摘要：为了获得准确的配电线路阻抗参数，提出了一种配电线路阻抗在线量测方法。依据低压配电网线路图获取单相线路简化阻抗典型计算模型分析。本文主要对低压配电线路阻抗在线测量技术进行了研究。
关键词:智能电能表;低压配电网;线路阻抗;在线测量
配电线路作为配电系统中主要的组成部分之一，获得其准确的参数是一项非常重要的工作。尤其是随着智能配电网的发展，风险评估、风险预警、故障诊断、自愈控制等对线路参数的准确性提出了更高的要求。实现线路参数的在线辨识，已成为配电领域亟需解决的问题。
一、慨况
低压配电线路在运行中破损、裂化，或者负荷超过其最大承载容量，会直接影响企业和广大居民的供电质量和用电安全。在城乡结合部的群租房、各类出租或经营场所，私拉乱接或违约用情况严重，安全事故频发。简单快速地获取线路阻抗参数，对线路老化预判、风险预估具有重要作用。随着智能配电网的发展，故障甄别、风险预判等对线路参数获取的实时性、准确性提出了更高的要求，低压配电线路阻抗参数是低压配电领域亟需解决的重要问题。目前，配电线路阻抗参数的估值法主要有以下几种:
1.经验估值法。根据线路的结构、材料、环境等因素，利用经验公式获得，一般情况下估值误差较大。
2.实测数据估值法。采用相量测量单元(PMU)和数据采集与监视控制(SCADA)系统数据进行实地测量和综合估算，但需要配备相应测量装置，投资成本较高。
3.等值模型估值法。利用一些智能算法和等值电路计算方法进行估值，但需要相对完整的电网网络信息。因低压配电网的广泛性、复杂性和不确定性，上述方法均不适用于低压配电线路阻抗测量。为此，在智能电能表全采集、全覆盖的背景下，本文提出了一种低压配电网线路阻抗在线测量方法。依托现场已经安装的大量智能电能表，自动采集千家万户各节点的海量电压电流数据，通过分段求解的方法来计算对应线路的回路阻抗。计算过程中，再运用大数据分析技术，不断过滤不可信数据，随着时间的不断推移，逐步提升线路回路阻抗
计算的可信度。该方法基于正常运行的智能电能表，通过提高电能表数据采集频次来提高数据的使用价值，具有准确、简单、实时的特点，有一定的推广和应用价值。
二、系统硬件设计
低压配电网线路阻抗在线测量依托现有的用电信息采集系统，以自动采集的千家万户各节点的海量电压电流数据为基础，依靠主站大数据优势，通过分段求解的方法来计算对应线路的回路阻抗。系统硬件结构如图1所示。统主要由安装在用户节点处的智能电能表和采集终端及主站平台组成，节点采集终端通过ＲS－485总线或高速电力线载波(HPLC)方式与智能电能表相连，实现区域内测量节点的电压电流信息同步采集，再通过光纤、以太网或4G方式将同步采集的信息上传至远方主站平台。
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图 1低压配电网线路阻抗在线测量系统硬件结构框图
节点采集终端主要由主处理器芯片、上下行通信接口电路、时钟芯片及存储芯片构成。在主处理器控制下，首先通过时钟芯片获得同步时钟节拍，保证区域内不同节点采集终端时钟同步;然后通过下行通信接口，获取同一时刻的智能电能表电压电流等基础电力信息，并记录于存储芯片;最后通过上行通信接口，在规定时刻将数据传送至主站平台。由远方主站平台上运行的线路阻抗在线测量应用软件，对海量测量数据依据相应算法进行分段计算，最终获得可信的线路阻抗值。
三、系统软件设计
1.实际测量算法。对单个用户来说，同一网络中其他用户负荷发生较大变化时，测量值也会发生较大变化，测量出的回路电阻也会存在较大偏差。但当测量样本达到一定数量时，测量值会趋近于一个期望值，因此这种偏差影响可通过对大量采样样本取其平均变化速率的方式来减少或避免。仍然以用户i为例，假定提取H组(H＞100)样本。用户用电电压值为Ui、同一时刻的用户负荷电流值为Ii，同一网络同一时刻其他用户负荷电流值为In－1，可获取配电线路运行状态的表达式，如下:
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式中:y为样本电压差值;xi为用户i的样本特征;xbi为约束条件bi下的样本特征。连续提取N次H组样本，则可获得N个多元一次方程:
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求解上述超定方程组即可获得低压配电变压器到用户i的线路阻抗Ｒ'd和用户i的进户线阻抗Ｒcsi。另外，实际应用中，随着测量次数的增加，线路阻抗测量精度和置信度也将随之增加，假定线路阻抗测量值是满足正态分布的，测量次数为M，则可以使用T分布来确定线路阻抗估值的置信区间:置信区间
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式中:Ｒ珔为M次测量结果的均值;Ｒd为第d次计算出的线路阻抗值。假定系统已经有前序M次测量结果，则根据式(3)～(6)可以获得当前置信区间。第(M+1)次测量结果如果在置信区间之内，则作为有效测量值，并加入有效样本池，重新计算测量结果均值和置信区间;如果在置信区间之外，则可将其看做无效测量值，直接放弃。这样，系统利用大数据的优势，通过不断地过滤不可信数据，随着时间的不断推移，线路回路阻抗计算的准确度将逐步提高。
2.计算步骤。算法的软件计算流程如下:根据网络拓扑结构对线路进行分段，对关键测量节点进行编号。根据线路分段情况，建立各关键测量点的阻抗计算数学模型，各关键测量节点的采集终端按1 min周期采集智能电表数据。从全区域海量测量数据中提取H组测量样本，取均值，建立数学模型。根据全区域测量节点数据，从测量数据中连续提取N次H组测量样本，建立N组多元一次方程组。求解该超定方程组，获得该测量节点的线路全线阻抗值。检验该计算结果是否符合可信样本池的T分布，如果符合，则获得该测量节点的线路全段阻抗可信测量值，并可将其放进可信样本池。反之，则放弃本次计算结果，准备下次测量流程。
四、实验结果与分析
采用实际测量算法对一条实际线路段进行在线阻抗测量，线路等效物理拓扑结构如图2所示，线路型号为YV－50。其中，实际线路段为台区变压器的某一单相出线，对所辖区域内用户进行编号，对用户1～用户10进行阻抗测量，并与实际值进行对比分析。
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图2一条单相线路拓扑结构图
假定系统每分钟进行一次全线路段所有用户电能表测量点数据采集，每天可获得1 440个样本数据，分别从中提取H个样本(H可以是100或1 000)进行阻抗计算，结果当提取样本数量为100时，线路阻抗测量误差在4．09%～6．13%，当提取样本数量为1 000时，线路阻抗测量误差在2．5%之内，测量精度明显提高。因此可见，当提取样本数量进一步增加时，线路阻抗测量结果的精度也将随之提高。由此说明，本文的方法具有较高的测量精度。
本文针对低压配电网实际运行线路现状，利用现场已经安装的大量智能电能表采集测量数据，实现线路阻抗在线测量，测量结果充分验证了本文测量算法的有效性和可行性。在实际应用中，测量算法精度受到智能电表采样数据精度的影响。智能电表采样数据精度高，则线路阻抗测量误差小;智能电表采样数据精度低，则线路阻抗测量误差大。
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