CN113447751A - 一种计算低压台区合理线损率的方法 - Google Patents

一种计算低压台区合理线损率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计算低压台区合理线损率的方法，计算未被电表计量到的合理设备的功率总和，计算随负荷率变化的线损率以及计算低压台区的实际负荷系数；基于未被电表计量到的设备的功率总和，随负荷率变化的线损率以及低压台区的实际负荷系数计算合理线损率。本发明大大简化了过去难以实际计算低压台区合理线损率值的计算方法，也为低压台区线损目标管理提供了简单实用的工具。

Description

一种计算低压台区合理线损率的方法
技术领域
本发明属于电力系统线损计算领域。
背景技术
低压配电网的一台区是指一台变压器下面的所有供电区域，其理论线损是指在台区中所有传输线路上产生的电能损耗，合理线损是指台区中理论线损再加上配网本身设施及用电测量设备本身消耗的电能，且假设各项设施和设备及线路都正常的情况下的能量损耗，合理线损是不可避免的，实测线损是指配网中变压器出口电表测量出来的总供电量减去所有用户电表用电量的总和得到的结果，它包含了合理线损和可能的不合理能量损失，比如漏电、窃电、计量差错等。
目前电力公司配备的用电信息采集系统（简称用采系统）计算出来的线损值即为实测线损。在电网实际运营过程中，通常用线损率来表示，是指线损的绝对值除以总供电量得到的百分比值，具体为：线损率=（供电量总和 - 用电量总和）/供电量总和。如果整个台区内的配电网络都按照设计和施工规范实施，运营也按照要求执行，则实际测量出来的线损值就是合理线损值。但由于实际线路施工过程中尤其是用户用电过程中可能存在的各种问题，导致有些台区实际测量出来的线损值不是真正合理的线损值，此时的线损值中就存在额外的不该有的电量损失，如何及时发现并解决这样的问题就是电网线损管理的主要工作。在台区合理线损率计算方面，已经有人做了很多研究，归纳起来有两类方法，一是根据电路原理进行理论计算，比如压降法、等效电阻法、潮流法、竹节法等，都是基于一些理想条件下进行的理论计算；还有一种方法就是根据用电信息采集系统获得的历史数据进行机器学习，得出线损率理论值。第一种方法需要提供台区网架结构的具体物理参数值，比如网络拓扑图、线路长度、材质、线径等，但现实情况是网络结构复杂，在实际应用过程中常常无法获得全部所需要的物理参数。第二种方法是随着计算机技术的发展而出现的，目前研究者较多，主要是在一些高校，其方法在实际应用中由于台区用电特征的不确定性和源数据的不完整性，完全靠机器学习得出的结果难以避免出现局部最优的情况，而且计算量巨大。
发明内容
发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种计算低压台区合理线损率的方法。
技术方案：本发明提供了一种计算低压台区合理线损率的方法，包括如下步骤：
步骤１：将低压台区中未被电表计量到的合理设备的功率总和设为Ｔ；所述合理设备包括配电监测设备和电表；
步骤2：根据该低压台区中所使用的主导线的规格和材质, 得到该主导线的最大载流量X；将该主导线等效成电阻，计算该主导线的等效电阻值RX；并根据低压台区的供电半径，RX以及低压台区中变压器出口电压U和出口电流I，计算随负荷率L变化的线损率K，其中
Figure 279415DEST_PATH_IMAGE002
，W为变压器容量，P为变压器供电功率，
Figure 337501DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤3：计算低压台区的平均功率因数
Figure 54921DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤4：根据变压器的三相电流计算低压台区的负荷波动率
Figure 889279DEST_PATH_IMAGE008
，根据
Figure 906913DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 401480DEST_PATH_IMAGE008
计算低压台区的实际负荷系数
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
步骤5：根据如下公式计算低压台区的合理线损率
Figure DEST_PATH_IMAGE013
：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
。
进一步的，所述步骤2中
Figure DEST_PATH_IMAGE017
； r为修正系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
,
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，其中V为低压台区的供电半径，Y为制作主导线的材料的电阻率；S为主导线的横截面积。
进一步的，所述步骤3中根据如下公式计算低压台区的平均功率因数
Figure 576502DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
其中E为低压台区中总的有功电量，Q为低压台区中总的无功电量。
进一步的，所述步骤4中根据如下公式计算低压台区的负荷波动率
Figure 414883DEST_PATH_IMAGE026
：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
以及
Figure DEST_PATH_IMAGE034
分别为变压器的三相电流，t为时间变量。
有益效果：本发明大大简化了过去难以实际计算的低压台区合理线损率值的计算方法，为国家电网正在推广的“一台区一指标”的管理目标的落实提供基础，也为低压台区线损目标管理提供了简单实用的工具。
附图说明
图1为本发明的等效模型；
图2为采用本方法计算案例1的合理线损率的标杆值随负荷变化关系的曲线图；
图3为案例1实际合理线损率随负荷变化关系的曲线图；
图4为采用本方法计算案例2的合理线损率的标杆值随负荷变化关系的曲线图；
图5为案例2实际合理线损率随负荷变化关系的曲线图；
图6为采用本方法计算案例3的合理线损率的标杆值随负荷变化关系的曲线图；
图7为案例3实际合理线损率随负荷变化关系的曲线图。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
一个低压台区的合理线损率值是有其固有规律的，在不考虑线路异常和计量异常的情况下，把影响一个台区的合理线损率值的因素分为三类：固定不变的部分T，随负荷率变化而变化的部分K（也既合理线损率中随负荷率变化的线损率）以及与负荷特征有关的实际负荷系数
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，它们具有不同的来源和不同的特点。
固定部分T是指台区配网监测设备、质量控制设备、计量设备（所属计量设备包括电表）、通信设备等产生的没有被电表计量的用电量，它们都是电子类设备，特点是连续不间断的功率，且是小负荷，每天的总耗电量相对固定的，每种设备的功率也是可知的，但不同台区不同供电方式的具体数量不同，由台区用户档案中可以查出具体设备类型和数量，T为以上所有未被计量的设备的功率总和。
在不考虑固定损耗的情况下，理论线损可以用图1所示的等效模型计算：W为变压器容量，U、I分别为变压器出口电压和出口电流，P为出口功率，也既变压器供电功率，P=U*I，将低压台区中的主导线等效为电阻，RX为总电阻值，Rd为负载电阻，ΔP为等效线路功率，ΔP=I*I*Rx ，负荷率L=P/W。
根据定义，理论线损率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为常数。
从上式可以看出，在台区网路确定的情况下，U、RX都是确定的，线损率是和线路电流I成正比的，I是随着负荷变化而变化的，负荷越大I越大，由于变压器容量W也是固定的，因此理论线损率也是和负荷率成正比的。
在上面的公式中，I和U都是可以测量获得的，RX尽管是确定的，但它是无法通过简单测量获得的，理论计算也因条件复杂而很困难，因此随负荷率变化而变化的部分K的求解就是本方案的重点。
在基于每一种典型类型的台区网路结构具有相似特征基础上，根据用户档案把不同台区的网络结构分为几种典型类型，同一类型的不同台区的差别主要在于配变容量、配变类型、供电半径和用户数量，这些参数都可以从用户档案中获得。根据设计导则，配变容量、配变类型和供电半径决定了台区主导线的规格和材质，而每种规格和材质的主导线允许的最大负载电流量也是规定的，因此可以计算出相应规格和材质的主导线在最大载流量时100米长度的线损率，比如截面积为70mm²的铜制主导线的最大载流量是285安培（A），常温下铜的电阻率是0.0185Ω* mm²/m，此时100米的主导线电阻为
Figure DEST_PATH_IMAGE042
,Y为制作该主导线的材料的电阻率，S为该主导线的横截面积,则RX＝0.0185*100/70=0.0264Ω；但实际中主导线的长度并不确定，则以低压台区的供电半径V代替，则
Figure DEST_PATH_IMAGE044
；此时这段主导线的理论线损率根据上述公式
Figure DEST_PATH_IMAGE046
,就有
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，则本实施例中
Figure DEST_PATH_IMAGE050
=285*0.0264/220=0.0342=3.42%。以
Figure 888022DEST_PATH_IMAGE051
为基础考虑实际运行时一般都不是运行在最大负荷时，由于供电半径和台区中主导线的长度存在误差，故根据台区中的用户数设置修正系数；得到该台区的随负荷率变化的线损率值
Figure 819069DEST_PATH_IMAGE052
，r为修正系数，
Figure 714344DEST_PATH_IMAGE053
，一个用户可能有多个电表。
与负荷特征有关的部分
Figure DEST_PATH_IMAGE055
是指和本台区功率因素、三相不平衡率、负荷波动率等有关的电量损耗，该部分的几个参数都是随负荷变化而随机变化的，没有固定的值，对线损值的影响也是随机的，很难实际准确计算它们引起的线损具体数值。基于目前难以获取全部用户侧动态数据的条件下，以配变侧负荷特征来代替全台区负荷特征，配变侧负荷特征参数可由配变出口智能电表（也称关口表）获得。
理想的情况下功率因素为1，此时不产生额外的损耗，实际情况功率因素小于1，此时会产生额外的损耗，因此额外损耗和功率因素成反比。理想情况下如果电流在时间上是均匀分布的，是不产生额外损耗的，实际上负载是随时间变化的，由于功率是和电流平方成正比，电流在时间轴上分布越均匀引起的额外损耗越小，因此额外损耗是和负荷波动率成正比的。同样，理想情况下变压器三相电流应该是平衡的，这时不产生额外损耗，实际运行时有时会产生不平衡，此时电流不平衡对相线损耗的影响已包含在负荷波动系数中，零线引起的损耗可以单独计算，波动率较小的情况下可以忽略。可以看出以上几个影响因素都是和具体负荷变化有关的，不能单独存在的，因此此部分实际也是实际负荷的一个系数，具体可表示为：
Figure 294099DEST_PATH_IMAGE011
。
为减少数据需求和计算量，负荷特征系数取台区年负荷最大日（期间台区网路结构未发生变化）的数据计算出相对静态值，作为台区负荷特征评估系数，具体计算公式如下表1所示，表中所有参数都可以从用电信息采集系统获得。
表1
Figure 20746DEST_PATH_IMAGE057
Figure 388274DEST_PATH_IMAGE059
Figure 678834DEST_PATH_IMAGE061
Figure 124597DEST_PATH_IMAGE063
Figure 49958DEST_PATH_IMAGE065
Figure 371743DEST_PATH_IMAGE067
Figure 740145DEST_PATH_IMAGE069
Figure 614034DEST_PATH_IMAGE071
Figure 190640DEST_PATH_IMAGE073
Figure 601767DEST_PATH_IMAGE075
Figure 958931DEST_PATH_IMAGE077
Figure 749425DEST_PATH_IMAGE071
Figure 242855DEST_PATH_IMAGE079
Figure 496987DEST_PATH_IMAGE081
Figure 515015DEST_PATH_IMAGE083
Figure DEST_PATH_IMAGE084
其中，
Figure 997949DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 722716DEST_PATH_IMAGE032
以及
Figure 147750DEST_PATH_IMAGE034
分别变压器的三相电流，t为时间变量。
根据以上对正常台区的合理线损构成因素的分析，台区合理线损率的理论模型用以下公式表示：
Figure 844618DEST_PATH_IMAGE086
以上是不考虑计量误差情况下台区线损率合理值的计算公式，实际情况是存在计量误差的，但合理的计量误差是一个相对固定的偏差，不影响上述线损率的整体变化规律。
根据本方案，选择某区的三个不同类型的台区进行实际求解，这些台区长期实测线损率比较稳定，且数值比较合理，具体结果如下：
案例1：台区类型为城市高层住宅，容量为630KVA，单相表102只，三相表1只，最大用电负荷为1970kwh，计算出来的合理线损率的标杆值随负荷变化的曲线图如图2所示；实际测出的线损率值与负荷变化关系如图3所示。
案例2：台区类型为城区居民住宅，容量为500KVA，单相表104只，三线表2只，最大用电负荷为1580kwh，计算出来的合理线损率的标杆值随负荷变化的曲线图如图4所示，实际测出的线损率值与负荷变化关系如图5所示。
案例3：台区类型为农村商住混合，容量为200KVA，单相表92只，三线表4只，最大用电负荷为1290kwh，计算出来的合理线损率的标杆值随负荷变化的曲线图如图6所示，实际测出的线损率值与负荷变化关系如图7所示。
根据图2~图7，可以看出采用本发明计算的线损率随负荷的变化与实际测得的线损率随负荷的变化基本相同。
由于每年的用电量巨大，线损率目标平均降低0.1%，一年节约的电量就是一个巨大的数字，以江苏省为例，一年的低压台区用电量超过1500亿度，0.1%就是1.5亿度。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (4)

1.一种计算低压台区合理线损率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将低压台区中未被电表计量到的合理设备的功率总和设为Ｔ；所述合理设备包括配电监测设备和电表；
步骤2：根据该低压台区中所使用的主导线的规格和材质, 得到该主导线的最大载流量X；将该主导线等效成电阻，计算该主导线的等效电阻值RX；并根据低压台区的供电半径，RX以及低压台区中变压器出口电压U和出口电流I，计算随负荷率L变化的线损率K，其中
Figure 622777DEST_PATH_IMAGE002
，W为变压器容量，P为变压器供电功率，
Figure 348812DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤3：计算低压台区的平均功率因数
Figure 287818DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤4：根据变压器的三相电流计算低压台区的负荷波动率
Figure 500494DEST_PATH_IMAGE008
，根据
Figure 157740DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 280941DEST_PATH_IMAGE008
计算低压台区的实际负荷系数
Figure 808875DEST_PATH_IMAGE011
；
步骤5：根据如下公式计算低压台区的合理线损率
Figure 474342DEST_PATH_IMAGE013
：
Figure 87726DEST_PATH_IMAGE015
。
2.根据权利要求1所述的一种计算低压台区合理线损率的方法，其特征在于，所述步骤2中
Figure 746110DEST_PATH_IMAGE017
； r为修正系数，
Figure 955698DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 41335DEST_PATH_IMAGE021
,
Figure 345277DEST_PATH_IMAGE023
，其中V为低压台区的供电半径，Y为制作主导线的材料的电阻率；S为主导线的横截面积。
3.根据权利要求1所述的一种计算低压台区合理线损率的方法，其特征在于，所述步骤3中根据如下公式计算低压台区的平均功率因数
Figure 807351DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 906282DEST_PATH_IMAGE025
其中E为低压台区中总的有功电量，Q为低压台区中总的无功电量。
4.根据权利要求1所述的一种计算低压台区合理线损率的方法，其特征在于，所述步骤4中根据如下公式计算低压台区的负荷波动率
Figure 553033DEST_PATH_IMAGE026
：
Figure 675097DEST_PATH_IMAGE028
其中
Figure 160436DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 579785DEST_PATH_IMAGE032
以及
Figure 272803DEST_PATH_IMAGE034
分别为变压器的三相电流，t为时间变量。
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