基于电量三级平衡算法的企业节能诊断

钱 军，高 翔，白刚屹

（上海协同科技股份有限公司，上海 200063）

近年来,随着工业领域电力需求侧管理在我国进行试点并推广，已建成的电力需求侧管理政府平台和企业级系统已初具规模。在获得电力用户用电信息之后，如何进行更进一步的数据挖掘分析，帮助企业改善用电管理是目前面临的重要课题。电量三级平衡分析是进行企业用电分析诊断的重点环节，可以帮助企业了解用电情况，成为后续各类用能分析的基础。本文介绍电量三级平衡算法的思路，并列举实施案例进行说明。

1 电量三级平衡算法

电量三级平衡的概念起源于线损分析，在电力系统中，供电企业在电能的输送、分配以及管理等环节中所造成的电能损失统一称为线损。线损分析及管理是衡量供电企业综合管理水平的重要指标，对降低供电损耗、节约成本、提高企业效益有着重要意义，线损率的计算公式如下

同样地，将这套理念应用于电力需求侧管理，对于电力用户而言，其供配电系统可分为变电站层、配电层、用电层3个层级。变电站层包含变压器高压侧进线和低压侧出线，配电层包括配电柜进线及出线，用电层包括进线和设备。上一层级的出线即为下一层级的进线，每个层级间存在电量平衡关系，即变电站内变压器进线电量与各出线分支（即各个配电柜的进线）电量之和相平衡；配电柜进线与各出线分支（即各个用电设备）电量之和相平衡；用电设备本身是末级没有计算关系。平衡计算关系见表1。

供电企业的线损率即是地区范围内所有供电量与出售电量之差，其中的差值便是输配电线路、变压器、各类开关中的电能损失，线损率越低就说明该地区用电管理水平越好，充分利用了供能，降低能耗[1]。

表1 电量三级平衡计算关系表

利用测得的各个监测点电量就能计算出各个层级的线损率δ，然后根据δ大小给出进一步的分析，见表2。

上述情况诊断的详细情况如下。

（1）2%＜δ时

这种情况下分支线路的电量总和与进线电量差别较大，也就意味着分支线路一级未监测电量较大，按照工程经验，可能会有未监测的线路、线路漏电、偷用电等情况。

表2 线损情况诊断表

（2）0＜δ≤2%时

这是正常的线损情况，进线的电流经过变压器、开关等器件肯定有一定损耗，再加之线路上的损耗，线损会在2%以内。

（3）δ≤0时

理论上分支线路电量之和不可能超过进线电量，但是在工程案例中还是会出现这种情况，这意味着计量环节准确性有问题。电能计量装置往往需要借助现场既有的TV（电压互感器）、TA（电流互感器）等计量辅助装置，这些装置的准确性并不能100%得到保证，精度往往比较低，这就有可能出现计量不准确的情况。经过电量三级平衡计算就能发现这些问题并排查改正。

进行系统实施的时候，需要根据实际情况灵活调整算法，比如有的用户配电网络层级较少，可设成二级平衡；而有的大用户厂区内会有多层线路网络，这些线路层依然可以归类为变电站、配电、用电三级，每一级可以包含多层子网络，然后按照层级分别套用算法即可。

2 案例分析

本案例为某研究所的电力需求侧管理系统，该系统配置有200多个监测点，对该所变电站、各楼宇配电网、重点用电设备进行了全面覆盖。项目运行过程中，通过电量三级平衡计算发现若干用电问题并及时修正，消除了安全隐患，节省了用电成本。

2.1 发现计量设备故障

系统上线运行后对整体线路进行电量三级平衡计算，结果发现某个配网级线路配网进线与分支出线电量不平衡，分支出线电量总和比进线电量少10%。首先按照“跑、冒、滴、漏”的可能性去做常规排查，发现线路没有漏电发生，也不存在未检测的分支线路。然后考虑到分支线路上的电能监测仪是直接接在线路固有的TA上，只能保证电能监测仪的测量精度，无法保证TA的测量精度。于是在线路上另外加装开口TA进行对比试验，试验结果表明其中2个分支线路换用开口TA后电量数据明显有变化，新采集的数据经三级平衡计算后线损率在正常范围内。试验数据分别见表3、表4。

表3 使用故障TA测得数据

表4 使用正常TA测得数据

事后将原有TA拆除进行检查，发现该TA的设计容量已无法满足线路现有负荷的要求，线路电流超过某一值后TA产生了磁饱和，转换出的测量信号不会再继续增加，进而导致测量值比实际值偏小。这种情况有很大的安全隐患，若该线路有电流超限的情况发生，但由于测量值偏小导致告警系统无法达到阈值而启动，结果放任线路电流超限，极有可能引发用电安全事故。

2.2 发现隐藏用电

该所内实验大楼负一层有微波暗室，用来做相关电磁设备试验，该房间的线路属于用电层。在系统勘察阶段，用电管理人员认为该暗室平时很少用，长期处于待机状态，不列为重点监测设备，所以没有设置监测点。系统运行后通过电量三级平衡运算发现该层分支线路与上层进线之间线损率偏大，分支线路电量之和明显偏小，监测电量如表5所示。

表5 微波暗室未监测时上级配电层线损数据

经现场排查，其他分支线路皆无计量问题，导线也无漏电，唯有微波暗室的线路没有纳入计量。于是在微波暗室加装了一个监测点，经过一段时间的电能数据采集后，发现微波暗室即使在待机状态下，仍有很大的无功功率消耗，进而导致线路线损过大，有功和无功电量情况见图1所示。

从图1可以看出前半月每天微波暗室处于关机状态，有功和无功电量均为零；后半月处于待机状态，每天有功电量接近零，但是无功电量达200 kvarh，线路上产生线损，增加了能耗。建议用户后期仅在设备使用的时候打开电源，平时关闭电源，使得设备不会产生无功功率，每月可节省无功电量6 000 kvarh，同时也节省了无功补偿成本。

图1 微波暗室有功无功电量对比图

本案例说明了，助电力需求侧管理系统及电量三级平衡算法，可以有效降低企业用电能耗。

2.3 实现各部门用电考核

企业管理越来越趋于精细化、专业化，要从各个方面降低企业的运行成本，用电成本就是重要的一项，而用电成本的管理关键在于将用电考核进行细分落实。供电线路进入用电用户都会按照配电网络进行层层分级，用户下属各个部门进行各自的用电活动，在实施电能管理系统之前，用户仅知道每月的总用电量，而分支线路或者部门的用电量是无法确定的，这就无法进一步对各部门用电进行量化考核，进而实现用电成本的精细化管理。

该所实施电力需求侧管理系统之后，通过运行电量三级平衡算法可以实现从变压器到用电设备的全面数据掌控。但是若要实现部门级电量考核需做算法改进，因为部门的用电线路并不完全按照实际配网线路划分。比如一个部门会占用好几条线路或者2个部门共用一条线路。在这种情况下以配电网络为基础的三级平衡算法无法直接为部门电量考核提供帮助。这就需要对三级平衡算法进行改良，思路是将每个部门的电量分解为以线路电量组成的算式，对于共用线路的情况，与涉及部门进行沟通确定分配系数，最后推出部门电量平衡公式，即所有部门用电量之和等于用户总用电量，计算公式见表6。

从表6中可以看出，各部门用电量可表示为所有配电线路及分支线路的系数加权和，与该部门无关的线路系数则为零，其他系数按配电实际情况进行确定，整条线路都属于部门的则系数为1，2个以上部门共用线路的根据协商情况分配。用户总电量即变电站进线电量，各部门电量先通过线路系数计算，之后再计算总和，理论上应该等于用户总电量，但实际中由于线损因素会有一定的线损率，线损率情况判定参照表2。

表6 部门电量平衡计算

该系统加入部门电量平衡算法后，有效实现了各部门的电量考核，约束了部门的用电管理，加强了员工的节电意识，降低企业用电成本。

3 结束语

电量三级平衡算法在电力需求侧管理系统的实际应用中实现了很好的效果，帮助用户发现了平时容易忽略的各种问题，使电能管理从被动转变为主动、从无形转变为有形、从经验管理转变为科学管理、从局部管理转变为系统管理，对企业日常用电进行全过程动态化、常态化管控。

[1]杨东.配电网线损计算方法分析研究[D].西安：西安理工大学，2003.