CN115980656B - 一种低压台区线路损耗确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压台区线路损耗确定方法，并公开了具有该方法的系统，其中低压台区线路损耗确定方法通过基于基尔霍夫定律，在复数功率域进行损耗功率计算公式推导和相应化简，在台区潮流方向未知情况下，得到不受电源数量影响的，基于电量数据和电压采样数据计算的台区线损公式。该方法能够适用于一般情况的多电源台区，包括光伏，风力等；该方法适用任意数目的其他电源和在任意位置接入台区拓扑；该方法适用于以任意形式接入台区供电网络的电源，包括是否有无功补偿和不同大小的无功补偿。

Description

一种低压台区线路损耗确定方法及系统

技术领域

本发明涉及电能计量技术领域，特别涉及一种基于用电采集数据确定多电源供电的低压台区的线路损耗的方法及系统。

背景技术

台区线路损耗是指低压台区供电网络在运行过程中供电线路上产生的电力损耗，具体是指台区总表与各用户分表和其他供电电源电能表之间的供电线路网络上由线路电阻产生的损耗，有时候也被称为理论线损。

低压台区的线损精确计算一直是一个比较复杂且不易实现的问题，因此，通常情况下只能简化计算，在理论线损的主流计算方法包括均方根电流法，平均电流法，等值电阻法，最大电流法等。

专利[1]CN107462863A_CN《一种智能电能表运行误差运行诊断分析方法及系统》提供了一种计算低压台区电能表综合误差的方法，其中对台区损耗的处理方式是用固定参数来表示。优化该方法的一个办法是改进台区损耗的计算方法。上面所述理论线损及算法不能适用于该确定电能表综合误差的方法，因此需要一个基于用电采集数据的线损计算方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种低压台区线路损耗确定方法，该方法适用于以任意形式接入台区供电网络的电源，包括是否有无功补偿和不同大小的无功补偿。

本发明还提出一种具有上述方法的系统。

根据本发明的第一方面实施例的低压台区线路损耗确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取台区各段线路的电阻和电流相量，计算线路的热损耗功率；

基于基尔霍夫定律和热损耗功率，推导出单位周期内热损耗电量公式；

基于所述热损耗电量公式计算线路损耗。

根据本发明实施例的低压台区线路损耗确定方法，至少具有如下有益效果：

该方法利用低压台区数据采集系统采集的电量数据进行计算，通过基于基尔霍夫定律，在复数功率域进行损耗功率计算公式推导和相应化简，在台区潮流方向未知情况下，得到不受电源数量影响的，基于电量数据和电压采样数据计算的台区线损公式。

根据本发明的一些实施例，所述线路的热损耗功率的公式，可以表达为：

其中，k，l＝1，...P l＝1，...P代表台区内的所有P个用户，包括普通用户和发电用户；P_k和Q_k代表用户的有功和无功功率，从台区用电为正，向台区供电为负；β_kk和β_kl分别为用户k到台区总表线路的电阻和用户k，l共用线路电阻。

根据本发明的一些实施例，所述单位周期内热损耗电量公式可以表达为：

其中，φ_k(i)、ψ_k(i)、U_k(i)分别为用户k在第i个计量周期时间段内的正向有功电量、反向有功电量和电压，ε_k为用户k的电能表电量计量误差。

根据本发明的第二方面实施例的低压台区线路损耗确定系统，其特征在于，包括：

热损功率确定模块，能够获取台区各段线路的电阻和电流相量，计算线路的热损耗功率；

热损电量确定模块，能够基于基尔霍夫定律和热损耗功率，推导出单位周期内热损耗电量公式；

线路损耗计算模块，能够基于所述热损耗电量公式计算线路损耗。

根据本发明的一些实施例，根据本发明的一些实施例，所述线路的热损耗功率的公式，可以表达为：

其中，k，l＝1，...P代表台区内的所有P个用户，包括普通用户和发电用户；P_k和Q_k代表用户的有功和无功功率，从台区用电为正，向台区供电为负；β_kk和β_kl分别为用户k到台区总表线路的电阻和用户k，l共用线路电阻。

根据本发明的一些实施例，所述单位周期内热损耗电量公式可以表达为：

其中，φ_k(i)、ψ_k(i)、U_k(i)分别为用户k在第i个计量周期时间段内的正向有功电量、反向有功电量和电压，ε_k为用户k的电能表电量计量误差。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的低压台区线路损耗确定方法的步骤示意图；

图2为多电源供电台区供电拓扑图的一般性示意图；

图3为本申请实施例提供的一种特殊情况下的供电拓扑图；

图4为本申请实施例的低压台区线路损耗确定系统的框图结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

现有技术已经对台区的线损计算有了比较多的方案，但是如何进一步增加计算精度，一直是需要解决的问题。

专利[1]CN107462863A_CN《一种智能电能表运行误差运行诊断分析方法及系统》中提出了一种以低压台区为单位，结合台区下总表及各个分表的电量、电压和功率因数进行低压台区线路损耗估计的方法，该方法提高了线损计算的便捷性。但是，对于合有其他供电电源(如光伏表)的台区，其线损计算需要区别于普通的非多电源台区，因为其他供电电源用户表并入配电网，会对原有配电网的线损产生影响，而在专利[2]CN112035784A_CN：《一种基于用电采集数据确定低压台区的损耗的方法及系统》中却没有将合有其他供电电源用户表的台区的情形单独地适应性地考虑。

具体来说，专利CN0000112035784A_CN《一种基于用电采集数据确定低压台区的损耗的方法及系统》在计算过程中通过有功电量、功率因数和电压来计算电流，暗合了假定各用户无功电量方向相同，因此最终结果仅包含了有功部分产生的电量损耗，其适用范围为普通低压台区。对于包含光伏电源或其他类型电源的多电源供电台区，由于整个台区的损耗与无功电量和无功补偿相关，光伏电源等的无功方向与普通用户不一定一致，该方法不再适用。

基于上述局限，本申请提出了一种台区线损计算方法，该方法适用于只有普通用电用户的台区和包括如光伏发电用户等包含多电源的台区，且可以适配专利[1]的计量误差模型。

多电源供电台区的拓扑图，可以一般性的表示为图1的形式，其中，A1-A5，B1-B3，C1，C2为A，B，C三相上的台区普通用户和供电用户(如余电上网或全额上网的光伏用户)，R0-R16为供电拓扑上的线路电阻。

当电能表数据采集频率较高，如采集96点高频数据时，在一个计量周期内多数普通用户用电和发电用户发电发生变化的较少，可以用于线损计算。约定电量流入台区为正向，流出台区为负向。则对于普通用户正向有功电量始终为正；发电用户为台区供电时，正向有功电量为负，与向台区供电量符号相反。无功电量符号定义与有功相同，从台区线路吸收无功为正，向台区线路输入无功为负。

参照图1，本申请的方法可以分为以下几个步骤，包括：

步骤S100、获取台区各段线路的电阻和电流相量，计算线路的热损耗功率。

步骤S200、基于基尔霍夫定律和热损耗功率，推导出单位周期内热损耗电量公式。

步骤S300、基于热损耗电量公式计算线路损耗。

为了更详细的解释本申请的计算过程，现在对上述步骤进行更详细的描述，并阐释其推导过程。

当台区的拓扑结构图如2所示的时候，低压台区线路损耗确定方法的具体过程可以描述为：

步骤S100、获取台区各段线路的电阻和电流相量，计算线路的热损耗功率。

记台区供电拓扑上各段线路电阻为，流过的电流相量为，则台区内损耗功率等于各段线路的热损耗功率之和，即

根据基尔霍夫定律，线路上的电流相量等于连接到该段线路的用户电流相量之和，即

例如上面示例拓扑中，流过电阻R0的电流

由复功率定义：

将上二式代入损耗功率公式，并整理得

上式中k，1＝1，...P代表台区内的所有P个用户，包括普通用户和发电用户；和代表用户的有功和无功功率，从台区用电为正，向台区供电为负；β_kk和β_kl分别为用户k到台区总表线路的电阻和用户k，l共用线路电阻。

步骤S200、基于基尔霍夫定律和热损耗功率，推导出单位周期内热损耗电量公式。

在一个完整的计量周期内，如日冻结电量计量，期间包含多个高频子计量周期，如96点计量。在每个子计量周期内，台区内绝大多数用户用电和供电状态不变，所以对式(4)进行积分，可以得到单位计量周期内台区的热损耗电量计算公式，具体如下：

其中，φ_k(i)、ψ_k(i)、U_k(i)分别为用户k在第i个计量周期时间段内的正向有功电量、反向有功电量和电压，ε_k为用户k的电能表电量计量误差。

步骤S300、基于热损耗电量公式计算线路损耗。

基于能量守恒定律与现有技术(专利[2])，可以得到：

台区统计线损＝台区线路电量损耗+台区固定损耗+为台区下所有用户分表的误差导致的电能损耗，即：

对于公式(6)等号左边的多项式为统计线损；等号右边的第一项ε₀为台区固定损耗；等号右边的第二项为台区下所有用户分表的误差导致的电能损耗；等号右边的第三项为台区线路损耗；y(i)为台区总表在第i个计量周期时间段内的供电量计量值；φ_j(i)为用户j在第i个计量周期时间段内的冻结用电量；φ_j(i_m)、ψ_j(i_m)、U_j(i_m)分别为用户j在第i个计量周期时间段内的第m个子计量周期(采样时间段)内的正向有功电量、反向有功电量和电压，该部分数据通过用电量高频采集数据得到；ε_j为用户j对应的智能电能表的计量误差；P为总的用户数，包括普通用户和发电用户；β_jj为用户j到台区总表线路的电阻，β_jk为用户j和用户k之间公共支路的等效电阻。

φ_j(i_m)、ψ_j(i_m)的符号约定方式为，当用户从台区获取电能或吸收无功时为正，向台区供电或提供无功时为负。即对于普通用户，即对应正向有功和反向无功，对于光伏用户，根据其接线方式和计量方式，调整计量值和方程计算所需数值符号关系。

由于普通电表一般不采集无功数据普通用户有功电量为正，基本都为感性负载，无功为正向无功，极少数情况有反向无功时无功电量一般很低，因此低压台区的无功电量计量值ψ_j(i_m)用有功电量计量值φ_j(i_m)和功率因素采样值计算：

发电用户电能表(如光伏表)一般有无功计量，无功数据可从现有数据采集系统获取。

优选的，作为举例说明，本申请的实施例提供了一种拓扑结构下的计算过程。

当台区的拓扑结构图如图3所示的时候，台区总线损功率等于三相线损功率和，等于各线路电阻热功率：

由上表达式可见，A B C相线损功率相互独立，对于不包含光伏表分支，其线损特点与一般台区一致。其中只合一块光伏表的分支可以看作包含多块光伏表的特例，因此我们接下来考察A相线损。

根据基尔霍夫定律，A相线损复功率计算公式如下：

上式展开合并得：

上式中前两行为平方项，为电流自身幅值的影响，后三行为交叉项，除与电流幅值有关外，还跟电流方向、相位差有关：

由复功率定义：

对于交叉项，将(11)代入(12)，化简得到：

其中为计量点之间电压相位差，P_l，P_k，Q_l，Q_k为各计量点有向功率，注意当计量节点为光伏电源时，光伏电源向台区输入有功功率，有功功率为负。

对于光伏台区，由于光伏电源的DC-AC逆变器模块自带无功补偿功能，这导致光伏表电压与其他计量点相位差不为0，若电压相位差较大，这时候差异不可忽略。一般来说无功补偿表现为光伏电源功率因数较低，即电流相位与电压相位差较大，对光伏电源电压相位影响不大。即考虑无功补偿，依然可以认为光伏台区各计量点电压相位差别不大。

上式可整理为：

一般情况下，台区内电压相位差相差很小，即此时线损交叉项可近似化简：

将(15)代入(10)，并用有功功率代替复功率(电路线损为热损耗，只有有功功率)，得：

上式改写为通用形式，得多电源供电台区线损功率计算公式如下：

简单场景：

由上述推导过程可见，在多电源供电台区中，选定参考计量点(确定相位)后，线损功率形式与单电源供电台区基本一致，线阻系数性质也相似。

β_kk表征该计量点与参考点(总表)之间的线阻，β_lk表征两个计量点与参考点之间共用部分线阻。

记和/>分别为有功，无功电能，则线损功率为：

对上式积分，并用电量计量值和电量计量误差来计算电量真值，得线损电量：

本申请的又一实施例提供了一种低压台区线路损耗确定系统，如图4所示，该系统40包括：热损功率确定模块401、热损电量确定模块402、线路损耗计算模块403。

热损功率确定模块401，能够获取台区各段线路的电阻和电流相量，计算线路的热损耗功率；

热损电量确定模块402，能够基于基尔霍夫定律和热损耗功率，推导出单位周期内热损耗电量公式；

线路损耗计算模块403，能够基于所述热损耗电量公式计算线路损耗。

本申请实施例利用低压台区数据采集系统采集的电量数据进行计算，基于基尔霍夫定律，在复数功率域进行损耗功率计算公式推导和相应化简，在台区潮流方向未知情况下，得到不受电源数量影响的，基于电量数据和电压采样数据计算的台区线损公式。

该方法能够适用于一般情况的多电源台区，包括光伏，风力等；该方法适用任意数目的其他电源和在任意位置接入台区拓扑；该方法适用于以任意形式接入台区供电网络的电源，包括是否有无功补偿和不同大小的无功补偿。

进一步地，热损耗功率的公式，可以表达为：

其中，k，l＝1，...P代表台区内的所有P个用户，包括普通用户和发电用户；P_k和Q_k代表用户的有功和无功功率，从台区用电为正，向台区供电为负；β_kk和β_kl分别为用户k到台区总表线路的电阻和用户k，l共用线路电阻。

进一步地，单位周期内热损耗电量公式可以表达为：

其中，φ_k(i)、ψ_k(i)、U_k(i)分别为用户k在第i个计量周期时间段内的正向有功电量、反向有功电量和电压，ε_k为用户k的电能表电量计量误差。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种低压台区线路损耗确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取台区各段线路的电阻和电流相量，计算线路的热损耗功率；

基于基尔霍夫定律和热损耗功率，推导出单位周期内热损耗电量公式；

基于所述热损耗电量公式计算线路损耗；

所述线路的热损耗功率的公式，可以表达为：

其中，k，l＝1，...P代表台区内的所有P个用户，包括普通用户和发电用户；P_k和Q_k代表用户的有功和无功功率，从台区用电为正，向台区供电为负；β_kk和β_kl分别为用户k到台区总表线路的电阻和用户k，I共用线路电阻；

所述单位周期内热损耗电量公式可以表达为：

其中，ε_k为用户k的电能表电量计量误差；

其中，U_k和U_I为用户k和用户I的电压，P_I和Q_I为用户I的有功和无功功率，I为用户，ε_l为用户I的电能表电量计量误差，Φ_kΦ_l分别为用户k、用户I的正向有功电量，Ψ_kΨ_l分别为用户k、用户I的反向有功电量。

2.一种低压台区线路损耗确定系统，其特征在于，包括：

热损功率确定模块，能够获取台区各段线路的电阻和电流相量，计算线路的热损耗功率；

热损电量确定模块，能够基于基尔霍夫定律和热损耗功率，推导出单位周期内热损耗电量公式；

线路损耗计算模块，能够基于所述热损耗电量公式计算线路损耗；

所述热损耗功率的公式，可以表达为：

其中，k，l＝1，...P代表台区内的所有P个用户，包括普通用户和发电用户；P_k和Q_k代表用户的有功和无功功率，从台区用电为正，向台区供电为负；β_kk和β_kl分别为用户k到台区总表线路的电阻和用户k，I共用线路电阻；

所述单位周期内热损耗电量公式可以表达为：

其中，ε_k为用户k的电能表电量计量误差；

其中，U_k和U_I为用户k和用户I的电压，P_I和Q_I为用户I的有功和无功功率，I为用户，ε_l为用户I的电能表电量计量误差，Φ_kΦ_l分别为用户k、用户I的正向有功电量，Ψ_kΨ_l分别为用户k、用户I的反向有功电量。