CN109190242A - 一种入户段线路阻抗估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种入户段线路阻抗估计方法，包括：步骤S1，通过非入户量测终端在楼宇表箱总开处采集分支点处三相电压，在各用户入户开关处采集用户电流；步骤S2，通过有功功率抬升、有功功率跌落、无功功率变化及负荷运行时段规律的获取及比对，进行电热负荷辨识；步骤S3，根据楼宇表箱至用户的低压配电网网络拓扑结构构建电路模型，并针对所述电路模型建立阻抗计算数学模型；步骤S4，将电热负荷辨识结果代入所述数学模型，基于二元线性回归方法进行方程求解，获取入户段线路阻抗。本发明通过对入户段线路阻抗计算可以监测用户入户段线路阻抗的健康程度。
Description
技术领域
本发明涉及电力管理技术领域，尤其涉及一种入户段线路阻抗估计方法。
背景技术
随着电力线路使用期限的增加以及外在恶劣自然环境的侵蚀，线路会逐渐老化，老化线路一方面存在断线的可能，更多是电线老化后，绝缘性能下降，容易产生漏电或短路现象。对于线路阻抗的计算，之前由于量测数据的缺失，只局限于中高压配电网，面对分支庞大复杂的低压配电网，一直是监测的空白，对于线路的排查多是发生了接地、断线或短路等故障后再进行现场排查。
用电信息采集***的全覆盖建设为低压配电网线路阻抗的计算提供了分析的数据源，电力研究者也开始关注如何利用采集的数据进行低压配电网线路阻抗分析，但是存在的一个盲区为现在高层楼宇等小区的表箱多是集中安装，表箱至用户空开处的还存在一段入户段线路，该线路因不同用户距表箱的位置距离不同，对用户的影响也有较大不同。由于缺少用户内部详细用电数据，常规方法无法计算。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种入户段线路阻抗估计方法，以监测用户入户段线路阻抗的健康程度。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种入户段线路阻抗估计方法，包括：
步骤S1，通过非入户量测终端在楼宇表箱总开处采集分支点处三相电压，在各用户入户开关处采集用户电流；
步骤S2，通过有功功率抬升、有功功率跌落、无功功率变化及负荷运行时段规律的获取及比对，进行电热负荷辨识；
步骤S3，根据楼宇表箱至用户的低压配电网网络拓扑结构构建电路模型，并针对所述电路模型建立阻抗计算数学模型；
步骤S4，将电热负荷辨识结果代入所述数学模型，基于二元线性回归方法进行方程求解，获取入户段线路阻抗。
其中，所述步骤S1具体包括：
通过非入户量测终端内的电压互感器采集三相电压瞬时值，并做基础数据有效值的分析，形成表箱处的电压有效值随时间分布的序列图；
通过非入户量测终端内的电流互感器采集用户并网关口电流瞬时值，并做有效值的分析，FFP谐波分析，形成入户总电流有效值随时间分布的序列图。
其中，所述步骤S2具体包括：
步骤S21，基于获取的三相电压瞬时值及用户并网关口电流瞬时值，进行积分计算，获得有功功率序列P(t)、无功功率序列Q(t)；
步骤S22，以设定时间间隔计算两时间段的有功功率变化量ΔP(t)、无功功率变化量ΔQ(t)；
步骤S23，判断有功功率变化量ΔP(t)是否大于设定的额定值P额，若是，则记录该抬升时刻为ton，记录有功功率抬升值为ΔPu，无功功率抬升值为ΔQu，并将该系列数据记入负荷辨识依据列表；
步骤S24，判断有功功率变化量ΔP(t)是否小于设定的额定值P额，若是，则记录该跌落时刻为toff，记录有功功率跌落值为ΔPd，无功功率跌落值为ΔQd，并将该系列数据记入负荷辨识依据列表；
步骤S25，当满足|ΔPu|≈|ΔPd|>P额；|ΔQu|≈|ΔQd|≈0时，判断该负荷为电热负荷，并记录该电热负荷的运行数据。
其中，所述设定的额定值P额设为2500W。
其中，记录的电热负荷的运行数据包括：电热负荷工作时段(ton，toff)；电热负荷工作时段的功率时间PR(t)，电热负荷工作时段的电流时间序列IR(t)；电热负荷工作时段的表箱处端电压时间序列U(t)。
其中，所述步骤S3中，具体是利用电热负荷的纯阻性的线性伏安特性关系及基尔霍夫电压定律，针对所述电路模型建立阻抗计算数学模型。
其中，所述电路模型中，从表箱节点处开始，入户段线路阻抗近似等于纯阻性负载，入户空开处为家庭总节点，用户内电器设备并联于空开节点，各设备等效为对应的纯阻性负载、感性电机负载、容性负载，电热负荷等效为纯阻性负载。
其中，所述步骤S3建立的阻抗计算数学模型如下：
UC＝IC1ZC1+IRR
上式中，UC为表箱处端电压，ZC1为入户段线路阻抗，IC1为入户段线路电流，R为用户内电热负荷的阻抗，IR为用户内电热负荷电流。
其中，所述步骤S4具体包括：
步骤S41，从历史数据库中调取多组电热负荷的运行数据，记为第m组(ton，toff)；
步骤S42，获取所挑选的m组各运行时段(ton，toff)期间的表箱处端电压时间序列U(t)，用户总电流时间序列I(t)，用户内电热负荷电流时间序列IR(t)；
步骤S43，将表箱处端电压时间序列U(t)，用户总电流时间序列I(t)，用户内电热负荷电流时间序列IR(t)分别代入上述数学模型，形成时间序列方程组；
步骤S44，通过MATLAB计算工具，选用二元线性回归方法，对时间序列方程组进行求解，获得电热负荷的阻抗值R及入户段线路阻抗ZC1。
其中，所述步骤S41中，调取运行数据的依据为每个电热负荷运行时段，表箱处端电压均不相同。
本发明实施例的有益效果在于：通过对入户段线路阻抗计算可以监测用户入户段线路阻抗的健康程度，若某用户阻抗随着时间推移明显增大，则该用户可能存在线路老化，通过阈值比对，确定某用户是否存在断线危险，如是则可采取停电检修。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种入户段线路阻抗估计方法的流程示意图。
图2为本发明实施例中配网网络阻抗分析原理示意图。
图3为本发明实施例中用户端口的电压有效值随时间分布的序列图。
图4为本发明实施例中用户端口的电流有效值随时间分布的序列图。
图5为本发明实施例中辨识出来的电热负荷的电流时间序列图。
图6为本发明实施例中构建的电路模型示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1所示，本发明实施例提供一种入户段线路阻抗估计方法，包括：
步骤S1，通过非入户量测终端在楼宇表箱总开处采集分支点处三相电压，在各用户入户开关处采集用户电流；
步骤S2，通过有功功率抬升、有功功率跌落、无功功率变化及负荷运行时段规律的获取及比对，进行电热负荷辨识；
步骤S3，根据楼宇表箱至用户的低压配电网网络拓扑结构构建电路模型，并针对所述电路模型建立阻抗计算数学模型；
步骤S4，将电热负荷辨识结果代入所述数学模型，基于二元线性回归方法进行方程求解，获取入户段线路阻抗。
具体地，请先参照图2所示的配网网络阻抗分析原理示意图，表箱以上的配网线路阻抗ZDA，ZAB等可以利用表箱处的电压电流功率数据等结合配网模型计算求得；表箱以下的入户段线路阻抗ZC1，ZC2，ZC3等，由于缺少户内详细用电数据，现有常规方法无法计算，本发明则基于非入户量测终端进行电热负荷辨识，并根据电热负荷特性进行建模，进而求得入户段线路阻抗。
非入户量测终端安装于楼宇表箱内，通过在表箱总开处采集分支点处三相电压，在各用户入户开关处采集入户电流，可辨识用户精细化负荷用电行为。具体地，非入户量测终端通过其内的电压互感器采集三相电压瞬时值u，并做基础数据有效值U的分析，形成如图3所示的为表箱处的电压有效值随时间分布的序列图。非入户量测终端通过其内的电流互感器采集用户并网关口电流瞬时值i，并做有效值I的分析，FFP谐波分析等，形成如图4所示的入户总电流有效值随时间分布的序列图。
步骤S2的电热负荷辨识具体包括以下步骤：
步骤S21，基于获取的三相电压瞬时值u及用户并网关口电流瞬时值i，进行积分计算，获得有功功率序列P(t)、无功功率序列Q(t)；
步骤S22，以设定时间间隔(例如0.1秒)计算两时间段的有功功率变化量ΔP(t)、无功功率变化量ΔQ(t)；
步骤S23，判断有功功率变化量ΔP(t)是否大于设定的额定值P额，若是，则记录该抬升时刻为ton，记录有功功率抬升值为ΔPu，无功功率抬升值为ΔQu，并将该系列数据记入负荷辨识依据列表；其中，该设定的额定值P额的数值根据用户的家用电器列表总结确定，常规有1000W，1200W，1500W，2000W，2500W及3000W等，本实施例中电热负荷的功率值设为2500W；
步骤S24，判断有功功率变化量ΔP(t)是否小于设定的额定值P额，若是，则记录该跌落时刻为toff，记录有功功率跌落值为ΔPd，无功功率跌落值为ΔQd，并将该系列数据记入负荷辨识依据列表；设定的额定值P额与步骤S23中的设定的额定值P额相同；
步骤S25，当满足|ΔPu|≈|ΔPd|>P额；|ΔQu|≈|ΔQd|≈0时，则判断该负荷为电热负荷，并记录该电热负荷的运行数据，包括：
电热负荷工作时段：(ton，toff)；
电热负荷工作时段的功率PR(t)，电流iR(t)；
电热负荷工作时段的表箱处电压U(t)。
如图5所示的为辨识出来的电热负荷的电流序列图。
步骤S3中，根据表箱至用户内的低压配电网网络拓扑结构构建电路模型，利用电热负荷的纯阻性的线性伏安特性关系及基尔霍夫电压定律(KVL)，针对该电路模型，建立阻抗计算数学模型。
本实施例中，构建的电路模型如图6所示，从表箱节点处开始，入户段线路阻抗近似等于纯阻性负载，入户空开处为家庭总节点，用户内电器设备并联于空开节点，各设备等效为对应的纯阻性负载、感性电机负载、容性负载等，本实施例中的电热负荷等效为纯阻性负载。
针对该电路模型，建立的阻抗计算数学模型如下：
UC＝IC1ZC1+IRR
上式中，UC为表箱处端电压，ZC1为入户段线路阻抗，IC1为入户段线路电流，R为用户内电热负荷的阻抗，IR为用户内电热负荷电流。
步骤S4中，将电热负荷辨识结果代入上述数学模型，基于二元线性回归方法进行方程求解，从而获取入户段线路阻抗，具体步骤如下：
步骤S41，从历史数据库中调取多组电热负荷的运行数据，记为第m组(ton，toff)；调取运行数据的依据为每个电热负荷运行时段，表箱处端电压U均不相同；
步骤S42，获取所挑选的m组各运行时段(ton，toff)期间的表箱处端电压时间序列U(t)，用户总电流时间序列I(t)，用户内电热负荷电流时间序列IR(t)；
步骤S43，将表箱处端电压时间序列U(t)，用户总电流时间序列I(t)，用户内电热负荷电流时间序列IR(t)分别代入上述数学模型，形成时间序列方程组；
步骤S44，通过MATLAB计算工具，选用二元线性回归方法，对时间序列方程组进行求解，获得电热负荷的阻抗值R及入户段线路阻抗ZC1。作为一种示例，根据图3-图5所示的数据计算得到的电热负荷的阻抗值为20.197欧，入户段线路阻抗为0.006欧。
在线性回归分析计算的误差分析报告中，电热负荷的阻抗计算的标准误差为0.012，入户段线路阻抗计算的标准误差0.007，这里的标准误差是线性回归计算的一个指标，标准误差越小，代表拟合越准确，也就意味着回归系数越准确，由此可知，上述方程拟合结果非常理想。对比电热负荷计算阻抗值和标称阻抗值，该电热负荷标称值为19.36欧，误差为4％。
通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于，通过对入户段线路阻抗计算可以监测用户入户段线路阻抗的健康程度，若某用户阻抗随着时间推移明显增大，则该用户可能存在线路老化，通过老化阈值比对，即确定某用户是否存在断线或线路阻抗过热的危险，如是则可采取停电检修。线缆的老化阈值设定与线缆的材质、型号紧密相关，以BV10平方毫米线缆为例，其阻抗的一般值为1.75欧/千米，其老化阈值设定一般为正常阻抗的20倍以上，
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种入户段线路阻抗估计方法，其特征在于，包括：
步骤S1，通过非入户量测终端在楼宇表箱总开处采集分支点处三相电压，在各用户入户开关处采集用户电流；
步骤S2，通过有功功率抬升、有功功率跌落、无功功率变化及负荷运行时段规律的获取及比对，进行电热负荷辨识；
步骤S3，根据楼宇表箱至用户的低压配电网网络拓扑结构构建电路模型，并针对所述电路模型建立阻抗计算数学模型；
步骤S4，将电热负荷辨识结果代入所述数学模型，基于二元线性回归方法进行方程求解，获取入户段线路阻抗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
通过非入户量测终端内的电压互感器采集三相电压瞬时值，并做基础数据有效值的分析，形成表箱处的电压有效值随时间分布的序列图；
通过非入户量测终端内的电流互感器采集用户并网关口电流瞬时值，并做有效值的分析，FFP谐波分析，形成入户总电流有效值随时间分布的序列图。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
步骤S21，基于获取的三相电压瞬时值及用户并网关口电流瞬时值，进行积分计算，获得有功功率序列P(t)、无功功率序列Q(t)；
步骤S22，以设定时间间隔计算两时间段的有功功率变化量ΔP(t)、无功功率变化量ΔQ(t)；
步骤S23，判断有功功率变化量ΔP(t)是否大于设定的额定值P额，若是，则记录该抬升时刻为ton，记录有功功率抬升值为ΔPu，无功功率抬升值为ΔQu，并将该系列数据记入负荷辨识依据列表；
步骤S24，判断有功功率变化量ΔP(t)是否小于设定的额定值P额，若是，则记录该跌落时刻为toff，记录有功功率跌落值为ΔPd，无功功率跌落值为ΔQd，并将该系列数据记入负荷辨识依据列表；
步骤S25，当满足|ΔPu|≈|ΔPd|>P额；|ΔQu|≈|ΔQd|≈0时，判断该负荷为电热负荷，并记录该电热负荷的运行数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设定的额定值P额设为2500W。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，记录的电热负荷的运行数据包括：电热负荷工作时段(ton，toff)；电热负荷工作时段的功率时间PR(t)，电热负荷工作时段的电流时间序列IR(t)；电热负荷工作时段的表箱处端电压时间序列U(t)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，具体是利用电热负荷的纯阻性的线性伏安特性关系及基尔霍夫电压定律，针对所述电路模型建立阻抗计算数学模型。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电路模型中，从表箱节点处开始，入户段线路阻抗近似等于纯阻性负载，入户空开处为家庭总节点，用户内电器设备并联于空开节点，各设备等效为对应的纯阻性负载、感性电机负载、容性负载，电热负荷等效为纯阻性负载。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3建立的阻抗计算数学模型如下：
UC＝IC1ZC1+IRR
上式中，UC为表箱处端电压，ZC1为入户段线路阻抗，IC1为入户段线路电流，R为用户内电热负荷的阻抗，IR为用户内电热负荷电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
步骤S41，从历史数据库中调取多组电热负荷的运行数据，记为第m组(ton，toff)；
步骤S42，获取所挑选的m组各运行时段(ton，toff)期间的表箱处端电压时间序列U(t)，用户总电流时间序列I(t)，用户内电热负荷电流时间序列IR(t)；
步骤S43，将表箱处端电压时间序列U(t)，用户总电流时间序列I(t)，用户内电热负荷电流时间序列IR(t)分别代入上述数学模型，形成时间序列方程组；
步骤S44，通过MATLAB计算工具，选用二元线性回归方法，对时间序列方程组进行求解，获得电热负荷的阻抗值R及入户段线路阻抗ZC1。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S41中，调取运行数据的依据为每个电热负荷运行时段，表箱处端电压均不相同。
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