計及電能質量影響的10kV 配電網損耗計算模型及其實驗驗證

沈建輝 王旭宏

(浙江省電力建設有限公司，浙江 杭州 315000)

近年來，全國電力企業紛紛開展了加強線損控制和線損管理試點研究，節能減排工作取得了較大成效。但是隨著電力公司線損管理模式的改進，管理部門對10kV 配電網線損管理標準不統一等問題依然存在。

1 計及電能質量影響的10kV 配電網損耗計算模型

1.1 分離出配電網的固定損耗，估算出電壓偏差影響下固定損耗的附加損耗率。固定損耗是產生在電力線路和配變等值并聯電導上的損耗，與電壓有關，配電網的固定損耗主要是配變的固定損耗。當每臺配變的電壓都可通過監測裝置得到時，用下式計算電壓偏差導致的配網固定損耗的附加損耗率λ0∑，

從而精確計算出發生電壓偏差后配電網的固定損耗ΔP'0為：

1.2 分別估算諧波、三相電流不平衡、電壓偏差影響下線路和配變可變損耗的附加損耗率。可變損耗指的是消耗在電力線路和配變電阻上的損耗，與負荷電流有關。

1.3 綜合上述受單種電能質量擾動影響的可變損耗附加損耗率，分別得到線路和配變損耗受電能質量影響的可變損耗綜合附加損耗率。

單種電能質量擾動導致的可變附加損耗可以直接相加，但是其附加損耗率如果要直接相加，則需要其基準值相同。在計算諧波、三相電流不平衡和電壓偏差導致的可變附加損耗率時，都應該以元件在基波正序電流單獨作用下的可變損耗作為基準。其中，諧波和三相電流平衡度變化時基波正序電流是不變的，其作用下的可變損耗也不變，可以直接測得。但是，電壓偏差影響下的基波正序電流會產生變化，而電壓偏差附加可變損耗率的基準定義為無電壓偏差時元件在基波正序電流作用下的可變損耗，無法在存在電壓偏差時直接測得。所以電壓偏差可變附加損耗率在綜合計算模型中，不能與其他電能質量擾動引起的可變附加損耗率直接相加。然而2 個基準值比值恰好就是解耦后的電壓偏差可變附加損耗率，因此可以采用相乘的方式計算綜合附加損耗率。

通過上述分析可知，電能質量擾動造成單一元件可變損耗的綜合附加損耗率μ 為：

式中：x 取值為1、2 分別表示配變、線路，將對應元件的參數代入公式即可。

1.4 綜合固定損耗和可變損耗的附加損耗率，得到計及電能質量擾動影響時配電網的總損耗。實際配電網中廣泛存在輻射狀饋線，所以需要分段計算線路和配變的損耗，最后相加得到配電網的總損耗，如下式所示：

式中：ΔP 為10 kV 配電網總損耗；ΔP1i和ΔPT1i分別為第i 段饋線和第i 臺配變在基波正序電流作用下的可變損耗；ΔPT0i為第i 臺配變在額定電壓下的固定損耗；μi和μTi分別為第i 段饋線和第i 臺配變的綜合附加損耗率，由式(3)計算得到。

因此，整個配電網的總附加損耗率為：

2 10kV 配電網損耗減小的措施及電壓偏差實驗驗證

2.1 配電網損耗檢測去噪方法及仿真

配電網在實際運行中，電能質量信號在傳播、獲取、處理等階段都可能被噪聲污染，電能質量擾動的有用信息可能被噪聲所污染，擾動的起始時間和嚴重程度都有可能被影響，難以獲取準確地信息。根據前面的損耗計算方法，要想獲得準確的電壓電流信號，對信號進行去除噪聲的處理至關重要的。

小波去噪最基本的原理基本都是根據理想信號和噪聲信號在小波變換后得到的小波系數具有的不同性質，再通過特定的數學方法，將含噪信號的小波系數在小波域上進行處理。具體的去噪原理圖為：

圖1 小波去噪流程圖

小波去噪的具體步驟可以描述為:

a.對含有噪聲的信號進行小波變換;

b.在不同尺度上對得到的小波系數進行非線性處理，從而去除噪聲信號;

c.對獲取的新小波系數進行小波逆變換，完成去噪后的信號重構。

根據小波系數處理方式的不同，去噪方法有多種方式，比如模極大值去噪、相鄰尺度小波系數相關性去噪和小波變換閾值去噪等。由于前兩種算法計算量大，算法較復雜，不易實施實現；小波變換閾值去噪可以有效提高信噪比，簡單而實用的方法。因此，本文選取小波閾值去噪方法。

式中s(t)為實際含有噪聲的信號;x(t)為理想信號:n(t)為高斯白噪聲信號服從N(0，σ2)分布。對s(t)進行離散小波變換為：

式中，ψj，k(t)為離散小波基函數，上式還可以表示為：

式中，dj，k是含有噪聲的信號s(t)經小波變換后得到的各層小波系數；uj，k為理想信號x(t)經小波變換后得到的小波系數；ej，k是噪聲信號n(t)經小波變換后得到的小波系數。

根據理想信號和噪聲信號小波系數的不同統計特性，可以選擇合適的閾值，當含有噪的信號s(t)的小波系數小于閾值時，認為主要是噪聲信號起作用，此時將其置零；反之，認為理想信號起主要作用，這些系數不變或者按照一定的原則向零收縮。

根據上述原理可知小波閾值去噪的過程如下所示：

a.對含有噪聲的信號進行小波分解，通過選擇合適的小波基、確定合適的分層數對其進行小波變化，從而得到對應的各層小波系數dj，k；

b.利用閾值合理處理高頻系數；

9.1.1菜青蟲 以幼蟲在葉背或心葉危害，1～2齡幼蟲啃食葉肉，在葉片上留下一層薄而透明的表皮，3齡以上幼蟲將葉片咬出孔洞，或將葉片邊緣吃成缺刻，嚴重時將全部葉片吃光，并排出糞便，污染菜心，嚴重影響產量和質量。該蟲一年發生4～6代，世代重疊，危害持續時間長。

c. 利用小波分解后的底層低頻系數和處理過的高頻系數進行重構，最終得到去噪后的信號，重構小波系數。

在上述過程中，最關鍵的是閾值的選擇和閾值量化的處理，其關系到信號去噪的質量。最常見的閾值修正原則可分為硬閾值函數、軟閾值函數。

其中硬閾值函數的表達式為：

當分解得到的小波系數絕對值小于既定的閾值時，令其等于零;反之，令其保持不變。

軟閾值函數的表達式為：

當分解得到的小波系數絕對值小于既定的閾值時，令其等于零;反之，令其減去閾值。

根據已有的研究結果，從整體趨勢上看對含噪的諧波擾動信號去噪時，硬閾值去噪的效果更好。綜上所述，針對諧波擾動信號的去噪處理，本文選取硬閾值去噪的方法對其進行仿真驗證，去噪前后的仿真波形圖如圖2 所示。

圖2 諧波信號進行硬閾值去噪的結果圖

從圖2 可以看出，對含有噪聲的諧波擾動信號進行小波硬閾值去噪處理后，獲取的去噪波形圖與原始信號的輪廓特征基本相同。

2.2 電壓偏差實驗驗證

調整10kV 電能質量擾動源的相電壓與額定電壓的偏差在-10%～10%之間以2%為步長變化。由于所帶負載為恒阻抗負載，取χ=2、δ=2，電壓偏差影響下的固定損耗和可變損耗附加率計算公式相同，因此依然分別分析線路和配變的損耗。

為了解耦各類電能質量擾動引起的附加損耗，電壓偏差實驗中同樣只考慮基波損耗，與三相電流不平衡實驗的數據處理方法類似，首先分離出基波值，利用P=UIcosφ 計算電壓偏差損耗值，并將電壓偏差為0 時的損耗實測值作為參考值，則兩者的差值為電壓偏差附加損耗實測值。電壓偏差附加損耗率實測值為電壓偏差附加損耗實測值與無電壓偏差時的參考值的比值。

線路損耗實測值取線路首、末端三相基波功率的差值，再依次計算電壓偏差可變附加損耗實測值和電壓偏差可變附加損耗率實測值。線路電壓偏差可變附加損耗率的實測值和本文模型的計算值以及取不平衡系數為1 的模型的計算值的對比如下圖所示。

由圖3 可看出，隨著電壓偏差的增大，線路的電壓偏差可變附加損耗率增大；本文模型的計算誤差很小，且小于不平衡系數為1 的模型計算誤差，這表明計及電壓偏差的損耗計算模型優于常用模型，精確度較高。

圖3 線路電壓偏差可變附加損耗率的實測值和模型計算值對比

配變的損耗實測值取為高、低壓側三相基波功率的差值計算配變電壓偏差可變附加損耗率，則配變電壓偏差可變附加損耗率的實測值和本文模型計算值以及平均負載系數為0.45 模型的計算值的對比如下圖所示。

由圖4 可看出，隨著電壓偏差的增大，配變的電壓偏差可變附加損耗率增加，考慮實驗測量誤差和計算誤差等因素，本文模型的計算誤差在可接受范圍內，且比平均負載系數為0.45 模型的計算結果誤差小，這驗證了計及電壓偏差的損耗計算模型的有效性。

圖4 配變電壓偏差可變附加損耗率的實測值和模型計算值的對比

3 結論

總之，由于10kV 配電網需要長期連續運行，而且所處環境差異很大，因此，線損問題必須由電力企業來解決，否則，將會嚴重制約電力企業的發展。為此，電力企業應加強對電網線損問題的監管，加強對電網線損的排查和過程控制，實現配電網的合理線損管理，并根據配電網的實際情況，優化其結構，運用補償方法，調整其設備配置，以達到減少配電網線損的目的。