錢 軍，高 翔，白剛屹

（上海協(xié)同科技股份有限公司，上海 200063）

近年來,隨著工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理在我國進(jìn)行試點(diǎn)并推廣，已建成的電力需求側(cè)管理政府平臺和企業(yè)級系統(tǒng)已初具規(guī)模。在獲得電力用戶用電信息之后，如何進(jìn)行更進(jìn)一步的數(shù)據(jù)挖掘分析，幫助企業(yè)改善用電管理是目前面臨的重要課題。電量三級平衡分析是進(jìn)行企業(yè)用電分析診斷的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，可以幫助企業(yè)了解用電情況，成為后續(xù)各類用能分析的基礎(chǔ)。本文介紹電量三級平衡算法的思路，并列舉實(shí)施案例進(jìn)行說明。

1 電量三級平衡算法

電量三級平衡的概念起源于線損分析，在電力系統(tǒng)中，供電企業(yè)在電能的輸送、分配以及管理等環(huán)節(jié)中所造成的電能損失統(tǒng)一稱為線損。線損分析及管理是衡量供電企業(yè)綜合管理水平的重要指標(biāo)，對降低供電損耗、節(jié)約成本、提高企業(yè)效益有著重要意義，線損率的計(jì)算公式如下

同樣地，將這套理念應(yīng)用于電力需求側(cè)管理，對于電力用戶而言，其供配電系統(tǒng)可分為變電站層、配電層、用電層3個(gè)層級。變電站層包含變壓器高壓側(cè)進(jìn)線和低壓側(cè)出線，配電層包括配電柜進(jìn)線及出線，用電層包括進(jìn)線和設(shè)備。上一層級的出線即為下一層級的進(jìn)線，每個(gè)層級間存在電量平衡關(guān)系，即變電站內(nèi)變壓器進(jìn)線電量與各出線分支（即各個(gè)配電柜的進(jìn)線）電量之和相平衡；配電柜進(jìn)線與各出線分支（即各個(gè)用電設(shè)備）電量之和相平衡；用電設(shè)備本身是末級沒有計(jì)算關(guān)系。平衡計(jì)算關(guān)系見表1。

供電企業(yè)的線損率即是地區(qū)范圍內(nèi)所有供電量與出售電量之差，其中的差值便是輸配電線路、變壓器、各類開關(guān)中的電能損失，線損率越低就說明該地區(qū)用電管理水平越好，充分利用了供能，降低能耗[1]。

表1 電量三級平衡計(jì)算關(guān)系表

利用測得的各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)電量就能計(jì)算出各個(gè)層級的線損率δ，然后根據(jù)δ大小給出進(jìn)一步的分析，見表2。

上述情況診斷的詳細(xì)情況如下。

（1）2%＜δ時(shí)

這種情況下分支線路的電量總和與進(jìn)線電量差別較大，也就意味著分支線路一級未監(jiān)測電量較大，按照工程經(jīng)驗(yàn)，可能會有未監(jiān)測的線路、線路漏電、偷用電等情況。

表2 線損情況診斷表

（2）0＜δ≤2%時(shí)

這是正常的線損情況，進(jìn)線的電流經(jīng)過變壓器、開關(guān)等器件肯定有一定損耗，再加之線路上的損耗，線損會在2%以內(nèi)。

（3）δ≤0時(shí)

理論上分支線路電量之和不可能超過進(jìn)線電量，但是在工程案例中還是會出現(xiàn)這種情況，這意味著計(jì)量環(huán)節(jié)準(zhǔn)確性有問題。電能計(jì)量裝置往往需要借助現(xiàn)場既有的TV（電壓互感器）、TA（電流互感器）等計(jì)量輔助裝置，這些裝置的準(zhǔn)確性并不能100%得到保證，精度往往比較低，這就有可能出現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)確的情況。經(jīng)過電量三級平衡計(jì)算就能發(fā)現(xiàn)這些問題并排查改正。

進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)施的時(shí)候，需要根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整算法，比如有的用戶配電網(wǎng)絡(luò)層級較少，可設(shè)成二級平衡；而有的大用戶廠區(qū)內(nèi)會有多層線路網(wǎng)絡(luò)，這些線路層依然可以歸類為變電站、配電、用電三級，每一級可以包含多層子網(wǎng)絡(luò)，然后按照層級分別套用算法即可。

2 案例分析

本案例為某研究所的電力需求側(cè)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置有200多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，對該所變電站、各樓宇配電網(wǎng)、重點(diǎn)用電設(shè)備進(jìn)行了全面覆蓋。項(xiàng)目運(yùn)行過程中，通過電量三級平衡計(jì)算發(fā)現(xiàn)若干用電問題并及時(shí)修正，消除了安全隱患，節(jié)省了用電成本。

2.1 發(fā)現(xiàn)計(jì)量設(shè)備故障

系統(tǒng)上線運(yùn)行后對整體線路進(jìn)行電量三級平衡計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)某個(gè)配網(wǎng)級線路配網(wǎng)進(jìn)線與分支出線電量不平衡，分支出線電量總和比進(jìn)線電量少10%。首先按照“跑、冒、滴、漏”的可能性去做常規(guī)排查，發(fā)現(xiàn)線路沒有漏電發(fā)生，也不存在未檢測的分支線路。然后考慮到分支線路上的電能監(jiān)測儀是直接接在線路固有的TA上，只能保證電能監(jiān)測儀的測量精度，無法保證TA的測量精度。于是在線路上另外加裝開口TA進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明其中2個(gè)分支線路換用開口TA后電量數(shù)據(jù)明顯有變化，新采集的數(shù)據(jù)經(jīng)三級平衡計(jì)算后線損率在正常范圍內(nèi)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見表3、表4。

表3 使用故障TA測得數(shù)據(jù)

表4 使用正常TA測得數(shù)據(jù)

事后將原有TA拆除進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該TA的設(shè)計(jì)容量已無法滿足線路現(xiàn)有負(fù)荷的要求，線路電流超過某一值后TA產(chǎn)生了磁飽和，轉(zhuǎn)換出的測量信號不會再繼續(xù)增加，進(jìn)而導(dǎo)致測量值比實(shí)際值偏小。這種情況有很大的安全隱患，若該線路有電流超限的情況發(fā)生，但由于測量值偏小導(dǎo)致告警系統(tǒng)無法達(dá)到閾值而啟動(dòng)，結(jié)果放任線路電流超限，極有可能引發(fā)用電安全事故。

2.2 發(fā)現(xiàn)隱藏用電

該所內(nèi)實(shí)驗(yàn)大樓負(fù)一層有微波暗室，用來做相關(guān)電磁設(shè)備試驗(yàn)，該房間的線路屬于用電層。在系統(tǒng)勘察階段，用電管理人員認(rèn)為該暗室平時(shí)很少用，長期處于待機(jī)狀態(tài)，不列為重點(diǎn)監(jiān)測設(shè)備，所以沒有設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行后通過電量三級平衡運(yùn)算發(fā)現(xiàn)該層分支線路與上層進(jìn)線之間線損率偏大，分支線路電量之和明顯偏小，監(jiān)測電量如表5所示。

表5 微波暗室未監(jiān)測時(shí)上級配電層線損數(shù)據(jù)

經(jīng)現(xiàn)場排查，其他分支線路皆無計(jì)量問題，導(dǎo)線也無漏電，唯有微波暗室的線路沒有納入計(jì)量。于是在微波暗室加裝了一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，經(jīng)過一段時(shí)間的電能數(shù)據(jù)采集后，發(fā)現(xiàn)微波暗室即使在待機(jī)狀態(tài)下，仍有很大的無功功率消耗，進(jìn)而導(dǎo)致線路線損過大，有功和無功電量情況見圖1所示。

從圖1可以看出前半月每天微波暗室處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，有功和無功電量均為零；后半月處于待機(jī)狀態(tài)，每天有功電量接近零，但是無功電量達(dá)200 kvarh，線路上產(chǎn)生線損，增加了能耗。建議用戶后期僅在設(shè)備使用的時(shí)候打開電源，平時(shí)關(guān)閉電源，使得設(shè)備不會產(chǎn)生無功功率，每月可節(jié)省無功電量6 000 kvarh，同時(shí)也節(jié)省了無功補(bǔ)償成本。

圖1 微波暗室有功無功電量對比圖

本案例說明了，助電力需求側(cè)管理系統(tǒng)及電量三級平衡算法，可以有效降低企業(yè)用電能耗。

2.3 實(shí)現(xiàn)各部門用電考核

企業(yè)管理越來越趨于精細(xì)化、專業(yè)化，要從各個(gè)方面降低企業(yè)的運(yùn)行成本，用電成本就是重要的一項(xiàng)，而用電成本的管理關(guān)鍵在于將用電考核進(jìn)行細(xì)分落實(shí)。供電線路進(jìn)入用電用戶都會按照配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行層層分級，用戶下屬各個(gè)部門進(jìn)行各自的用電活動(dòng)，在實(shí)施電能管理系統(tǒng)之前，用戶僅知道每月的總用電量，而分支線路或者部門的用電量是無法確定的，這就無法進(jìn)一步對各部門用電進(jìn)行量化考核，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用電成本的精細(xì)化管理。

該所實(shí)施電力需求側(cè)管理系統(tǒng)之后，通過運(yùn)行電量三級平衡算法可以實(shí)現(xiàn)從變壓器到用電設(shè)備的全面數(shù)據(jù)掌控。但是若要實(shí)現(xiàn)部門級電量考核需做算法改進(jìn)，因?yàn)椴块T的用電線路并不完全按照實(shí)際配網(wǎng)線路劃分。比如一個(gè)部門會占用好幾條線路或者2個(gè)部門共用一條線路。在這種情況下以配電網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的三級平衡算法無法直接為部門電量考核提供幫助。這就需要對三級平衡算法進(jìn)行改良，思路是將每個(gè)部門的電量分解為以線路電量組成的算式，對于共用線路的情況，與涉及部門進(jìn)行溝通確定分配系數(shù)，最后推出部門電量平衡公式，即所有部門用電量之和等于用戶總用電量，計(jì)算公式見表6。

從表6中可以看出，各部門用電量可表示為所有配電線路及分支線路的系數(shù)加權(quán)和，與該部門無關(guān)的線路系數(shù)則為零，其他系數(shù)按配電實(shí)際情況進(jìn)行確定，整條線路都屬于部門的則系數(shù)為1，2個(gè)以上部門共用線路的根據(jù)協(xié)商情況分配。用戶總電量即變電站進(jìn)線電量，各部門電量先通過線路系數(shù)計(jì)算，之后再計(jì)算總和，理論上應(yīng)該等于用戶總電量，但實(shí)際中由于線損因素會有一定的線損率，線損率情況判定參照表2。

表6 部門電量平衡計(jì)算

該系統(tǒng)加入部門電量平衡算法后，有效實(shí)現(xiàn)了各部門的電量考核，約束了部門的用電管理，加強(qiáng)了員工的節(jié)電意識，降低企業(yè)用電成本。

3 結(jié)束語

電量三級平衡算法在電力需求側(cè)管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了很好的效果，幫助用戶發(fā)現(xiàn)了平時(shí)容易忽略的各種問題，使電能管理從被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)、從無形轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?、從?jīng)驗(yàn)管理轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)管理、從局部管理轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)管理，對企業(yè)日常用電進(jìn)行全過程動(dòng)態(tài)化、常態(tài)化管控。

[1]楊東.配電網(wǎng)線損計(jì)算方法分析研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2003.