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低壓臺區線損實時監測方法研究

發表時間:2019/8/23   來源:《建筑學研究前沿》2019年10期   作者:陳衛強1 張思建2
[導讀] 低壓臺區線路復雜、拓撲難以厘清,其線損的實時準確監測是電網企業面臨的一大挑戰。

1.廣州宇陽電力科技有限公司  廣州  510080;2.廣東電網有限責任公司計量中心  廣州  510080
        摘要:低壓臺區線路復雜、拓撲難以厘清,其線損的實時準確監測是電網企業面臨的一大挑戰。(方法)本文基于低壓集抄系統,提出了一種線損分層監測方法,設計了分級監測架構。通過縮小每個線損監測單元的范圍,提高線損監測的精度,便于及時定位故障點。通過三個對比試驗驗證了本方法比傳統監測方法的優勢。
        關鍵詞:低壓配網;線損;監測
        Study of Line Loss Monitoring Method in Low-voltage Transformer Area
        CHEN Wei-qiang1,ZHANG Si-jian2
        (1.Guangzhou Unisun Power Technology Co.,Ltd. , Guangzhou, Guangdong 510080,China;
        2. Metrology Center of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou ,Guangdong,510080,China)
        Abstract: Massive power lines exist in a low-voltage transformer area and the topology is hard to distinguished, the accurate line loss monitoring in real time is a great challenge for a power grid company. This paper proposes a two-level monitoring method based on electric data acquisition system. Due to reducing scale, the accuracy of line loss monitoring is improved and the fault point is easy to be located. Three contrast experiments are conducted to verify the advantage of this method.
        Key words: low-voltage distribution network, line loss, monitoring
       
        
        0 引言
        線損率是電網企業重點關注的技術經濟指標之一,其高低直接影響企業的盈利水平,因此如何通過技術手段發現高線損區域并治理成為智能電網一大研究熱點。在輸電和高中壓配電環節,線損率相對穩定,理論線損與實際線損較吻合。但是在低壓臺區,由于線路拓撲復雜,存在偷漏電等因素,致使實際線損與理論線損相差較大。為此,需要設計一種低壓臺區線損監測及線損異常定位方法,以指導低壓臺區線損異常治理。國網已建成覆蓋低壓用戶的集抄系統,如何優化其數據采集方式提高線損監測的實時性和準確性是本文的主要研究思路。 本文首先分析低壓線損監測存在的主要問題,然后提出一種新的分層線損監測方法,最后通過實驗數據分析其性能。
        1 問題分析
        如圖1所示,低壓臺區中的集中器可通過通信鏈路采集總表及每臺用戶電能表的電量數據。假設電表n在t-1時刻的電能量為En(t-1),在t時刻的電能量為En(t),則在t時刻的臺區線損定義如式(1)所示。
        
        其中E0(t-1)為總表在t-1時刻的電能量,E0(t)為總表在t時刻的電能量。
        在上述計算模型中,存在以下幾個影響線損計算準確性的問題。
        (1)時間同步
        集抄系統可通過兩種方法采集電量數據,一種是輪詢采集電表當前電量,一種是采集電表凍結電量。在第一種方法中,由于無法同時采集所有電表的當前電量,因此每臺電表的電量數據存在失步問題,當臺區電表數量較多時,此問題對線損率的準確性影響較大。假設讀取一臺電表的電量數據耗時2s,若臺區規模為300戶,則最大時間不同步為10分鐘。在第二種方法中,由于電表時鐘無法準確同步,因此也存在凍結電量失步問題,同樣影響線損率計算。根據某供電所統計,80%以上臺區的電表時鐘最大偏差在1小時以上。
        (2)實時性差
        低壓集抄主要用于日月凍結電量數據的采集,保證凍結數據的采集完整性是其首要目標,因此較難確保用于線損計算的數據采集完整性。另一方面,受限于集抄本地通信速率,集中器難以實時監測表箱、分支線、臺區的線損情況。以窄帶載波為例,若某臺區抄讀一輪凍結電量數據耗時4小時,則發現線損異常的最短時間不少于4小時,實際工程中一般半天或者一天計算一次臺區線損。
        綜合上述分析,臺區線損監測存在準確性低、時效性差、排查困難等問題,為了降低低壓電網損耗,提高異常處理效率,本文設計了一種臺區線損實時監測方法,以期解決上述問題。
        2 監測系統架構
        本文采用分級計算的方法實現線損異常監測。根據臺區用戶電表的分布情況,將臺區線損監測分為分支監測和表箱監測兩級。如圖1所示,在變壓器低壓側的每條分支線上裝有分支監測表,該表除了監測分支點處的電壓、電流、功率、電量之外,還能與該分支上所有表箱的總表通信,獲取每個表箱的電量數據。
        
        
        圖5:分支線表箱從屬關系
        (2)總表校時
        為了確保線損計算時,所有電表數據取自同一時間斷面,需要對總表校時。與電表廣播校時偏差不得超過5分鐘的要求不同,表箱中的總表可以在更大的時間偏差范圍內實現校時。總表校時分為兩種,一種是集抄系統的集中器向所有總表廣播時間,每臺總表均需將自身時鐘同步到集中器的系統時間。另一種是總表主動向集中器請求時間,此方式主要用于總表復位后的初始化流程。
        (3)數據采集
        由于分支監測表與其下屬的表箱通信距離較遠,通信延時大,因此分支表采用讀取凍結電量的方式采集表箱總表的電量數據。各表箱總表按15分鐘的采集密度,保存正向有功、反向有功電量數據。分支表每小時讀取下屬表箱總表的15分鐘采集數據。
        (4)線損計算
        分支監測表每15分鐘計算一次分支線線損值,采用1小時的電量差值作為計算依據,計算公式如式(2)所示。
                  
        圖6:用于線損監測的集抄系統示意圖
        為了驗證第3節的檢測系統架構及第4節的線損監測方法,設計了如圖6所示的集抄系統。集中器安裝在變低側,與分支監測表距離近,采用485總線通信。集中器與各個表箱總表之間通過電力線載波通信。分支表采集總表數據時,先將抄表報文通過485總線發送給集中器,集中器再通過PLC將該報文傳送至目標總表。總表響應報文則通過反向路徑傳至分支表。
        在試驗臺區中,共有2條分支線路,每條分支線路接5個表箱,每個表箱中安裝10臺電表(其中1臺為總表),共計100臺電表。在以下描述中,“本系統”指本文設計的監測系統,“對比系統”指未采用分級監測方法的一般集抄系統。下面為三個對比試驗。
        (1)電表檔案收集對比試驗
        先清空集中器的電表檔案,再重啟集中器,測試集中器搜集到100臺電表所耗時間及準確性。測試數據如表1所示。
        
        注:線損監測值偏差為監測值與真實值之差的絕對值。線損監測值和真實值均以百分數表示。
        在對比數據中,本系統的準確性明顯高于對比系統。電表時鐘最大偏差越大,則線損監測值的偏差也越大。
        5 結束語
        本文提出了一種適用于低壓臺區的分層線損監測方法,并基于低壓集抄采集架構設計了線損監測系統。該方法通過時鐘同步、分層采集數據、本地計算等步驟有效提高線損監測的準確性。以表箱為最小監測單位,提高線損異常定位的準確性,對于及時排查故障有非常積極的作用。隨著國網公司線損精益化管理的深入推進,該分層線損監測方法也將發揮更大的作用。
        參考文獻
        [1] 黨三磊、李健、林聲宏,線損與降損措施,中國電力出版社,2013.
        [2] 濮賢成、唐述正、羅新、李家騰,線損計算與管理,中國電力出版社,2015.
        [3] 羅輯、楊勁鋒、肖勇、闕華坤,用電數據挖掘技術與應用,中國電力出版社,2015.
        [4] Q/CSG 11301-2008,線損理論計算技術標準
        作者簡介
        陳衛強(1983-),男,江蘇連云港人,工程師,工學學士,主要從事電能計量自動化、電能遙測技術研究及相關工作;
        張思建(1983-),男,廣東汕頭人,高級工程師,工學博士,主要從事高級量測及通信技術研究。

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