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摘要：低压台区线路复杂、拓扑难以厘清，其线损的实时准确监测是电网企业面临的一大挑战。本文基于低压集抄系统，提出了一种线损分层监测方法，设计了分级监测架构。通过缩小每个线损监测单元的范围，提高线损监测的精度，便于及时定位故障点。通过三个对比试验验证了本方法比传统监测方法的优势。
关键词：低压配网；线损；监测
引言
线损率是电网企业重点关注的技术经济指标之一，其高低直接影响企业的盈利水平，因此如何通过技术手段发现高线损区域并治理成为智能电网一大研究热点。在输电和高中压配电环节，线损率相对稳定，理论线损与实际线损较吻合。但是在低压台区，由于线路拓扑复杂，存在偷漏电等因素，致使实际线损与理论线损相差较大。为此，需要设计一种低压台区线损监测及线损异常定位方法，以指导低压台区线损异常治理。本文首先分析低压线损监测存在的主要问题，然后提出一种新的分层线损监测方法，最后通过实验数据分析其性能。
1 问题分析
低压台区中的集中器可通过通信链路采集总表及每台用户电能表的电量数据。假设电表n在t-1时刻的电能量为En（t-1），在t时刻的电能量为En（t），则在t时刻的台区线损定义如式（1）所示。
（1）
其中E0（t-1）为总表在t-1时刻的电能量，E0（t）为总表在t时刻的电能量。
在上述计算模型中，存在以下几个影响线损计算准确性的问题。
（1）时间同步
集抄系统可通过两种方法采集电量数据，一种是轮询采集电表当前电量，一种是采集电表冻结电量。在第一种方法中，由于无法同时采集所有电表的当前电量，因此每台电表的电量数据存在失步问题，当台区电表数量较多时，此问题对线损率的准确性影响较大。在第二种方法中，由于电表时钟无法准确同步，因此也存在冻结电量失步问题，同样影响线损率计算。
（2）实时性差
低压集抄主要用于日月冻结电量数据的采集，保证冻结数据的采集完整性是其首要目标，因此较难确保用于线损计算的数据采集完整性。另一方面，受限于集抄本地通信速率，集中器难以实时监测表箱、分支线、台区的线损情况。
综上分析，台区线损监测存在准确性低、时效性差、排查困难等问题，为了降低低压电网损耗，提高异常处理效率，本文设计了一种台区线损实时监测方法。
2 监测系统架构
本文采用分级计算的方法实现线损异常监测。根据台区用户电表的分布情况，将台区线损监测分为分支监测和表箱监测两级。如图1所示，在变压器低压侧的每条分支线上装有分支监测表，该表除了监测分支点处的电压、电流、功率、电量之外，还能与该分支上所有表箱的总表通信，获取每个表箱的电量数据。每个表箱均安装一台总表，该表除了监测表箱进线处的电压、电流、功率、电量之外，还能与表箱中所有电表通信，获取每个用户的电量数据。
图1：低压台区线损分级监测示意图
3 线损监测方法
3.1 分支线线损监测方法
分支监测表负责监测分支线上是否存在窃电异常，其监测过程包括如下三个步骤。
（1）总表校时
与电表广播校时偏差不得超过5分钟的要求不同，表箱中的总表可以在更大的时间偏差范围内实现校时。总表校时分为两种，一种是集抄系统的集中器向所有总表广播时间，每台总表均需将自身时钟同步到集中器的系统时间。另一种是总表主动向集中器请求时间，此方式主要用于总表复位后的初始化流程。
（2）数据采集
由于分支监测表与其下属的表箱通信距离较远，通信延时大，因此分支表采用读取冻结电量的方式采集表箱总表的电量数据。各表箱总表按15分钟的采集密度，保存正向有功、反向有功电量数据。分支表每小时读取下属表箱总表的15分钟采集数据。
（3）线损计算
分支监测表每15分钟计算一次分支线线损值，采用1小时的电量差值作为计算依据，计算公式如式（2）所示。
其中E0（t）为分支表在t时刻的正向有功电量，R0（t）为分支表在t时刻的反向有功电量，Ei（t）为总表i在t时刻的正向有功电量，Ri（t）为总表i在t时刻的反向有功电量。（t-4）表示1小时前的数据。
3.2 表箱线损监测方法
表箱总表负责监测表箱中是否存在窃电异常，其监测过程包括如下三个步骤。
（1）表箱搜表
表箱中总表和用户电表采用485总线通信，总表通过缩位搜表功能探测挂接在485线上的电表。若电表不支持缩位搜表，则总表在本地通信网络组网过程中，通过报文应答判断下接电表的数量及地址。
（2）数据采集
表箱中485总线通信距离短时延低，因此总表采用轮询的方式读取每台电表的当前电量数据。总表每读取一台电表的数据时，均需记录下此刻自身的电量数据，从而减少通信延时带来的线损计算误差。
（3）线损计算
表箱总表每15分钟计算一次表箱线损值，采用1小时的电量差值作为计算依据，计算公式如式（3）所示。
其中E0i（t）为总表在第t周期读取电表i正向有功电量时记录的自身正向有功电量，R0i（t）为总表第t周期读取电表i反向有功电量时记录的自身反向有功电量，Ei（t）为电表i在第t周期时的当前正向有功电量，Ri（t）为电表i在第t周期时的当前反向有功电量。
4 试验验证
为验证以上线损监测方法，设计了如图2所示的集抄系统。集中器安装在变低侧，与分支监测表距离近，采用485总线通信。集中器与各个表箱总表之间通过电力线载波通信。分支表采集总表数据时，先将抄表报文通过485总线发送给集中器，集中器再通过PLC将该报文传送至目标总表。
图2：用于线损监测的集抄系统示意图
在试验台区中，共有2条分支线路，每条分支线路接5个表箱，每个表箱中安装10台电表（其中1台为总表），共计100台电表。在以下描述中，“本系统”指本文设计的监测系统，“对比系统”指未采用分级监测方法的一般集抄系统。下面为两个对比试验。
（1）线损监测时效性对比试验
统计集中器从启动线损监测至采集到监测数据的耗时。对本系统，线损监测包括10个表箱及2条分支线路，共12个监测点；对于对比系统，则只统计台区总的线损值，只有1个监测点。测试数据如表1所示。
从测试数据可以看出，由于采用了分级线损计算，本系统的只需采集12个点的数据即可得到分级线损监测值，耗时较短；而对比系统需要采集所有电表的数据才可计算总的线损监测值，因此耗时较长。
（2）线损监测准确性对比试验
该试验用于检测集抄系统线损监测的准确性。对于本系统，比较10个表箱及2条分支线路线损监测值与真实值的偏差；对于对比系统，只比较台区总线损值与真实值的偏差。由于对比系统中电表时钟存在偏差，而线损计算依据的是电表冻结值，因此时钟不一致性会影响线损监测的准确性。为此在对比系统中，分别设置了时钟最大偏差为5分钟，以及时钟最大偏差为2小时的测试条件。在本系统中，应用了校时方法，时钟最大偏差可控制在1分钟之内。测试数据如表2所示。
注：线损监测值偏差为监测值与真实值之差的绝对值。线损监测值和真实值均以百分数表示。
在对比数据中，本系统的准确性明显高于对比系统。电表时钟最大偏差越大，则线损监测值的偏差也越大。
5 结束语
本文提出了一种适用于低压台区的分层线损监测方法，并基于低压集抄采集架构设计了线损监测系统。该方法通过时钟同步、分层采集数据、本地计算等步骤有效提高线损监测的准确性。以表箱为最小监测单位，提高线损异常定位的准确性，对于及时排查故障有非常积极的作用。随着国网公司线损精益化管理的深入推进，该分层线损监测方法也将发挥更大的作用。
参考文献：
[1] 党三磊、李健、林声宏，线损与降损措施，中国电力出版社，2013.
[2] 濮贤成、唐述正、罗新、李家腾，线损计算与管理，中国电力出版社，2015.
[3] 罗辑、杨劲锋、肖勇、阙华坤，用电数据挖掘技术与应用，中国电力出版社，2015.
[4] Q/CSG 11301-2008，线损理论计算技术标准
作者简介：
陈卫强（1983-），男，江苏连云港人，工程师，工学学士，主要从事电能计量自动化、电能遥测技术研究及相关工作；
张思建（1983-），男，广东汕头人，高级工程师，工学博士，主要从事高级量测及通信技术研究
论文作者:陈卫强1,张思建2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：线损论文; 电量论文; 电表论文; 集中器论文; 分支论文; 数据论文; 低压论文; 《电力设备》2019年第8期论文;