殷自力，張 偉

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基于回路阻抗模型的城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)評估

殷自力1，張 偉2※

（1. 國網(wǎng)福建省電力有限公司，福州 350003； 2. 積成電子股份有限公司，濟(jì)南 250100）

為解決城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估問題，提出了一種基于智能電表的城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估方法。建立了低壓配電網(wǎng)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(jì)算方法；建立了需求側(cè)實(shí)時電壓數(shù)據(jù)陣和需求側(cè)實(shí)時電流數(shù)據(jù)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(cè)實(shí)時回路阻抗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)陣詳細(xì)討論了低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評估方法。實(shí)例分析驗(yàn)證了該文所提方法的可行性，智能電表低壓回路阻抗的近似計(jì)算值與實(shí)際值的最大誤差不超過81%，最小誤差不超過11%，平均誤差不超過22%，可滿足現(xiàn)場工程實(shí)際需求。

電表；模型；低壓配電網(wǎng)；回路阻抗；狀態(tài)評估

0 引 言

運(yùn)行狀態(tài)評估可對電網(wǎng)的實(shí)時及歷史運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估分析，并對未來電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測分析，篩查電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，并將電網(wǎng)隱形故障消滅在萌芽狀態(tài)，是提高電網(wǎng)供電可靠性的重要手段之一[1-3]。

目前的運(yùn)行狀態(tài)評估多集中在輸電網(wǎng)及中高壓配電網(wǎng)領(lǐng)域，而城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)絡(luò)由于采樣裝置的限制，運(yùn)行狀態(tài)評估的研究較少見諸于報端。文獻(xiàn)[4]提出一種基于多信息融合的變壓器運(yùn)行狀態(tài)評估方法；文獻(xiàn)[5]提出一種基于模糊綜合評價法的變壓器運(yùn)行狀態(tài)評估；文獻(xiàn)[6]提出一種基于可信性理論的高壓斷路器運(yùn)行狀態(tài)評估；文獻(xiàn)[7]提出一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評估；文獻(xiàn)[8]提出一種輸電系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險評估方法，上述方法基于高壓輸電網(wǎng)準(zhǔn)確完備的采集數(shù)據(jù)，分別從不同的角度對輸電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了評估分析。文獻(xiàn)[9]提出一種基于改進(jìn)雷達(dá)圖的配電網(wǎng)綜合狀態(tài)評估實(shí)用方法；文獻(xiàn)[10]提出一種基于實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘的配電變壓器狀態(tài)評估方法；文獻(xiàn)[11]提出一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的主動配電網(wǎng)多級運(yùn)行風(fēng)險快速評估方法；文獻(xiàn)[12]提出一種基于可信性理論的主動配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險動態(tài)評估；文獻(xiàn)[13]提出一種基于層次分析的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估實(shí)用化方法，上述方法基于中壓配電網(wǎng)廣泛分布的采集終端，從設(shè)備層和電網(wǎng)層等多個方面對配電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了評估。

但是，上述方法皆未對采集裝置少，數(shù)據(jù)質(zhì)量差的城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估。城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)絡(luò)由于用戶數(shù)量龐大，供電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，配電線路質(zhì)量參差不齊，加之設(shè)備及線路異動頻繁，目前低壓配電網(wǎng)絡(luò)的圖形、模型及量測數(shù)據(jù)等尚未納入配電網(wǎng)管理系統(tǒng)（distribution management system，DMS）中，也未同中高壓配電網(wǎng)一樣實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)控，而用電信息采集系統(tǒng)和營銷系統(tǒng)也只實(shí)現(xiàn)了用戶電表數(shù)據(jù)的實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時采集以及配電變壓器與用戶電表的從屬關(guān)系，并未對低壓供電線路的圖形和模型進(jìn)行監(jiān)控。同時，大量分布式電源通過智能電表接入到低壓供電網(wǎng)絡(luò)中，為實(shí)現(xiàn)清潔能源的消納優(yōu)化，急需對整個低壓供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效評估。

故此在當(dāng)前城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)薄弱，量測配置少，數(shù)據(jù)質(zhì)量差的情況下，盡可能的利用廣泛配置的低壓用戶智能電表，實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)評估具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

本文基于當(dāng)前城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有資源，建立低壓配電網(wǎng)回路阻抗模型，并根據(jù)實(shí)際情況和工程需要對回路阻抗模型進(jìn)行簡化，建立需求側(cè)實(shí)時電壓數(shù)據(jù)陣和需求側(cè)實(shí)時電流數(shù)據(jù)陣對智能電表的電壓和電流進(jìn)行記錄，并基于兩矩陣生成需求側(cè)實(shí)時回路阻抗數(shù)據(jù)陣，并基于回路阻抗陣提出了一種低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估方法。

1 低壓配電網(wǎng)回路阻抗模型

通過近年來的城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)自動化深化改造，大量具有遠(yuǎn)方抄表功能的智能電表被廣泛應(yīng)用到城鄉(xiāng)低壓用戶側(cè)，可對低壓用戶負(fù)荷及分布式電源的電壓、電流及功率進(jìn)行實(shí)時采集和上送[14-17]。

如圖1所示為一低壓配電網(wǎng)絡(luò)簡化圖，表述的是配電變壓器低壓側(cè)A相火線和零線上所接入的低壓用戶負(fù)荷和智能電表。

注：Gen為配電變壓器上游主網(wǎng)等效電源；Rs為配電變壓器等值阻抗；Rd1為配變變壓器A相出線至用戶側(cè)T接點(diǎn)T1的低壓饋線等值阻抗；T1~Ti+1表示用戶側(cè)通過智能電表接入A相火線和零線的接入點(diǎn)；虛線表示接入i(i=1,2,3…,n)個用戶側(cè)智能電表；Rd2,Rd3,Rdn為A相火線相鄰用戶側(cè)T接點(diǎn)之間的饋線等值阻抗；Rf1為配變變壓器零線出線至用戶側(cè)T接點(diǎn)T2的低壓饋線等值阻抗；Rf2,Rf3,Rfn為零線相鄰用戶側(cè)T接點(diǎn)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(cè)用戶電表；負(fù)荷/DG i表示需求側(cè)低壓用戶的綜合等效負(fù)荷或等效分布式電源；Rli為智能電表i在火線的T接入點(diǎn)Ti與智能電表i之間的等值阻抗；Rzi為智能電表i在零線的T接入點(diǎn)Ti+1與智能電表i之間的等值阻抗；Is、Idi、Ili、Izi、Ifi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(fù)荷與配電變壓器形成回路，負(fù)荷的阻抗根據(jù)用電設(shè)備的數(shù)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(nèi)卻不會變化，若該回路阻抗發(fā)生突變，則表示該回路的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常，據(jù)此原理即可對低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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，具體分析如下：

1）當(dāng)配電變壓器低壓側(cè)只有一個智能電表1時，回路阻抗值為

式中R1，R1為智能電表1在，2個時刻的上游回路阻抗值，Ω；U1，U1為智能電表1在，2個時刻的電壓值，V；I1，I1為智能電表1在，2個時刻的電流值，A；UGen，UGen為配電變壓器上游主網(wǎng)等效電源，2個時刻的電壓值，V。

由于正常情況下回路阻抗值不會突變，故有

式中R1為智能電表1的上游回路阻抗值，Ω。當(dāng)配電變壓器上游主網(wǎng)等效電源、2個時刻的電壓值UGen, UGen近似不變或無法采集時，可將公式（2）簡化為

式中1為智能電表1在，2個時刻的電壓與電流變化速率。Δ1為智能電表1在、2個時刻的電壓變化值，V；Δ1為智能電表1在、2個時刻的電流變化值，A。

2）當(dāng)配電變壓器低壓側(cè)有2個及以上智能電表時，回路阻抗值為

式中Gen為配電變壓器上游主網(wǎng)等效電源電壓值，V；U為智能電表的電壓值，V；U為智能電表的上游火線支路等效電壓降，V；U為智能電表的上游零線支路等效電壓降，V。

由于智能電表的上游各電流存在如下關(guān)系：

式中I為智能電表電流值，A；=0, 1, 2, …,1。

故此，由式（4）、式（5）智能電表在a, b 2個時刻的上游回路阻抗為

式中R，R為智能電表在a、b 2個時刻的上游回路阻抗值，Ω；U，U為智能電表在、2個時刻的電壓值，V；I，I為智能電表在、2個時刻的電流值，A。

由于正常情況下回路阻抗值不會突變，故有

式中R為智能電表的上游回路阻抗值，Ω。當(dāng)配電變壓器上游主網(wǎng)等效電源a、b 2個時刻的電壓值UGen，UGen近似不變或無法采集時，可將式（7）簡化為

式中V為智能電表在a、b 2個時刻的電壓與電流變化速率；ΔU為智能電表在a、b 2個時刻的電壓變化值，V；ΔI為智能電表在a、b 2個時刻的電流變化值，A。

當(dāng)智能電表在a、b 2個時刻的電壓值和電流值無變化時，即ΔU和ΔI為0時，式（3）和式（8）將不成立，智能電表的上游回路阻抗值R無法計(jì)算，在運(yùn)行狀態(tài)評估分析時可用特殊值代替。

2 城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)評估方法

目前，中國城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)饋電線路上的測量終端尚未進(jìn)行大面積配置，但在用戶側(cè)卻已配置了大量的智能電表，并具備了遠(yuǎn)方抄表功能，可方便的實(shí)現(xiàn)對需求側(cè)用戶用電量的實(shí)時測量[18-20]。

為減輕智能電表和集中器的負(fù)載，減少數(shù)據(jù)通信流量，智能電表的數(shù)據(jù)采樣配置一定的時間間隔[20-22]，時間可以從1～15 min，一般為5 min；DMS系統(tǒng)將搜集到的智能電表量測數(shù)據(jù)，按照配電變壓器與智能電表的從屬關(guān)系進(jìn)行分析，對明顯錯誤的數(shù)據(jù)如負(fù)值數(shù)據(jù)、非數(shù)字類型數(shù)據(jù)等進(jìn)行辨識過濾，而過濾后的數(shù)據(jù)也可按一定的時間間隔提取而提供運(yùn)行狀態(tài)評估系統(tǒng)進(jìn)行分析，該時間間隔與智能電表采集相配合，也可設(shè)置為1～15 min，一般為5 min。

建立需求側(cè)實(shí)時電壓數(shù)據(jù)陣（demand side real-time voltage data matrix，DRVM）以記錄1個配電變壓器所屬的所有低壓需求側(cè)智能電表采集到的實(shí)時電壓量測信息，具體描述為

式中DRVM為DRVM的變量符號，每一行為1個智能電表采集到的電壓數(shù)據(jù)；V為智能電表采集到的當(dāng)前時刻以前的第個電壓數(shù)據(jù)，V；為智能電表編號，=1, 2, …,；為配電變壓器所屬的智能電表總數(shù)；為數(shù)據(jù)點(diǎn)號，=1表示當(dāng)前時刻數(shù)據(jù)點(diǎn)，=1, 2, …,，為DRVM中所保留的每一個智能電表的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)；智能電表電壓數(shù)據(jù)可采用1～3 h內(nèi)的所有采樣結(jié)果，一般可取2 h，故此數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)的取值范圍為12～36，一般可取24。

建立需求側(cè)實(shí)時電流數(shù)據(jù)陣DRIM以記錄1個配電變壓器所屬的所有低壓需求側(cè)智能電表采集到的實(shí)時電流量測信息，具體描述為

式中DRIM為DRIM的變量符號，I為智能電表采集到的當(dāng)前時刻以前的第個電流數(shù)據(jù)，A。

建立需求側(cè)實(shí)時回路阻抗數(shù)據(jù)陣DRRM以記錄1個配電變壓器所屬的所有低壓需求側(cè)智能電表上游的實(shí)時回路阻抗信息，具體描述為

式中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(shù)據(jù)；R為智能電表當(dāng)前時刻以前的第個數(shù)據(jù)點(diǎn)的回路阻抗值，Ω。

需求側(cè)實(shí)時電壓數(shù)據(jù)陣DRVM、需求側(cè)實(shí)時電流數(shù)據(jù)陣DRIM和需求側(cè)實(shí)時回路阻抗數(shù)據(jù)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(jìn)先出的原則進(jìn)行滾動更新，當(dāng)=時，+1為上次移出矩陣的最后一列元素。

通過需求側(cè)實(shí)時回路阻抗數(shù)據(jù)陣DRRM即可對低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估分析，具體為：

1）順序取需求側(cè)實(shí)時回路阻抗數(shù)據(jù)陣DRRM中的第行數(shù)據(jù)進(jìn)行下列評估分析。

2）當(dāng)回路阻抗值R1以前連續(xù)個數(shù)據(jù)的值為?1時，表示該智能電表上游回路發(fā)生故障跳閘或斷線。取值范圍可為2～6，一般可取3。

若當(dāng)前時刻DRRM中所有智能電表皆被判定為上游回路發(fā)生故障跳閘或斷線，且配電變壓器低壓側(cè)出口帶電時，表示配電變壓器低壓側(cè)全線停電。若低壓運(yùn)維檢修停電申請單中停電區(qū)域包含所有智能電表，表示該停電事件為計(jì)劃停電；若低壓運(yùn)維檢修停電申請單中停電區(qū)域未包含該些智能電表，表示該停電事件為故障停電，故障跳閘點(diǎn)或斷線點(diǎn)發(fā)生在該配電變壓器低壓出口到智能電表的主供路徑上。

若當(dāng)前時刻DRRM中所有智能電表皆被判定為上游回路發(fā)生故障跳閘或斷線，且配電變壓器低壓側(cè)出口不帶電時，表示配電變壓器上游中壓配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生停電事件。

若當(dāng)前時刻DRRM中部分智能電表被判定為上游回路發(fā)生故障跳閘或斷線時，表示跳閘點(diǎn)或斷線點(diǎn)發(fā)生在該配電變壓器低壓出口到停電智能電表的公共主供路徑上。若低壓運(yùn)維檢修停電申請單中包含該停電區(qū)域，表示該停電為計(jì)劃停電，若未包含，則為故障停電。

3）當(dāng)回路阻抗值R1以前連續(xù)個數(shù)據(jù)的值為?2時，表示該需求側(cè)負(fù)荷并未啟動。取值范圍可為2～6，一般可取3。

4）當(dāng)回路阻抗值R1以前連續(xù)個數(shù)據(jù)的值為?2時，表示該需求側(cè)負(fù)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(jìn)一步現(xiàn)場確認(rèn)，持續(xù)判定時間可取1個月~6個月，按每月30 d，智能電表采樣間隔為5 min，每小時12個采集數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算，則取值范圍可為8 640～51 840個，一般可取25 920個。

5）當(dāng)回路阻抗值R1以前連續(xù)個數(shù)據(jù)的值為?3時，表示該需求側(cè)負(fù)荷電流電壓無變化，運(yùn)行穩(wěn)定。取值范圍可為2～6，一般可取3。

6）當(dāng)回路阻抗值R1以前連續(xù)個數(shù)據(jù)的值為?3時，表示該需求側(cè)負(fù)荷電流電壓長時間無變化，智能電表可能損壞，需現(xiàn)場排查。持續(xù)判定時間可取1～3 d，按智能電表采樣間隔為5 min，每小時12個數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算，則取值范圍可為288～864個，一般可取576個。

8）當(dāng)回路阻抗值越過線路老化報警限值L的次數(shù)超過報警次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值S時，表示該智能電表上游回路存在線路老化情況，已達(dá)到報警限值，需及時檢修更換。具體描述為

式中A為智能電表回路阻抗越報警限值數(shù)，=1,2,…,。線路老化報警限值L可根據(jù)各地低壓線路的實(shí)際型號、長度及運(yùn)行情況而定，一般為正?；芈纷杩沟?～10倍。

9）當(dāng)回路阻抗值越過線路老化故障限值L的次數(shù)超過故障次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值S時，表示該智能電表上游回路線路老化特別嚴(yán)重，隨時可能引發(fā)故障，需立即檢修更換。具體描述為

式中B為智能電表回路阻抗越故障限值數(shù)。線路老化故障限值L可根據(jù)各地低壓線路的實(shí)際型號、長度及運(yùn)行情況而定，一般為正常回路阻抗的10～20倍。

10）當(dāng)回路阻抗值皆不滿足2）－9）步所述條件時，表示該智能電表的上游回路運(yùn)行正常。

11）重復(fù)步驟1）－10）直到需求側(cè)實(shí)時回路阻抗數(shù)據(jù)陣DRRM中的所有行都判定完成。

運(yùn)用上述方法，可基于智能電表采集的電壓與電流數(shù)據(jù)，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城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估分析。

3 實(shí)例分析

設(shè)圖1所示低壓配電網(wǎng)絡(luò)中含有4個智能電表，s取0.005Ω，R1,R1取0.004Ω，R2,R2,R3,R3取0.003 Ω，R4,R4取0.001 Ω，R1,R1取0.005 Ω，R2,R2取0.004 Ω，R3,R3取0.2 Ω，R4,R4取0.003 Ω。配電變壓器上游主網(wǎng)等效電源電壓Gen在各時刻保持221 V不變；智能電表下游低壓負(fù)荷電流在0A與[6 A, 12 A]之間隨機(jī)變化，模擬實(shí)際低壓用戶用電負(fù)荷變化情況，如圖2中2 h 24個采集點(diǎn)曲線所示；根據(jù)Gen、支路阻抗及負(fù)荷電流，可計(jì)算智能電表各時刻電壓值，如圖2曲線所示；以智能電表的電壓計(jì)算值及隨機(jī)電流值模擬實(shí)際智能電表電壓及電流采集值。

健全基層水利服務(wù)體系取得新突破。督促各地按要求出臺了加強(qiáng)基層水利服務(wù)體系建設(shè)的政策文件，確保2013年年底前如期完成了鄉(xiāng)鎮(zhèn)（流域）水利服務(wù)機(jī)構(gòu)建設(shè)任務(wù)。全國已建基層水利站29 040個，在崗人數(shù)達(dá)129 967人，12個省份還實(shí)行了村級水管員制度。全國80%的縣成立了縣級農(nóng)村飲水安全工程管理機(jī)構(gòu)，21%的縣建立了縣級水質(zhì)檢測中心。

根據(jù)第1節(jié)所述方法，各智能電表回路阻抗實(shí)際值與計(jì)算值如表1所示。

表1 智能電表低壓回路阻抗

注：R1, R2, R3, R4分別為智能電表1~4的回路阻抗。

Note: R1, R2, R3, R4are the loop resistance of the smart meter 1-4.

由表1可知，各智能電表低壓回路阻抗的近似計(jì)算值與實(shí)際值的最大誤差不超過81%，最小誤差不超過11%，平均誤差不超過22%，該誤差遠(yuǎn)小于設(shè)定的線路老化報警限值L和線路老化故障限值L，故此在實(shí)際計(jì)算中，當(dāng)配電變壓器上游主網(wǎng)電源電壓變化不大或無法獲取時，可使用回路阻抗近似計(jì)算值表述智能電表上游回路阻抗的變化趨勢。

圖2為各智能電表的回路阻抗變化曲線圖，取3, L為0.4Ω，S取12，L取0.6Ω，S取值為12。則低壓配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)評估分析如下。

根據(jù)第2節(jié)所述方法，由圖2a、b分別建立智能電表1～4的需求側(cè)實(shí)時電流數(shù)據(jù)陣和需求側(cè)實(shí)時電壓數(shù)據(jù)陣，并根據(jù)式（11）、式（12）計(jì)算各個智能電表在不同時刻的回路阻抗，生成需求側(cè)實(shí)時回路阻抗數(shù)據(jù)陣，如圖2c所示。

圖2 智能電表數(shù)據(jù)變化曲線圖

對于智能電表2，其數(shù)據(jù)點(diǎn)1～4的回路阻抗值為?1，根據(jù)第2節(jié)評估分析方法2）所述，當(dāng)前時刻點(diǎn)以前的連續(xù)4個數(shù)據(jù)點(diǎn)的回路阻抗值為?1，大于限值，故此可以判定該智能電表上游發(fā)生斷線故障。同時，其他智能電表的回路阻抗不為?1且無低壓檢修停電計(jì)劃，故此故障發(fā)生在智能電表2至主供路徑的T3或T4節(jié)點(diǎn)之間。

對于智能電表4，其數(shù)據(jù)點(diǎn)1～5的回路阻抗值為?2，根據(jù)第2節(jié)評估方法3）所述，當(dāng)前時刻點(diǎn)以前的連續(xù)5個數(shù)據(jù)點(diǎn)的回路阻抗為?2，大于限值，故此可以判定該智能電表下游負(fù)荷處于未啟動狀態(tài)。

對于智能電表3，根據(jù)第2評估方法8）所述，其回路阻抗值越過線路老化報警限值L的次數(shù)為15，超過S，故此該智能電表上游回路存在著較為嚴(yán)重的老化情況，需及時檢修更換。

對于智能電表1，根據(jù)第2節(jié)評估方法10）所述，其回路阻抗值皆不滿足步驟2）～9）的判定情況，故此該智能電表及其上游回路處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié) 論

本文建立了城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)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(jì)算方法；建立了需求側(cè)實(shí)時電壓數(shù)據(jù)陣和需求側(cè)實(shí)時電流數(shù)據(jù)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(cè)實(shí)時回路阻抗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)陣詳細(xì)討論了低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評估方法。實(shí)例分析驗(yàn)證了本文所提方法的可行性，智能電表低壓回路阻抗的近似計(jì)算值與實(shí)際值的最大誤差不超過81%，最小誤差不超過11%，平均誤差不超過22%，可滿足現(xiàn)場工程實(shí)際需求。

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Evaluation for urban and rural low-voltage distribution operation state based on loop resistance model

Yin Zili1, Zhang Wei2※

(1.350003,; 2.250100,)

The operation state assessment can evaluate and analyze the real-time and historical operation state of the power grid, and predict the future power grid operation situation, screen the weak link of the power grid, and eliminate the power grid stealth fault in the bud, which is one of the important means to improve the power supply reliability of the power grid. In current urban and rural low-voltage distribution network, due to the lack of graphics and model data, small measurement configuration and poor data quality, it is of great practical significance to use the widely configured low-voltage user smart meter as far as possible to realize the operation state evaluation of the low-voltage distribution network. Each smart meter forms a loop through the live line, neutral line, T-connected line, load and distribution transformer. The impedance of the load varies according to the quantity and power of the electrical equipment. However, the loop resistance formed by the live line, the neutral line, the T-connected line, and the distribution transformer in the upstream of the smart meter does not change in a short time. If the loop resistance is abrupt, it indicates that the operating state of the loop is abnormal. According to this principle, the operating state of the low-voltage distribution network can be evaluated. When the voltage value of the equivalent power supply in the upper main network of the distribution transformer is almost invariable or cannot be collected, the loop resistance can be approximately determined by the change rate of the voltage and current measured by the smart meter. The demand side real-time voltage data matrix is set up to record the real-time voltage measurement information collected by the smart meters on the low-voltage demand side of a distribution transformer. The demand side real-time current data matrix is set up to record the real-time current measurement information collected by the smart meters on the low-voltage demand side of a distribution transformer. The demand side real-time loop resistance data matrix is set up to record the real-time loop resistance information of all low-voltage demand side smart meters on the distribution transformer. The method of generating the demand side real-time loop resistance data matrix from the demand side real-time voltage data matrix and the demand side real-time current data matrix are discussed in detail. Finally, the evaluation method of the operating state of the low-voltage distribution network is discussed in detail based on the loop resistance data matrix. Many cases such as line broken line, line fault blackout, line plan blackout, load unstarted, user uninhabited, electricity stealing, smart meter damage, line aging alarm and line aging fault were analyzed in detail. The feasibility of the proposed method was analyzed by taking a low-voltage distribution network with four smart meters as an example. The maximum error of the approximate value and the actual value of the low-voltage loop resistance of each smart meter was not more than 81%, the minimum error was not more than 11%, and the average error was not more than 22%. The error was far less than the set line aging alarm limitLand line aging fault limitL. Therefore, in the actual calculation, when the power supply voltage of the main network upstream of the distribution transformer is not changed or cannot be obtained, the approximate value of the loop resistance can be used to express the change trend of the upstream loop resistance of the smart meter. The method proposed in this paper can meet the actual needs of field engineering.

ammeter; models; low-voltage distribution network; loop resistance; state evaluation

殷自力，張 偉. 基于回路阻抗模型的城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)評估[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34(22)：162－168. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.020 http://www.tcsae.org

Yin Zili, Zhang Wei. Evaluation for urban and rural low-voltage distribution operation state based on loop resistance model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(22): 162－168. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.020 http://www.tcsae.org

2018-05-08

2018-10-16

國家自然科學(xué)基金委青年基金項(xiàng)目(61403321)

殷自力，高級工程師，主要領(lǐng)域?yàn)榕潆娋W(wǎng)調(diào)度自動化。 Email：315185374@qq.com

張 偉，高級工程師，研究領(lǐng)域?yàn)榕潆娋W(wǎng)調(diào)度自動化。Email：532455711@qq.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.020

TM734

A

1002-6819(2018)-22-0162-07