一种配电网理论线损实时计算分析系统

2015-02-08李云薪罗四倍

电力需求侧管理 2015年6期

李云薪，罗四倍

（1.宁夏银川长庆油田，银川 750006；2.河南科技大学农业工程学院，河南洛阳 471003）

配电网线损的计算和管理一直是业内的难题［1—2］。近年来，随着配网自动化水平的提高，传统的人工线损计算已逐步由专用的线损管理系统软件所替代［3—4］。但是，由于配电网运行方式时常变化和量测条件的限制，难以全面获得实时运行数据，线损计算缺乏准确性、实时性，不能确切地反映配电网线损的实际情况，无法准确判断损耗的性质、成因及损耗的位置，对制定合理的降损措施造成困难。

随着智能配电网建设的逐步推进，大量馈线终端（FTU）和智能配变终端（IDTT）的装设、高速通信通道的建立，克服了传统线损计算只能从线路出口获取数据的局限性，配电网中分段开关和配变低压侧的实时运行数据也可以直接获得。充分利用这些FTU、IDTT以及馈线出口断路器处的保护测控装置所上传的实时运行数据，为实现配电网理论线损的实时计算分析提供了可能。

为了提高线损计算的准确性、实时性，本文提出一种配电网理论线损实时计算分析系统，实现10 kV配电网和0.4 kV低压网的线损计算分析，为制定技术降损措施提供依据，为线损精细化管理提供技术支撑。

1 系统方案

配电网理论线损实时计算分析系统的组成如图1所示，包括主站系统、10 kV馈线保护测控装置、馈线终端、智能配变终端和通信通道，完成10 kV配电网和0.4 kV低压网的线损计算分析。

图1 系统组成示意图

下面以图2所示的典型10 kV配电网馈线系统为例，说明该系统的具体实施方式。图2中，QF1、QF2为馈线出口断路器；S1、S2、S4、S5为分段开关；S3为手拉手联络开关；T1—T14为配电变压器。

10 kV馈线保护测控装置位于馈线出口断路器（即QF1和QF2）处，通过配电自动化系统的通信通道将线路出口的实时运行数据（电压、电流、有功和无功等）和开关状态上传至主站系统。

馈线终端包括分段FTU和环网柜FTU，位于馈线上的分段开关和联络开关（即S1—S5）处，通过配电自动化系统的通信通道将分段开关和联络开关处的三相实时运行数据和开关状态上传至主站系统。

按照《农网智能配变终端功能规范和技术条件》［5］，智能配变终端可具备以下高级应用：根据配变运行负荷情况和台区下线路等值参数就地计算所在配电台区线损、变损，当线损超过设定阈值时，进行告警。因此，0.4 kV低压网的线损可直接由智能配变终端进行计算，通过配电自动化系统的通信通道将所计算的配电台区理论线损和配变低压侧三相实时运行数据上传至主站系统。

主站系统根据馈线保护测控装置、FTU和IDTT上传的配电网实时运行数据，分析网络拓扑，并将配变低压侧的数据折算到高压侧，结合线路参数，每5 min或10 min利用前推回代潮流算法进行10 kV配电网理论线损的在线计算［6—7］，并按配电台区对IDTT上传的理论线损计算结果进行分类汇总，获得0.4 kV低压网的线损。即使运行方式发生变化，例如：将S2作为联络开关、S3作为分段开关，主站系统也能够快速反应，通过改变网络拓扑，得到相应运行方式下的实时线损。

主站系统进一步按馈线区段给出线损的实时分布情况，统计各类负荷的线损占比及变动情况，进行综合分析决策，形成若干技术降损措施。同时，在对线损进行综合比较分析的基础上，找出损耗的主要环节，自动生成降损网络改造方案，并进行无功补偿模拟分析、变压器及线路经济运行分析和配电网络重构模拟分析，优化配电网的运行方式。上述分析结果可按要求以各种分类表格、图形或曲线输出。

主站系统还具有线损异常监测功能，自动报警和诊断，及时有效地发现计量故障和用户违章窃电行为，实现在线窃电监视、定位线损源。

图2 典型10 kV配电网馈线系统

通信通道可采用光纤专网、配电线载波、无线专网和GPRS/CDMA/3G无线公网等，复用配电自动化系统的通信通道，具有较高的通信速率，满足理论线损实时计算分析的要求。

配电网点多面广，情况复杂，难免会出现个别量测点数据丢失或产生坏数据，对此可采用文献［2］的方法得到电网的等效运行数据予以解决。

下面对系统中的关键设备——智能配变终端的一种设计方案进行详细介绍。

2 智能配变终端设计

2.1 智能配变终端架构

目前，台区配电变压器侧（台变侧）存在众多测控终端装置，如配变监测终端（TTU）、集中器（采集器）、负荷管理终端和电能质量管理终端（无功补偿装置）等。各测控终端相互独立，仅关注台区下供电的部分信息，实现部分用电管理功能，无法实现台区下信息共享。因此，造成配电台区设备冗余，建设和运行维护费用成倍增加。多个终端同时对同一配电设备进行监测，所采集的数据重复又不完全一致，导致数据的及时性、准确性和完整性始终无法保证，不能为分析决策系统的高级应用提供有效的数据支撑，难以满足配用电系统智能化的发展要求。

随着新能源的发展，以光伏、风电为代表的分布式电源接入0.4 kV电压等级电网的需求越来越多，这对配电台区的管理提出了新的更高的要求，必须保证台区运行的安全性和稳定性。现有的测控终端无法满足分布式电源接入的要求。

鉴于上述情况，为适应智能配用电系统的发展要求，国家电网公司制定了《农网智能配变终端功能规范和技术条件》，以功能集成的智能配变终端作为台变侧实现“智能、节能、新能”的基础支撑平台。

本文提出的一种实时计算台区线损的智能配变终端，硬件结构如图3所示，包括CPU模块、交直流模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、通信模块、人机接口模块和为整个终端供电的电源模块。单一装置实现配电台区的综合监测管理和线损实时计算分析。

2.2 智能配变终端功能

（1）监测配变正常运行情况、反映配变运行异常情况和故障的配电变压器监测与保护。

图3 智能配变终端的硬件框图

（2）对用户智能电能表进行数据采集、工况监测的用户用电信息监测，相当于集成了集中器（采集器）的功能。

（3）对台区智能电能表进行数据采集、考核其计量有效性的配电变压器计量总表监测，可及时检测出台区总电能表的计量故障，进行告警。

（4）监测剩余电流保护器运行状态和剩余电流值的剩余电流动作保护器监测。

（5）监测配变油温和瓦斯浓度、台区进出线开关状态、电容器/滤波器投切状态的台区设备状态，进行异常告警。

（6）综合控制管理配电台区负荷，相当于集成了负控终端功能。

（7）监测电能质量、选择并执行无功功率动态补偿、三相不平衡治理和谐波治理最优控制方案，相当于集成了电能质量管理终端功能。

（8）对分布式电源进行监测和控制。按照《分布式电源接入电网技术规定》［8］，实现用户侧分布式电源灵活接入，确保电网安全稳定运行。

（9）配电台区线损实时计算分析。一方面，统计线损可根据所获取的台区总电能表和用户电能表数据进行实时计算；另一方面，理论线损可根据配变运行负荷情况和台区下线路等值参数进行实时计算。当统计线损或理论线损超过设定阈值时，根据预设的报警方式告警。若实时计算所得的统计线损和理论线损相差超过设定阈值时，表明存在用户窃电或计量故障。将上述信息迅速上传给主站系统进行综合分析，就可以及时准确地确定窃电用户位置或计量故障位置，为线损的精细化管理提供技术支撑。

2.3 智能配变终端的硬件构成

实现上述众多功能，需要设计合理、功能强大的硬件平台。该智能配变终端的CPU模块采用ARM和DSP双处理器架构，分工协作，高效执行各项功能。2个处理器之间的数据交换通过双口RAM快速完成。ARM采用主频166 MHz、ARM940T内核的微控制器S3C2510A，其上运行嵌入式实时操作系统VxWorks，完成复杂的通信、人机交互等功能。DSP采用主频150 MHz、具有浮点运算能力的数字信号处理器F28335，完成快速实时的数据处理和控制。模数转换采用2片16位高速AD转换器ADS 8556以及F28335提供的12位AD转换器。

交直流模拟量输入模块将配变低压侧和（或）分布式电源侧的三相电压、三相电流、配变油温和瓦斯浓度等模拟量转换为适合AD采集的电压信号传送给CPU模块。可提供12路交流、16路直流模拟量输入。

开关量输入模块经光电隔离将进出线开关位置、剩余电流动作保护器状态、电容器/滤波器投切状态和分布式电源接入控制断路器位置等状态量信号传送给CPU模块，可提供14路开关量输入。

开关量输出模块经光电隔离、继电器进行低压出线开关控制、负荷控制、有源滤波控制和分布式电源接入控制，经晶闸管投切电容器控制接口电路控制低压复合开关实现动态无功补偿。可提供12路继电器输出，可控制9路低压复合开关。

通信模块根据应用的要求，远程通信（与主站系统）可选择所提供的光纤以太网模块、230 MHz无线专网模块和GPRS/CDMA无线公网模块；本地通信（与采集器）可选择所提供的低压电力线载波模块、微功率无线模块和以太网无源光网络（EPON）模块，与台区智能电能表通信以获取台区电量信息、与剩余电流动作保护器通信以获取剩余电流值，可选择RS485串行通信模块，还提供了用于本地维护和升级的电以太网接口模块。

人机接口模块包括常规的LCD、按键和指示灯。通过USB接口WIFI模块提供无线接入方式，与手持终端进行人机交互，方便了终端的维护管理。

该智能配变终端通过合理的模块化设计，多功能一体化，减少了配电台区的二次设备数量，降低了生产设计、运行维护成本；实现了配电台区线损的实时计算、就地分析；支持分布式电源的灵活接入，为新能源并网创造有利条件。