CN111931342B - 一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法,包括,对比需评估线路当前线损率数据与历史线损率数据,参考国网的线损率标准范围,排除异常线损;利用电能质量测试仪获取需评估线路的电流畸变率和电流不平衡度,计算电流畸变率阈值;当所述电流畸变率与所述电流不平衡度均大于所述阈值时,则进行电能质量线损占比分析;根据分析结果计算所述电能质量各分量线损与最小基波正序有功电流线损的比值,量化各分量对于线损的影响。通过IEEE Std 1459‑2010功率理论,准确评估由电能质量引起的额外线损,区分和量化无功、谐波及不平衡引起的额外线损,有利于电网公司采取合理措施降损节能,提高电能利用率。
Description
技术领域
本发明涉及线损评估技术领域,尤其涉及一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法。
背景技术
随着电力***的用电规模急剧扩大,非线性用电负荷容量及种类日益增多,电能质量问题日趋严峻,所带来的负面影响也越来越严重。其中,对配电网最直接和重要的影响是增加线路的电能损耗,据统计,我国低压配电网的电能损耗占供配电网总损耗的60%,直接影响着电网企业的经营效益。无功、三相不平衡与谐波是影响线损的主要因素,故计算其各分量的线损占比对于节能降损具有重要意义。
近年来,非线性负荷在配电网***中的大量接入,对传统配电网电能质量产生很大影响。电能质量对于供电及用电企业涉及两方面问题①电磁干扰影响设备正常运行;②电能质量引起的线路损耗导致经济损失。通常人们关注第一个问题,制定了标准来评判电能质量各单项指标是否合格,用功率因数对用户进行奖惩。但对电能质量引起供电企业线损(供电企业经济损失)一直没引起重视,使得理论线损或统计线损均没考虑电能质量的因素。准确评估电能质量引起的线损,是实现线损管理精益化的基础。目前进行台区统计线损的计算是通过供电量及用电量的差值进行计算,无法统计和区分电能质量(不平衡及谐波)引起的线损,不利于电网公司采取相应措施降低线损,进而降低供电成本。另外,由于配电台区是一个典型的不平衡非正弦***,因此传统的功率理论无法准确计算由电能质量导致的线损。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在无法统计和区分电能质量引起的线损的问题,提出了本发明。
因此,本发明解决的技术问题是:准确评估由电能质量(不平衡及谐波)引起的额外线损,根据功率因数求解得到无功、不平衡、谐波这三个分量导致的线损与最小的基波正序有功线损之比,进而便于进行节能降损,改善经济效益。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:对比需评估线路当前线损率数据与历史线损率数据,参考国网的线损率标准范围,排除异常线损;利用电能质量测试仪获取需评估线路的电流畸变率和电流不平衡度,计算电流畸变率阈值;当所述电流畸变率与所述电流不平衡度均大于所述阈值时,则进行电能质量线损占比分析;根据分析结果计算所述电能质量各分量线损与最小基波正序有功电流线损的比值,量化各分量对于线损的影响。
作为本发明所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的一种优选方案,其中:所述电流畸变率的阈值包括求出各次谐波含量,如下,电网公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时,定义换算谐波电流为下式,
其中,Sk1为公共连接点的最小短路容量,Sk2为基准短路容量,Ihp为基准短路容量下的第h次谐波电流允许值,Ih表示短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值。
作为本发明所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的一种优选方案,其中:所述电流畸变率的阈值包括,根据所述各次谐波含量,归算电流谐波总畸变率的阈值定义如下,
THDI表示归算后的电流谐波总畸变率阈值;M为计入的最高谐波次数;I1为基波电流的有效值。
作为本发明所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的一种优选方案,其中:所述最小短路容量是指***在最小运行方式下的短路容量,计算公式如下,
用标幺值表示如下,
其中,Uav为线路的平均电压,Ik1(Ik1*)为短路电流有效值(标幺值),X∑*为***总的短路阻抗标幺值。
作为本发明所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的一种优选方案,其中:根据由IEEE Std.1459-2010功率理论测量并计算出基波正序功率因数PF1 +、基波有效功率因数PF1、有效功率因数PFe,其定义如下,
作为本发明所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的一种优选方案,其中:计算无功、谐波及不平衡与有功线损的比例,其中总线损由三个分量组成:
ΔP=ΔPmin+ΔPQ1+ΔPu1+ΔPN
其中,ΔPQ1为无功分量造成的线损,ΔPu1为不平衡分量造成的线损,ΔPN为谐波分量造成的线损,所述基波正序有功功率引起的线路损耗是不可避免的;则无功、不平衡及谐波分量的线损占比如下,
得到无功分量造成的线损占比;
得到不平衡分量造成的线损占比;
得到谐波分量的线损占比。
作为本发明所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的一种优选方案,其中:所述电流不平衡度的阈值按照标准《配电网运维规程》(Q/GDW1519-2014)进行取值,定义为15%。
作为本发明所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的一种优选方案,其中:所述异常线损包括,线损率在0~6%的范围之外。
作为本发明所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的一种优选方案,其中:所述排除异常线损包括,查明异常线损原因,当线损原因为电能表计量故障时,则判断模型配置中台区的总表、输入输出计量点及户表、线损自动计算***中台区总表和输入输出及用户计量点电量倍率的数据值与现场值是否一致,若不一致,则输出判断结果(异常线损原因为***与现场倍率不一致),若一致,则进行下一步判断;分别判断台区现场各计量点的表底缺失和表底示数与***表底是否一致,若不一致,则观测现场通讯问题并输出结果(异常线损原因为表底异常),若一致,则检验是否存在时钟超差现象,若存在所述时钟超差现象,则输出结果(异常线损原因为时钟超差问题),若不存在所述时钟超差现象,则检验计量二次回路;依次判断现场互感器的配置是否不合理,若是,则输出结果(异常线损原因为互感器配置不合理),若为否,则检验计量二次回路;分别检验计量二次回路、一次回路和表计运行是否异常,若是,则输出结果(异常线损原因为计量二次回路、一次回路和表计运行异常),若为否,则验证技术线损;将线损与理论线损相结合计算验证台区是否存在较大的技术线损,若存在较大的技术线损则输出结果(异常线损原因为技术线损较大),若不存在则验证是否存在违规用电和换表流程不正确的情况;若存在,则输出结果(异常线损原因为存在违规用电和换表流程不正确),若不存在则判断线损是否符合其他个别特殊情况问题。
作为本发明所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的一种优选方案,其中:所述结果输出后,根据所述输出结果派遣营销专员或运检专员进行处理。
本发明的有益效果:针对非正弦不平衡台区,将IEEE Std.1459-2010功率理论替代传统功率理论,基于该理论测量基波正序有功功率、基波正序视在功率、基波视在功率及等效视在功率,使其测量更准确与细致;基于上述四种功率,计算三种功率因数,求解得到无功、不平衡、谐波这三个分量导致的线损与最小的基波正序有功线损之比,将电能质量引起的损耗进行细分,使电网公司了解线损组成,为有针对性地降低线损提供定量依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例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性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为本发明第一个实施例所述一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的流程示意图;
图2为本发明第一个实施例所述一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的评估方法总体流程示意图;
图3为本发明第二个实施例所述一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的无功分量导致的线损与最小线损之比图;
图4为本发明第二个实施例所述一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的不平衡分量导致的线损与最小线损之比图;
图5为本发明第二个实施例所述一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的谐波分量导致的线损与最小线损之比图;
图6为本发明第三个实施例所述一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法的仿真模型图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中,需要说明的是,术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定,术语“安装、相连、连接”应做广义理解,例如:可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接;同样可以是机械连接、电连接或直接连接,也可以通过中间媒介间接相连,也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1~2,为本发明的第一个实施例,该实施例提供了一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法,包括:
S1:对比需评估线路当前线损率数据与历史线损率数据,参考国网的线损率标准范围,排除异常线损。其中需要说明的是,异常线损为线损率在0~6%的范围之外,排除异常线损包括,查明异常线损原因,
线损原因为电能表计量故障,则进入如下步骤:
判断模型配置中台区的总表、输入输出计量点及户表、线损自动计算***中台区总表和输入输出及用户计量点用于计算电量的倍率的数据值与现场值的一致性,若不一致,则输出结果(异常线损原因为***与现场的倍率不一致),若一致,则进入下一步;
判断台区现场各计量点的表底的是否缺失和表底示数与***表底是否一致,若示数不一致,则观测现场通讯问题并输出结果(异常线损原因为表底异常),若示数一致,则检验是否存在时钟超差现象,若存在时钟超差现象,则输出结果(异常线损原因为时钟超差),不存在时钟超差现象,则检验计量二次回路;
判断现场互感器是否存在配置不合理问题,若存在则输出结果(异常线损原因为互感器配置不合理),不存在则检验计量二次回路;
检验计量二次回路、一次回路和表计的运行问题,若运行存在异常,则输出结果(异常线损原因为计量二次回路、一次回路和表计的运行异常),若运行正常则进入下一步;
将线损与理论线损相结合计算验证台区是否存在较大的技术线损,若存在较大的技术线损,则输出结果(异常线损原因为技术线损较大),若技术线损较小,则进入下一步;
检验是否存在违规用电和换表流程不正确的情况,若存在则输出结果(异常线损原因为存在违规用电和换表流程不正确),若不存在则进入下一步;
判断线损是否符合其他个别特殊情况问题;
结果输出后,根据的输出结果派遣专业的营销专员或运检专员进行处理。
S2:利用电能质量测试仪获取需评估线路的电流畸变率和电流不平衡度,计算电流畸变率阈值。其中需要说明的是,电流畸变率的阈值包括求出各次电流谐波含量,如下,
电网公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时,定义换算谐波电流为下式,
其中,Sk1为公共连接点的最小短路容量,Sk2为基准短路容量,Ihp为基准短路容量下的第h次谐波电流允许值,Ih表示短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值;
最小短路容量是指***在最小运行方式下的短路容量,计算公式如下,
用标幺值表示如下,
其中,Uav为线路的平均电压,Ik1(Ik1*)为短路电流有效值(标幺值),X∑*为***总的短路阻抗标幺值。
进一步的是:电流畸变率的阈值包括,
根据各次谐波含量,归算电流谐波总畸变率的阈值定义如下
其中,THDI为归算后的电流谐波总畸变率阈值,M为计入的最高谐波次数,I1为基波电流的有效值。
S3:当电流畸变率与所述电流不平衡度均大于所述阈值时,则进行电能质量线损占比分析。其中需要说明的是电流不平衡度的阈值按照标准《配电网运维规程》(Q/GDW1519-2014)取值,为15%;
根据由IEEE Std.1459-2010功率理论测量并计算出基波正序功率因数PF1 +、基波有效功率因数PF1、有效功率因数PFe,其定义如下
进一步的是:计算无功、谐波及不平衡与有功线损的比例,其中总线损由三个分量组成,包括,
ΔP=ΔPmin+ΔPQ1+ΔPu1+ΔPN
其中,ΔPQ1为无功分量造成的线损,ΔPu1为不平衡分量造成的线损,ΔPN为谐波分量造成的线损;基波正序有功功率引起的线路损耗是不可避免的,则无功、不平衡及谐波分量的线损占比如下,
得到无功分量造成的线损占比;
得到不平衡分量造成的线损占比;
得到谐波分量的线损占比。
S4:根据分析结果计算无功、不平衡及谐波分量线损与最小基波正序有功电流线损的比值,量化评估各分量对于线损的影响。
实施例2
为了更好地对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明,本实施例中选择南方电网贵阳息烽供电局数个公变台区进行测试,以科学论证的手段对比试验结果,以验证本方法所具有的真实效果;
参照图3~5,本发明方法是台区电能质量引起线损评估,选取7个测试点来验证本发明,分别为:流九线关口、马家寨、长冲沟、磨刀石、马场坝、环城3号变和新城银座2号变,其中每个测试点的测试时间从17h到24h不等,对每个测试点进行谐波线损、三相不平衡线损、基于IEEE Std.1459-2010功率理论电网计量总损耗、基于总损耗和电网统计线损率的计算,得到结果的具体情况如下表1所示:
表1:测试点数据表。
图3~5为新城银座2号变的实测数据计算的各分量线损与最小基波正序电流的线损进行比值计算,得到无功分量导致的线损与最小线损之比(图3)、不平衡分量导致的线损与最小线损之比(图4)和谐波分量导致的线损与最小线损之比(图5);由图3可以看出无功分量导致的线损与最小线损之比在17:29:59~21:14:59的时间段内基本为0,在14:29:59~17:29:59时间段内比值最大,在21:14:59~9:59:59的时间段内的比值在0.02~0.08的范围内波动;由图4可以看出,不平衡分量导致的线损与最小线损之比在14:29:59~7:44:59的时间段内呈现上升的趋势,而在7:44:59~9:59:59内线损比值下降;由图5可以看出,谐波分量导致的线损与最小线损之比在14:29:59~9:59:59的时间段内在0.18~0.04的范围内上下波动;在统计时间内,无功分量导致的线损与最小线损之比约为4.12%;不平衡分量导致的线损与最小线损之比约为28.71%;谐波分量导致的线损与最小线损之比约为9.81%;其不平衡度线损分量占比为28.71%占比不小,尤其是夜间的不平衡度分量占比,具体数据如下表2所示,故该台区需进行电能质量治理。
表2:各功率参数以及各分量线损占比的均值。
实施例3
参照图6,为了更好地对本发明方法中采用的技术方法的效果加以验证说明,本次采用MATLAB/SIMULINK仿真。仿真实验中,采用双并联晶闸管作为非线性负荷,改变三相负荷阻值达到调整三相不平衡的目的(三相负载电阻为A相5Ω、B相10Ω、C相15Ω),中性线阻抗等于相线阻抗,仿真模型如图6;调节调压器的相角,各电流电压波形的FFT分析参数如表3所示:
表3:三相仿真的电流参数。
分量 | 直流分量 | 基波分量 | 畸变率 | 谐波分量 | 全波量 |
U<sub>a</sub>/V | 0.0173 | 197.4 | 16.51% | 32.59 | 200.07 |
U<sub>b</sub>/V | 0.0744 | 205.1 | 13.6% | 27.89 | 206.99 |
U<sub>c</sub>/V | 0.0292 | 221.8 | 11.86% | 26.31 | 223.36 |
I<sub>a</sub>/A | 0.0001 | 19.49 | 50.67% | 9.88 | 21.85 |
I<sub>b</sub>/A | 0 | 11.81 | 50.71% | 5.99 | 13.24 |
I<sub>c</sub>/A | 0.0003 | 8.302 | 55.78% | 4.63 | 9.50 |
I<sub>n</sub>/A | 0.0002 | 9.777 | 185.08% | 18.10 | 20.57 |
U<sub>ab</sub>/V | 0.0019 | 359 | 3.24% | 11.63 | 359.19 |
U<sub>bc</sub>/V | 0.0082 | 365.7 | 2.42% | 8.85 | 365.81 |
U<sub>ca</sub>/V | 0.0063 | 355.7 | 3.25% | 11.56 | 355.89 |
根据IEEE Std.1459-2010功率理论,可计算得到表4功率以及线损占比参数,结果如表4所示:
表4:各功率参数以及各分量线损占比。
功率参数 | P<sub>1</sub><sup>+</sup> | S<sub>1</sub><sup>+</sup> | S<sub>1</sub> |
功率/W | 6140.73 | 8176.38 | 9416.25 |
功率参数 | S<sub>U</sub> | S<sub>N</sub> | S<sub>e</sub> |
功率/W | 4670.39 | 8031.57 | 12376.26 |
计算参数 | PF<sub>1</sub><sup>+</sup> | PF<sub>1</sub> | PF<sub>e</sub><sup>+</sup> |
功率因数 | 0.7510 | 0.6521 | 0.4962 |
计算参数 | ΔP<sub>Q1</sub>/ΔP<sub>min</sub> | ΔP<sub>U</sub>/ΔP<sub>min</sub> | ΔP<sub>N</sub>/ΔP<sub>min</sub> |
线损占比 | 77.30% | 57.86% | 170.98% |
最后根据实际线损计算验证:
正序有功、正序无功、不平衡及谐波各电流分量如下:
通过线路电阻计算各电流分量造成的线损:
则可分别计算无功、不平衡分量、谐波分量与正序基波分量的线损占比:
由实际线损计算可得,其计算结果与推导结果较接近,故由功率因数来推导各分量线损占比的方法是正确和有效的。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法,其特征在于:包括,
对比需评估线路当前线损率数据与历史线损率数据,参考国网的线损率标准范围,排除异常线损;
利用电能质量测试仪获取所需评估线路的电流畸变率和电流不平衡度,计算电流畸变率阈值,所述电流畸变率的阈值包括求出各次谐波电流含量,如下,
电网公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时,定义换算后的各次谐波电流为下式,
其中,Sk1为公共连接点的最小短路容量,Sk2为基准短路容量,Ihp为基准短路容量下的第h次谐波电流允许值,Ih表示短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值,所述电流畸变率的阈值包括,
根据所述各次谐波含量,归算电流谐波总畸变率的阈值定义如下,
其中,THDI为归算后的电流谐波总畸变率阈值,M为计入的最高谐波次数,I1为基波电流的有效值;
当所述电流畸变率与所述电流不平衡度均大于对应阈值时,则进行电能质量线损占比分析;
根据分析结果计算所述电能质量各分量线损与最小基波正序有功电流线损的比值,量化各分量对于线损的影响,包括,根据IEEE Std.1459-2010功率理论量测量并计算出基波正序功率因数基波有效功率因数PF1、有效功率因数PFe,其定义如下,
ΔP=ΔPmin+ΔPQ1+ΔPu1+ΔPN (6)
其中,ΔPQ1为无功分量造成的线损,ΔPu1为不平衡分量造成的线损,ΔPN为谐波分量造成的线损,ΔPmin为最小基波正序有功电流线损;
所述基波正序有功功率引起的线路损耗是不可避免的,则无功、不平衡及谐波分量的线损占比分别如下,
得到无功分量造成的线损占比;
得到不平衡分量造成的线损占比;
得到谐波分量的线损占比,所述电流不平衡度的阈值按照标准《配电网运维规程》(Q/GDW 1519-2014)进行取值,定义为15%。
3.如权利要求2所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法,其特征在于:所述异常线损包括,线损率在0~6%的范围之外。
4.如权利要求3所述基于台区电能质量引起额外线损的评估方法,其特征在于:所述排除异常线损包括,查明异常线损原因,
当线损原因为电能表计量故障时,则判断模型配置中台区的总表、输入输出计量点及户表、线损自动计算***中台区总表和输入输出及用户计量点电量倍率的数据值与现场值是否一致,若不一致,则输出异常线损原因为***与现场倍率不一致,若一致,则进行下一步判断;
分别判断台区现场各计量点的表底缺失和表底示数与***表底是否一致,若不一致,则观测现场通讯问题并输出异常线损原因为表底异常,若一致,则检验是否存在时钟超差现象,若存在所述时钟超差现象,则输出异常线损原因为时钟超差,若不存在所述时钟超差现象,则检验计量二次回路;
依次判断现场互感器的配置是否不合理,若是,则输出异常线损原因为互感器配置不合理,若为否,则检验计量二次回路;
分别检验计量二次回路、一次回路和表计运行是否异常,若是,则输出异常线损原因为二次回路、一次回路和表计运行异常,若为否,则验证技术线损;
将统计线损与理论线损相结合计算验证台区是否存在较大的技术线损,若存在较大的技术线损则输出异常线损原因为技术线损较大,若不存在则验证是否存在违规用电和换表流程不正确的情况;若存在,则输出异常线损原因为存在违规用电和换表流程不正确;若不存在,则判断线损是否符合其他个别特殊情况问题。
5.如权利要求4所述一种基于台区电能质量引起额外线损的评估方法,其特征在于:所述结果输出后,根据所述输出结果派遣营销专员或运检专员进行处理。
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