馬 浩，王立斌，武超飛，趙國鵬，馬婷婷

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021； 2.國網(wǎng)河北省電力有限公司，河北 石家莊 050021；3.國網(wǎng)隆堯縣供電公司，河北 邢臺 055350)

低壓電力用戶是指采用220V單相供電或采用380V三相供電的電力用戶。通常情況下，普通低壓電力用戶的用電量主要為電網(wǎng)向用戶提供的有功電能量，一般不會出現(xiàn)反向有功電量，然而在實際中，發(fā)現(xiàn)有部分低壓電力用戶存在反向有功電量的現(xiàn)象，即其電能表計量的反向有功電量不為零。電能表發(fā)生反向有功電量會使得SG186系統(tǒng)算費時少計電量，造成供電企業(yè)經(jīng)濟損失，同時也會引起臺區(qū)線損指標(biāo)異常[1-2]。經(jīng)現(xiàn)場核查，發(fā)現(xiàn)低壓用戶電能表產(chǎn)生反向有功電量有以下幾種用戶類型，一是分布式光伏用戶，內(nèi)部有發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)，在發(fā)電設(shè)備工作時，電能表計為反向有功電量。二是含有電磁制動設(shè)備的低壓電力用戶，內(nèi)部有大型電機類，該類設(shè)備運行過程中，電動機由于慣性不能立即停止，使電動機變成發(fā)電機，當(dāng)用戶未能消耗掉設(shè)備發(fā)出的電能時，形成反向有功電量。三是計量裝置故障的低壓電力用戶，如電流互感器一相故障，在功率因數(shù)較低情況下，另一相會造成電能表反向有功電量走字。四是電能表接線錯誤的低壓電力用戶[3-4]。

不同類型的存在反向有功電量的低壓電力用戶會對電力公司的工作產(chǎn)生不同的影響，需要采取不同的處理措施。分布式光伏用戶和含有電磁制動設(shè)備的低壓用戶為正常工況下發(fā)生的反向有功電量，而電能表接線錯誤的低壓電力用戶和計量裝置故障的低壓電力用戶發(fā)生的反向有功電量為電能計量異常，造成電量少計或漏計[5]，這類情況是需要重點跟蹤、監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)處理，減少供電企業(yè)的損失。所以有必要事先確定存在反向有功電量低壓電力用戶的類型。由于存在反向有功電量的低壓電力用戶在地理位置上較為分散，采用現(xiàn)場核查確定其類型的方式，不但會消耗大量的人力、物力，而且效率低下。

目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用處于快速發(fā)展階段[6-7]，隨著智能電表的全覆蓋，全事件采集等工作推廣，用電信息采集系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了對電壓、電流、用電量等信息的采集與存儲，這為判斷存在反向有功電量的低壓電力用戶類型提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

本文基于低壓電力用戶存在反向有功電量的用電量規(guī)律，提出了一種存在反向有功電量低壓電力用戶類型的研判方法，該方法可快速準(zhǔn)確的確定存在反向有功電量低壓電力用戶的類型，省去了現(xiàn)場核查環(huán)節(jié)，進而達到提高工作效率，節(jié)省人力、物力資源的目的。

1 反向有功電量低壓用戶的分類方法

基于對現(xiàn)場核查結(jié)果的分析總結(jié)，建立研判存在反向有功電量低壓電力用戶類型的方法，該方法通過分析存在反向有功電量低壓電力用戶存儲在用電信息采集系統(tǒng)中的用電量，實現(xiàn)對其類型的快速研判。

1.1 用戶存在反向有功電量研判

從用電信息采集系統(tǒng)中提取低壓電力用戶的電量數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的正、反向電量一段時間內(nèi)的走字情況研判出存在反向有功電量的低壓電力用戶。

若用戶電能表采集的反向有功電量滿足式(1)中的條件，則判定該用戶當(dāng)前存在反向有功電量走字。

Eb_end-Eb-start≥0.1

(1)

式中：Eb為統(tǒng)計周期內(nèi)，電能表反向有功電量最后一日示值，單位為kW·h；Eb-1為電能表反向反向有功電量第一日示值。

判定值設(shè)置為0.1kW·h的原因是為了剔除小電量誤差造成的誤判影響。因為電能表的電流采樣元件采用錳銅片，且電能表集中安裝在表箱內(nèi)，當(dāng)隔離開關(guān)安裝位置較特殊時，三相不平衡負載電流產(chǎn)生的工頻磁場對電能表MCU產(chǎn)生影響使其誤累積小電量[8-9]。

1.2 分布式光伏用戶研判

當(dāng)前，能源不足以及大氣污染等問題日益突出，可再生能源的推廣和應(yīng)用受到重視，在可再生能源發(fā)電中，光伏發(fā)電具有安全可靠、地域限制少，建設(shè)周期短等優(yōu)勢，目前已經(jīng)有較大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。且近幾年隨著光伏組件成本的日益降低，光伏發(fā)展迅速[10-11]。分布式光伏是光伏發(fā)電的一種，其具有廣闊的發(fā)展前景和能源綜合利用方式，倡導(dǎo)就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用，在用戶場地附近建設(shè)，以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)，且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為主要運行方式，因地制宜、清潔高效、分散布局，充分利用太陽能資源，對治理燃煤污染，起到一定的促進作用[12-15]。

分布式光伏用戶的高比例接入是未來電力和能源系統(tǒng)的趨勢[16]，產(chǎn)生的反向電量日益增多，可從電量曲線方面找出產(chǎn)生反向有功電量的特點，進而有效識別分布式光伏用戶。

因為同一地理區(qū)域內(nèi)的氣候條件基本相同，所以同一地理區(qū)域內(nèi)的分布式光伏的發(fā)電量曲線具有較強的相關(guān)性。因此，當(dāng)某存在反向有功電量的低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)的周反向有功電量曲線與同一地理區(qū)域內(nèi)某已知分布式光伏用戶周發(fā)電量曲線的相關(guān)性滿足(1)式時，則判定該低壓電力用戶為分布式光伏用戶。

p>pset

(2)

(2)式中，p為該低壓電力用戶周反向有功電量曲線與同一地理區(qū)域內(nèi)某已知分布式光伏用戶周發(fā)電量曲線的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，其計算方法如(3)式所示；pset為設(shè)定閾值，根據(jù)現(xiàn)場核查的經(jīng)驗，決定取0.8。

(3)

(3)式中，E表示數(shù)學(xué)期望，cov表示協(xié)方差，Cb為該低壓電力用戶周反向有功電量曲線，其定義如(4)式所示；Ca為該地理區(qū)域內(nèi)某已知分布式光伏用戶周發(fā)電量曲線，定義如(5)式所示；μb為曲線Cb內(nèi)各元素的平均值，其計算方法如(6)式所示；μa為曲線Ca內(nèi)各元素的平均值，其計算方法可參考(6)式；σb為曲線Cb內(nèi)各元素的標(biāo)準(zhǔn)差，其計算方法如(7)式所示；σa為曲線Ca內(nèi)各元素的標(biāo)準(zhǔn)差，其計算方法可參考(7)式。

(4)

(4)式中，Eb1為該低壓電力用戶在一周內(nèi)第1天的反向有功電量，以此類推，Eb2為該低壓電力用戶在一周內(nèi)第2天的反向有功電量，Eb7為該低壓電力用戶在一周內(nèi)第7天的反向有功電量。Eb1-Eb7可通過用電信息采集系統(tǒng)獲得，其單位為kW·h。

(5)

(5)式中，Ea1為該分布式光伏在一周內(nèi)第1天的發(fā)電量，以此類推，Ea2為該分布式光伏在一周內(nèi)第2天的發(fā)電量，Ea7為該分布式光伏在一周內(nèi)第7天的發(fā)電量。Ea1-Ea7可通過用電信息采集系統(tǒng)獲得，其單位為kW·h。

(6)

(6)式中，Ebi為該低壓電力用戶在一周內(nèi)第i天的反向有功電量，可通過用電信息采集系統(tǒng)獲得，其單位為kW·h。

(7)

(7)式中，Ebi定義同(6)式。

1.3 電能表接線錯誤用戶研判

經(jīng)過對現(xiàn)場核查結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)某單相低壓電力用戶只產(chǎn)生反向有功電量，不產(chǎn)生正向有功電量，則該單相低壓電力用戶的電能表接線錯誤；當(dāng)某三相低壓電力用戶的某一相只產(chǎn)生反向有功電量，不產(chǎn)生正向有功電量，則該三相低壓電力用戶的電能表對應(yīng)相接線錯誤。

因此，可從單相低壓電力用戶或三相低壓用戶某一相在統(tǒng)計周期內(nèi)產(chǎn)生的正向有功電量和反向有功電量數(shù)值方面進行識別。

當(dāng)某存在反向有功電量的單相低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)的用電量同時滿足(8)式和(9)式，或某存在反向有功電量的三相低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)某一相的用電量同時滿足(8)式和(9)式時，則判定其為電能表接線錯誤的低壓電力用戶。

(8)

(8)式中，當(dāng)電力用戶為單相低壓電力用戶時，Eri為該低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)第i天的反向有功電量，其定義同Ebi；當(dāng)電力用戶為三相低壓電力用戶時，Eri為該低壓電力用戶待研判相在統(tǒng)計周期內(nèi)第i天的反向有功電量；N為統(tǒng)計周期的天數(shù)。Eri可通過用電信息采集系統(tǒng)獲得，其單位為 kW·h。

(9)

(9)式中，當(dāng)電力用戶為單相低壓電力用戶時，Efi為該低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)第i天的正向有功電量；當(dāng)電力用戶為三相低壓電力用戶時，Efi為該低壓電力用戶待研判相在統(tǒng)計周期內(nèi)第i天的正向有功電量；N為統(tǒng)計周期的天數(shù)。Efi可通過用電信息采集系統(tǒng)獲得，其單位為kW·h。

低壓電力用戶單相電能表正確接線方式與錯誤接線方式分別如圖1、圖2所示。

圖1、圖2中，l1、l2分別為電能表的火線進線端子和火線出線端子；n1、n2分別為電能表的零線進線端子和零線出線端子；L1、L2分別為供電線路的火線進線和火線出線；N1、N2分別為供電線路的零線進線和零線出線。

三相低壓電力用戶電能表正確接線方式如圖3所示，三相低壓電力用戶電能表錯誤接線方式，以A相接線錯誤為例，如圖4所示。因本發(fā)明中的三相低壓電力用戶電能表接線錯誤指的是電流計量回路接線錯誤，故在圖3、圖4中僅畫出了電流計量回路，未畫出電壓計量回路。

圖3、圖4中，La1、La2分別為電能表的A相電流進線端子和A相電流出線端子；Lb1、Lb2分別為電能表的B相電流進線端子和B相電流出線端子；Lc1、Lc2分別為電能表的C相電流進線端子和C相電流出線端子；LA1、LA2分別為電流計量回路的A相進線與A相出線；LB1、LB2分別為電流計量回路的B相進線與B相出線；LC1、LC2分別為電流計量回路的C相進線與C相出線。

1.4 含有電磁制動設(shè)備的用戶研判

經(jīng)過對現(xiàn)場核查結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)某一低壓電力用戶既存在正向有功電量又存在反向有功電量，任意一天的反向有功電量與正向有功電量比值在[0%，30%]之間，且該比值在統(tǒng)計周期內(nèi)的變異系數(shù)較小，則該低壓電力用戶為含有電磁制動設(shè)備的用戶。因此，可從反向有功電量與正向有功電量比值方面對含有電磁制動設(shè)備的用戶進行研判。

當(dāng)某存在反向有功電量的低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)的用電量同時滿足(10)式和(11)式時，則判定其為含有電磁制動設(shè)備的用戶。

ri≤30%

(10)

(10)式中，ri為該低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)第i天的反向有功電量與正向有功電量比值，其定義如(12)式所示。

CVr≤CVset

(11)

(11)式中，CVr為該低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)反向有功電量與正向有功電量比值的變異系數(shù)，其定義如(13)式所示；CVset為設(shè)定閾值，根據(jù)現(xiàn)場核查的經(jīng)驗，本發(fā)明取20%。

(12)

(12)式中，Ebi定義同(6)式；Epi為該低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)第i天的正向有功電量，可通過用電信息采集系統(tǒng)獲得，其單位為kW·h。

(13)

(13)式中，N定義同(8)式；ra為該低壓電力用戶反向有功電量與正向有功電量比值在統(tǒng)計周期內(nèi)的平均值，其計算方法如(14)式所示。

(14)

(14)式中，N定義同(8)式；ri定義同(10)式。

1.5 計量裝置故障的用戶研判

若某存在反向有功電量的低壓電力用戶不滿足分布式光伏用戶、電能表接線錯誤用戶以及含有電磁制動設(shè)備用戶的研判條件，則判定其為計量裝置故障的低壓電力用戶。

2 具體流程

S1、從用電信息采集系統(tǒng)中讀取低壓電力用戶的用戶編號、名稱以及統(tǒng)計周期內(nèi)的反向有功電量與正向有功電量。根據(jù)公式(1)判斷用戶是否存在反向有功電量。

S2、對所有存在反向有功電量的低壓電力用戶進行研判，若低壓電力用戶的周反向有功電量曲線滿足(2)式，則判定其為分布式光伏用戶。

S3、若低壓電力用戶的周反向有功電量曲線不滿足(2)式，但其在統(tǒng)計周期內(nèi)的用電量同時滿足(8)式和(9)式時，則判定其為電能表接線錯誤的低壓電力用戶。

S4、若低壓電力用戶在統(tǒng)計周期內(nèi)的用電量既不滿足(2)式，又不能同時滿足(8)式和(9)式，但在統(tǒng)計周期內(nèi)的用電量同時滿足(10)式和(11)式時，則判定其為含有電磁制動設(shè)備的低壓電力用戶。

S5、若某存在反向有功電量的低壓電力用戶不滿足分布式光伏用戶、電能表接線錯誤用戶以及含有電磁制動設(shè)備用戶的研判條件，則判定其為計量裝置故障的低壓電力用戶。

S6、若完成對所有存在反向有功電量低壓電力用戶的研判，則轉(zhuǎn)入步驟S7；若未完成對所有存在反向有功電量低壓電力用戶的研判，則返回步驟S2。

S7、研判工作結(jié)束。具體流程圖如圖5所示。

3 方法驗證

從某縣供電公司527個低壓電力用戶中，發(fā)現(xiàn)有8個存在反向有功電量的低壓電力用戶，用本方法對其進行分類，這8個低壓電力用戶的分類結(jié)果如表1所示。

取C1至C5用戶進行分析，用戶C1的用電量如表2所示。

用戶C1的反向有功電量數(shù)值過大，且時正時負。經(jīng)現(xiàn)場核實，該用戶為三相三線低壓電力用戶，其電流互感器A相故障，造成這種現(xiàn)象，屬于計量裝置故障用戶。用戶C2的用電量如表3所示。

表1 分類結(jié)果Tab.1 Classification results

表2 用戶C1用電量Tab.2 Consumer C1 power consumption

表3 用戶C2用電量Tab.3 Consumer C2 power consumption

用戶C2的反向有功電量不為零，且正向有功電量始終為零，經(jīng)現(xiàn)場核實，用戶C2為單相低壓電力用戶，其電能表的火線進線和火線出線接反，為電能表接線錯誤。用戶C3的用電量如表4所示。

表4 用戶C3用電量Tab.4 Consumer C3 power consumption

用戶C5的用電量如表5所示。

表5 C5用電量Tab.5 Consumer C5 power consumption

用戶C3、C5的周反向有功電量曲線如圖6所示。

由圖6可以看出，用戶C3、C5的周反向有功電量曲線與已知分布式光伏的發(fā)電量曲線具有較強的相關(guān)性，經(jīng)現(xiàn)場核實，用戶C3、C5確實為分布式光伏用戶。用戶C4的用電量如表6所示。

表6 C4用電量Tab.6 Consumer C4 power consumption

由表6可知，用戶C4任意一天的反向有功電量與正向有功電量比值在16%左右，且該比值在統(tǒng)計周期內(nèi)的變異系數(shù)較小，僅為2.14%，經(jīng)現(xiàn)場核實，用戶C4為含有電梯的用戶，且該電梯具有電磁制動功能。

4 結(jié)束語

本文針對部分低壓電力用戶存在反向有功電量的現(xiàn)象，提出了一種反向有功電量低壓電力用戶的研判方法，分別建立了相應(yīng)的反向有功電量低壓電力用戶的識別規(guī)則。本文選取用電信息采集系統(tǒng)中五個低壓用戶的電量數(shù)據(jù)進行了分析，結(jié)果表明該方法有效可行，應(yīng)用本文方法可快速確定存在反向有功電量低壓電力用戶的類型，進而提高工作效率，節(jié)省人力、物力資源。

接下來，將根據(jù)實際應(yīng)用效果，對該方法進行改進，以提升其準(zhǔn)確性和實用性。進一步，根據(jù)反向有功電量產(chǎn)生的不同現(xiàn)象，如低壓用戶電能表一段時間走正向有功電量，一段時間走反向有功電量，交替運行，或用戶先有正向有功電量，再有反向有功電量等現(xiàn)象，研判是否具有竊電嫌疑。

同時，在用電信息采集系統(tǒng)中固化研判程序，對異常用電情況自動形成工單，保證工單在系統(tǒng)間、專業(yè)間流轉(zhuǎn)暢通，及時進行現(xiàn)場核查。