基于分層式節點的10 kV配電網同期線損自動監測方法

葉勁龍

（廣東東莞城區供電局，廣東 東莞 523000）

0 引 言

由于配電網成本大、耗電嚴重，因此對于配電網同期的電壓和電流需要及時精確控制，防止因未監測而造成的同期線損[1]。傳統10 kV配電網未配備智能化計算模式，實時監測效果差，電量缺失情況無法及時處理，從而造成線損[2]。為了實現簡單且便于管理的10 kV配電網自動監測，需要對同期線損的負荷節點進行識別。引入分層式節點識別的方法，有效求取各個負荷節點的電流與電壓，采用計算機設備對電網中的節點進行計算分析，最直接、最精準地對分層的節點進行識別，提高配電網的監測效果，防止因實際線損差異過大導致巨大的費用支出。自動監測不僅能節省更多的人力物力，而且還便于配電網的智能管理[3]。

1 分層式節點識別10 kV配電網同期線損具體過程

1.1 第1層識別

10 kV中壓配電網的第1層識別需要安裝實時監控裝置，將配電網的各個負荷節點識別為可量測節點和不可量測節點[4]。對量測節點進行統計，得到全天、全月的電量監測數據。對于可量測的節點，主要通過廣域電力量測方法對電壓進行穩定分析和控制[5]。廣域電壓穩定識別分為單端口廣域電壓穩定識別和多端口廣域電壓穩定識別。單端口等值節點電路如圖1所示。

圖1 單端口等值節點電路

在單端口等值電路中，通過節點i的等值阻抗zi和等值電壓Ei衡量可量測的節點信息。通過對比等值阻抗zi和等值電壓Ei的阻抗幅度比M（M＝zi／E）來確定節點i的電壓穩定性，進而確定10 kV配電網同期電壓穩定性。當測試的M小于1時，表示節點i電壓穩定；當M逐漸接近于1時，表示節點i的電壓穩定性逐漸降低，即整體的同期電壓失穩。10 kV配電網的電壓穩定性由節點的最大M值決定，為了控制10 kV配電網同期電壓穩定性，需要實時觀測可量測節點i的等值電壓，以防電壓失穩。對于多端口的節點線路量測，需要控制基于多端口的局部電壓穩定和局部裕度電壓穩定來進行節點電壓穩定性識別。多端口等值節點電路如圖2所示。

圖2 多端口等值節點電路

多端口等值節點量測利用各負荷節點和發電機節點來測量節點電壓和電流量，同時根據單端口節點的量測判斷方法來判定各負荷節點的穩定性[6]。采用多端口節點電路監測節點電壓穩定性時，僅需要保證同一時間下各負荷節點的指標達到標準數值。由于多端口節點電路需要多次測試節點電壓和電流量，因此需要保證測定的i1、i2、i3、i4節點類型相同。由這4個節點組成節點網絡，通過對多端口節點網絡的實時量測，測試整體配電網的節點電路情況。如果節點網絡發生變化，則需要重新計算節點網絡中各節點的電壓系數和等值阻抗[7]。

1.2 第2層識別

第2層識別根據10 kV配電網電能計量分出電量節點和容量節點。

電量節點注入有功的平均電流值為

電量節點注入無功的平均電流值為

式中：AP為參考節點在當日的有功電量值，kW·h；AQ為參考節點在當日的無功電量值，kVA；U為參考節點處配電變壓器高壓側的額定電壓值，kV；T為耗時，h。

計算出第2層電量節點注入有功的平均電流值和無功的平均電流值后，需要計算注入電流的比例。

參考節點在T時刻投入有功電流分量與有功平均電流之比為

參考節點在T時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層電量節點在第l時刻注入的有功電流，A；IQl為第2層電量節點在第l時刻注入的無功電流，A。

電量節點n在第l時刻注入的電流有功分量為

電量節點n在第l時刻注入的電流無功分量為

電量節點的容量檢測方法主要分為離線檢測和在線檢測，其中離線檢測方法是通過離線實時技術設備試驗來測得配電網內的變壓器最高容量[8]。

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

容量節點m在第l時刻注入的電流有功分量為

容量節點m在第l時刻注入的電流無功分量為

式中：Sm為容量節點m中配電變壓器的最大容量。

依靠第2層識別的電量節點和容量節點進行配電變壓器額定容量的在線檢測，通過對負荷節點主要技術參數的在線檢測，綜合判斷10 kV配電網的額定值，方便后續計算線損。

2 前推回代線損計算

采用前推回代的方法計算線損，前推計算以配電網末端的節點為基礎，回推計算回推分層節點的電壓。開始執行線損計算時，初始化各個節點的電壓為額定電壓U、迭代次數k=0，然后計算各負荷點的運算規律。分層式節點由計算機主機控制，將10 kV配電網分成若干子網，形成關聯任務有向無環圖（Directed Acyclic Graph，DAG）。第一次傳輸到母線電流的節點視為首層任務，也可以稱作I類任務。通過計算機云端處理任務調度，調度處理后對首層任務進行分配，此時迭代次數k=1。向下一層傳遞前需要更新位于子網下的首層任務節點內部電流流通的數據，更新后開始傳輸向下一層流通的母線電流。對于下一層被分配的電流，需要確定是否為節點層。若處理結果顯示為否，將返回到首層任務分配環節進行重復操作；若處理結果為是，則繼續進行后續節點處理操作。待所有分配的計算節點更新電流后，向下一層傳遞。待所有計算節點的更新后，計算機云端存儲內部的電壓數據，由此完成了一次前推回代計算[10]。重復上述操作，不斷檢查負荷節點的電壓是否發生變化，若發生變化則繼續進行計算操作。若未發生變化，則重新傳遞節點數據，結束計算后輸出最終運算結果。

3 對比實驗

配電網節點的原始數據如表1所示。

表1 配電網原始數據

在對額定電壓和額定容量進行判定時，不能僅靠單一的配電變壓器。本次實驗采用了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，采用一次側和二次側電流。當有電流通過時，測試無功電荷和有功電荷。測試的配電網額定容量為200 kVA，電壓等級為10 kV，二次側電壓為0.4 kV。配電網內部的變壓器采用QDW3150型號硅鋼片，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的中低配電網繞組選用扁銅線。低壓繞組靠鐵芯內側，采用繞組星接和繞組角接的形式進行線損模擬操作。設置好外界條件后，將本文設計的監測方法和傳統的監測方法應用在10 kV配電網中進行測試，實驗結果如表2所示。

表2 自動控制結果對比

根據表2，本文監測方法計算出來的綜合損耗、線路損耗、線路配變損耗、固定損耗都高于傳統的監測方法，說明本文監測方法對數據的處理精度要明顯高于傳統的監測方法，對線損的自動監測效果更好。

4 結 論

基于分層式節點識別，對10 kV配電網進行了同期線損自動監測設計。分層式節點識別能更好地處理配電網電壓電流流通情況，方便更快掌握配電網的整體信息并對線損進行計算管理。在未來的研究中，將針對配電網同期線損的實際情況進一步對比優化，使分層式節點同期線損自動監控方法能夠更好地應用于線路異常管理。