CN110927480B

CN110927480B - 一种针对hplc应用环境的低压台区降损方法

Info

Publication number: CN110927480B
Application number: CN201911062471.4A
Authority: CN
Inventors: 韩跃峻; 张洋; 陆斌; 陈盛; 周璿; 黄潇贻
Original assignee: State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority date: 2019-11-02
Filing date: 2019-11-02
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2039-11-02
Also published as: CN110927480A

Abstract

一种针对HPLC应用环境的低压台区降损方法，属供电领域。其对台区结构层析分析；根据小区层、楼内层接线方式和线路参数，对小区层、楼内层配电***逐线逐相的线损进行分析；从实测线损中减去技术线损获得管理线损；从相间负荷平衡、线长合理性角度，对具体台区实施技术降损措施；从变户信息关联准确性、计量问题、窃电问题角度，对具体台区实施管理降损措施；从每个门洞三相负荷平衡角度挖掘降损潜力。基于线路长度、逐线逐相线损分析结果，进一步对低压供电半径、门洞三相负荷平衡度等配网建设和运行指标进行分析，将原仅适用于中、高压配网的降损手段推广应用到低压配网，促进低压配网降损节能。可广泛用于供电***的运行管理领域。

Description

一种针对HPLC应用环境的低压台区降损方法

技术领域

本发明属于供电运行管理领域，尤其涉及一种用于低压台区线损的降损方法。

背景技术

在电力***中，台区通常是指(一台)变压器的供电范围或区域。

在电力网传输分配过程中产生的有功功率损失和电能损失统称为线路损失。

线损的种类通常可分为统计线损，理论线损，管理线损，经济线损和定额线损等5类。

低压台区是线损发生的主要环节。

然而，在目前的线损精细化平台下，只能通过供售电量比对得到低压台区线损统计值。由于表计或通信故障等原因，该统计值有时不很准确；即便准确，也无法区分技术线损和管理线损，更无法掌握线损主要发生在哪个环节，使得低压台区线损治理缺乏有效手段。

住宅大部分负荷是三级负荷，供电电源一般取自附近110～35/10kV区域变电所的10kV供电回路，再经小区10kV配变降压为0.4kV供电。

小区低压配电***分为小区-楼内两个环节：

(1)小区层配电***：自小区配变0.4kV出线处至单元低压配电间(对高层/小高层单元式住宅)/单元配电箱(对多层单元式住宅)的环节。通常采用TN-S或TN-C-S的三相供电方式，放射式接线。

(2)楼内配电***：自单元低压配电间/单元配电箱至用户电表的环节。对单元式高层住宅，通常在单元地下室设置小型低压配电间，分单元双电源供电，配电间内安放数台低压配电及计量柜，以放射式、树干式或分区树干式向各楼层馈电。对多层住宅或别墅，通常在楼前适当位置设置落地式风雨箱或在单元首层入口处设置落地式进线箱作为中间配电点，以放射式向各栋楼或各层楼供电。每单元通常均提供三相电源，以利于三相负荷平衡。单元配电大体有两种形式：第一种，单元配电箱内设单元总开关、分支开关及各分户计量电表，由单元配电箱到各户配电箱用放射式布线；第二种，如图1中所示，单元配电箱内设单元总开关，由单元配电箱到楼层配电箱采用树干式布线，在层配电箱内设有该层住户用计量表及配电开关，由层配电箱到各住户采用放射式配电。随着居民用电规模的增大，目前后一种接线方式更为普遍。

目前，电力线高速载波(high-speed power line carrier，HPLC)用电信息采集技术日趋成熟。通过HPLC和智能电表，可及时上报停电时间，回传低压用户计量点每5min的电压、电流和电量，对低压用户实施台区识别和相位识别。这些功能为掌握低压配网拓扑结构、进而准确分析低压台区线损、开展低压台区线损治理提供了新的条件。

基于上述情况，目前在供电管理和能源管理方面，急需构建与新的采集环境相适应的低压台区线损分析和治理方法，快速提升低压环节的运营效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种针对HPLC应用环境的低压台区降损方法。其基于HPLC在楼层采集器处、用户处获取的电压、电流及电量数据，获得小区内以及楼内低压配电线路接线方式和线路参数；随后根据层析结果计算三相线路技术线损，再与小区实测线损比对，获得小区管理线损。该技术方案的实施，可以更准确地找到低压台区线损高发环节，从而更有效地治理线损，快速降低低压台区线损。

本发明的技术方案是：提供一种针对HPLC应用环境的低压台区降损方法，其特征是：

1)从PMS中获取低压配网小区层拓扑结构图；从CIS中获取用户信息；从HPLC***获取关口表和用户终端电表侧量取的电气量；从线损精细化平台获取台区线损统计值；

2)对台区结构层析进行分析；

3)根据获得的小区层、楼内层接线方式和线路参数，对小区层、楼内层配电***逐线逐相的线损进行分析；

4)从实测线损中减去技术线损而获得管理线损；

5)从相间负荷平衡、线长合理性的角度，对具体台区实施对应的技术降损措施；

6)从变户信息关联准确性、计量问题、窃电问题的角度，对具体台区实施对应的管理降损措施分析；

7)从每个门洞三相负荷平衡的角度挖掘降损潜力；

8)基于线路长度、逐线逐相线损的分析结果，进一步对低压供电半径、门洞三相负荷平衡度等配网建设和运行指标进行测算分析，将原先仅适用于中、高压配网的降损手段推广应用到低压配网，促进低压配网降损节能。

具体的，所述的用户信息至少包括用户编号、用电地址和表号；所述的电气量至少包括电压、电流和电量。

具体的，所述的对台区结构层析进行分析，包括对小区层、楼内层配电***结构图的分析和图形化显示，以及小区层、楼内层线路参数的计算和显示；

具体的，所述的台区结构层析分析包括对小区层、楼内层配电***结构图的分析和图形化显示，以及小区层、楼内层线路参数的计算和显示。

为了检验楼层线阻抗分析结果的准确性，对用于检验的n个时段中的每一个，据该时段各用户实际的负荷电流以及分析获得的楼层线阻抗，计算各层采集器处分相电压的理论计算值，再与同时刻采集器处采集的分相电压进行比对。

其所述的台区结构层析至少包括楼内配电网络的分析和确定各用户所属相位。

进一步的，在确定各用户所属相位时，记门洞内第f层采集器采集的t时刻s相电压为

记同时刻该层中第i个用户计量装置量得的相电压为U_f,i(t)，则用户相位辨识及同层用户间串接关系识别的流程为：

第一步：计算第f层所有用户相电压与楼层采集器各相电压的相关系数；

第二步：对每一属于第f层的用户，找出电压相关系数最大的那相作为其所属相，即取第f层第i个用户的相位；

第三步：根据上一步结果，将同属于第f层s相(s∈{A,B,C})的用户按其与采集器采集的同相电压相关系数

由大到小排序，相关系数较大的离采集器最近，由此确定同层同相用户间的串接关系；

第四步：对所有楼层f重复步骤1～3，即可确定各相接线方式，获得各用户所属相位和用户间串接关系。

进一步的，在确定区层配电网络中各线段参数时，通过下列步骤来进行辨识：

第一步：获取原始数据：

包括：①获取门洞内一层采集器处的受电量，也即整个门洞的总供电量；该值由门洞内所有用户t时段的受电量与门洞内t时段的电量损耗值相加获得；

②各门洞的分相电流，即该门洞该相所有用户在t时刻电流之和；

③配电变压器0.4kV侧t时段的供电量E^T(t)；由此得t时段台区内小区配网环节总的技术损耗，式中M表示台区内的门洞集；

第二步：根据小区配网结构构建下游节点标识矩阵Γ：

第三步：由门洞电流计算台区内各线段上的电流：

第四步：通过小区层各时段损耗理论值与实测值偏差最小化问题，获得各线段电阻值；

第五步：为进一步获取支路阻抗、进而获取支路电抗和线长，统计小区内分叉节点，记为集合N_C；对每一分叉节点k∈N_C定义通路集合L_k，该集合中的每一元素对应自该节点出发至末端门洞节点的一条通路；

同时，对每一通路l∈L_k，将属于该通路、但不包括该通路首节点的所有节点记为集合N_l；据分叉节点引出的通路l∈L_k可算得的分叉点k的第s相t时刻电压；

第六步：构建如下最优化问题，拟合出满足如下最优化目标的各线段阻抗Z_j

第七步：由Z_j和R_j计算线段j的电抗X_j；

第八步：求取各线段单位长度电阻、电抗值和对应的线型。

进一步的，在对小区层、楼内层配电***逐线逐相的线损进行分析时，技术线损的分析流程如下：

第一步：获取各门洞的分相电流，该值由门洞内同相所有用户t时段的电流值相加获得；

第二步：由门洞电流计算台区内各线段上的电流；

第三步：由线段上的电流可进一步写出台区小区层t时段各节段的技术线损；

第四步：计算各门洞的三相平均电流及三相电流不平衡度；

第五步：计算各门洞的中性线损耗；

第六步：首先计算流入各门洞的分相电流之和，以此求得小区层的三相平均电流及三相电流不平衡度；进一步计算小区层的三相平均电流及三相电流不平衡度；

第七步：设小区层中性线电阻为R₀，计算小区层中性线损耗。

进一步的，从矫正后的台区线损统计值中减去技术线损计算值，便可得到台区管理线损值。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本发明的技术方案，利用量测数据实现了对低压配网接线方式和线路参数的分析，进而为台区技术损耗计算提供了基础；

2.基于台区结构和参数层析结果，可实现低压台区中逐线、逐相技术线损分析，以及技术线损和管理线损的分离，从而推进低压台区线损的精细化管理；

3.对基于用户侧电压、电流、功率、功率因数的时间序列分析，可构建基于电气量时间序列水平迁移判定的窃电可疑用户搜索方法，提高反窃电的时效性，同时还能估测窃电类型；

4.基于线路长度、逐线逐相线损分析结果，可进一步对低压供电半径、门洞三相负荷平衡度等配网建设和运行指标进行测算分析，将原先仅适用于中、高压配网的降损手段推广应用到低压配网，促进低压配网降损节能。

附图说明

图1是典型小区楼内层低压配电***的示意图；

图2是本发明HPLC环境下台区管理线损问题的辨识流程示意图；

图3是本发明基于HPLC电气量水平迁移判定的窃电可疑用户搜索流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明的技术方案，首先利用HPLC***中楼层采集器和用户电表处的分相电压、电流和功率数据，对门洞内楼层线、小区配电***两层的低压配网结构层析和线路参数分析；进而利用获得的线路参数，分别对楼内层、小区层开展逐线逐相线损计算，获得小区配电***技术线损、管理线损分离值；随后，根据获得的线长、逐线负载电流和各环节线损计算结果，从供电半径、三相平衡度、导线选型合理性等角度探讨目标台区适宜的技术降损措施；提出基于HPLC量测的电气量时间序列实施窃电可疑用户搜索的方法，探索管理性降损途径。

本发明的技术方案，提供了一种针对HPLC应用环境的低压台区降损方法，其发明点在于：

2)对台区结构层析进行分析；

4)从实测线损中减去技术线损而获得管理线损；

7)从每个门洞三相负荷平衡的角度挖掘降损潜力；

下面对本技术方案进行进一步的叙述：

A、楼内配电网络的分析：

HPLC采集每一用户受电点处的相电压、相电流、电量，以及楼层采集器处的相电压、相电流、电量，其中楼层电量是该层各相用户受电量的加总。用户多数居民用户采用单相供电，楼内配电网络结构分析包括分相低压配电线路接线方式识别和各相配电线路参数识别两方面的问题。

楼内分相接线方式识别的核心问题是确定各用户所属相位。

本技术方案提出的相位识别方法是一种基于用户侧电压、电流、电量测量信号的数据分析方法，其结果可作为物理方法识别结果的补充；同时，该方法又不局限于物理识别方法，因为目前发送电力线载波信号的物理识别方法只给出各用户的相位，而不确定用户间接线的前后顺序关系，而本技术方案提出的方法在给出相位识别结果的同时还能确定同相用户间的串接关系。

A1、相位识别：

在每一层中，同相用户属于串接关系，下游用户负载变化会导致其本身以及所有同相上、下游用户电压的同向变化。因此，同层同相用户电压波动的相关性明显高于非同相用户，而且两个计量点电气距离越近，其电压相关性越大。根据上述原理，记门洞内第f层采集器采集的t时刻s相电压为

第一步：计算第f层所有用户相电压与楼层采集器各相电压的相关系数，记第f层第i个用户与该层采集器采得的s相电压的相关系数为γ_f,s-i。

第二步：对每一属于第f层的用户，找出电压相关系数最大的那相作为其所属相，即取第f层第i个用户的相位

s_f,i＝argmax{γ_f,s-i；s∈{A,B,C}}

由大到小排序，相关系数较大的离采集器最近，由此确定同层同相用户间的串接关系。

第四步：对所有楼层f重复步骤1～3，即可确定各相接线方式(包括各用户所属相位和用户间串接关系)。

以下记第f层s相(s∈{A,B,C})的用户集为Ω_f,s。

A2、楼层线参数识别：

鉴于同层用户计量装置放置于同一表箱中，距离很近，忽略这部分线路的距离和损耗。故而，楼层线参数识别的内容包括：①楼层采集器间线段的长度；②楼层采集器间线段的阻抗。

设门洞内有F层，其中第f至第f+1层的楼层线长度记为

对应的电阻为

电抗为

记时段t采集的第f层采集器处的s相(s∈{A,B,C})电压为

记时段t第f至第f+1层的s相(s∈{A,B,C})楼层线上输送的电量为

则楼层线参数识别的流程如下：

第一步：获取各时段楼层线上输送的电流值。某一段楼层线上输送的电流等于其下游所有用户该段时间内送电电流之和，即

上式中，

为第k层采集器量得的t时刻s相电流，它等于该时刻该层该相所有用户受电电流之和。

第二步：搜集楼层采集器处采集的各时段各相电压，并求取电压损失。其中第f至第f+1层s相楼层线上的电压损失：

根据上式中的第二个等式，理论上用一个时刻的电压、电流值就能求出楼层线的阻抗。但鉴于电压、电流计量值可能存在误差，故而采用下一步的拟合方法得到楼层线的阻抗。

第三步：对两个楼层间的楼层线，构建如下最小化问题，通过求解该问题拟合出门洞内各楼层间楼层线的阻抗

A3、小区层配电网络结构的分析：

小区层配电***的接线方式在PMS***中可查，故而结构分析的重点是确定各线段的长度和电阻、电抗参数值。这些参数辨识的基础数据只有配变0.4kV出线处采集的电压、电流、电量数据，末端数据则是门洞内第一层采集器处的电压和电流，此外可利用已获悉的楼层线阻抗计算出门洞内楼层线的损耗，进而反推出门洞内第一层采集器处的供电量。基于上述数据，本技术方案提出一种线损比对法，来实现小区层配电网络中各线段参数的辨识。

该方法的流程如下：

第一步：获取原始数据，包括：①获取门洞内一层采集器处的受电量，也即整个门洞的总供电量，对第m个门洞记为

该值由门洞内所有用户t时段的受电量与门洞内t时段的电量损耗值相加获得；②各门洞的分相电流，对第k个门洞第s相t时刻的电流记为

它是该门洞该相所有用户在t时刻电流之和；③配电变压器0.4kV侧t时段的供电量E^T(t)。由

可得t时段台区内小区配网环节总的技术损耗(式中M表示台区内的门洞集)。

第二步：根据小区配网结构构建下游节点标识矩阵Γ。其中，下游节点标识矩阵中的元素按下式规律取值

第三步：由门洞电流计算台区内各线段上的电流。由于小区配网为放射形接线方式，每一节点对应其上游的一条支路，故而可用节点注入电流表示该节点对应的支路的电流。进而，对第s相t时刻电流可按下式计算：

上式中：n为台区内小区层节点数；

为台区中小区层第s相各线段上t时刻的电流组成的向量；

为台区中各节点第s相t时刻注入电流构成的向量，仅当节点为末端节点时(即门洞配电箱处)，注入电流等于流入门洞的相电流，否则为零。

由线段上的电流可进一步写出台区小区层t时段总损耗的理论值为：

第四步：通过小区层各时段损耗理论值与实测值偏差最小化问题(如下)，获得各线段电阻值：

第五步：为进一步获取支路阻抗、进而获取支路电抗和线长，统计小区内分叉节点(即该节点下游至少有两个节点，分叉节点包含配变出口节点、即编号为0的节点)，记为集合N_C；对每一分叉节点k∈N_C定义通路集合L_k，该集合中的每一元素对应自该节点出发至末端门洞节点的一条通路；又，对每一通路l∈L_k，将属于该通路、但不包括该通路首节点的所有节点记为集合N_l；定义小区末端节点第s相t时刻的电压向量

该向量维数等于小区节点数，仅当第i节点为末端门洞节点时对应元素非零。这样，据分叉节点引出的通路l∈L_k可算得的分叉点k的第s相t时刻电压可按下式计算：

上式中，

为仅第j个元素为1、其余元素为零的列向量；Z_j为小区内以第j个节点为尾节点的线段的阻抗。

上式表示小区层各线段的阻抗应使各分叉节点按其各通路算得的电压近似相等。

第七步：由Z_j和R_j计算线段j的电抗X_j，计算公式为：

第八步：求取各线段单位长度电阻、电抗值和对应的线型。方法是先求取导线阻抗角，对第j个线段阻抗角计算公式为：

将上式结果与各0.4kV电缆的阻抗角比对，找出最接近的即为此段线路线型，记对应的单位长度电阻和电抗分别为r_l和x_l，则由

l_l＝R_l/r_l

或l_l＝X_l/x_l

即可确定这一线段的长度。

在以往集抄环境下，通过供售电量比对只能获得低压台区线损统计值，无法细分出其中的技术线损和管理线损，更无法对技术线损的发生环节进行细分。

HPLC采集环境下可层析出低压配网拓扑结果和线路参数，这为根据负荷数据计算技术线损提供了可能；通过从线损统计值中扣除技术线损计算值，可进一步获知台区管理线损；此外，技术线损分析时还可明确逐线逐相损耗，为低压台区线损精细化管理提供依据。

B、台区逐线逐相技术线损计算方法：

根据对用户相位辨识、楼层线及小区层配电***各线段参数识别结果，可以分别对楼内层、小区层的技术线损进行逐线、逐相计算，实现线损精细化分析。本技术方案所涉及到的台区技术线损计算方法与传统的理论线损计算方法有所不同：一方面本技术方案中所提方法实施的是逐线逐相计算；另一方面，考虑到低压配电***中三相负荷不平衡的问题较突出，本技术方案中构建的方法中包含中性线损耗计算，这可使计算结果更符合台区实际的技术损耗。

B1、楼层线逐相逐线技术线损计算：

设门洞内有F层，其中第f至第f+1层楼层线的电阻、电抗分别为

(f＝1,…,f-1)，则楼层线逐线损耗的计算流程如下：

第一步：获取各时段楼层线上输送的电流值。某一段楼层线上输送的电流等于其下游所有用户该段时间内电流之和，即

上式中，

为第f至第f+1层s相楼层线上t时刻的电流；I_k,i(t)为第k层第i个用户t时刻的电流；Ω_f,s是第f层s相的用户集合。

第二步：根据前述对楼层线各段电阻、电抗的计算结果，结合其上输送的电流，求取各段分相技术线损。对时段t第f至第f+1层s相楼层线上的技术线损，计算公式为

第三步：计算各层的三相电流不平衡度。首先根据门洞各层的用户电流值以及前述用户相位的识别结果，计算各层分相电流值，进而计算各层的三相电流平均值，并以此得到各层的三相电流不平衡度，对时段t第f层的分相电流、三相电流平均值与三相电流不平衡度的求取公式如下

显然对于三相电流不平衡度，有

第四步：根据各层用户的电流值以及前述用户相位的识别结果，求取各层中性线电流，对时段t第f层的中性线电流求取公式如下

记

则有

用三相电流不平衡度表示

有

第五步：计算门洞内各层中性线损耗。根据求得的f层中性线电流，设f层中性线电阻为R_f,0，则时段t第f层中性线损耗为

B2、小区配网逐相逐线技术线损计算：

根据前述内容求得的小区层配电***各线段电阻、电抗值，结合各门洞用户电表电流值，可以对小区层的技术线损进行逐线、逐相计算。

技术线损的计算流程如下：

第一步：获取各门洞的分相电流，该值由门洞内同相所有用户t时段的电流值相加获得，对第k个门洞第s相t时刻的电流记为

计算公式如下

第二步：由门洞电流计算台区内各线段上的电流，对第s相t时刻电流的计算公式为

上式中，

为台区中小区层第s相各线段上t时刻的电流组成的向量；

为台区中各节点第s相t时刻注入电流构成的向量，仅当节点为末端节点时(即门洞处)，注入电流等于流入门洞的相电流，否则为零；n为台区内小区层节点数，针对小区层的树状结构，每条线段均可被其尾节点唯一地表示，因此

表示以节点l为尾节点的线段上的电流。

第三步：由线段上的电流可进一步写出台区小区层t时段各节段的技术线损，对线段l第s相t时刻技术损耗的计算公式为

上式中，τ为电流计量的时间间隔。

第四步：计算各门洞的三相平均电流及三相电流不平衡度，对第k个门洞t时刻的三相平均电流与三相电流不平衡度的计算公式为

第五步：计算各门洞的中性线损耗，设第k个门洞中性线电阻为R_k,0，则第k个门洞t时刻的中性线损耗计算公式为

第六步：首先计算流入各门洞的分相电流之和，以此求得小区层的三相平均电流及三相电流不平衡度。设小区层共有K个门洞，则各门洞的分相电流之和为

进一步计算小区层的三相平均电流及三相电流不平衡度

第七步：设小区层中性线电阻为R₀，计算小区层中性线损耗，公式如下

B3、台区管理线损的计算：

从矫正后的台区线损统计值中减去技术线损计算值，便可得到台区管理线损值，即

上式中，ΔE_M表示台区当月管理线损；E_T(t)为t时刻台区技术线损计算值，按下式计算

上式中，

表示t时段小区配电线路损耗；

表示t时段楼内配电线路损耗。

C、低压台区技术降损途径：

传统采集环境下，可对低压台区分析出三相不平衡度，但不知如何入手来平衡三相负荷；同时，由于无法获知各条线路上的电流和损耗，也缺乏其他可以分析台区技术降损措施的方法。HPLC采集环境为台区内线路参数层析和逐线逐相线损分析提供了可能，进而丰富了分析低压台区技术降损途径的手段，具体包括：

(1)三相不平衡的门洞的定位：可对每一门洞的三相不平衡度实施评估，定位需要实施三相不平衡治理的门洞。对这些门洞，可通过用户相位调整，优化三相负荷平衡度。

(2)负荷不平衡的线路定位：从小区配变引出的线路之间应尽可能做到负载率均衡，避免部分线路重载而另一部分线路轻载。为此，可对台变出线负载率实施负载率平衡度评估，找出线间负荷不平衡的台区。对于建成的台区，线间负荷割接难度较高，但评估结果可作为工程质量的评估依据和作为后续类似小区布线工程的参考。

(3)供电半径是否符合规范的判定：《电网若干技术原则的规定》中对低压供电半径有≤150m的规定，但传统采集环境下并无法对低压供电半径做实测分析。根据第二章的小区配网层析结果，已获得小区层和楼内层线段长度，从而可对小区最大供电半径做计算分析，进而判断是否满足技术原则的规定。供电半径不合理主要由小区变电站定址不合理和布线不合理所致，对已建成的小区，缩短供电半径不大可行，但评估结果同样可作为工程质量的评估依据和作为后续类似小区布线工程的参考。

(4)线型合理性分析：考察小区配电线路和楼内配电线路中是否有常年重载、轻载线路，若更换其他线型有助于降损，则说明该台区存在线型不合理问题。

C1、门洞相间负荷不平衡度分析：

门洞相间负荷不平衡度可用门洞口三相电流不平衡度来衡量，对第k个门洞口，三相电流不平衡度计算公式为

式中的

与

分别是t时刻第k个门洞口三相中最大、最小的相电流，即

其中

与

为t时刻第k个门洞内第

相各用户的电流之和。

电力***的相关规程规定，干线及主要支线三相负荷不平衡度不得超过20％，由于门洞三相平衡直接影响干线及各支线的三相平衡，因此将此判定标准推广至门洞，若门洞三相电流不平衡度大于20％，判定为不合理，即将三相负荷平衡作为相应门洞、相应台区的一相需考虑的技术降损措施。

若定义

相电流不平衡度

其中：I_φ为各相电流，φ＝{A,B,C}；I_av为三相平均电流。则考虑三相负荷不平衡情况下的功率损耗计算公式为

低压电网中中性线横截面与相线路相同，即有R₀＝R，故而上式可以化简为

从上式可见，三相负荷平衡时β_A＝β_B＝β_C＝0，此时线路损耗ΔP最小，为

三相负荷不平衡度增大时线路损耗会增加，不平衡度越大则线路损耗越大。同时可得三相负荷不平衡情况下的线损修正系数

利用上式可以评估矫正三相负荷不平衡问题后各门洞、进而台区线损的下降值。

C2、线间负荷不平衡度分析：

配变出线的负荷应尽可能平衡，避免有些线路重载、有些线路轻载。不过，考虑到小区门洞布置，线路间负荷平衡只能在邻近布线间考虑。为此，定义小区配网线间负荷不平衡度为小区配电***中邻线间在一定时段内最大、最小功率百分比偏差的最大值，即

式中：Θ为小区内邻近线路集；

与

分别是第σ组邻近线路t时刻在变压器出口处的传输功率的最大值和最小值。其中，变压器出线传输功率可在已知门洞第一层采集器处供电量的情况下，通过末端功率加上线路损耗的方法逐级倒推得到。

由于线间负荷平衡度与用户在小区中的分布情况，以及各门洞内用户用电***衡度只能在低压台区线损不合理原因分析时用作参考，难以进一步通过线路间负荷割接实现线间负荷平衡。

C3、供电半径合理性分析：

供电半径通常指变电站到其供电的最远负荷点之间的直线距离，但低压供电半径一般指电源点到其供电的最远负荷之间的线路长度、而非空间距离。

根据前面求取的小区层线段长度，可对小区最大供电半径做计算分析。为此需要先计算出小区配变至各门洞的线路长度(以下称为一条通路)，其最大值便是小区最大供电半径。

根据前面计算的小区层各线段的线长，构建配电线路线长向量L^XQ，即

式中，l_i表示以第i个节点作为尾节点的线段线长，其中l₁＝0。根据第二章构建的下游节点标识矩阵Γ，可进一步计算出各节点供电半径向量

如下

在节点供电半径向量中，

代表第i个节点距离配变出口的线路总长，当i为门洞节点时

即为一条通路的长度。

接着计算各门洞内楼层线线长之和。记门洞楼层线最大长度向量为

式中

代表第i个节点所对应门洞的楼层线最大长度，若第i个节点不对应门洞，则

否则按如下公式计算

式中

为第i个节点所对应门洞的f层至f+1层楼层线线长。

最后求取小区最大供电半径，即

根据技术原则，低压供电半径应不超过150m，故判断

是否超过150m，若超过，则说明该小区线长不合理。

D、HPLC环境下的管理线损辨识流程：

分析台区中存在的管理线损问题的流程如图2所示：

(1)获得管理线损值：采用前述矫正台区线损统计值中的异常值，同时采用前述实施台区技术线损的计算分析，进而将台区线损统计值减去同时期台区技术线损，即得到台区管理线损。

(2)用电量异常值辨识和线损矫正：对数据异常点进行辨识，对相应的用户月用电量、进而对台区月供电量和线损实施矫正。

(3)台区窃电行为的侦查：找出台区中疑似窃电的用户，对其窃电量做出估计，进而对台区供电量和线损实施矫正。

D1、用电量异常量测值的辨识和台区线损矫正：

HPLC环境下用户用电量采集数据异常主要有两个现象：一是载波通信故障导致的信号串扰，即抄到相近地址的表，从而出现表计跳字，表现为计量数据出现阶跃性突变；二是表计芯片缺陷导致的数据缺陷，如电流、电量的缺失等问题。鉴于第一个问题只影响用户出账电量、电费的准确性，不影响台区售电量和线损统计，故本项目仅对第二个问题的辨识和相应的台区线损矫正问题开展研究。

分析HPLC采集的用户侧数据后发现，表计芯片缺陷导致的数据常表现为有电流、有电压但无功率，其中包括部分时段功率为零和全部时段功率为零两种情况。这些功率为零的情况须与用户窃电导致的零电量相区别。

为此，记I_k(t)、U_k(t)、P_k(t)分别为t时刻第k个用户计量点处量得的电流、电压、功率值，则若部分时段满足：

I_k(t)＞0且U_k(t)＞0而P_k(t)＝0

则可判定是表计问题引起的数据异常；而如果持续性地表现为电流非零而功率为零，则有可能是表计问题、也可能是窃电，需列入窃电可疑用户，待人工稽查后确定。

对满足上述情况的用户，采用下式实施t时刻用电功率的矫正

上式中，P_k'(t)为t时刻第k个用户矫正后的用电功率值；

为该时刻第k个用户用于有功功率矫正的功率因数，可取该用户用电功率量测值非零的时刻中最接近t时刻的功率因数值。

在进行矫正用户计量点处的功率值后，台区月售电量按下式计算

随后，按下式计算台区线损矫正值：

ΔE＝E^G-E^S'

D2、窃电侦查和台区线损矫正：

窃电侦查的目的是找出台区内疑似窃电的用户。

HPLC采集环境下该问题的解决有两大特点：

①可利用电压、电流、电量多方面的量测值加以判断，判别窃电可疑用户，还可根据多个量之间的组合关系判断窃电类型；

②由于5分钟采集一点，可较准确地判定窃电的起止时间，从而对售电量和台区线损做出比较准确的矫正。

(1)窃电可疑用户搜索方法：

不同窃电手段下表现出的用户侧量测数据的组合表象不尽相同：失压/欠压法窃电导致电压突降，进而导致有功功率计量值和累计用电量下降；失流/欠流法导致电流突降，进而导致有功功率计量值和累计用电量下降；移相法会导致功率因数突降，进而导致有功功率计量值和累计用电量下降，其中功率因数不直接显示回传，但通过有功功率计量值和电压、电流乘积的比值关系可以得以考察；其他窃电方式下的电压、电流、功率因数变化情况比较复杂，且组合情况不单一，但都会引起有功功率、进而用电量的突降。

无论哪种窃电手法总会引起某一电气量(如电压、电流、功率因数、有功功率)的突降，

D3、基于HPLC电气量水平迁移判定的窃电可疑用户搜索方法：

设用户k待考察的电气采集量时间序列为x₁，x₂，…，x_n，该采集量序列可以是电压(对欠压/失压法)、电流(对欠流、失流法)、功率因数(对移相法)、日用电量(对其他可能的窃电方式)，则每一用户通过如图3所示的流程，判断是否将其归入窃电可疑用户。

该方法是通过不断移动窗口来侦查电气量向下水平突降点的，其中每一步的固定窗口突降点侦查通过如下步骤实施：

第一步：求取累积和值，计算公式为

S₀＝0

其中

为x₁x₂…x_n的均值，即

第二步：求取累积和值的最大偏差值，计算公式为

第三步：对原始时间序列的各种排列组合求取累积和值及其最大偏差值；

按随机顺序重排时间序列x₁ x₂…x_n，如此的排列组合数应有n！-1个，取其中1000个进行分析。对其中第j种排列记为

计算累积和值

再计算累计和值的最大偏差值

第四步：判断是否存在某一排列j，使得

如果是，则可能存在水平迁移，且该水平迁移的置信度为

上式中，N为原始时间序列按其他顺序随机排列的实验次数，若遍历所有排列情况，则N＝n！-1；α为N次实验中

的次数；

第五步：若存在水平迁移的置信度≥95％，则进一步求取发生Level Change的时刻，方法是对原始的平稳时间序列求

则时刻m即为发生均值变化的时刻，m+1时刻为均值变化后的第一个时刻；

如果x_m<x_m+1，则该水平迁移为向上水平迁移；如果x_m>x_m+1，则该水平迁移为向下水平迁移。

仅找到向下水平迁移的用户被判定为窃电可疑，而窃电起始时间后找到的向上水平迁移时间可作为窃电停止时间。

D4、台区售电量和线损的矫正：

通过前面的窃电侦查，已经可以在找出窃电可疑用户的同时判断出其窃电起止时间。若设找到的目标月台区内窃电可疑用户集为Cs，其中第k个用户的当月窃电起、止时间分别为

和

(均为日期号，若非目标月开始/结束的窃电，这两个时间可能为月首第一天/月末最后一天)，该用户在窃电起始时间前的同月用电量为

则台区售电量按下式矫正

上式中，n_d为目标月总天数，E^S和E^S'分别为矫正前、矫正后的台区当月售电量。进而，当月台区线损按下式矫正：

ΔE＝E^G-E^S'

D5、降损潜力分析：

对于已建小区，供电半径不合理难以通过变电站改址来解决，线间负荷不平衡度也受制于负荷分布，而试点台区不存在线路选型不合理问题。因此，只能从门洞三相负荷平衡角度挖掘降损潜力。

在现场进行测试试验过程中，对三相电流不平衡度超20％的门洞实施三相间负荷割接，假设可使三相负荷完全平衡，则在试验阶段小区线损率4.19％下降至3.54％，即下降0.65个百分比。

若按此比例计，将门洞三相负荷平衡的措施拓展应用到某供电公司辖区同类的居民台区(按1.4万个类似台区、供电量约100亿kWh/年计)，可通过门洞三相平衡度的改善降损6500万kWh/年，增加电费收入3172万元/年(按一档均价0.488元/kWh计)。

本发明技术方案所述的HPLC用电信息采集技术应用于低压线损治理方法的优点，主要包括：

(1)可利用量测数据实现对低压配网接线方式和线路参数的分析，进而为台区技术损耗计算提供基础。

(2)基于台区结构和参数层析结果，可实现低压台区中逐线、逐相技术线损分析，以及技术线损和管理线损的分离，从而推进低压台区线损的精细化管理。

(3)对基于用户侧电压、电流、功率、功率因数(有功与U、I乘积之比)的时间序列分析，构建基于电气量时间序列水平迁移判定的窃电可疑用户搜索新方法，提高反窃电的时效性，同时还能估测窃电类型。

(4)基于线路长度、逐线逐相线损分析结果，可进一步对低压供电半径、门洞三相负荷平衡度等配网建设和运行指标进行测算分析，将原先仅适用于中、高压配网的降损手段推广应用到低压配网，促进低压配网降损节能。

本发明可广泛用于供电***的运行管理领域。

Claims

1.一种针对HPLC应用环境的低压台区降损方法，其特征是：

2)对台区结构层析进行分析；

所述的对台区结构层析进行分析，包括对小区层、楼内层配电***结构图的分析和图形化显示，以及小区层、楼内层线路参数的计算和显示，以对及楼内配电网络的分析和确定各用户所属相位；

在确定各用户所属相位时，记门洞内第f层采集器采集的t时刻s相电压为

记同时刻该第f层中第i个用户计量装置量得的相电压为U_f,i(t)，则用户相位辨识及同层用户间串接关系识别的流程为：

第三步：根据上一步结果，将同属于第f层s相的用户按其与采集器采集的同相电压相关系数

由大到小排序，相关系数较大的离采集器最近，由此确定同层同相用户间的串接关系，s∈{A,B,C}；

第四步：对所有楼层f重复步骤第一步至第三步，即可确定各相接线方式，获得各用户所属相位和用户间串接关系；

在确定区层配电网络中各线段参数时，通过下列步骤来进行辨识：

第一步：获取原始数据：

第二步：根据小区配网结构构建下游节点标识矩阵Γ：

第三步：由门洞电流计算台区内各线段上的电流：

其中，

为l通路的t时刻电压；第七步：由Z_j和R_j计算线段j的电抗X_j；其中，R_j为线段j的电阻；

第八步：求取各线段单位长度电阻、电抗值和对应的线型；

4)从实测线损中减去技术线损而获得管理线损；

7)从每个门洞三相负荷平衡的角度挖掘降损潜力；

8)基于线路长度、逐线逐相线损的分析结果，进一步对低压供电半径、门洞三相负荷平衡度配网建设和运行指标进行测算分析，将原先仅适用于中、高压配网的降损手段推广应用到低压配网，促进低压配网降损节能。

2.按照权利要求1所述的针对HPLC应用环境的低压台区降损方法，其特征是所述的用户信息至少包括用户编号、用电地址和表号；所述的电气量至少包括电压、电流和电量。

3.按照权利要求1所述的针对HPLC应用环境的低压台区降损方法，其特征是为了检验楼层线阻抗分析结果的准确性，对用于检验的n个时段中的每一个，据该时段各用户实际的负荷电流以及分析获得的楼层线阻抗，计算各层采集器处分相电压的理论计算值，再与同时刻采集器处采集的分相电压进行比对。

4.按照权利要求1所述的针对HPLC应用环境的低压台区降损方法，其特征是在对小区层、楼内层配电***逐线逐相的线损进行分析时，技术线损的分析流程如下：

第二步：由门洞电流计算台区内各线段上的电流；

第四步：计算各门洞的三相平均电流及三相电流不平衡度；

第五步：计算各门洞的中性线损耗；

5.按照权利要求1所述的针对HPLC应用环境的低压台区降损方法，其特征是从矫正后的台区线损统计值中减去技术线损计算值，便可得到台区管理线损值。