Способ оперативной идентификации параметров четырехпроводной распределительной сети 0,4 кВ
METHOD FOR CURRENT IDENTIFICATION OF FOUR-WIRE 0_4 KV DISTRIBUTION NETWORK PARAMETERS

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оперативного определения параметров распределительной электрической сети 0,4 кВ по данным синхронных векторных измерений тока и напряжения в начале сети и у каждого ее абонента, которые выполняются автоматизированной информационно-измерительной системой контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ). Изобретение позволяет решить задачу оперативной диагностики и контроля текущего электрического состояния участков четырехпроводной распределительной сети, а также вести в ней мониторинг коммерческих и технических потерь электроэнергии в режиме реального времени.
Разработаны несколько способов определения параметров распределительной электрической сети (РЭС) на основе исходных данных, получаемых от средств АИИС КУЭ, которые используют различные расчетные процедуры и могут применяться как ко всей сети сразу, так и к ее отдельным линиям.
Известен способ идентификации параметров распределительных сетей 0,4 кВ по данным АИИС КУЭ, использующий одновременные измерения для одного и того же интервала наблюдения действующих значений тока и напряжения, а также угла сдвига фаз между ними в начале сети и у каждого ее абонента [Omorov T.T., Osmonova R.Ch., Koibagarov T.Zh. Parametric Identification of a Distribution Network as Part of ASCME. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2018, vol. 18, no. 1, pp. 46-52. (in Russ.) DOI: 10.14529/power180106; Оморов Т.Т., Такырбашев Б.К., Осмонова Р.Ч. Определение параметров распределительных сетей 0,4 кВ по данным АСКУЭ // Энергетик. 2017. № 6. С. 37-40].
Недостатком представленного способа идентификации параметров распределительных сетей 0,4 кВ является необходимость первоначально находить комплексы токов и напряжений на всех участках электрической сети, что требует большого количество дополнительных операций. Кроме того, в указанном способе не учитываются сопротивления ответвлений потребителей, подключаемых к питающей линии, а также используется условие равенства сопротивлений фазных и нейтрального проводов на всех участках магистральной линии, что позволяет находить лишь усредненные параметры сопротивлений на рассматриваемых участках.
Известен способ идентификации параметров участков линий разомкнутых электрических сетей напряжением 10 кВ по данным синхронных векторных измерений [Kononov Y.G., Rybasova O.S., Mikhailenko V.S. Refinement of the parameters of the medium-voltage network lines sections on the basis of the synchronous measurements data // Russian Electromechanics. 2018. Vol. 61. no. 1. pp. 77-84. doi: 10.17213/01363360201817784].
Недостатки представленного способа обусловлены тем, что указанные сети выполняют трехпроводными и методика идентификации их параметров не применима для четырехпроводных распределительных сетей 0,4 кВ.
Наиболее близким к заявленному техническому решению и выбранным в качестве прототипа является способ определения параметров участков магистральной линии и ответвлений потребителей (абонентов) распределительной сети 0,4 кВ по данным синхронных векторных измерений токов и напряжений в начале сети и у каждого ее абонента, получаемых от АИИС КУЭ, который состоит из двух этапов. Первый этап - сбор статистики режимов работы электрической сети. Он предполагает периодические измерения синхронизированных осциллограмм токов и напряжений у абонентов сети и на ее входе. На втором этапе проводится статистическая обработка полученной информации с помощью многократного применения метода наименьших квадратов для решения линейных систем уравнений, описывающих распределение токов между линиями сети и связывающих параметры элементов сети с этими токами и измеренными напряжениями [Zelenskii E.G., Kononov Y.G., Levchenko I.I., Identification of the parameters of distribution networks by synchronized current and voltage measurements // Russian Electrical Engineering. 2016. Vol. 87. no 7. pp. 363-368. doi: 10.3103/S1068371216070105].
К недостаткам представленного способа определения параметров распределительных сетей 0,4 кВ можно отнести то, что при расчетах используется однолинейная четырехпроводная схема сети, в которой параметры всех фаз одинаковы, а режим работы симметричный. В таком случае сопротивления нейтральных проводов на всех участках сети принимаются равными нулю и при этом условии находятся параметры сети, соответствующие ее электрическому состоянию, но некорректные по фактическим значениям сопротивлений проводов четырехпроводной сети.
Новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является определение параметров распределительных сетей 0,4 кВ, а именно комплексных сопротивлений всех фазных и нейтрального проводов на участках сети магистральной линии и ответвлений потребителей, подключаемых к питающей линии. При этом используются векторы токов и напряжений в начале сети и у каждого ее абонента, получаемые с помощью средств АИИС КУЭ.
Технический результат достигается тем, что расчет сопротивлений участков распределительных сетей 0,4 кВ, как в известном способе, по векторам токов и напряжений в начале сети и у каждого ее абонента, полученным с помощью средств АИСС КУЭ, проводится на основе измерений двух режимов работы сети, которые формируются естественным образом за счет изменения питающего напряжения и/или мощности, потребляемой абонентами. Для нахождения фактических искомых параметров РЭС необходимы измерения в двух режимах, при этом время между измерениями двух режимов должно быть таким, чтобы искомые параметры, зависящие от внешних факторов, не успели измениться. В начале, используя данные первого режима РЭС и уравнения по законам Кирхгофа, записанные для ее эквивалентной схемы, в которой нейтральный провод обладает нулевым сопротивлением, находятся комплексные сопротивления всех ответвлений абонентов сети. Используя данные первого и второго режимов РЭС, а также комплексные сопротивления ответвлений абонентов сети, определенные по первому режиму РЭС, рассчитываются комплексные сопротивления фазных и нейтрального проводов на всех участках магистральной линии сети по уравнениям законов Кирхгофа, записанных для фактической четырехпроводной схемы РЭС.
Способ определения сопротивлений участков четырехпроводных распределительных сетей 0,4 кВ основан на измерении векторов тока и напряжения в начале сети и у каждого ее абонента, полученных с помощью средств АИСС КУЭ для двух различных режимов работы РЭС. При этом используются естественные изменения режимов РЭС.
На фиг. 1 в качестве примера представлен возможный участок трехфазной четырехпроводной распределительной сети напряжением 0,4 кВ с установленной в ней АИИС КУЭ. Для упрощения описания элементов фиг.1 символом  обозначим фазы  электрической сети (). На входе контролируемого участка РЭС подключается головной счетчик электроэнергии , а у абонентов сети - счетчики электроэнергии: ; ; , где  - числовой индекс, обозначающий количество потребителей, подключенных к -му ответвлению сети;  - трехфазная нагрузка и счетчик электроэнергии. Другие обозначения:  - трехфазная система питающих напряжений; ,  - внутренние сопротивления источника;  - сопротивление цепи заземления источника; ,  - комплексные сопротивления фазных и нейтрального проводов участков питающей линии, соответственно; ; ; ;  - комплексные сопротивления участков кабелей потребителей; ; ;  - комплексные сопротивления нагрузки потребителей; , ,  - сопротивления повторных заземлений.
Способ реализуется следующим образом. Головной счетчик электроэнергии подает сигнал о начале цикла измерений, необходимых для определения сопротивлений участков четырехпроводной распределительной сети 0,4 кВ. Для текущего режима работы РЭС выполняются синхронные измерения мгновенных значений токов и напряжений в начале линии и у всех абонентов. Проводится выборка мгновенных значений токов и напряжений с периодом не более 1 мс на временном интервале не менее 1,0 с. На основе данных выборок для каждого периода питающего напряжения указанного режима РЭС рассчитываются для всех фаз сети  комплексы токов и напряжений в начале линии и у каждого абонента. Полученные данные от абонентов по каналам связи передаются в головной счетчик электроэнергии. Выявляются два периода, когда режимы сети различные (произошло изменение питающего напряжения или мощности потребляемой абонентами). Для исключения влияния на расчеты переходного процесса оцениваемые периоды должны отстоять друг от друга не менее 0,1 с. В головном счетчике электроэнергии по данным первого режима проводится расчет комплексных сопротивлений всех ответвлений абонентов сети, а затем, используя полученные сопротивления и данные двух режимов РЭС, рассчитываются комплексные сопротивления всех фазных и нейтрального проводов на всех участках магистральной линии сети. Если не удается выявить два периода с различными режимами сети, то выборка мгновенных значений токов и напряжений повторяется до тех пор, пока не обнаружится изменение режима в РЭС.
С целью подтверждения вышеизложенного представим способ расчета параметров распределительной сети 0,4 кВ на основе измерений двух режимов работы РЭС.
Для примера расчет проводится для электрической схемы контролируемого участка распределительной сети, представленного на фиг. 2. Примем, что подключено по одному абоненту () в соответствующих ответвлениях фаз сети  фиг. 3. В таком случае, для первого режима РЭС, согласно уравнениям по законам Кирхгофа:
,
, (1)
,
; ;
где . Найдем комплексные сопротивления ответвлений абонентов  и эквивалентные комплексные сопротивления межабонентских участков , , , которые соответствуют условию . При этом  представляют собой следующие выражения для случая схемы фиг. 3:
, ,  (2)
и случая, когда нейтральный провод для разных фаз имеет различные сопротивления (фиг. 4):
, , , (3)
где , , .
Отметим, что в выражениях (2) и (3) при трех уравнениях имеется в первом случае четыре неизвестных, а во втором - шесть.
Дополнительные три уравнения получаем из второго режима работы РЭС, его параметры обозначим штрихом.
, , .
Тогда
, , , (4)
где , , , .
Система уравнений из (2) и (4) или (3) и (4) может быть решена любым численным методом, например, простой итерацией или методом секущих. Решение реализуется в головном счетчике электроэнергии, при этом находятся параметры:  и , , .