Method for Reducing Line Loss by Remote Switching Capacitor Based on
Advanced Intelligent Measurement
黄剑涛 HUANG Jian-tao
（华南理工大学，广州 510640）
（South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）
摘要：长久以来，我国中低压配网建设相对滞后，中低压配网线损占总线损的70%。而线损率则是一项衡量供电企业技术和经济管理水平的重要指标之一，综合体现了配电网规划建设、装备状况、生产运行以及管理经营水平。因此，降低线损率是供电企业的一项长期战略任务和系统工程，有助于保证电力的稳定供应，提高社会企业的经济效益。本文在智能配电网的环境下研究了10kV馈线的线损合理性判断方法，基于总线损对无功的灵敏度，提出了一种远程投切电容降低线损的可行性方法，最后以丽江10kV市一中线为例，证明了该方法的有效性和实用性。该方法为实测线损率合理性判断提供了依据，同时也为10kV馈线线损率管控提供了有效手段。
Abstract: For a long time, the construction of low-voltage distribution network in our country is relatively lagging behind, and the line loss of low-voltage distribution network accounts for 70% of the bus loss. The line loss rate is one of the important indicators to measure the technical and economic management level of power supply enterprises, which comprehensively reflects the distribution network planning and construction, equipment status, production operation and management level. Therefore, reducing the line loss rate is a long-term strategic task and system engineering for power supply enterprises, which will help ensure the stable supply of power and improve the economic benefits of social enterprises. In this paper, under the environment of intelligent distribution network, the method to judge the rationality of line loss of 10kV feeder line is studied, and based on the sensitivity of bus loss to reactive power, the feasible method of reducing line loss by remote switching capacitor is proposed. Finally, the effectiveness and practicability of this method are proved by taking the middle line of 10kV city in Lijiang as an example. This method provides a basis for judging the rationality of the measured line loss rate, and also provides an effective means for controlling the line loss rate of 10kV feeder.
关键词：中低压配电网；远程电容投切；无功灵敏度；降低线损；高级智能量测
Key words: low voltage distribution network；remote capacitor switching；reactive power sensitivity；reduce line loss；advanced metering infrastructure(AMI)
中图分类号：TM642+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）01-0090-03
0 引言
随着社会经济的快速发展，电能在人们的日常生活和企业发展中的需求也越来越高。线损，是电能从电力网中输电、变电、配电和营销等各个过程中产生的电能损耗的总和。而线损率则是一项衡量供电企业技术和经济管理水平的重要指标之一，综合体现了配电网规划建设、装备状况、生产运行以及管理经营水平。因此，降低线损率，是供电企业的一项长期战略任务和系统工程，有利于保证电力的稳定供应，是提升电能利用效率的关键工作之一，也是提高社会供电企业经济效益的关键手段之一。
如今国内的文献中总结了许多线损异常分析的方法，提出了一些针对性的降低线损率指标的有效方法[1-3]。本文在智能配电网的环境下进行了以下研究：①在高级量测体系（Advanced Metering Infrastructure，AMI）的框架下[4]，构建了台区低压中线的监测系统；②研究了10kV馈线的线损合理性判断方法；③基于测到的实时数据和计算得到的参数，提出了一种远程投切电容降低线损的可行性方法。最后以丽江10kV市一中线为例，证明了该方法的有效性和实用性。
1 系统架构
低压配电网中线监测系统建立在智能电网的高级量测体系下。其典型的通信结构图如图1所示。
■
公变低压馈线首端和各负荷节点采用广州贯行电能技术有限公司的CEIU-S-01高级智能量测单元，该单元具备IP网络及485通信，实现准确的常规电气参量（U、I、P、Q、W等）及电能质量六项指标监测，且可实现波形召测和高次谐波分解。
远端服务器则通过智能电网云[1]与各台区公变的通信转换模块实现通信。本系统的核心算法部署在远端服务器，远端服务器通过准确计算各台区低压馈线的线路参数，给出各馈线的合理线损，实时估算异常线损电量。
2 线损计算及其合理性判断方法
随着智能配电网的推广，配电网信息化程度必将提高，因此，考虑利用更为可靠的监测数据及网络参数，对每一条馈线进行建模，以实现中压馈线的精细化分析。因此其馈线线损的分析方法采用如下步骤：
①获取某馈线网络参数；
②从低压配电网中线系统读取该馈线首端电压V及各负荷节点有功功率Pi及无功功率Qi；
③计算网络潮流，获取该馈线的损耗功率、首端功率及计算线损率β；
④对比计算线损率β和实测线损率α，当α>β时，给出报警信号。
需要特别指出的是，鉴于目前配电网的监测能力，本方法采用以下数据：
①10kV馈线首端电压U、线路末端负荷节点的有功功率Pi、无功功率Qi要求数据同步。为了解决计量仪表无法对时导致的数据不同步问题，可考虑采用每15min的有功电量平均值和无功电量平均值进行计算。
②10kV馈线的网络参数，含架空线、电缆、变压器的参数。
3 基于总线损对无功灵敏度的远程投切电容降低线损方法
若馈线总的节点数为n，则其有功网损为：
PL=∑■■∑■■UiUj（Gijcosδij+Bijsinδij）（1）
①式中：PL为系统总的有功网损；Gij、Bij为节点导纳矩阵元素；Ui、Uj为i节点和j节点电压；δij为i节点和j节点电压相角差；n为节点个数；ij为节点编号，ij=1~n。假设配电网中只有PQ节点（包括负荷和浮游节点）和一个平衡节点，潮流方程为
■ （2）
式中：Pi、Qi分别为i节点注入有功功率和无功功率，i=1~n。根据潮流方程可推出一阶网损无功灵敏度：
■=（JT）-1■ （3）
式中：x=[δ U ]为电压状态变量；δ=[δ1，δ2，…， δn]；U = [U1，U2，…，Un]；u=[P Q ]为节点输入功率；P=[P1，P2，…，Pn]；Q=[Q1，Q2，…，Qn]；J 为系统雅可比矩阵。
J=■ U■■ U■ （4）
■= ■U■；■=■■ （5）
其中，?鄣PL/?鄣P为网损有功灵敏度，?鄣PL/?鄣Q为网损无功灵敏度。
根据馈线总线损功率对各台区无功功率的灵敏度，可在发现线损较大时，通过远程电容投切功能，对灵敏度较大的台区投入电容器，实现线损管控，达到降低线损的目的。
4 云南丽江10kV市一中线线损分析实例
4.1 线损计算
利用2所述线损计算方法，根据低压配电网中线监测系统提供的每段线路的有功损耗和无功损耗，结合提供的10kV市一中线支路参数，由于篇幅问题，故选取部分支路参数如表1所示。
表中，与节点相连的阻抗已归算到10kV侧；PQ为0的节点大多数是没带负荷的浮游节点，定义此类节点有利于区分各个支线的理论线损功率。
在考虑了对时问题后，计算得到66条支线15min内的线损，由于篇幅问题，选取部分支线的线损如表2所示。表中数据对应时间为2018-08-01 20:00~20:15。
表2中，部分支路末端是公变，故包括了统计时间内的架空线、电缆和变压器损耗电量；而其他支路仅为架空线或者电缆的损耗电量。
根据以上数据则可得线损率计算结果如表3所示。
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将该线损率与实测线损率作差值，将该计算注入电量与实测注入电量作差值，可得到以下结论：
①当某次计算得到的线损率差值部分时段超过0.5%，部分时段正常，且注入电量差值部分时段偏大，部分时段偏小，则有必要检查该10kV馈线在此段时间是否存在漏电或者窃电的可能；②如果计算得到的注入电量差值长期偏大，则可能存在计量接线错误或计量仪表异常。
4.2 灵敏度计算
根据3节所述的灵敏度计算方法，对10kV市一中线的线路损耗进行灵敏度计算，计算结果如表4所示。
表4中所列节点均为10kV市一中线的所有带变压器的负荷节点（PQ）。
从表4中可以发现，市一中线的总线路损耗对各个节点无功的灵敏度往往只有10e-7数量级，数值并不大。假定所有台区电容均可实现远程投切，则按照3节所述方法对灵敏度较大的12个台区（如：30，33，35，36，40，43，44，45，47，48，50，53）进行远程电容投切控制后，每个台区投入1组电容器（14kVar）的线损率计算结果如表5所示。（时间：2018-8-01 20:00-20:15）
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对比表3和表5可知：
①对灵敏度较大的12个台区投入一组电容器（14kVar）后，该15min内的线损率降低0.1%，降低线损功率0.8kWh；②可以通过该方法，不断计算一条馈线总线损率及其对各个负荷节点的灵敏度，根据灵敏度大小，向灵敏度较大的台区投入电容，从而降低线损率。
5 结论
本文在智能配电网的环境下，基于高级智能量测，构建了台区低压中线监测方案；提出一种利用实测负荷数据和网络参数计算线损率的方法并判断线损合理性，并研究出一种通过不断计算馈线总线损率对各个负荷节点的灵敏度，投入灵敏度较大台区的电容来降低线损率的方法。最后通过云南丽江10kV市一中线线损分析实例，证明了远程投切电容降低线损的有效性和实用性。将此方法应用于10kV馈线线损计算中去，能够实时跟踪线损率变化，为实测线损率合理性判断提供了依据，同时也为10kV馈线线损率管控提供了有效手段。
参考文献：
[1]杨红亮.农村电网线损管理[J].云南电力技术，2011，04（40）.
[2]朱杰.数据挖掘技术在电力营销系统线损计算中的应用研究[J].兰州理工大学学报，2011.
[3]陈芳，等.配电网线损概率评估及应用[J].电力系统保护与控制，2014，13.
[4]余贻鑫，栾文鹏.智能电网述评[J].中国电机工程学报，2009，29（34）：1-8.
[5]城市配电网10kV理论线损在线计算系统应用研究[J].云南电力技术，2011（5）. |
