模型很难有效绘制和测量。同时随着线路使用期限的增加以及外在恶劣自然环境的侵蚀，线路会逐渐老化，老化线路一方面存在断线的可能，更多是电线老化后，绝缘性能下降，容易产生漏电或短路现象，给用户的日常带来了极大的安全隐患。作为低压配电台区的典型类型，城市楼宇台区尤其是老城区的楼宇台区这些特征更为明显。通过用户回路阻抗的实时监测，及时发现线路老化现象，并进行短路或断路故障预判，可有效减少故障发生提高供电可靠性。中国专利申请，公开号为：CN111610371A公开了一种台区阻抗的实时计算方法，包括如下步骤：(1)依据用电信息采集系统，抽取原始数据；(2)对原始数据进行处理；(3)对配电网线路进行简化，依据处理后的数据进行阻抗计算。该公开的技术方案在一定程度上能够监测阻抗的变化，发现配电线路老化、台区供电范围过大、窃电与违约用电行为等异常情况，但是仍存在着对阻抗的变化监测不精确的问题。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中对台区线路阻抗监测不精确的问题，提供一种台区线路阻抗的计算方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种台区线路阻抗的计算方法，包括以下步骤：
S1：构建台区等效供电回路模型；
S2：根据步骤S1的台区等效供电回路模型，构建回路阻抗数学模型；
S3：利用采集的台区配电变压器和用户的电压、电流数据及回路阻抗数学模型，基于二元线性回归分析算法，求解台区线路阻抗。
优选地，所述步骤S1具体包括以下步骤：
s11：台区配电变压器与挂接在各相下的k个用户任意时刻t的电压分布特征如下：
UT(t)＞U1(t)＞U2(t)＞U3(t)＞…＞UK(t) (1)
其中，UT(t)表示配电变压器在任意时间t的电压；UK(t)表示挂接在配电变压器各相下用户k在任意时刻t的电压，其中K值越小，表示用户供电位置越接近配电变压器同相出线位置；
s12：用户k的线路回路阻抗包括用户干线阻抗ZLGXk和用户支线阻抗zUK，其中，用户干线阻抗ZLGXk为用户所属配电变压器同相线路出口至用户所属表箱段线路阻抗，它等于该用户前端所有用户的各用户之间阻抗ZLi之和；用户支线阻抗ZUk为用户所属表箱出口至用户内部用电回路段的线路阻抗；
Figure BDA0002815591500000022
s13：用户k的等效回路阻抗uk_Req即是该用户的干线阻抗ZLGXk和支线阻抗ZUk之和：
uk_Req＝ZLGXk+ZUk (3)
优选地，所述步骤S2包括以下步骤：
s21：列写单用户回路阻抗KVL方程；
s22：设置合理假设条件；
s23：推导简化数学模型。
优选地，所述步骤s21具体为：
用户1的回路方程为：
Figure BDA0002815591500000023
用户2的回路方程为：
Figure BDA0002815591500000021
用户3的回路方程为：
Figure BDA0002815591500000031
依次类推，得出用户k的回路方程：
Figure BDA0002815591500000032
其中，
Figure BDA0002815591500000036
表示用户k在任意时刻t的干线电路电流；
Figure BDA0002815591500000037
表示用户k在任意时刻t的支线电路电流。
优选地，所述步骤s22具体为，基于台区的特征，台区内用户间物理连接位置相近且用户间线路连接距离分布均匀，在此基础上假设用户间的线路阻抗相等，即：
Figure BDA0002815591500000038
优选地，所述步骤s23具体为，根据步骤s22给出的假设条件，对步骤s21中给出的各用户回路方程进行简化；
用户1的回路方程简化为：
Figure BDA0002815591500000039
用户2的回路方程简化为：
Figure BDA0002815591500000033
用户3的回路方程简化为：
Figure BDA0002815591500000034
依次类推，得出用户k的简化回路方程：
Figure BDA0002815591500000035
将公式(4)两边同时除以
Figure BDA0002815591500000042
得到最终的台区线路阻抗计算模型：
Figure BDA0002815591500000041
将步骤s23所得的台区线路阻抗计算模型与线性回归模型进行分析对比，
线性回归模型为：
yt＝α+βx1+εi (6)
其中，xiyi为样本量，β为回归系数，α为回归常数项；εi是随机扰动项，各扰动量之间相互独立，且服从正态分布；通过对比发现式(5)和式(6)具有一致性，可通过线性回归方法求解模型。
优选地，在所述步骤S3中，以12min-16min为间隔，采集台区配电变压器和用户的电压、电流数据。
优选地，所述步骤S3中基于二元线性回归的回路阻抗计算步骤包括：
s31：将步骤S3获取到的样本数据代入到步骤s23的台区线路阻抗计算模型中进行相关变量的计算；
s32：对模型进行二元线性回归分析；
s33：将剩余均方差进行拟合；
s34：通过回归系数α和β的值，估算出该用户的干线阻抗和支线阻抗值，通过干线阻抗和支线阻抗的累加获取该用户的回路阻抗值；
s35：以P值进行模型置信水平检测。
本发明另一方面提出一种台区线路阻抗的计算系统，包括存储器和处理器，所述的存储器中包括台区线路阻抗的计算方法程序，所述的台区线路阻抗的计算方法程序被所述的处理器执行时，实现如下步骤：
S1：构建台区等效供电回路模型；
S2：根据步骤S1的台区等效供电回路模型，构建回路阻抗数学模型；
S3：利用采集的台区配电变压器和用户的电压、电流数据及回路阻抗数学模型，基于二元线性回归分析算法，求解台区线路阻抗。
本发明另一方面提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括实现如上所述的台区线路阻抗的计算方法程序。
与现有技术相比，有益效果是：本发明基于台区配变侧与用户侧的电压、电流的数据，建立台区内用户的线路阻抗计算模型，考虑台区内部用户的电压分布特征、回路阻抗组成特征以及用户之间线路阻抗分布特征等因素，对模型进行优化，并基于二元线性回归分析求解用户的线路阻抗参数，从而进一步提高台区用户阻抗计算精度的目的，通过对用户回路阻抗的实时监测，及时发现线路老化现象，并进行短路或断路故障预判，可有效减少故障发生并提高供电可靠性，通过对低压用户回路阻抗的监测分析，可有效发现用户窃电的异常用电行为，帮助电力管理者加强用电管理，提高企业的经济效益，安全可靠的供用电。
附图说明
图1是本发明台区线路阻抗计算电路模型图；
图2是本发明台区的线路阻抗计算方法流程图；
图3是本发明针对单用户回路阻抗计算线性回归算例示意图；
图4是本发明对某楼宇台区所有用户阻抗计算结果算例示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1
如图1至图4所示，一种台区线路阻抗的计算方法，包括以下步骤：
S1：构建台区等效供电回路模型；
S2：根据步骤S1的台区等效供电回路模型，构建回路阻抗数学模型；
S3：利用采集的台区配电变压器和用户的电压、电流数据及回路阻抗数学模型，基于二元线性回归分析算法，求解台区线路阻抗。
其中，步骤S1具体包括以下步骤：
s11：如图1所示，为城市楼宇台区的等效供电回路图，根据低压配电台区各用户与配电变压器的电压分布特征，用户供电位置越接近配电变压器同相出线位置，该用户的电压就越接近该用户所属配电变压器同相电压。反映到城市楼宇台区等效供电回路图上，台区配电变压器与挂接在各相下的k个用户任意时刻t的电压分布特征如下：
UT(t)＞U1(t)＞U2(t)＞U3(t)＞…＞UK(t) (1)
其中，UT(t)表示配电变压器在任意时间t的电压；UK(t)表示挂接在配电变压器各相下用户k在任意时刻t的电压，其中K值越小，表示用户供电位置越接近配电变压器同相出线位置；
s12：根据台区线路的实际物理模型以及线路实际流过电流的分布特征，用户k的线路回路阻抗包括用户干线阻抗ZLGXk和用户支线阻抗ZUk，其中，用户干线阻抗ZLGXk为用户所属配电变压器同相线路出口至用户所属表箱段线路阻抗，它等于该用户前端所有用户的各用户之间阻抗ZLi之和；用户支线阻抗ZUk为用户所属表箱出口至用户内部用电回路段的线路阻抗；
Figure BDA0002815591500000061
s13：用户k的等效回路阻抗uk_Req即是该用户的干线阻抗ZLGXk和支线阻抗ZUk之和：
uk_Req＝ZLGXk+ZUk (3)
另外，步骤S2包括以下步骤：
s21：列写单用户回路阻抗KVL方程；
s22：设置合理假设条件；
s23：推导简化数学模型。
其中，步骤s21具体为：
用户1的回路方程为：
Figure BDA0002815591500000062
用户2的回路方程为：
Figure BDA0002815591500000071
用户3的回路方程为：
Figure BDA0002815591500000072
依次类推，得出用户k的回路方程：
Figure BDA0002815591500000073
其中，
Figure BDA0002815591500000076
表示用户k在任意时刻t的干线电路电流；
Figure BDA0002815591500000077
表示用户k在任意时刻t的支线电路电流。
另外，步骤s22具体为，基于台区的特征，台区内用户间物理连接位置相近且用户间线路连接距离分布均匀，在此基础上假设用户间的线路阻抗相等，即：
Figure BDA0002815591500000074
其中，步骤s23具体为，根据步骤s22给出的假设条件，对步骤s21中给出的各用户回路方程进行简化；
用户1的回路方程简化为：
Figure BDA0002815591500000078
用户2的回路方程简化为：
Figure BDA0002815591500000075
用户3的回路方程简化为：
Figure BDA0002815591500000081
依次类推，得出用户k的简化回路方程：
Figure BDA0002815591500000082
将公式(4)两边同时除以
Figure BDA0002815591500000084
得到最终的台区线路阻抗计算模型：
Figure BDA0002815591500000083
将步骤s23所得的台区线路阻抗计算模型与线性回归模型进行分析对比，
线性回归模型为：
yi＝α+βx1+εi (6)
其中，xi yi为样本量，β为回归系数，α为回归常数项；εi是随机扰动项，各扰动量之间相互独立，且服从正态分布；通过对比发现式(5)和式(6)具有一致性，可通过线性回归方法求解模型。
另外，在步骤S3中，以12min-16min为间隔，采集台区配电变压器和用户的电压、电流数据。
其中，步骤S3中基于二元线性回归的回路阻抗计算步骤包括：
s31：将步骤S3获取到的样本数据代入到步骤s23的台区线路阻抗计算模型中进行相关变量的计算；
s32：对模型进行二元线性回归分析；
s33：将剩余均方差进行拟合；
s34：通过回归系数α和β的值，估算出该用户的干线阻抗和支线阻抗值，通过干线阻抗和支线阻抗的累加获取该用户的回路阻抗值；
s35：以P值进行模型置信水平检测。
实施例2
建模过程如下：
1.根据低压配电台区各用户与配电变压器的电压分布特征，用户供电位置越接近配电变压器同相出线位置，该用户的电压就越接近该用户所属配电变压器同相电压。反映到城市楼宇台区等效供电回路图上，台区配电变压器与挂接在各相下的k个用户任意时刻的电压分布特征如下：
UT(t)＞U1(t)＞U2(t)＞U3(t)＞…＞UK(t)
考虑到智能电表瞬时测量误差可能带来的影响，此特征可进一步建立在日平均电压的基础上，即台区配电变压器与挂接在各相下的k个用户的96点日平均电压分布特征如下：
UT(ave)＞U1(ave)＞U2(ave)＞U3(ave)＞…＞UK(ave)
2.城市楼宇台区用户等效回路阻抗uk_Req看作两部分之和，一部分为变压器二次侧出口至用户所属表箱段所经过的所有线路阻抗，称为该用户的用户干线阻抗ZLGXk；另一部分为用户表箱出口至用户内部用电回路段的所有线路阻抗，称之为该用户的用户支线阻抗ZUk。如图1所示，以用户k为例，用户k的回路阻抗为：
uk_Req＝ZLGXk+Zuk
3.低压用户回路阻抗回归计算模型，基于用户智能电表采集电压和电流的时间序列数据，对用户回路阻抗uk_Req进行定义，并利用KVL回路电压方程，推导构建低压用户回路阻抗的二元线性模型。
4.采集的用户的电压和电流时间序列数据，Ui(t)、Ii(t)为各个时刻用户电压、电流的有效值，而非瞬时值。
5.以低压用户3的回路阻抗u3_Req计算为例，推导过程如下：
1)根据城市楼宇台区等效供电回路模型，写出回路电压方程；
Figure BDA0002815591500000091
2)考虑到城市楼宇台区中，相邻用户之间的线路长度较小且线路长度分布较为均匀，即可以设定假设条件为ZL1＝ZL2＝ZL3＝1/3ZLGX3。
3)基于上述简化条件，可将用户3的回路方程简化为：
Figure BDA0002815591500000092
4)公式两边同时除以用户3的电流，可得最终用户3的线路阻抗计算模型：
Figure BDA0002815591500000093
5)用户3的线路阻抗计算模型中，所有的电压、电流数据都是可以通过量测获取的已知量，所以这部分是可以计算的确定量。
求解过程如下：
用户的干线和支线阻抗的估计方法可以采用线性回归方法进行求解。
1)线性回归模型为：
yi＝α+βxi+εi
其中，xi yi为样本量，β为回归系数，α为回归常数项；εi是随机扰动项，各扰动量之间相互独立，且符合正态分布。
通过分析对比，用户3的线路阻抗计算模型与线性回归模型形式具备一致性。
2)通过回归系数α和β的值，估算出该用户的干线阻抗ZLGX3和支线阻抗值ZUE，通过残差及剩余均方差MSE检测拟合效果，并以P值进行模型置信水平的检测。
3)通过干线阻抗和支线阻抗的累加获取该用户的回路阻抗值u3_Req：
u3_Req＝ZLGX3+Zu3
实施例3
一种台区线路阻抗的计算系统，包括存储器和处理器，的存储器中包括台区线路阻抗的计算方法程序，的台区线路阻抗的计算方法程序被的处理器执行时，实现如下步骤：
S1：构建台区等效供电回路模型；
S2：根据步骤S1的台区等效供电回路模型，构建回路阻抗数学模型；
S3：利用采集的台区配电变压器和用户的电压、电流数据及回路阻抗数学模型，基于二元线性回归分析算法，求解台区线路阻抗。
实施例4
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中包括实现实施例1中的台区线路阻抗的计算方法程序。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种台区线路阻抗的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建台区等效供电回路模型；
S2：根据步骤S1的台区等效供电回路模型，构建回路阻抗数学模型；
S3：利用采集的台区配电变压器和用户的电压、电流数据及回路阻抗数学模型，基于二元线性回归分析算法，求解台区线路阻抗。
2.根据权利要求1所述的台区线路阻抗的计算方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
s11：台区配电变压器与挂接在各相下的k个用户任意时刻t的电压分布特征如下：
UT(t)＞U1(t)＞U2(t)＞U3(t)＞…＞UK(t) (1)
其中，UT(t)表示配电变压器在任意时间t的电压；UK(t)表示挂接在配电变压器各相下用户k在任意时刻t的电压，其中K值越小，表示用户供电位置越接近配电变压器同相出线位置；
s12：用户k的线路回路阻抗包括用户干线阻抗ZLGXk和用户支线阻抗ZUk，其中，用户干线阻抗ZLGXk为用户所属配电变压器同相线路出口至用户所属表箱段线路阻抗，它等于该用户前端所有用户的各用户之间阻抗ZLi之和；用户支线阻抗ZUk为用户所属表箱出口至用户内部用电回路段的线路阻抗；
Figure FDA0002815591490000011
s13：用户k的等效回路阻抗uk_Req即是该用户的干线阻抗ZLGXk和支线阻抗ZUk之和：
uk_Req＝ZLCXk+ZUk。 (3)
3.根据权利要求2所述的台区线路阻抗的计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
s21：列写单用户回路阻抗KVL方程；
s22：设置合理假设条件；
s23：推导简化数学模型。
4.根据权利要求3所述的台区线路阻抗的计算方法，其特征在于，所述步骤s21具体为：
用户1的回路方程为：
Figure FDA0002815591490000021
用户2的回路方程为：
Figure FDA0002815591490000022
用户3的回路方程为：
Figure FDA0002815591490000023
依次类推，得出用户k的回路方程：
Figure FDA0002815591490000024
其中，
Figure FDA0002815591490000027
表示用户k在任意时刻t的干线电路电流；
Figure FDA0002815591490000028
表示用户k在任意时刻t的支线电路电流。
5.根据权利要求4所述的台区线路阻抗的计算方法，其特征在于，所述步骤s22具体为，基于台区的特征，台区内用户间物理连接位置相近且用户间线路连接距离分布均匀，在此基础上假设用户间的线路阻抗相等，即：
Figure FDA0002815591490000025
6.根据权利要求5所述的台区线路阻抗的计算方法，其特征在于，所述步骤s23具体为，根据步骤s22给出的假设条件，对步骤s21中给出的各用户回路方程进行简化；
用户1的回路方程简化为：
Figure FDA0002815591490000026
用户2的回路方程简化为：
Figure FDA0002815591490000031
用户3的回路方程简化为：
Figure FDA0002815591490000032
依次类推，得出用户k的简化回路方程：
Figure FDA0002815591490000033
将公式(4)两边同时除以
Figure FDA0002815591490000034
得到最终的台区线路阻抗计算模型：
Figure FDA0002815591490000035
将步骤s23所得的台区线路阻抗计算模型与线性回归模型进行分析对比，
线性回归模型为：
yt＝α+βx1+εi (6)
其中，xi yi为样本量，β为回归系数，α为回归常数项；εi是随机扰动项，各扰动量之间相互独立，且服从正态分布；通过对比发现式(5)和式(6)具有一致性，通过线性回归方法求解模型。
7.根据权利要求1所述的台区线路阻抗的计算方法，其特征在于，在所述步骤S3中，以12min-16min为间隔采集台区配电变压器和用户的电压、电流数据。
8.根据权利要求6所述的台区线路阻抗的计算方法，其特征在于，所述步骤S3中基于二元线性回归的回路阻抗计算步骤包括：
s31：将步骤S3获取到的样本数据代入到步骤s23的台区线路阻抗计算模型中进行相关变量的计算；
s32：对该模型进行二元线性回归分析；
s33：将剩余均方差进行拟合；
s34：通过回归系数α和β的值，估算出该用户的干线阻抗和支线阻抗值，通过干线阻抗和支线阻抗的累加获取该用户的回路阻抗值；
s35：以P值进行模型置信水平检测。
9.一种台区线路阻抗的计算系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述的存储器中包括台区线路阻抗的计算方法程序，所述的台区线路阻抗的计算方法程序被所述的处理器执行时，实现如下步骤：
S1：构建台区等效供电回路模型；
S2：根据步骤S1的台区等效供电回路模型，构建回路阻抗数学模型；
S3：利用采集的台区配电变压器和用户的电压、电流数据及回路阻抗数学模型，基于二元线性回归分析算法，求解台区线路阻抗。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中包括实现权利要求1至8任一项所述的台区线路阻抗的计算方法程序。
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