0  引言

    運行狀態評估可對電網的實時及歷史運行狀態進行評估分析，并對未來電網運行態勢進行預測分析，篩查電網薄弱環節，并將電網隱形故障消滅在萌芽狀態，是提高電網供電可靠性的重要手段之一^[1-3]。

    目前運行狀態評估多集中在輸電網領域和中高壓配電網領域，而對低壓配電網的運行狀態評估研究較少。文獻[4]提出一種基于多信息融合的變壓器運行狀態評估方法；文獻[5]提出一種基于模糊綜合評價法的變壓器運行狀態評估；文獻[6]提出一種基于可信性理論的高壓斷路器運行狀態評估；文獻[7]提出一種基于多種指標的配電網運行狀態綜合評估方法；文獻[8]提出一種輸電系統運行風險評估方法，上述方法基于高壓輸電網準確完備地采集數據，分別從不同的角度對輸電網運行設備、運行狀態進行了評估分析。文獻[9]提出一種基于改進雷達圖的配電網綜合狀態評估實用方法；文獻[10]提出一種基于實時運行數據挖掘的配電變壓器狀態評估方法；文獻[11]提出一種基于復雜網絡理論的主動配電網多級運行風險快速評估方法；文獻[12]提出一種基于可信性理論的主動配電網運行風險動態評估；文獻[13]提出一種基于層次分析的配電網運行狀態評估實用化方法，上述方法基于中壓配電網廣泛分布的采集終端和較完備的設備參數，從設備層和電網層等多個方面對配電網的實時運行狀態進行了評估。

    低壓配電網由于用戶數量龐大，供電網絡復雜，供電線路質量參差不齊，加之設備及線路異動頻繁，導致低壓配電網圖形、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，只在用戶側配置了智能電表，故此，目前低壓配電網運行狀態評估與中高壓配電網及輸電網的評估方式不同，有其自身特點。

    本文基于當前低壓配電網現有資源，建立低壓配電網回路阻抗模型，并根據實際情況和工程需要對回路阻抗模型進行了簡化，建立需求側實時電壓數據陣和需求側實時電流數據陣對智能電表的電壓和電流進行記錄，并基于兩矩陣生成需求側實時回路阻抗數據陣，并基于回路阻抗陣提出了一種低壓配電網運行狀態評估方法。

1  低壓配電網回路阻抗模型

    通過近年來的配電網自動化深化改造，大量具有遠方抄表功能的智能電表被廣泛應用到低壓用戶側，可對低壓用戶的電壓、電流及功率進行實時采集和上送。

    如圖1所示為一低壓配電網絡簡化圖，表述的是配電變壓器低壓側A相火線和零線上所接入的低壓用戶負荷和智能電表。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T接點T₁的低壓饋線等值阻抗，T₁~T_i+1表示用戶側通過智能電表接入A相火線和零線的接入點，虛線表示接入i(i=1,2,3…,n)個用戶側智能電表，R_d2,R_d3,R_dn為A相火線相鄰用戶側T接點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T接點T₂的低壓饋線等值阻抗，R_f2,R_f3,R_fn為零線相鄰用戶側T接點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用戶電表，負荷i表示需求側低壓用戶的綜合等效負荷，R_li為智能電表i在火線的T接入點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，每個智能電表通過火線、零線、T接線路、負荷與配電變壓器形成回路，負荷的阻抗根據用電設備的數量和功率而變化，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間內卻不會變化，若該回路阻抗發生突變，則表示該回路的運行狀態發生異常，據此原理即可對低壓配電網運行狀態進行評估。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。當智能電表i在a、b兩個時刻的電壓值和電流值無變化時，即ΔU_i和ΔI_i為0時，公式（3）將不成立，智能電表i的上游回路阻抗值R_wi無法計算，在運行狀態評估分析時可用特殊值代替。

2  低壓配電網運行狀態評估方法

    目前，我國低壓配電網饋電線路上的測量終端尚未進行大面積配置，但在用戶側卻已配置了大量的智能電表，并具備了遠方抄表功能，可方便地實現對需求側用戶用電量的實時測量。

    為減輕智能電表和集中器的負載，減少數據通信流量，智能電表的數據采樣配置一定的時間間隔，時間可以從1 min~15 min，一般為5 min；DMS系統將搜集到的智能電表量測數據按照配電變壓器與智能電表的從屬關系進行分析，對明顯錯誤的數據如負值數據、非數字類型數據等進行辨識過濾，而過濾后的數據也可按一定的時間間隔提取而提供運行狀態評估系統進行分析，該時間間隔與智能電表采集相配合，也可設置為1 min~15 min，一般為5 min。

    建立需求側實時電壓數據陣DRVM以記錄一個配電變壓器所屬的所有低壓需求側智能電表采集到的實時電壓量測信息，具體描述為：

    其中：M_DRVM為DRVM的變量符號；每一行為一個智能電表采集到的電壓數據， V_wk為智能電表w采集到的當前時刻以前的第k個電壓數據，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；k為數據點號，k=1表示當前時刻數據點，k=1,2,…,h，h為矩陣DRVM中所保留的每一個智能電表的數據采集點數；智能電表電壓數據可采用1 h~3 h內的所有采樣結果，一般可取2 h，故此數據采集點數h的取值范圍可以為12~36，一般可取24。

    建立需求側實時電流數據陣DRCM以記錄一個配電變壓器所屬的所有低壓需求側智能電表采集到的實時電流量測信息，具體描述為：

    其中：M_DRCM為DRCM的變量符號；每一行為一個智能電表采集到的電流數據，I_wk為智能電表w采集到的當前時刻以前的第k個電流數據，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。

    建立需求側實時回路阻抗數據陣DRRM以記錄一個配電變壓器所屬的所有低壓需求側智能電表上游的實時回路阻抗信息，具體描述為：

    其中：M_DRRM為DRRM的變量符號；每一行為一個智能電表上游回路阻抗數據，R_wk為智能電表w當前時刻以前的第k個數據點的回路阻抗值，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。

    需求側實時電壓數據陣DRVM、需求側實時電流數據陣DRCM和需求側實時回路阻抗數據陣DRRM都為滾動矩陣，矩陣長度一定，隨著時間的推移，各元素按照先進先出的原則進行滾動更新，當k=h時，k+1為上次移出矩陣的最后一列元素。

    通過需求側實時回路阻抗數據陣DRRM即可對低壓配電網的運行狀態進行評估分析，具體為：

    （1） 順序取需求側實時回路阻抗數據陣DRRM中的第w行數據進行下列評估分析。

    （2）當回路阻抗值Rw1以前連續p個數據的值為-1時，表示該智能電表上游回路發生斷線故障，p取值范圍可為2~6，一般可取3。

    （3）當回路阻抗值Rw1以前連續p個數據的值為-2時，表示該需求側負荷并未啟動，p取值范圍可為2~6，一般可取3。

    （4）當回路阻抗值R_w1以前連續g個數據的值為-2時，表示該需求側負荷長時間無用電行為，可能存在竊電情況或家中無人居住，需進一步現場確認，持續判定時間可取1個月~6個月，g取值范圍可為8 640~51 840，一般可取25 920。

    （5）當回路阻抗值R_w1以前連續p個數據的值為-3時，表示該需求側負荷電流電壓無變化，運行穩定。p取值范圍可為2~6，一般可取3。

    （6）當回路阻抗值R_w1以前連續t個數據的值為-3時，表示該需求側負荷電流電壓長時間無變化，智能電表可能損壞，需現場排查。持續判定時間可取1天~3天，t取值范圍可為288~864，一般可取576。

    （7）當回路阻抗值R_w1以前連續q個數據的值為-4時，表示該需求側負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）當回路阻抗值越過線路老化報警限值L_A的次數超過報警次數標準值S_LA時，表示該智能電表上游回路存在線路老化情況，已達到報警限值，需及時檢修更換。具體描述為：

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

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

    （10） 重復步驟（1）~（9）直到需求側實時回路阻抗數據陣DRRM中的所有行都判定完成。

    運用上述方法，可基于智能電表采集的電壓與電流數據，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的運行狀態進行評估分析。

3  實例分析

    如圖2所示為一個配電變壓器所屬的4個智能電表在2 h內的電壓、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，橫坐標為24個采樣數據點，縱坐標為電壓值，單位為V。圖（b）為智能電表1~4的電流變化曲線圖，橫坐標為24個采樣數據點，縱坐標為電流值，單位為A；圖（c）為智能電表1~4的回路阻抗變化曲線圖，橫坐標為24個采樣數據點，縱坐標為阻抗值，單位為Ω；p取3, q取8，L_A為0.4Ω，S_A取12。

    根據第2節所述方法，由智能電表1~4在24個數據點的電壓曲線圖（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數據點共5個時刻的電流變化值和電壓變化值皆為0，而其他時刻的電流變化值和電壓變化值不為0，則該時間段內的回路阻抗為-3，且其他時間段內的回路阻抗正常，根據第2節判定步驟（5），表示智能電表1下游負荷運行穩定。

    對于智能電表2，其在第1~4數據點共4個時刻的電流和電壓值皆為0，則該時間段內的回路阻抗為-1，根據第2節判定步驟（2），表示智能電表2上游發生斷線故障。其在第12~24點共13個時刻的電流值無變化，而電壓值有變化，則該時間段內的回路阻抗為-4，根據第2節判定步驟（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點共24個時刻的回路阻抗值超過報警限值LA，根據第2節判定步驟（8），表示智能電表3上游回路老化嚴重，需盡快檢修更換。

    對于智能電表4，其第第1~5點共5個時刻的電流值為0，而電壓值不為0，則其該時間段內的回路阻抗為-2，根據第2節判定步驟（3），表示智能電表4下游負荷可能未啟動。

4  結論

    本文建立了低壓配電網回路阻抗模型，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算方法；建立了需求側實時電壓數據陣和需求側實時電流數據陣分別記錄配電變壓器所屬的所有智能電表不同時刻的電壓與電流量測信息，并通過兩矩陣生成了需求側實時回路阻抗數據陣，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據陣詳細討論了配電網需求側運行狀態的評估方法。實例分析驗證了本文所提方法的可行性，可滿足現場工程實際需求。

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作者信息：

李麗娜1，汪文達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 濟南 250100）