基于分層式節(jié)點(diǎn)的10 kV配電網(wǎng)同期線損自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法

葉勁龍

（廣東東莞城區(qū)供電局，廣東 東莞 523000）

0 引 言

由于配電網(wǎng)成本大、耗電嚴(yán)重，因此對(duì)于配電網(wǎng)同期的電壓和電流需要及時(shí)精確控制，防止因未監(jiān)測(cè)而造成的同期線損[1]。傳統(tǒng)10 kV配電網(wǎng)未配備智能化計(jì)算模式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果差，電量缺失情況無法及時(shí)處理，從而造成線損[2]。為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且便于管理的10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，需要對(duì)同期線損的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別。引入分層式節(jié)點(diǎn)識(shí)別的方法，有效求取各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流與電壓，采用計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析，最直接、最精準(zhǔn)地對(duì)分層的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，提高配電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)效果，防止因?qū)嶋H線損差異過大導(dǎo)致巨大的費(fèi)用支出。自動(dòng)監(jiān)測(cè)不僅能節(jié)省更多的人力物力，而且還便于配電網(wǎng)的智能管理[3]。

1 分層式節(jié)點(diǎn)識(shí)別10 kV配電網(wǎng)同期線損具體過程

1.1 第1層識(shí)別

10 kV中壓配電網(wǎng)的第1層識(shí)別需要安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，將配電網(wǎng)的各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)識(shí)別為可量測(cè)節(jié)點(diǎn)和不可量測(cè)節(jié)點(diǎn)[4]。對(duì)量測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到全天、全月的電量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)于可量測(cè)的節(jié)點(diǎn)，主要通過廣域電力量測(cè)方法對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)定分析和控制[5]。廣域電壓穩(wěn)定識(shí)別分為單端口廣域電壓穩(wěn)定識(shí)別和多端口廣域電壓穩(wěn)定識(shí)別。單端口等值節(jié)點(diǎn)電路如圖1所示。

圖1 單端口等值節(jié)點(diǎn)電路

在單端口等值電路中，通過節(jié)點(diǎn)i的等值阻抗zi和等值電壓Ei衡量可量測(cè)的節(jié)點(diǎn)信息。通過對(duì)比等值阻抗zi和等值電壓Ei的阻抗幅度比M（M＝zi／E）來確定節(jié)點(diǎn)i的電壓穩(wěn)定性，進(jìn)而確定10 kV配電網(wǎng)同期電壓穩(wěn)定性。當(dāng)測(cè)試的M小于1時(shí)，表示節(jié)點(diǎn)i電壓穩(wěn)定；當(dāng)M逐漸接近于1時(shí)，表示節(jié)點(diǎn)i的電壓穩(wěn)定性逐漸降低，即整體的同期電壓失穩(wěn)。10 kV配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性由節(jié)點(diǎn)的最大M值決定，為了控制10 kV配電網(wǎng)同期電壓穩(wěn)定性，需要實(shí)時(shí)觀測(cè)可量測(cè)節(jié)點(diǎn)i的等值電壓，以防電壓失穩(wěn)。對(duì)于多端口的節(jié)點(diǎn)線路量測(cè)，需要控制基于多端口的局部電壓穩(wěn)定和局部裕度電壓穩(wěn)定來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定性識(shí)別。多端口等值節(jié)點(diǎn)電路如圖2所示。

圖2 多端口等值節(jié)點(diǎn)電路

多端口等值節(jié)點(diǎn)量測(cè)利用各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)來測(cè)量節(jié)點(diǎn)電壓和電流量，同時(shí)根據(jù)單端口節(jié)點(diǎn)的量測(cè)判斷方法來判定各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性[6]。采用多端口節(jié)點(diǎn)電路監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定性時(shí)，僅需要保證同一時(shí)間下各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。由于多端口節(jié)點(diǎn)電路需要多次測(cè)試節(jié)點(diǎn)電壓和電流量，因此需要保證測(cè)定的i1、i2、i3、i4節(jié)點(diǎn)類型相同。由這4個(gè)節(jié)點(diǎn)組成節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)多端口節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)量測(cè)，測(cè)試整體配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電路情況。如果節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，則需要重新計(jì)算節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的電壓系數(shù)和等值阻抗[7]。

1.2 第2層識(shí)別

第2層識(shí)別根據(jù)10 kV配電網(wǎng)電能計(jì)量分出電量節(jié)點(diǎn)和容量節(jié)點(diǎn)。

電量節(jié)點(diǎn)注入有功的平均電流值為

電量節(jié)點(diǎn)注入無功的平均電流值為

式中：AP為參考節(jié)點(diǎn)在當(dāng)日的有功電量值，kW·h；AQ為參考節(jié)點(diǎn)在當(dāng)日的無功電量值，kVA；U為參考節(jié)點(diǎn)處配電變壓器高壓側(cè)的額定電壓值，kV；T為耗時(shí)，h。

計(jì)算出第2層電量節(jié)點(diǎn)注入有功的平均電流值和無功的平均電流值后，需要計(jì)算注入電流的比例。

參考節(jié)點(diǎn)在T時(shí)刻投入有功電流分量與有功平均電流之比為

參考節(jié)點(diǎn)在T時(shí)刻投入無功電流分量與無功平均電流之比為

式中：IPl為第2層電量節(jié)點(diǎn)在第l時(shí)刻注入的有功電流，A；IQl為第2層電量節(jié)點(diǎn)在第l時(shí)刻注入的無功電流，A。

電量節(jié)點(diǎn)n在第l時(shí)刻注入的電流有功分量為

電量節(jié)點(diǎn)n在第l時(shí)刻注入的電流無功分量為

電量節(jié)點(diǎn)的容量檢測(cè)方法主要分為離線檢測(cè)和在線檢測(cè)，其中離線檢測(cè)方法是通過離線實(shí)時(shí)技術(shù)設(shè)備試驗(yàn)來測(cè)得配電網(wǎng)內(nèi)的變壓器最高容量[8]。

第2層容量節(jié)點(diǎn)主要采用的是在線檢測(cè)，綜合判斷10 kV配電網(wǎng)變壓器最高容量，在線檢測(cè)10 kV配電網(wǎng)變壓器短路阻抗、短路電流、短路電壓等影響線阻的相關(guān)因素[9]。

容量節(jié)點(diǎn)m在第l時(shí)刻注入的電流有功分量為

容量節(jié)點(diǎn)m在第l時(shí)刻注入的電流無功分量為

式中：Sm為容量節(jié)點(diǎn)m中配電變壓器的最大容量。

依靠第2層識(shí)別的電量節(jié)點(diǎn)和容量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配電變壓器額定容量的在線檢測(cè)，通過對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)主要技術(shù)參數(shù)的在線檢測(cè)，綜合判斷10 kV配電網(wǎng)的額定值，方便后續(xù)計(jì)算線損。

2 前推回代線損計(jì)算

采用前推回代的方法計(jì)算線損，前推計(jì)算以配電網(wǎng)末端的節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)，回推計(jì)算回推分層節(jié)點(diǎn)的電壓。開始執(zhí)行線損計(jì)算時(shí)，初始化各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓為額定電壓U、迭代次數(shù)k=0，然后計(jì)算各負(fù)荷點(diǎn)的運(yùn)算規(guī)律。分層式節(jié)點(diǎn)由計(jì)算機(jī)主機(jī)控制，將10 kV配電網(wǎng)分成若干子網(wǎng)，形成關(guān)聯(lián)任務(wù)有向無環(huán)圖（Directed Acyclic Graph，DAG）。第一次傳輸?shù)侥妇€電流的節(jié)點(diǎn)視為首層任務(wù)，也可以稱作I類任務(wù)。通過計(jì)算機(jī)云端處理任務(wù)調(diào)度，調(diào)度處理后對(duì)首層任務(wù)進(jìn)行分配，此時(shí)迭代次數(shù)k=1。向下一層傳遞前需要更新位于子網(wǎng)下的首層任務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部電流流通的數(shù)據(jù)，更新后開始傳輸向下一層流通的母線電流。對(duì)于下一層被分配的電流，需要確定是否為節(jié)點(diǎn)層。若處理結(jié)果顯示為否，將返回到首層任務(wù)分配環(huán)節(jié)進(jìn)行重復(fù)操作；若處理結(jié)果為是，則繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)節(jié)點(diǎn)處理操作。待所有分配的計(jì)算節(jié)點(diǎn)更新電流后，向下一層傳遞。待所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)的更新后，計(jì)算機(jī)云端存儲(chǔ)內(nèi)部的電壓數(shù)據(jù)，由此完成了一次前推回代計(jì)算[10]。重復(fù)上述操作，不斷檢查負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓是否發(fā)生變化，若發(fā)生變化則繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算操作。若未發(fā)生變化，則重新傳遞節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)束計(jì)算后輸出最終運(yùn)算結(jié)果。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 配電網(wǎng)原始數(shù)據(jù)

在對(duì)額定電壓和額定容量進(jìn)行判定時(shí)，不能僅靠單一的配電變壓器。本次實(shí)驗(yàn)采用了SEF11型400 kVA配電變壓器與SRU13型630 kVA配電變壓器，其空載損耗均為600 W。10 kV配電網(wǎng)的阻抗電壓為額定電壓的4.0%～4.5%，加入50 kVA的S17型油浸式配電變壓器，采用一次側(cè)和二次側(cè)電流。當(dāng)有電流通過時(shí)，測(cè)試無功電荷和有功電荷。測(cè)試的配電網(wǎng)額定容量為200 kVA，電壓等級(jí)為10 kV，二次側(cè)電壓為0.4 kV。配電網(wǎng)內(nèi)部的變壓器采用QDW3150型號(hào)硅鋼片，尺寸為1 350 mm×600 mm×200 mm。由于高壓繞組流過電流小，因此10 kV的中低配電網(wǎng)繞組選用扁銅線。低壓繞組靠鐵芯內(nèi)側(cè)，采用繞組星接和繞組角接的形式進(jìn)行線損模擬操作。設(shè)置好外界條件后，將本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)方法和傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用在10 kV配電網(wǎng)中進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 自動(dòng)控制結(jié)果對(duì)比

根據(jù)表2，本文監(jiān)測(cè)方法計(jì)算出來的綜合損耗、線路損耗、線路配變損耗、固定損耗都高于傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，說明本文監(jiān)測(cè)方法對(duì)數(shù)據(jù)的處理精度要明顯高于傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，對(duì)線損的自動(dòng)監(jiān)測(cè)效果更好。

4 結(jié) 論

基于分層式節(jié)點(diǎn)識(shí)別，對(duì)10 kV配電網(wǎng)進(jìn)行了同期線損自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。分層式節(jié)點(diǎn)識(shí)別能更好地處理配電網(wǎng)電壓電流流通情況，方便更快掌握配電網(wǎng)的整體信息并對(duì)線損進(jìn)行計(jì)算管理。在未來的研究中，將針對(duì)配電網(wǎng)同期線損的實(shí)際情況進(jìn)一步對(duì)比優(yōu)化，使分層式節(jié)點(diǎn)同期線損自動(dòng)監(jiān)控方法能夠更好地應(yīng)用于線路異常管理。