一种台区低电压成因分析方法及装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 1027182 A (43)申请公布日 2016.03.23

(21)申请号 201410398065.6(22)申请日 2014.08.14

(71)申请人上海博英信息科技有限公司

地址200240 上海市闵行区沪闵路363号2

楼(72)发明人刘涌 王承民 史伟伟 王建辉

袁秋实 黄起强 李皓岩 元梨花(51)Int.Cl.

G06Q 50/06(2012.01)G06F 17/50(2006.01)

权利要求书2页 说明书7页 附图2页

()发明名称

一种台区低电压成因分析方法及装置(57)摘要

本发明配电变压器台区电压治理管理领域，公开了一种台区低电压成因分析方法及装置，通过建立配电变压器的数学模型，计算配电变压器上级电压，计算配电变压器压降，建立线路的数学模型，根据所述线路的数学模型，计算线路压降，根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的成因。实现了台区低电压成因的定量分析，提升了台区低电压成因分析的准确率。

C N 1 0 5 4 2 7 1 8 2 A CN 1027182 A

权 利 要 求 书

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1.一种台区低电压成因分析方法，其特征在于，包括：

建立配电变压器的数学模型；计算配电变压器上级电压；计算配电变压器压降；建立线路的数学模型；根据所述线路的数学模型，计算线路压降；根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的成因。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立配电变压器的数学模型的步骤包括：

建立变压器正负零序模型，所述正负零序模型包括变压器正序等效电路、变压器负序等效电路和变压器0序等效电路。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算配电变压器上级电压的步骤包括：

根据变压器二次侧实测电压、负荷以及配电变压器数学模型，计算配电变压器一次侧电压；

依据行业标准，判断一次侧电压是否低于允许电压偏差下限值；当所述一次侧电压低于允许电压偏差阈值时，计算所述一次侧电压对应的配电变压器二次侧空载电压，并计算所述空载电压和配电变压器二次侧额定电压的电压偏差。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算配电变压器压降的步骤包括：根据所述配电变压器二次侧实测电压、负荷计算配电变压器压降；判断配电变压器压降与配电变压器短路电压的大小关系；当配电变压器压降大于配电变压器短路电压时，计算配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压偏差。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述线路的数学模型，计算线路压降的步骤包括：

建立线路正负零序模型，所述正负零序模型包括线路正序等效电路、线路负序等效电路和线路0序等效电路；

根据行业标准，确定线路压降允许阀值；根据所述线路的数学模型，计算并判断线路压降是否大于允许阈值；当所述线路压降大于允许阈值时，计算实际压降值和允许阈值之间的电压偏差。6.一种台区低电压成因分析装置，其特征在于，所述装置包括：第一模型建立模块，用于建立配电变压器的数学模型；第一计算模块，用于计算配电变压器上级电压；第二计算模块，用于计算配电变压器压降；第二模型建立模块，建立线路的数学模型；第三计算模块，用于根据所述线路的数学模型，计算线路压降；分析处理模块，用于根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的成因。

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权 利 要 求 书

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7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一模型建立模块具体用于建立变压器正负零序模型，所述正负零序模型包括变压器正序等效电路、变压器负序等效电路和变压器0序等效电路。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块包括：第一判断单元，用于根据变压器二次侧实测电压、负荷以及配电变压器数学模型，计算配电变压器一次侧电压，判断一次侧电压是否低于电压偏差的下限值；

第一计算单元，用于当所述一次侧电压低于允许电压偏差的下限值时，计算一次侧电压对应的配电变压器二次侧空载电压，并计算所述空载电压和配电变压器二次侧额定电压的电压偏差。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：第二判断单元，用于根据所述配电变压器二次侧实测电压、负荷计算配电变压器压降，判断配电变压器压降与配电变压器短路电压的大小关系；

第二计算单元，用于当配电变压器压降大于配电变压器短路电压时，计算配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压偏差。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二模型建立模块具体用于建立线路正负零序模型，所述正负零序模型包括线路正序等效电路、线路负序等效电路和线路0序等效电路。

11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三计算模块包括：第三判断单元，用于根据行业标准，确定线路压降允许阀值，根据所述线路的数学模型，计算并判断线路压降是否大于允许阈值；

第三计算单元，用于当所述线路压降大于允许阈值时，计算实际压降值和允许阀值之间的电压偏差。

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说 明 书

一种台区低电压成因分析方法及装置

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技术领域

[0001]

本发明配电变压器台区领域，尤其涉及一种台区低电压成因分析方法及装置。

背景技术

配电网是电力装置电能发、变、输、配四大环节中的向用户供电的环节，10kV低压配电网处于配电网的终端，通过配电变压器与380/220V电力低压用户直接相连。配电变压器台区即由配电变压器、配电变压器低压侧馈电线路及该配电变压器所供给的用户群组成的区域。

[0003] 作为配电网中将电能直接分配给低压用户的重要部分，配电变压器台区低电压问题，时常会引起供电故障。实际应用中需要利用特定数据、通过严格的分析流程和评判依据，对台区低电压成因进行分析。

[0004] 现有技术通常利用一些成熟的商业软件进行配电变压器台区低电压成因分析，例如：美国的ETAP、德国的DIgSILENT等，而这些软件均无法应用直接用于低电压分析。其原因在于，首先软件专业性过强、熟练掌握非常困难，其次操作习惯与电力企业日常工作习惯不符，这些软件只能对现象本身进行计算，当计算结果表明存在低电压问题时，无法确定低电压的成因。例如，通过软件可以精确计算出某用户处电压为180V，但导致电压仅有180V的原因无法确定。目前供电企业在发现低电压问题时，通常简单地将原因归为变压器过载、线径过细、供电半径过大三个原因，并无明确的分析方法。

[0002]

发明内容

本发明提供一种台区低电压成因分析方法及装置，解决现有技术中缺乏有效的低电压成因分析方法的技术问题。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：[0007] 一种台区低电压成因分析方法，包括：[0008] 建立配电变压器的数学模型；[0009] 计算配电变压器上级电压；[0010] 计算配电变压器压降；[0011] 建立线路的数学模型；[0012] 根据所述线路的数学模型，计算线路压降；[0013] 根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的成因。

[0014] 一种台区低电压成因分析装置，包括：[0015] 第一模型建立模块，用于建立配电变压器的数学模型；

[0005]

第一计算模块，用于计算配电变压器上级电压；[0017] 第二计算模块，用于计算配电变压器压降；[0018] 第二模型建立模块，建立线路的数学模型；

[0016]

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说 明 书

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第三计算模块，用于根据所述线路的数学模型，计算线路压降；[0020] 分析处理模块，用于根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的成因。

[0021] 通过本发明提供的一种台区低电压成因分析方法及装置，通过建立配电变压器的数学模型，计算配电变压器上级电压，计算配电变压器压降，建立线路的数学模型，根据所述线路的数学模型，计算线路压降，根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的成因。实现了台区低电压成因的定量分析，提升了台区低电压成因分析的准确率。附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所

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，还可根据这些附图获得其他的附图。

[0023] 图1为本发明实施例提供的一种台区低电压成因分析方法的应用场景图；[0024] 图2为本发明实施例提供的一种台区低电压成因分析方法的流程图；[0025] 图3为本发明实施例提供的一种台区低电压成因分析装置的结构示意图。

[0022]

具体实施方式

[0026] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0027] 本发明实施例中提供了一种台区低电压成因分析方法的应用场景图，如图1所示，从图中可以看到，一个台区首先由配电变压器变压器从10kV线路获取电能，变为400V以后，经低压线路送至用户。主干及分支低压导线均为BLV-25，接户线为6平方铝线。[0028] 用户电压等于变压器上级电压减去变压器压降和低压线路压降，台区低电压指用户处电压地低于国家标准规定的电压下限值。如果用户电压偏低，可能的原因包括：变压器上级电压偏低、变压器压降过大、线路压降过大及以上三种原因的不同组合。[0029] 因此，分析台区低电压的成因，实际就是对上级电压、变压器压降、低压线路压降依次分析，并判别三种压降在最终低电压的产生中所占的比重。[0030] 基于图1所示的应用场景，介绍本发明实施例中提供的一种台区低电压成因分析方法，如图2所示，该方法包括如下步骤：[0031] 步骤201、建立配电变压器的数学模型；[0032] 其中，由于低压台区为三相四线制供电，A、B、C三相之间存在不同程度的负荷不平衡，因此变压器模型需建立+/-/0序模型。例如：根据南方电网的相关标准，配电变压器一般采取DYN绕组连接方式，因此变压器正序阻抗、负序阻抗、0序阻抗均等于变压器短路阻抗。由于变压器高压为D接法，所以正序的一次侧电压为一次侧正序电压，负序的一次侧电压为一次侧负序电压，0序一次侧电压为0，即短路。因此，可得出变压器正序等效电路、变压器负序等效电路、变压器0序等效电路。[0033] 步骤202、计算配电变压器上级电压；

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其中，根据计量自动化系统采集的变压器二次侧电压和电流，首先进行正序、负序、0序分解，然后计算变压器一次侧正负序电压，最后合成一次侧电压。由于配电变压器对10kV线路而言属于用电设备，因此其一次侧额定电压为10kV，若允许偏差下限为-7％，即9.3kV，其对应相电压为5.37kV。

[0035] 本步骤中需要判断一次侧电压是否偏低，因此，本步骤包括：[0036] 步骤202-1、根据变压器二次侧实测电压、负荷以及配电变压器数学模型，计算配电变压器一次侧电压；[0037] 步骤202-1、依据行业标准，判断一次侧电压是否低于允许电压偏差下限值；例如：计算出的一次侧电压和5.37kV比较，即可判定一次电压是否偏低，5.37v是国家电力行业标准中规定的允许电压偏差下限值。[0038] 步骤202-2、当所述一次侧电压低于允许电压偏差阈值时，计算所述一次侧电压对应的配电变压器二次侧空载电压，并计算所述空载电压和配电变压器二次侧额定电压的电压偏差。

[0039] 例如：配电变压器二次侧额定电压为400V，即开路时二次侧电压为400V，对应相电压为231V。假设配电变压器空载时变压器一次侧电压不变，此时根据变压器等效电路和计算出的一次侧电压即可算出空载时变压器二次侧的电压，此电压和231V的偏差即为一次侧电压偏差对电压降的贡献值。[0040] 步骤203、计算配电变压器压降；[0041] 其中，配电变压器压降指负荷电流流经配电变压器产生的压降。配电变压器压降的允许值取短路电压值，即变压器流过额定电流时在短路阻抗上产生的压降。如果配电变压器压降不大于短路电压值，则直接跳到步骤204继续执行，否则计算变压器压降对低电压的贡献值。因此，步骤203包括：[0042] 步骤203-1、根据所述配电变压器二次侧实测电压、负荷计算配电变压器压降；[0043] 步骤203-2、判断配电变压器压降与配电变压器短路电压的大小关系；[0044] 步骤203-3、当配电变压器压降大于配电变压器短路电压时，计算配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压偏差。

[0045] 计算方法为实际压降值减去短路电压值。[0046] 变压器的压降可用式(1)计算：

[0047] [0048]

(1)

式中，

为变压器压降，P为变压器传输的有功功率，Q为变压器传输的无功功

XB为变压器的短路电抗，UB为变压器的额定电压(考虑到电压率，RB为变压器的短路电阻，

偏差不可能过大，所以此处一般用额定电压代替运行电压)。[0049] 上式在计算中，UB可取1，P和Q可从调研数据中得到，RB和XB则需要查变压器参数表中的负载损耗(短路损耗)、短路电压(短路阻抗)计算得到，计算方法如下：

[0050] [0051]

(2)

其中，

为负载损耗(短路损耗)，SB为变压器额定容量。

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在调研中，如果无法得到上述参数，则可采用下述简化方法进行计算：

(5)

其中S为变压器的运行容量，Uk为变压器的短路电压。如果调研中Uk也无法获取，而只能得到变压器额定容量，则可如下取值：

(6)

[0057] [0058]

计算完变压器压降对低电压的贡献值后，对变压器压降过大的成因进行分析。变压器压降过大可能有三个原因，一是重载，二是无功功率过大，三是不平衡。根据配电变压器重载的定义，如果负载率＞80％，则可归为重载。重载不一定会导致电压偏低，但存在安全隐患，应及时消除。根据配电变压器功率因数不小于0.9的要求，如果配电变压器实际功率因数不满足要求，则假设压器有功不变，功率因数补偿至0.9，重新计算变压器压降。将此压降和变压器实际压降相减，得到功率因数偏低(无功功率过大)对低电压的贡献值。假设将变压器总负荷平均分配到三相上，重新计算电压降，将此电压降和实际电压降相减，得到三相不平衡对低电压的贡献值。

步骤204、建立线路的数学模型；

[0060] 其中，由于配电变压器台区为三相四线制供电，因此线路模型也需建立正负零序模型，所述正负零序模型包括线路正序等效电路、线路负序等效电路和线路0序等效电路。根据三相四线线路结构，线路的正序阻抗、负序阻抗均为相线阻抗，0序阻抗为相线阻抗+3倍的中线阻抗。由此可建立三相四线线路的+/-/0序模型。[0061] 步骤205、根据所述线路的数学模型，计算线路压降；[0062] 其中，由于线路首端电压为配电变压器空载输出电压，而额定负载时配电变压器二次电压为额定电压减去短路电压，因此可将此电压作为首端电压负载时的额定值。例如：380V供电允许偏差为-7％，所以末端电压最小值为353V，对应相电压为204V。因此，线路上允许的压降为(231V-204V-变压器短路压降)，此值即可作为线路压降的允许值。[0063] 根据计量自动化监测的配电变压器数据，然后将负荷在线路上的分布简化为集中在首端、集中在中间、集中在末端、均匀分布以及首、中、末端按比例分布等五种形式，结合步骤203建立的线路模型计算线路压降。将线路压降和和允许值相比，即可判定线路压降是否过大。

[00] 线路的压降可用式(7)计算：

[0059] [0065] [0066]

(7)

式中

为低压线路压降，P为线路传输的有功功率，Q为线路传输的无功功率，RL

为线路电阻，XL为线路电抗，UL为线路的额定电压(考虑到电压偏差不可能过大，所以此处

用额定电压)。

[0067] 根据线路参数、计算线路上的压降为

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rL和xL分别是导线单位长度的电阻和电抗，L为导线长度。在计算中，L取供电半径，rL和xL分别调研数据的导线型号或线径查数据手册得到。[0070] 负荷分布可以简化为集中在首端、集中在中间、集中在末端和均匀分布四种情况，下面结合公式(7)和负荷分布情况，分别计算不同负荷分布对应的电压损失。[0071] 1)负荷集中在首端[0072] 如果负荷集中在首端，则线路上不流过电流，所以，线路压降为0，则可人为整个低压线路上电压均等于变压器二次侧出线电压，即计量自动化中采集到的电压。所以此时

[0073]

(9)

[0075] 2)负荷集中在中间

[0076] 如果负荷集中在中间，则线路前半部分流过电流，产生压降，后半部分不流过电流，不产生压降。所以线路压降从变压器二次侧开始，向线路末端逐渐增大，在供电半径的1/2处，达到式(10)所示的最大值，线路后半段电压和供电半径的1/2处电压相等。

[0074] [0077] [0078]

(10)

3)负荷集中在末间[0079] 如果负荷集中在末端，则整个线路都有电流流过，压降逐步增大，在线路末端达到最大值，即末端电压最低，压降值为

[0080] [0081]

(11)

4)负荷均匀分布[0082] 负荷均匀分布时，首先需建立负荷随线路的长度的表达式如(12)所示。

[0083] [0084]

(12)

其中，x下标表明在距首端x处，x为低压线路首端到当前考察位置的距离。[0085] 这样可以计算出，从首端到x处的压降为

[0086] [0087] [0088] [00]

(13)

由(13)式可见，随着x的增大，压降也逐步增大，在线路末端压降达到最大值，为

(14)

如果线路压降不过大，则跳到步骤206继续执行。否则计算线路压降过大对低电压的贡献值。计算方法为实际压降值减去线路压降允许值。线路压降过大可能有四个原因，一是重载(线径过细)，二是无功功率过大，三是三相不平衡，四是线路过长。[0090] 对于线路对低电压的贡献值可以分以下几种情况进行计算：[0091] (1)如果线路实际功率因数不满足要求，则假设负载有功不变，功率因数补偿至0.9，重新计算线路压降，将此压降和线路实际压降相减，得到功率因数偏低(无功过大)对

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低电压的贡献值。

[0092] (2)假设将线路总负荷平均分配到三相上，重新计算电压降，将此电压降和实际电压降相减，得到三相不平衡对低电压的贡献值。

[0093] (3)如果线路供电半径大于标准要求的值(如500米)，则假设负荷不变，将供电半径减至标准要求值，重新计算线路压降，将计算结果和实际压降相减，得到的是线路过长对对低电压的贡献值。[0094] 步骤206、根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的成因。[0095] 其中，当低电压发生时，根据步骤202、步骤203、步骤205的计算结果，可以确定导致低电压的成因可能是变压器一次侧电压偏低、变压器重载、变压器功率因数偏低、变压器三相不平衡、线路重载、线路功率因数低、线路三相不平衡、线路过长中的一种或几种，如果是几种原因的综合作用，则根据各个成因的贡献值进行排序，即可确定主要成因。[0096] 上述方法流程完成后，可利用Excel或统计分析软件形成操作简易的低电压辅助分析工具。

[0097] 通过本发明提供的一种台区低电压成因分析方法，通过建立配电变压器的数学模型，计算配电变压器上级电压，计算配电变压器压降，建立线路的数学模型，根据所述线路的数学模型，计算线路压降，根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的成因。实现了台区低电压成因的定量分析，提升了台区低电压成因分析的准确率。

[0098] 本发明实施例还提供了一种台区低电压成因分析装置，如图3所示，所述装置包括：

[0099] 第一模型建立模块310，用于建立配电变压器的数学模型；[0100] 第一计算模块320，用于计算配电变压器上级电压；[0101] 第二计算模块330，用于计算配电变压器压降；[0102] 第二模型建立模块340，建立线路的数学模型；[0103] 第三计算模块350，用于根据所述线路的数学模型，计算线路压降；[0104] 分析处理模块360，用于根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的成因。[0105] 其中，所述第一模型建立模块310具体用于建立变压器正负零序模型，所述正负零序模型包括变压器正序等效电路、变压器负序等效电路和变压器0序等效电路。[0106] 其中，所述第一计算模块320包括：[0107] 第一判断单元321，用于根据变压器二次侧实测电压、负荷以及配电变压器数学模型，计算配电变压器一次侧电压，判断一次侧电压是否低于电压偏差的下限值；[0108] 第一计算单元322，用于当所述一次侧电压低于允许电压偏差的下限值时，计算一次侧电压对应的配电变压器二次侧空载电压，并计算所述空载电压和配电变压器二次侧额定电压的电压偏差。

其中，所述第二计算模块330包括：

[0110] 第二判断单元331，用于根据所述配电变压器二次侧实测电压、负荷计算配电变压器压降，判断配电变压器压降与配电变压器短路电压的大小关系；

[0109]

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第二计算单元332，用于当配电变压器压降大于配电变压器短路电压时，计算配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压偏差。[0112] 其中，所述第三计算模块350包括：[0113] 第三判断单元351，用于根据行业标准，确定线路压降允许阀值，根据所述线路的数学模型，计算并判断线路压降是否大于允许阈值；[0114] 第三计算单元352，用于当所述线路压降大于允许阈值时，计算实际压降值和允许阀值之间的电压偏差。

[0115] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。[0116] 以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的。

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图1

图2

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