一种低压台区阻抗的计算方法与流程

1.本发明涉及一种低压台区阻抗的计算方法，属于低压台区电网技术领域。


背景技术：

2.在低压台区供电回路中，电流通过导线(包括电缆，母线)时，要产生电能损耗，使导线发热，裸导线的温度过高时，会使其接头处的氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，加速接头处的老化甚至烧毁，引发火灾事故；同时随着线路的长期使用，电路会伴随有老化现象，出现漏电和短路现象。此外，在台区配电网在输送和分配电能的过程中，由于配电线路及配电设备存在阻抗，在电流流过时会产生一定数量的有功功率的损耗，这些线路损耗只能通过台区供电能量与台区的用电量差值进行计算，无法估算具体在哪段线路损耗情况，因此在低压台区对阻抗的分析研究已迫在眉睫。
3.低压台区中存在各种特征量的传递，其主要由于用户用电行为、设备运行状态及故障产生的。目前特征大多集中于对电流稳态量的描述和分析，主要包括有功功率、无功功率和基波、谐波分量等信息。然而在低压台区中也存在较多的电压瞬态特征，一部分是由于箱变侧往表箱侧传递，另一部分是由于用户用电拉低末端电压导致的表箱间的传递。台区中的电压特征大部分是由于后者产生的。在低压台区中，用户用电对同一个分支内的表箱电压传递时，其产生影响的是台变到分支箱线路的电压，因此，根据电压特征的传递规律，使用用户用电电流大小以及传递的电压大小，可以计算分支阻抗的大小。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种低压台区阻抗的计算方法，可以准确地计算出低压台区的整个回路阻抗值，并且能计算出出线柜到分支箱处的分支阻抗，通过回路阻抗与分支阻抗的差值，预估出分支箱到表箱处的阻抗，从而可得到各分支的阻抗值，对回路阻抗及分支阻抗的有效监测，可以及时发现线路异常情况，减少故障发生概率，通过对线路线损的计算，可有效排查出是否有用户窃电行为，提高供电企业电能的利用率。其具体技术方案如下：
5.一种低压台区阻抗的计算方法，包括以下步骤：
6.步骤s1：获取一个台区一段时间内所有表箱各相别的电压有效值序列u和电流有效值序列i，提取电压阶跃及大小，提取电流阶跃、大小及类型，类型包括电热类型、冲击类型；
7.步骤s2：通过阶跃匹配计算各表箱回路阻抗值r
loop
。
8.进一步的，还包括步骤s3：通过阶跃匹配计算干线分支阻抗r
branch
，并计算支线分支阻抗r
meterbox
，支线分支阻抗r
meterbox
的计算公式如下：
9.r
meterbox
＝r
loop-r
branch
。
10.进一步的，步骤s1中提及的电压有效值序列u和电流有效值序列i，其获取方式是将瞬时电压、瞬时电流按一定的窗长计算一个有效值，一个有效值计算所需的时间计算公
式如下：
[0011][0012]
其中，winnum为计算一个有效值的窗长，fs为采样频率，使用不同的采样频率及不同的窗长可以在不同时间计算一个有效值。
[0013]
进一步的，为了保证数据的准确性，选取电压大小deltau大于0.2v的阶跃stepu，电流大小deltai大于5a的阶跃stepi，所述步骤s1中的提取电压、电流阶跃的公式分别为：
[0014]
deltau(t)＝u(t)-u(t+2)，t＝1，2...n-2；
[0015]
deltai(t)＝i(t+2)-i(t)，t＝1，2...n-2；
[0016]
其中，n为电压电流有效值序列的总个数，t为阶跃时刻，为所述stepu、stepi产生的时刻，其中挑选出的stepu、stepi阶跃时算成以秒为单位进行后续阶跃匹配。
[0017]
进一步的，所述步骤s1中阶跃的类型在选取的电流阶跃中计算，判断每条阶跃的类型使用每个阶跃后n个点的电流值取方差，当方差值大于0.2时，该阶跃为冲击型阶跃；否则，该阶跃类型为电热型阶跃。对于n的取值与计算有效值时间窗口大小有关，窗口时间越长，其选取的点数越少，但不得低于3，如：当窗口大小为0.1s时，选取阶跃后4-6个有效值；当窗口大小为0.02s时，选取阶跃后9-11个有效值。每个选取的电流阶跃类型方差的计算公式如下：
[0018][0019]
其中，i为选取的阶跃值，m为选取阶跃后n个有效电流值的均值。
[0020]
进一步的，所述步骤s2具体包括以下步骤：
[0021]
步骤s21：将步骤s1中选取的每个表箱电流阶跃序列与对应相别的电压阶跃序列进行匹配，此时得到匹配成功后的电流大小序列δi
pair
对应的类型序列t
pair
和电压大小序列δu
pair
。当一个分支中有多个表箱时，使用每个表箱的电流阶跃序列与对应相别的电压阶跃序列进行匹配；当一个分支只有一个表箱时，使用表箱内每个电表对应相别进行匹配；
[0022]
步骤s22：按电流的类型分别计算电热类型、冲击类型的回路阻抗大小序列；
[0023]
步骤s23：在每个类型序列中剔除异常值，剔除异常值后每个类型取中位数，得到电热类型回路阻抗r
loop_heat
及冲击类型回路阻抗r
loop_fast
，将冲击类型的阻抗值与电热类型的阻抗值求均值，即为最终的回路阻抗r
loop
。
[0024]
进一步的，电热类型的回路阻抗r
loop_heat
及冲击类型回路阻抗r
loop_fast
计算公式如下：
[0025][0026][0027]
其中，m为匹配的阶跃中电热类型的阶跃数量，p为匹配的阶跃中冲击类型的阶跃
数量。
[0028]
进一步的，所述步骤s3中计算干线分支阻抗r
branch
具体包括以下步骤：
[0029]
步骤s31：将步骤s1中选取的所有表箱每天的各相别的电流阶跃与同一个分支其他表箱对应相别的电压阶跃进行匹配，其中任意两个表箱匹配的结果数量小于min[5*n，20]时，该匹配组合不参与计算，n为匹配天数，将同一个分支内匹配成功后电流大小序列δl
match
及对应类型序列t
match
和电压大小序列δu
match
进行计算。当一个分支中有多个表箱时，使用每个表箱的电流与同分支的电压匹配，当一个分支只有一个表箱时，使用表箱内每个电表进行匹配；
[0030]
步骤s32：按电流的类型分别计算电热类型，冲击类型的分支阻抗大小序列；
[0031]
步骤s33：在每个类型序列中剔除异常值，剔除异常值后每个类型取中位数，得到电热类型分支阻抗r
branch_heat
及冲击类型分支阻抗r
branch_fast
，将冲击类型的阻抗值与电热类型的阻抗值求均值，即为最终的分支阻抗r
branch
。
[0032]
进一步的，电热类型的分支阻抗r
branch_heat
及冲击类型分支阻抗r
branch_fast
计算公式如下：
[0033][0034][0035]
其中，m为匹配的阶跃中电热类型的阶跃数量，p为匹配的阶跃中冲击类型的阶跃数量。
[0036]
进一步的，步骤s23和步骤s33中剔除异常值的方式为：
[0037]
选取电热类阻抗值序列，计算均值heatmu和标准差heatsigma，在[heatmu-heatsigma，heatmu+heatsigma]中取有效电热阻抗序列heatimp；
[0038]
选取冲击类型阻抗值序列，计算均值fastrisemu和标准差fastrisesigma，在[fastrisemu-fastrisesigma，fastrisemu+fastrisesigma]中取有效冲击阻抗序列fastriseim。
[0039]
本发明的有益效果是：
[0040]
本发明通过对各分支阻抗监测，及时定位故障分支，发现电路老化，进行短路断路判断，提高供电可靠性。分析低压用户各分支阻抗，及时发现用户异常用电行为，为供电公司的用电管理提供依据。
[0041]
现有的研究、文献只对低压台区的回路阻抗的计算方法进行研究，并未对回路阻抗中的分支阻抗的计算进行精细划分，本发明可将回路阻抗中的各分支阻抗进行计算，进一步细化回路阻抗各段的阻抗值。为后续分析拓扑分支及台区线损做准备。
[0042]
用电负载有阻性和非阻性，其区别在于非阻性负载电压电流之间有相位差，阻性没有相位差，因此不同负载计算的阻抗值也存在偏差，现有的阻抗计算技术中未考虑负载的功率因素问题，而本发明使用不同的负载进行阻抗计算，使计算结果更加精准。
附图说明
[0043]
图1为本发明实施例的流程图；
[0044]
图2为本发明低压用户回路阻抗及分支阻抗的原理图；
[0045]
图3为一个分支箱匹配的电压电流根据类型拟合的干线分支阻抗图；
[0046]
图4为表箱1匹配的电压电流根据类型拟合的回路阻抗图。
具体实施方式
[0047]
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0048]
如图1所示，包括以下步骤：
[0049]
步骤s1：根据建档信息获取文馨苑小区一个箱变历史一周所有表箱各相别的电压有效值序列u和电流有效值序列i，提取电压阶跃及大小，电流阶跃、大小及类型。
[0050]
首先，电压有效值序列u和电流有效值序列i的获取方式是将瞬时电压、瞬时电流按一定的窗长计算一个有效值，一个有效值计算所需的时间计算公式如下：
[0051][0052]
其中，winnum为计算一个有效值的窗长，fs为采样频率，使用不同的采样频率及不同的窗长可以在不同时间计算一个有效值。本实施例使用采样频率为6400hz，窗长128个瞬时值计算一个有效值，则0.02s计算一个有效值。
[0053]
其次，为了保证数据的准确性，选取电压大小deltau大于0.2v的阶跃stepu，电流大小deltai大于5a的阶跃stepi，在选取的电流阶跃中计算阶跃的类型。提取电压、电流阶跃的公式分别为：
[0054]
deltau(t)＝u(t)-u(t+2)，(t＝1，2...n-2)；
[0055]
deltai(t)＝i(t+2)-i(t)，(t＝1，2...n-2)；
[0056]
其中，n为电压电流有效值序列的总个数，t为阶跃时刻，为所述stepu、stepi产生的时刻，其中挑选出的stepu、stepi阶跃时算成以秒为单位进行后续阶跃匹配。
[0057]
当窗口大小为0.02s时，选取阶跃后9-11个有效值。本实施例取10。判断每条阶跃的类型使用每个阶跃后10个点的电流值取方差，当方差值大于0.2时，该阶跃为冲击型阶跃，否则，该阶跃类型为电热型阶跃。
[0058]
每个选取的电流阶跃类型方差的计算公式如下：
[0059][0060]
其中i为选取的阶跃值，m为选取阶跃后10个有效电流值的均值。
[0061]
步骤s2：通过阶跃匹配计算各表箱回路阻抗值r
loop
，具体包括以下步骤：
[0062]
步骤s21：将步骤s1中选取的电流阶跃序列与对应相别的电压阶跃序列进行匹配(如表箱1的a相电流阶跃与表箱1的a相电压阶跃进行匹配，表箱1的b相电流阶跃与表箱1的b相电压阶跃进行匹配，表箱1的c相电流阶跃与表箱1的c相电压阶跃进行匹配)，此时得到匹配成功后的电流大小序列δi
pair
对应的类型序列t
pair
和电压大小序列δu
pair
。当一个分
支中有多个表箱时，使用每个表箱的电流阶跃序列与对应相别的电压阶跃序列进行匹配；当一个分支只有一个表箱时，使用表箱内每个电表对应相别进行匹配；
[0063]
步骤s22：按电流的类型分别计算电热类型、冲击类型的回路阻抗大小序列，
[0064]
步骤s23：在每个类型序列中剔除异常值，剔除异常值每个类型取中位数，得到电热类型回路阻抗r
loop_heat
及冲击类型回路阻抗r
loop_fast
。电热类型的回路阻抗及冲击类型回路阻抗计算公式如下：
[0065][0066][0067]
其中，m为匹配的阶跃中电热类型的阶跃数量，p为匹配的阶跃中冲击类型的阶跃数量。
[0068]
将冲击类型的阻抗值与电热类型的阻抗值求均值，即为最终的回路阻抗值r
loop
。
[0069]
步骤s23中剔除异常值的方式为：
[0070]
选取电热类阻抗值序列，计算均值heatmu，标准差heatsigma，在[heatmu-heatsigma，heatmu+heatsigma]中取有效电热阻抗序列heatimp；
[0071]
选取冲击类型阻抗值序列，计算均值fastrisemu，标准差fastrisesigma，在[fastrisemu-fastrisesigma，fastrisemu+fastrisesigma]中取有效冲击阻抗序列fastriseimp。
[0072][0073]
如上表所示，选取了一个表箱abc三相对应相别的匹配结果，提取电热类型的回路阻抗序列取中位数，结果约0.048ω，冲击类型的回路阻抗约0.062ω。同理，如图4中将所有
匹配点的电流大小作为横坐标，电压大小作为纵坐标，将数据进行拟合，拟合结果也是电热类型的回路阻抗中位数约0.048ω，冲击类型的回路阻抗约0.063ω，则最终的回路阻抗约0.055ω。
[0074]
步骤s3：通过阶跃匹配计算干线分支阻抗r
branch
，并计算支线分支阻抗r
meterbox
具体包括以下步骤：
[0075]
步骤s31：将步骤s1中选取的所有表箱每天的各相别的电流阶跃与同一个分支其他表箱对应相别的电压阶跃进行匹配，当一个分支中有多个表箱时，使用每个表箱的电流与同分支的电压匹配，当一个分支只有一个表箱时，使用表箱内每个电表进行匹配。匹配具体方式如下：
[0076]
若表箱1，表箱2，表箱3为一个分支，则将表箱1的各相别与表箱2，3对应的相别进行阶跃匹配，如下表匹配所示：
[0077]
表箱相别表箱相别表箱1a表箱2a表箱1b表箱2b表箱1c表箱2c表箱1a表箱3a表箱1b表箱3b表箱1c表箱3c表箱2a表箱1a表箱2b表箱1b表箱2c表箱1c表箱2a表箱3a表箱2b表箱3b表箱2c表箱3c表箱3a表箱1a表箱3b表箱1b表箱3c表箱1c表箱3a表箱2a表箱3b表箱2b表箱3c表箱2c
[0078]
其中任意两个表箱匹配的结果数量小于min[5*n，20]时，该匹配组合不参与计算，n为匹配天数(此处总天数为7天，考虑到有些天没有阶跃)，将同一个分支内匹配成功后电流大小序列δi
match
及对应类型序列t
match
和电压大小序列δu
match
进行计算。
[0079]
步骤s32：按电流的类型分别计算电热类型、冲击类型的分支阻抗大小序列。
[0080]
步骤s33：按步骤s23中剔除异常值方式在每个类型序列中剔除异常值，剔除异常值每个类型取中位数，得到电热类型分支阻抗r
branch_heat
及冲击类型分支阻抗r
branch_fast
。
[0081]
电热类型的分支阻抗序列及冲击类型分支阻抗序列计算公式如下：
[0082][0083][0084]
其中m为匹配的阶跃中电热类型的阶跃数量，p为匹配的阶跃中冲击类型的阶跃数量。
[0085]
将冲击类型的阻抗值与电热类型的阻抗值求均值，即为最终的分支阻抗值r
branch
。
[0086][0087]
如上表所示，选取了一个分支下各表箱各相别匹配的结果，在电热类型的阻抗序列取中位数，结果约0.032ω，冲击类型的回路阻抗约0.042ω。同理，如图3中将一个分支下所有匹配点的电流大小作为横坐标，电压大小作为纵坐标，将数据进行拟合，拟合结果也是电热类型的阻抗中位数约0.031ω，冲击类型的阻抗约0.041ω，则最终的干线分支阻抗约0.036ω。
[0088]
最后，根据公式计算支线分支阻抗r
meterbox
，计算公式如下：
[0089]rmeterbox
＝r
loop-r
branch
，
[0090]
根据图2中低压用户回路阻抗及分支阻抗的原理图中，表箱1的支线分支阻抗约为0.019ω。
[0091]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。