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1、 基于大数据的智能断路器线损及失准计量器具监控技术 李 倩 吴珏珺 石金保 张日取 黄春香（1.广东电网有限责任公司计量中心，广东 广州 510062；2.贤沃科技股份有限公司，浙江 杭州 323000；3.华立科技股份有限公司，浙江 杭州 311122）随着智能电网、数字电网快速发展，国家电网公司、南方电网公司推广应用具有数字化、互动化以及自动化功能的智能电能计量设备，积极响应运行稳定、技术先进、管理精益且服务优质的台区建设，实现台区“变-支-箱-表”四级状态全息物联、数据全量采集以及异常全时处置功能，以提高低压台区精益化管理水平。基于低压台区智能全感知技术的发展，台区的“变-支-箱-表”四
2、级状态实现在用设备在线运行可靠性、台区线损精益管理等问题日益凸显，采用“变压器侧安装智能集中器、分支箱、表箱安装分离式导轨表”的架构，采用各层级数据交互、智能感知以及边缘计算等功能来提高电网服务水平，既满足了智能断路器在低压配电网络中的发展要求1，又可以给电网公司提供实时数据，实现电网公司的分布式线损分析、档案管理、失准计量器具监控和各断路器健康监测功能，为电网安全、高效和节能运行提供数据基础，同时也为电网公司对后续的负荷管理、调节提供一种技术基础2。1 低压台区线损及失准计量器具监测分析模型目前，多方面原因导致低压配用电网中存在线损，包括但不限于线路损耗过高、变电主设备损耗过高、配网损耗以及
3、计量误差过大。低压配电台区的主要线损为线路损耗和电表误差，该文暂不考虑其他损耗（例如变压器、管理损耗等）。1.1 低压台区计量点拓朴结构低压配用电台区的主要配电设备方案如图1所示，分为4 层3，即主站层、一级配电层、二级/中间配电层以及用电层，统一采集营配数据并上送至计量自动化系统和配网自动化系统，可以精准定位各种用电异常，提高供电服务水平和用户服务满意度4。图1 配电设备层级因为各计量点的计量设备均配有冻结功能，所以可以在各计量点配置日冻结、小时冻结或分钟冻结等功能，主站配置采集任务，通过复控终端或集中器采集各计量节点电能、电压、电流以及功能等相关数据，计算各节点间线损及各计量点的电能测量误
4、差，并根据计算结果采取下一步措施，对负荷管理、调节进行实时控制。1.2 线损在线监测与国际发达国际相比，目前国内采用的线损计算方法未将输配电负荷水平、对时误差及计量装置误差等影响因素列入参考范围，导致理论线损与实测线损相差较大，该文考虑了对时误差、计量装置误差对线损的影响，建立线损在线监测数学模型，通过算例分析表明，该方法得出的结果更接近实际线损率。1.2.1 线损在线监测原理利用各电能表所测量数据、台区总用电量数据以及相关线损数据来验证台区用户理想用电模型与实际情况的偏差情况，从而保证模型的准确性。一般台区用电数学模型如图2所示，模型数学关系如公式（1）所示。台区用电量始终保持平衡（供电量=
5、用电量总和+电能表计量误差总和+线路线损），如公式（2）所示。式中：j（i）为第j块表第i个用电日数据采集量；j为第j个用户的电能表实际运行误差；p+1为台区线损；0为其他固定损耗。1.2.2 线损及电表误差在线监测数学模型1.2.2.1 计量点误差智能断路器（电表）误差与温度、湿度以及气压等因素有统计学意义，可以用平均误差替代，假设智能断路器（电表）在运行期间误差趋向于固定值e，那么台区的一级配电层总表误差记为e11，二级/中间配电层的智能断路器（电表）计量误差记为e2i，用电层的智能断路器（电表）误差记为e3j，即每个计量点的实际用电量为（1+eij）E（eij为第i层第j计量点误差；E为
6、每次计量点的用电量），即各计量点的之间用电模型如公式（3）所示。1.2.2.2 线损线损与温度、湿度、电流以及电压等因素有统计学意义，可以用平均线损替代，假设智能断路器（电表）在运行期间各段平均线损s，那么台区线损记为s，各分路线损根据实际记为s11、s21，分别表示配电层到二级/中间配电层第一条分路线损、中间配电层到二级/用电层第一条分路线损。1.3 台区用电方程根据第1.2.1 节的数学模型建立台区用电量方程，如公式（4）所示。式中：E201为二级/中间配电层第一个计量点第一天的用电量；e21为二级/中间配电层第一个计量点的误差；E20n为二级/中间配电层第n个计量点第一天的用电量；e2n
7、为二级/中间配电层第n个计量点的误差；E101为一级配电层的用电量；e21为一级配电层的计量误差。每天用电方程变形分别如公式（5）公式（7）所示。式中：Eijk为第i层第j计量点的第k天用电量。将Eijk写成矩阵方式，如公式（8）所示。式中：E211为二级/中间配电层第一个计量点第一天的用电量；e21为二级/中间配电层第一个计量点的误差；E21n为二级/中间配电层第n个计量点第一天的用电量；e2n为二级/中间配电层第n个计量点的误差；E111为一级配电层的用电量；e11为一级配电层计量的误差。由于矩阵方程有mn个未知数，因此根据多元方程组定义，建立mn+1 个方程组即可求解这些未知数。在实际运
8、行中，有些用户用电数量比较小或者不用电，现场环境复杂，因此取2mn次的数据就可以解出未知数。1.4 线损方程线损计算与计量误差相似，智能断路器（电表）计量误差定义见第2.2.1 节，设各计量点线损分别为（S11，S12，.，S1n）、（S21，S22，.，S2m）和（S31，S32，.，S3k）（S11为一级配电层到二级配电层第一条支路的线损；S12为一级配电层到二级配电层第二条支路的线损；S1n为一级配电层到二级配电层第n条支路的线损；S21为二级配电层到用电层第一条支路的线损；S22为二级配电层到用电层第二条支路的线损；S2m为二级配电层到用电层第m条支路的线损；S31为用电层到第一家用户
9、支路的线损；S32为用电层到用第二家用户支路的线损；S3k为用电层到第k家用户支路的线损）。图2 台区用电模型示意图根据公式（8）建立整个台区用电方程，如公式（9）所示。将公式（9）变换为矩阵，如公式（10）所示。式中：E211为二级/中间配电层第一个计量点第一天的用电量；e21为二级/中间配电层第一个计量点的误差；E21n为二级/中间配电层第n个计量点第一天用电量；e2n为二级/中间配电层第n个计量点的误差；E111为一级配电层的用电量；e11为一级配电层的计量误差；Sij为第i层的第j条支路；m、n分别为i、j的取值极限。由第1.3 节、第1.4 节可知，将各计量节点之间的线损及各计量节点
10、的测量误差的物理问题转换为数学问题，即在数学领域求多元一次方程组的解，根据数学中的矩阵知识很容易求得各未知数的解，从而得到各计量节点之间的线损及各计量节点的测量误差。2 实例计算以国家电网公司某试点小区的某台区实际用电为例，该台区共4 栋楼（12 个单元，163 户），台区总表1 台，智能断路器合计19 台，以25 栋楼为参考对象，该栋楼共3 个单元，每单元4 层，每层2 户，每单元有1 台照明表，合计27台表，共计智能断路器4 台，涉及3 条支路，连续15 d 抄收用电量。配置主站的采集任务，通过集中器采集每天的各计量节点的用电量，数据见表1 和表2，该数据为各计量点的日冻结正向有功总电能。
11、表1 某试点小区25 栋楼连续1 d7 d 用电量一览表表2 某试点小区25栋楼连续8 d15 d用电量一览表将表1 和表2 数据代入公式（10），得出各计量点（智能电表、智能断路器）的计量误差以及各段线损，见表3。表3 智能电能表、智能断路器的误差以及各段线损由表3 可知，各计量点的误差数据均在正常范围内，国家标准要求为1%，但是第三单元到D3断路器之间的线损较大，一般线损率不超过5.0%，可能存在接线未接紧或存在用电异常情况，供电单位须采取相应措施降低该段线损。3 结语通过建立台区用电模型和各用户的用电矩阵方程可以实现以下功能：1）采集低压台区各用电户的用电量，计算智能断路器的计量误差和台区分层分级线路损耗，对智能电表的计量准确度进行监控，准确定位线损异常点。2）监控台区线损“变-支-箱-表”四级线损。3）自动感知线损异常，对表箱窃电行为进行精确定位，充分挖掘智能电能表数据价值。4）精确管理台区线损，提高服务水平。 -全文完-
