0  引言

    運(yùn)行狀態(tài)評估可對電網(wǎng)的實(shí)時(shí)及歷史運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估分析，并對未來電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測分析，篩查電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，并將電網(wǎng)隱形故障消滅在萌芽狀態(tài)，是提高電網(wǎng)供電可靠性的重要手段之一^[1-3]。

    目前運(yùn)行狀態(tài)評估多集中在輸電網(wǎng)領(lǐng)域和中高壓配電網(wǎng)領(lǐng)域，而對低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)評估研究較少。文獻(xiàn)[4]提出一種基于多信息融合的變壓器運(yùn)行狀態(tài)評估方法；文獻(xiàn)[5]提出一種基于模糊綜合評價(jià)法的變壓器運(yùn)行狀態(tài)評估；文獻(xiàn)[6]提出一種基于可信性理論的高壓斷路器運(yùn)行狀態(tài)評估；文獻(xiàn)[7]提出一種基于多種指標(biāo)的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)綜合評估方法；文獻(xiàn)[8]提出一種輸電系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估方法，上述方法基于高壓輸電網(wǎng)準(zhǔn)確完備地采集數(shù)據(jù)，分別從不同的角度對輸電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了評估分析。文獻(xiàn)[9]提出一種基于改進(jìn)雷達(dá)圖的配電網(wǎng)綜合狀態(tài)評估實(shí)用方法；文獻(xiàn)[10]提出一種基于實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘的配電變壓器狀態(tài)評估方法；文獻(xiàn)[11]提出一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的主動配電網(wǎng)多級運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)快速評估方法；文獻(xiàn)[12]提出一種基于可信性理論的主動配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)評估；文獻(xiàn)[13]提出一種基于層次分析的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估實(shí)用化方法，上述方法基于中壓配電網(wǎng)廣泛分布的采集終端和較完備的設(shè)備參數(shù)，從設(shè)備層和電網(wǎng)層等多個(gè)方面對配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了評估。

    低壓配電網(wǎng)由于用戶數(shù)量龐大，供電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，供電線路質(zhì)量參差不齊，加之設(shè)備及線路異動頻繁，導(dǎo)致低壓配電網(wǎng)圖形、模型很難有效繪制和測量；且目前低壓配電線路上未配置量測采集裝置，只在用戶側(cè)配置了智能電表，故此，目前低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估與中高壓配電網(wǎng)及輸電網(wǎng)的評估方式不同，有其自身特點(diǎn)。

    本文基于當(dāng)前低壓配電網(wǎng)現(xiàn)有資源，建立低壓配電網(wǎng)回路阻抗模型，并根據(jù)實(shí)際情況和工程需要對回路阻抗模型進(jìn)行了簡化，建立需求側(cè)實(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)陣和需求側(cè)實(shí)時(shí)電流數(shù)據(jù)陣對智能電表的電壓和電流進(jìn)行記錄，并基于兩矩陣生成需求側(cè)實(shí)時(shí)回路阻抗數(shù)據(jù)陣，并基于回路阻抗陣提出了一種低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估方法。

1  低壓配電網(wǎng)回路阻抗模型

    通過近年來的配電網(wǎng)自動化深化改造，大量具有遠(yuǎn)方抄表功能的智能電表被廣泛應(yīng)用到低壓用戶側(cè)，可對低壓用戶的電壓、電流及功率進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和上送。

    如圖1所示為一低壓配電網(wǎng)絡(luò)簡化圖，表述的是配電變壓器低壓側(cè)A相火線和零線上所接入的低壓用戶負(fù)荷和智能電表。其中，Gen為配電變壓器上游等效電源，R_S為配電變壓器等值阻抗，R_d1為配變變壓器A相出線至用戶側(cè)T接點(diǎn)T₁的低壓饋線等值阻抗，T₁~T_i+1表示用戶側(cè)通過智能電表接入A相火線和零線的接入點(diǎn)，虛線表示接入i(i=1,2,3…,n)個(gè)用戶側(cè)智能電表，R_d2,R_d3,R_dn為A相火線相鄰用戶側(cè)T接點(diǎn)之間的饋線等值阻抗，R_f1為配變變壓器零線出線至用戶側(cè)T接點(diǎn)T₂的低壓饋線等值阻抗，R_f2,R_f3,R_fn為零線相鄰用戶側(cè)T接點(diǎn)之間的饋線等值阻抗，智能電表i表示接入低壓饋線的需求側(cè)用戶電表，負(fù)荷i表示需求側(cè)低壓用戶的綜合等效負(fù)荷，R_li為智能電表i在火線的T接入點(diǎn)T_i與智能電表i之間的等值阻抗，R_zi為智能電表i在零線的T接入點(diǎn)T_i+1與智能電表i之間的等值阻抗。I_S、I_di、I_li、I_zi、I_fi為流過各阻抗的電流值。

    由圖1可知，每個(gè)智能電表通過火線、零線、T接線路、負(fù)荷與配電變壓器形成回路，負(fù)荷的阻抗根據(jù)用電設(shè)備的數(shù)量和功率而變化，但智能電表上游由火線、零線、T接線路、配變形成的回路阻抗短時(shí)間內(nèi)卻不會變化，若該回路阻抗發(fā)生突變，則表示該回路的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常，據(jù)此原理即可對低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估。而該回路阻抗可由智能電表所測電壓及電流變化速率近似而定，具體描述為：

    其中，R_wi為智能電表i上游回路阻抗；Z_d為智能電表i上游火線支路阻抗，單位為Ω；Z_f為智能電表i上游零線支路阻抗，單位為Ω。當(dāng)智能電表i在a、b兩個(gè)時(shí)刻的電壓值和電流值無變化時(shí)，即ΔU_i和ΔI_i為0時(shí)，公式（3）將不成立，智能電表i的上游回路阻抗值R_wi無法計(jì)算，在運(yùn)行狀態(tài)評估分析時(shí)可用特殊值代替。

2  低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估方法

    目前，我國低壓配電網(wǎng)饋電線路上的測量終端尚未進(jìn)行大面積配置，但在用戶側(cè)卻已配置了大量的智能電表，并具備了遠(yuǎn)方抄表功能，可方便地實(shí)現(xiàn)對需求側(cè)用戶用電量的實(shí)時(shí)測量。

    為減輕智能電表和集中器的負(fù)載，減少數(shù)據(jù)通信流量，智能電表的數(shù)據(jù)采樣配置一定的時(shí)間間隔，時(shí)間可以從1 min~15 min，一般為5 min；DMS系統(tǒng)將搜集到的智能電表量測數(shù)據(jù)按照配電變壓器與智能電表的從屬關(guān)系進(jìn)行分析，對明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)如負(fù)值數(shù)據(jù)、非數(shù)字類型數(shù)據(jù)等進(jìn)行辨識過濾，而過濾后的數(shù)據(jù)也可按一定的時(shí)間間隔提取而提供運(yùn)行狀態(tài)評估系統(tǒng)進(jìn)行分析，該時(shí)間間隔與智能電表采集相配合，也可設(shè)置為1 min~15 min，一般為5 min。

    建立需求側(cè)實(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)陣DRVM以記錄一個(gè)配電變壓器所屬的所有低壓需求側(cè)智能電表采集到的實(shí)時(shí)電壓量測信息，具體描述為：

    其中：M_DRVM為DRVM的變量符號；每一行為一個(gè)智能電表采集到的電壓數(shù)據(jù)， V_wk為智能電表w采集到的當(dāng)前時(shí)刻以前的第k個(gè)電壓數(shù)據(jù)，單位為V；w為智能電表編號，w=1,2,…,m，m為配電變壓器所屬的智能電表總數(shù)；k為數(shù)據(jù)點(diǎn)號，k=1表示當(dāng)前時(shí)刻數(shù)據(jù)點(diǎn)，k=1,2,…,h，h為矩陣DRVM中所保留的每一個(gè)智能電表的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)；智能電表電壓數(shù)據(jù)可采用1 h~3 h內(nèi)的所有采樣結(jié)果，一般可取2 h，故此數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)h的取值范圍可以為12~36，一般可取24。

    建立需求側(cè)實(shí)時(shí)電流數(shù)據(jù)陣DRCM以記錄一個(gè)配電變壓器所屬的所有低壓需求側(cè)智能電表采集到的實(shí)時(shí)電流量測信息，具體描述為：

    其中：M_DRCM為DRCM的變量符號；每一行為一個(gè)智能電表采集到的電流數(shù)據(jù)，I_wk為智能電表w采集到的當(dāng)前時(shí)刻以前的第k個(gè)電流數(shù)據(jù)，單位為A，w為智能電表編號，w=1,2,…,m，m為配電變壓器所屬的智能電表總數(shù)。

    建立需求側(cè)實(shí)時(shí)回路阻抗數(shù)據(jù)陣DRRM以記錄一個(gè)配電變壓器所屬的所有低壓需求側(cè)智能電表上游的實(shí)時(shí)回路阻抗信息，具體描述為：

    其中：M_DRRM為DRRM的變量符號；每一行為一個(gè)智能電表上游回路阻抗數(shù)據(jù)，R_wk為智能電表w當(dāng)前時(shí)刻以前的第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的回路阻抗值，單位為Ω，w為智能電表編號，w=1,2,…,m，m為配電變壓器所屬的智能電表總數(shù)。

    需求側(cè)實(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)陣DRVM、需求側(cè)實(shí)時(shí)電流數(shù)據(jù)陣DRCM和需求側(cè)實(shí)時(shí)回路阻抗數(shù)據(jù)陣DRRM都為滾動矩陣，矩陣長度一定，隨著時(shí)間的推移，各元素按照先進(jìn)先出的原則進(jìn)行滾動更新，當(dāng)k=h時(shí)，k+1為上次移出矩陣的最后一列元素。

    通過需求側(cè)實(shí)時(shí)回路阻抗數(shù)據(jù)陣DRRM即可對低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估分析，具體為：

    （1） 順序取需求側(cè)實(shí)時(shí)回路阻抗數(shù)據(jù)陣DRRM中的第w行數(shù)據(jù)進(jìn)行下列評估分析。

    （2）當(dāng)回路阻抗值Rw1以前連續(xù)p個(gè)數(shù)據(jù)的值為-1時(shí)，表示該智能電表上游回路發(fā)生斷線故障，p取值范圍可為2~6，一般可取3。

    （3）當(dāng)回路阻抗值Rw1以前連續(xù)p個(gè)數(shù)據(jù)的值為-2時(shí)，表示該需求側(cè)負(fù)荷并未啟動，p取值范圍可為2~6，一般可取3。

    （4）當(dāng)回路阻抗值R_w1以前連續(xù)g個(gè)數(shù)據(jù)的值為-2時(shí)，表示該需求側(cè)負(fù)荷長時(shí)間無用電行為，可能存在竊電情況或家中無人居住，需進(jìn)一步現(xiàn)場確認(rèn)，持續(xù)判定時(shí)間可取1個(gè)月~6個(gè)月，g取值范圍可為8 640~51 840，一般可取25 920。

    （5）當(dāng)回路阻抗值R_w1以前連續(xù)p個(gè)數(shù)據(jù)的值為-3時(shí)，表示該需求側(cè)負(fù)荷電流電壓無變化，運(yùn)行穩(wěn)定。p取值范圍可為2~6，一般可取3。

    （6）當(dāng)回路阻抗值R_w1以前連續(xù)t個(gè)數(shù)據(jù)的值為-3時(shí)，表示該需求側(cè)負(fù)荷電流電壓長時(shí)間無變化，智能電表可能損壞，需現(xiàn)場排查。持續(xù)判定時(shí)間可取1天~3天，t取值范圍可為288~864，一般可取576。

    （7）當(dāng)回路阻抗值R_w1以前連續(xù)q個(gè)數(shù)據(jù)的值為-4時(shí)，表示該需求側(cè)負(fù)荷電壓有變化而電流無變化，可能存在竊電行為。q取值范圍可為6~12，一般可取8。

    （8）當(dāng)回路阻抗值越過線路老化報(bào)警限值L_A的次數(shù)超過報(bào)警次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值S_LA時(shí)，表示該智能電表上游回路存在線路老化情況，已達(dá)到報(bào)警限值，需及時(shí)檢修更換。具體描述為：

    其中，S_A為智能電表回路阻抗越報(bào)警限值的次數(shù)，k=1,2,…,h。

    （9） 當(dāng)回路阻抗值皆不滿足（2）~（8）所述條件時(shí)，表示該智能電表的上游回路運(yùn)行正常。

    （10） 重復(fù)步驟（1）~（9）直到需求側(cè)實(shí)時(shí)回路阻抗數(shù)據(jù)陣DRRM中的所有行都判定完成。

    運(yùn)用上述方法，可基于智能電表采集的電壓與電流數(shù)據(jù)，通過電流與電壓的變化速率生成回路阻抗，通過智能電表上游回路阻抗的變化對低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估分析。

3  實(shí)例分析

    如圖2所示為一個(gè)配電變壓器所屬的4個(gè)智能電表在2 h內(nèi)的電壓、電流及回路阻抗的變化曲線圖。其中圖（a）為智能電表1~4的電壓變化曲線圖，橫坐標(biāo)為24個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，縱坐標(biāo)為電壓值，單位為V。圖（b）為智能電表1~4的電流變化曲線圖，橫坐標(biāo)為24個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，縱坐標(biāo)為電流值，單位為A；圖（c）為智能電表1~4的回路阻抗變化曲線圖，橫坐標(biāo)為24個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，縱坐標(biāo)為阻抗值，單位為Ω；p取3, q取8，L_A為0.4Ω，S_A取12。

    根據(jù)第2節(jié)所述方法，由智能電表1~4在24個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的電壓曲線圖（a）和電流曲線圖（b）可生成回路阻抗曲線圖（c）。

    對于智能電表1，其在第5~9數(shù)據(jù)點(diǎn)共5個(gè)時(shí)刻的電流變化值和電壓變化值皆為0，而其他時(shí)刻的電流變化值和電壓變化值不為0，則該時(shí)間段內(nèi)的回路阻抗為-3，且其他時(shí)間段內(nèi)的回路阻抗正常，根據(jù)第2節(jié)判定步驟（5），表示智能電表1下游負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定。

    對于智能電表2，其在第1~4數(shù)據(jù)點(diǎn)共4個(gè)時(shí)刻的電流和電壓值皆為0，則該時(shí)間段內(nèi)的回路阻抗為-1，根據(jù)第2節(jié)判定步驟（2），表示智能電表2上游發(fā)生斷線故障。其在第12~24點(diǎn)共13個(gè)時(shí)刻的電流值無變化，而電壓值有變化，則該時(shí)間段內(nèi)的回路阻抗為-4，根據(jù)第2節(jié)判定步驟（7），表示智能電表2下游可能存在竊電行為。

    對于智能電表3，其在第1~24點(diǎn)共24個(gè)時(shí)刻的回路阻抗值超過報(bào)警限值LA，根據(jù)第2節(jié)判定步驟（8），表示智能電表3上游回路老化嚴(yán)重，需盡快檢修更換。

    對于智能電表4，其第第1~5點(diǎn)共5個(gè)時(shí)刻的電流值為0，而電壓值不為0，則其該時(shí)間段內(nèi)的回路阻抗為-2，根據(jù)第2節(jié)判定步驟（3），表示智能電表4下游負(fù)荷可能未啟動。

4  結(jié)論

    本文建立了低壓配電網(wǎng)回路阻抗模型，提出了基于智能電表電壓與電流變化速率的回路阻抗近似計(jì)算方法；建立了需求側(cè)實(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)陣和需求側(cè)實(shí)時(shí)電流數(shù)據(jù)陣分別記錄配電變壓器所屬的所有智能電表不同時(shí)刻的電壓與電流量測信息，并通過兩矩陣生成了需求側(cè)實(shí)時(shí)回路阻抗數(shù)據(jù)陣，以記錄配電變壓器所屬的所有智能電表上游回路的阻抗變化情況；最后基于回路阻抗數(shù)據(jù)陣詳細(xì)討論了配電網(wǎng)需求側(cè)運(yùn)行狀態(tài)的評估方法。實(shí)例分析驗(yàn)證了本文所提方法的可行性，可滿足現(xiàn)場工程實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊唯欽，張偉，李勇鋼，等.基于改進(jìn)人體舒適度指數(shù)的微電網(wǎng)超短期負(fù)荷預(yù)測[J].廣東電力,2017,30(4):137-142.

[2] 張偉，呂睿博，閻有朋.基于不平衡電容注入的配電網(wǎng)小電流接地故障定位方法[J].智慧電力,2017,45(10):66-71.

[3] 張偉.基于軌跡陣的配電網(wǎng)故障仿真培訓(xùn)評價(jià)方法[J].廣東電力,2018,31(1):113-118.

[4] 陳發(fā)廣，周步祥，曾瀾鈺.基于多信息融合的變壓器運(yùn)行狀態(tài)評估模型[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào),2013,25(4):140-144.

[5] 王福忠，邵淑敏.基于模糊綜合評價(jià)法的變壓器運(yùn)行狀態(tài)評估[J].計(jì)算機(jī)仿真,2015,32(6):141-145.

[6] 李彥斌，李赟.基于可信性理論的高壓斷路器運(yùn)行狀態(tài)評估[J].華東電力,2014,42(1):66-70.

[7] 韓富春，董邦洲，賈雷亮，等.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評估[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào),2008,20(1):101-104.

[8] 吳昊.輸電系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估方法[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào),2017,29(12):139-145.

[9] 張 偉，冷永杰，閆劍鋒，等.基于改進(jìn)雷達(dá)圖的配電網(wǎng)綜合狀態(tài)評估實(shí)用方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2013,41(12):117-122.

[10] 謝成，曹張潔，溫典，等.基于實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘的配電變壓器狀態(tài)評估[J].浙江電力,2017,36(8):1-5.

[11] 王鈺楠，楊鏡非，何也帥，等.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的主動配電網(wǎng)多級運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)快速評估[J].電力系統(tǒng)自動化,2016,40(14):65-71.

[12] 周毅，楊鏡非，王鈺楠.基于可信性理論的主動配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)評估[J].電氣自動化,2016,38(3):47-56.

[13] 張心潔，葛少云，劉洪，等.智能配電網(wǎng)綜合評估體系與方法[J].電網(wǎng)技術(shù),2014,38(1):3642-3648.

作者信息：

李麗娜1，汪文達(dá)1，張  偉2

（1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000；2.積成電子股份有限公司，山東 濟(jì)南 250100）