电压表设计论文范文1
辅导资料中答案为如下：将电压表与滑动变阻器并联，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表读数为2.2V时，小灯泡正常发光。由于电源电压是6V，当电压表示数为2.2V时，根据串联电路电压的关系，小灯泡两端电压为UL=6V-2.2V=3.8V，正好等于额定电压。测出此时电路中的电流I，即可求出小灯泡的额定功率P=3.8V×I，电路图如图1所示。
笔者认为，本题提供的参考答案存在不足之处。在测电功率的电路中，滑动变阻器的首要作用是保护整个电路，避免电流表、小灯泡、电压表等器件的损坏。所以，在开关闭合前，滑动变阻器连入的阻值都要最大，这已成了初中电学实验设计很重要的一步；第二作用是滑动变阻器移动滑片，调节电流或电压，直至灯泡正常发光。由于题目中没有告诉灯泡电阻RL和滑动变阻器最大阻值R的大小和关系，开关闭合前滑动变阻器又处于最大阻值，如果RL小于R，根据串联电路中电压的分配跟电阻成正比，则滑动变阻器两端电压在开关刚闭合时会超过3V，就将会使并联在滑动变阻器两端的电压表再次损坏。可见，上面的实验方案是不完善的。因为它没有考虑到电压表再次损坏的可能性。
在此，作如下讨论，并给出正确解决方案：（设灯泡电阻为RL，滑动变阻器最大阻值为R）
1．当R≤RL时，由串联电路中电压的分配跟电阻成正比可知，滑动变阻器两端的电压不会超过3V，在电压表0~3V挡范围内，则不会损坏电压表。在设计实验方案时电压表直接与滑动变阻器并联即可。本题一些辅导资料提供的参考答案正是适合这一种情况。
2．当R＞RL时，由串联电路中电压的分配跟电阻成正比可知，在开关闭合时滑动变阻器两端的电压超过3V，为了避免电压表0~3V挡烧坏，可设计如下实验步骤：（a）按如图2连接电路，开关闭合前，滑动变阻器滑片P放在最右端。闭合开关，调节滑动变阻器滑片P，使灯泡逐渐变亮，直至电压表读数刚好为3V；（b）此时断开开关，将电压表改接到滑动变阻器两端，如图3所示，再继续向左调节滑片P，直到电压表示数为2.2V为止，记录此时电流表的示数I，此时小灯泡正常发光，额定功率P=3.8V×I。
本题由于没有告诉灯泡电阻RL和滑动变阻器最大阻值R的大小，正确的设计方案应以上面讨论2的叙述为准。可以说，本题是一道很好的实验设计题，它能锻炼学生的发散性思维和创造性思维，培养学生探究能力和学习兴趣。在讨论了此题的实验方案后，针对本题中的滑动变阻器，我又设计了这样一个问题给学生思考：若题目中RL=18Ω，有四个最大阻值分别为10Ω，15Ω，20Ω，40Ω的滑动变阻器，选哪一个最适宜呢？学生经过讨论发现，若选10Ω的滑动变阻器，即使在最大阻值，也不能保护整个电路。若选20Ω或40Ω的滑动变阻器，方案可行，但如讨论2所说，步骤复杂，稍有疏忽，就会损坏电压表。而选15Ω的滑动变阻器，正如讨论1所说，方案最简单。所以，选15Ω的滑动变阻器则最适宜。
电压表设计论文范文2
【关键词】线损；信息采集；四分统计；降损措施
1.引言
“十二五”规划期间，我国电力建设进入蓬勃发展时期，分布式能源接入电网，电网管理实现智能化。线损是电能从发电厂配送到用户过程中各个环节造成的损失，包括不可避免的技术损耗和计量误差、透漏电等造成的管理损耗。线损率是衡量一个区域电网技术经济性的重要指标，能指导电网的设计、规划、生产和管理，如何才能有效的降低线损成为电力工作者的重点研究内容[1-4]。线损四分管理即对配电网进行分压、分台区、分区、分线管理，如图1所示。用电信息采集系统是利用先进的数字通信网络对电能进信息采集分析。
图1 线损四分管理示意图
基于国内外研究现状，胡江溢等人基于用电信息采集系统的结构，分析了其建设现状并研究了通信技术、智能费控、安全保护等技术要点，对智能电网中采集系统的发展指明了方向[1]；朱彬若等基于时间属性和物理属性对采集系统主站数据进行研究，并对系统结构进行了优化，提高了系统的处理能力[2]；孙毅等提出了一种WSN非均匀分簇算法，对线路节点位置的能量进行分析，延长了网络生存时间，负载平衡度良好[3]。本文建立了用电信息采集系统，并以此为基础实现线损的四分管理。首先对线损电量的组成分类、线损率、线损管理流程进行了阐述；随后建立了用电信息采集系统模型，以某供电公司为研究对象，对比其理论线损量和统计线损量；最后给出了区域电网管理降损的措施。为今后电网线损四分统计工作提供了参考。
2.电网线损计量管理
线损是电能从发电厂配送到用户过程中各个环节造成的损失，包括不可避免的可变损耗、固定损耗和管理损耗[4]。线损等于供电量减去售电量，固定损耗主要有变压器铁损、计量表线圈损耗、电晕损耗、介质损耗等；可变损耗有导线损耗和变压器铜损；管理损耗包括用户窃电损失、计量表误差、抄表误差、漏电损耗等[4-5]。可变损耗和固定损耗成为理论线损，管理损耗为管理线损，理论线损和管理线损构成统计线损[6]。
随着计算机技术的发展，用电信息采集系统在线计算线损得到了广泛应用，本文计算线损主要基于均方根电流法，理论线损由式（1）获得[7]：
（1）
式中，L为电路支路个数；m为公变总数；Ii为第i个电路电流；Ip，i为第i个配变分得的均方根电流；Ie，i为第i个配变分得的空载电流；Pk，i为第i个配变的短路损耗；Pe，i为第i个配变的空载损耗。用电信息采集系统四分线损管理流程图如图2所示。
图2 用电信息采集系统四分线损管理流程图
图3 采集系统主站系统框架图
3.用电信息采集系统应用
3.1 系统架构
信息采集系统由主站、网络、终端三部分组成，实现对用电信息的采集、分析、处理、应用等工作，其系统主站框架图见图3[6]。由图3可知，采集系统主站采用J2EE架构，具有认证、数据库、采集、应用、Web、接口等服务器。数据库服务器最为重要，其采用双机控制，数据时刻进行备份，保证系统的安全可靠性。
3.2 理论线损计算
利用用电信息采集系统中的网损理论计算软件，对某电力公司的代表日线损进行研究，在该日系统潮流分布正常，无检修进行。计算10kV配电网的线损和变压器损耗，400V低压台区的线损和计量表损耗。该配电网有10kV线路67条，变压器容量583.7MVA，线路全长378.04km，公用变压器容量128.4MVA，专用变压器容量455.3MVA。400V低压网络共有232个，有功用电630.3MWh，三相电表5140块，单相电表24650块，电表损耗估计值1.164MWh。经采集系统计算，10kV配电网的损耗为0.779%，400V低压网的损耗为2.911%，总损耗电量48.8MWh，综合网损率1.248%。该配电网线损计算结果见表1所示。基于信息采集系统将理论计算值与实际统计值进行分析对比，对比情况见表2所示。
表2 理论线损与统计线损对比
指标 理论线损率（%） 统计线损率（%）
10kV配电网 0.779 0.36
400V低压网 0.469 0.541
其它元件 0 0
配电网损 1.248 0.901
理论计算值与实际统计值相差0.349个百分点，但是由于空载和备用设备并未参加理论计算，且理论值是代表日工况下的，与实际值有一定偏差，计算值属于正常范围。
3.3 降损分析
由前文可知，网损主要有线路损耗、变压器损耗、电力元件损耗等，其中线路损耗在低压配电网中占很大比例。因此提出以下几点降损措施：
（1）在保证可靠性的前提下，将配电网低压台区的平衡能力提高，根据供电范围优化布局，合理配置变压器等电力元件，尽可能的缩短输电距离降低线路损失。
（2）单相感应式电表的功耗在1.25W左右，而电子式的功耗仅为0.45W左右。输电网中有数以万计的单相电表，因此在设备改造时应将感应式电表换成电子式电表。
（3）将线路末端的电压及功率因数尽可能提高，尽可能使得变压器三相负荷处于平衡。合理布置变压器数量，降低空载损耗，做好客户端的无功补偿工作。
（4）针对线损率制定线损四分管理办法，对每月、每周、每天的线损率进行统计分析，排除故障，保证计量的准确性。
4.结语
线损率是衡量一个区域电网技术经济性的重要指标，可以指导电网的设计、规划、生产和管理。本文建立了用电信息采集系统模型，并以此为基础实现线损的四分管理。首先对线损电量的组成分类、线损率、线损管理流程进行了阐述；随后建立了用电信息采集系统模型，以某供电公司为研究对象，对其进行理论线损量计算，基于采集系统的同进线损量，进行对比分析；最后给出了区域电网管理降损的措施。为今后电网线损四分统计工作提供了参考。
参考文献
[1]胡江溢，祝恩国，杜新纲等.用电信息采集系统应用现状及发展趋势[J].电力系统自动化，2014，02：131-135.
[2]朱彬若，杜卫华，李蕊.电力用户用电信息采集系统数据分析与处理技术[J].华东电力，2011，10：1682-1686.
[3]孙毅，卢可，唐良瑞.面向用电信息采集的WSN非均匀分簇多跳路由算法[J].电力系统保护与控制，2013，10：52-61.
[4]李超英.基于电网智能化的中低压线损管理研究[D].天津：天津大学，2012：3-6.
[5]张敏.基于用电信息采集系统的台区线损管理研究[D].保定：华北电力大学，2012：12-15.
[6]徐凌燕.电网线损模型研究及线损管理系统的开发[D].北京：华北电力大学（北京），2011：23-24.
电压表设计论文范文3
【关键词】配电网 理论线损计算 等值电阻法
【中图分类号】TM421
【文献标识码】A
【文章编号】1672-5158（2012）12-0266-01
电网的线损率既是电力系统一项重要的技术经济指标，用来综合衡量电力企业的管理水平，也是国家电力工业发达的重要标志之一。电力系统中发电厂生产的电能是通过电网的输电、变电和配电环节供给用户的。在输送和分配电能的过程中，电网中各元件，变压器、输电线路、补偿和调整设备以及测量和保护装置，都要耗费一定的电能。
在给定的时间段内，电网所有元件中产生的电能损耗称为电网的线损电量，简称线损。通常，线损是用电度表计量的“总供电量”和“总售电量”相减得到的，我们把线损电量占供电量的百分数称为线损率，即：
线损率=（供电量售电量）/供电量×100%
在电网的实际运行中，用电度表计量理论出的供电量和售电量之差得到的线损电量，称为理论线损电量，相应的线损率称为理论线损率。在理论线损电量中，有一部分是电能在输、变、配电过程中不可避免的，其数值由相应时段内运行参数和设备参数所决定。其中主要包括：与电流平方成正比的变压器绕组和输电线路导线中的电能损耗；与运行电压有关的变压器铁芯、电容器和电缆的绝缘介质损耗以及电晕损耗等，这部分损耗电量习惯上称为“技术线损电量”，它可以通过理论计算得出，所以又称为理论线损电量。理论线损的另一部分是由于管理工作上的原因造成的，这部分损失电量习惯上称为“管理线损电量”。
一、线损的理论计算方法
配电网具有闭环设计，开环运行的特点，因此实际运行中的配电网多呈辐射状，而配电网中要详细收集和整理各负荷点的负荷资料及元件运行数据是非常困难的，也缺乏进行潮流分析所需的负荷数据。一般来说，馈线出口均装有电流表、功率表，可以获取馈线出口代表日24h正点电流。
因此，均方根电流法是10kV及以下电压等级的配电网中最常见的理论线损计算方法，另外也可根据计算条件和计算资料，采用平均电流法、最大电流法、等值电阻法等方法进行计算。
（一）均方根电流法。在进行配电网线损计算时，需收集沿线各节点的负荷。由于配电网节点数多，负荷在不同时段的变化又比较大，运行数据根本无法全面收集。为尽量减少运行数据的收集量，同时又不影响线损计算的精度，一般作如下假设：①各负荷节点负荷曲线的形状与首端相同。②各负荷节点功率因数与首端相等。③忽略沿线的电压损失对能耗的影响。④负荷的分配与负荷节点装设的变压器额定容量成正比，即各变压器的负荷系数相同（负荷系数为通过变压器的视在功率与其额定容量之比）。
（二）平均电流法。平均电流法是利用均方根电流与平均电流的等效关系进行能耗计算的方法。因为用平均电流计算出来的电能损耗是偏小的，因此要乘以大于1的修正系数。令均方根电流与平均电流之间的等效系数为K，称为形状系数。
（三）最大电流法。最大电流法是利用均方根电流与最大电流的等效关系进行能耗计算的方法。与平均电流法相反，用最大电流法计算出的损耗是偏大的，要乘以小于1的修正系数。令均方根电流的平方与最大电流的平方的比值为F，称为损失因数。
（四）等值电阻法。等值电阻法的理论基础是均方根电流法。因10（6）kV配电网络节点多、分支线多、元件也多，各支线的导线型号不同，配电变压器的容量、负荷系数、功率因数等参数和运行数据也不相同，要精确的计算配电网络中各元件的电能损耗是比较困难的。因此，在满足实际工程计算精度的前提下，使用等值电阻法计算配电网络的电能损耗具有可行性和实用性。
二、等值分析法分析
等值电阻法的主要任务是计算配电线路和配电变压器的等值电阻。等值电阻法是利用配电线路分段线路和全部配电变压器额定容量参数进行计算。在实际运行中，但由于配电线路和配电变压器的负荷系数并不完全相同，因此利用配电变压器额定容量计算配电线路和配电变压器的等值电阻不符合实际情况，计算误差比较大，这是等值电阻法的重大缺点。在《电力网电能损耗计算导则》中，是基于配电线路各负荷点未装设电能表和其他表计的前提下，假设配电变压器的负荷系数相同，推导出配电线路和配电变压器等值电阻计算公式。目前，国家实施农村和城市配电网建设与改造工程以来，配电线路中的配电变压器低压侧全部装设了电能表，精确计量电能。由于电能表的计量精度比较高，可以利用电能来计算配电线路和配电变压器的电阻，基于这一思想，本文提出新的计算方法改进等值电阻法。通过配电线路、配电变压器电能表计量的电能数据和配电线路参数、配电变压器额定容量及其参数来计算的配电线路和配电变压器等值电阻，提高计算精度。
三、降损措施
（一）电网降损管理措施
线损率是衡量电力企业管理水平的一项重要指标，为切实降低损耗，供电企业应建立健全线损管理责任制，加强指标管理、用电管理、计量管理、明确各管理部门的职责，并落到实处。以近期线损理论计算值和前几年线损统计值为基础，根据影响线损率升、降的许多因数进行修正，制定适合本单位具体晴况的线损计划指标，作为考核、评价本单位生产任务和经济效益完成好坏的依据。线损管理部门要认真收集资料，统计要及时，数据要正确，以便对线损定期定量分析，弄清线损升降的原因：①电网网损中的输、变电线损应分压、分线进行，配电线损的分析应分线（片）、分台变（区）进行，并分别与其相应的线损理论计算值进行比较，以掌握线损电量的组成，找出薄弱环节，明确主攻方向。②按售电量构成分析线损，将无损用户的专用线路，专用变压器以及通过用户的转供电、兜售电等相应的售电量扣除后进行统计分析，以求得真实的线损率。③分析供、售电量不对应对线损波动的影响。④健全营业管理分级考核，严格岗位责任制，并制订相应的奖惩办法，调动职工的积极性。⑤加强营业普查，查偷漏，查卡、帐、票、证及底册与电能表度数，查电压和电流互感器变比，查电能表接线，杜绝无表用电。对抄表人员的管辖范围实行定期轮换，对用户实行两人抄表，以削弱人情电、关系电的产生。
（二）电网降损技术措施
在搞好线损管理的基础上，采取行之有效的技术措施是降低电网电能损耗的重要途径，供电企业从实际情况出发，要认真搞好电网规划建设、调整网络布局、电网升压改造、简化电压等级、合理调整运行电压、缩短供电半径、减少迂回供电、换粗导线截面、更换高能耗变压器、增加无功补偿容量等。①电网升压改造。电网升压改造是指在用电负荷增长，造成线路输送容量不够或者能耗过大，以及为了简化电压等级所采取的技术措施。②合理调整运行电压。合理调整运行电压指通过调整发电机端电压和变压器分接头，在母线上投切电容器及调相机调压等手段，在保证电压质量的基础上适度地调整。③更换导线截面。在输送负荷不变的情况下，更换导线截面，减少线路电阻可以达到降损节能的效果。
电压表设计论文范文4
关键词：电力；线损管理；工作效率
中图分类号：F407文献标识码： A
一．线损的种类
电力线损是电力网络分配和输送电力的过程中，各个线路和设备元器件产生的电力能源损失，这其中，包括可变损失和固定损失。固定损失指电网中线路或设备上产生的电力损耗，与负荷无关，与设备容量、外加电压和设备的质量有关。对固定损失影响最大的是变压器中的涡流损耗和磁滞损耗，也就是变压器的空载损耗，一般称为铁损。可变损失指可随负荷电流的变化而增人或者减小的电力损耗，对其影响最大的是设备线圈和流经线路中的电流，可变损失与通过其中电流的平方量成正比。电力线损的管理工作是一项综合性的系统工程，它贯穿于电力网络的设计规划、经营管理、生产运行等各个方而，管理的成果会在电力企业的经济效益中体现出来。
二．理论线损的计算方法
进行理论线损主要有两种计算方法，电量精算法和均方根电流计算法。开展理论线损，首先应取得本单位主网、配网、低压网接线图，按照接线图的布局，将计算所涉及的线路、变压器等设备参数进行录入。其次应取得统计期间内(通常为典型代表日)各时段相应的发电机及负荷参数，如主网计算所需的有功无功出力、有功无功负荷及电压，配网计算所需的各时段电流、平均电压等。待数据录入完毕确认无误，最后进行统一的合理计算。理论线损的计算结果可作为电力企业线损指标下达的参考依据。
线损的年度管理目标制定以后，电力企业应采用目标分解方法，层层分解总的线损目标，并且在相应线路、单位以及基层供电所进行明确落实，最后分解到每个工作人员身上，每个工作人员都有了自己的目标，才会激发工作动力和责任精神。与此同时，线损的目标在分解和制定的时候，管理决策者要科学、真实、合理地控制任务量指标，不能盲目、毫无根据地进行指标下放，从而影响基层工作人员的工作积极性。
三．提高电力线损管理工作的方法
1．线损理论计算是节能降损，加强线损管理的一项重要的技术管理手段，线损的理论计算结果就是电力线损的管理工作目标。由于电力网络的不断发展和变化，网络结构和内在设备的变更十分频繁，因此除了每年定期开展线损理论计算工作外，在电网发生较大变化之后也应开展线损理论计算。通过此项工作，不仅可以对比分析相同电网结构，不同运行方式、负荷情况、系统电压的情况下计算结果的变化规律，还可对比分析不同电网结构，相同运行方式、负荷情况、系统电压的情况下计算结果的变化规律。通过理论计算可以发现电能损失在电网中的分布规律，通过分析能够暴露出管理和技术上的问题，对降损工作提供理论和技术依据，使线损管理更加科学。
此外设备基础台帐和运行参数的准确性是直接影响计算结果是否准确的首要因素，这就要求相关的运行部门对设备、线路参数的资料进行积累。在输变电工程、配电工程改造或者新建成以后，要对相应的主接线图、配网图及设备台帐进行及时更新。同时要仔细检查抄录的各项运行参数，避免出现因格式、单位错误造成的数据不准确，从而影响计算结果。
2．实行对配电线路以及配电变压器分区的承包管理制度
根据实际情况合理制定不同的承包指标，让多数责任人在积极努力的工作后，都能实现目标。变压器台区电力线损承包制度非常复杂，可以使用配变监测仪，将实测数据与低压网理论计算结果相结合，确定线损责任的基准值，再根据供电负荷的分散程度、供电半径的大小、设备的工作状况等各种实际情况，与管理系数相乘的结果作为承包指标。对于不同条件的台区.，根据不同的负荷集中度、设备的状况优劣、地理条件差异以及供电半径等等各种不同的条件，调整不同的管理系数。对于一些条件差的地区也可以进行适度的调整和帮助。
在电力线损的指标和责任人都确定了以后，就要制定不同的线损考核管理办法，然后按照不同时间周期进行检验考核，并实施一定的奖罚政策，从而提高各分区人员工作的积极性，使降低电力线损的措施得到有力的执行。
3．加强电表的抄表和核查工作，落实电费收缴工作，杜绝出现估抄、错抄或者漏抄现象，要及时掌握用户用电量的变化情况，减少因为少抄和估抄而导致线损出现异常波动的情况发生。严格用电量以及电费核算和电价管理工作，积极推动计算机在核算工作中的应用，减少核算过程中出现的失误和差错，确保电量、电价以及电费收缴工作准确无误。
加强计量管理工作，安排专人进行计量管理，对客户的电能表抄录建立台账，实行统一管理，确保电能表抄录的准确性。推动使用新型性能优良的电能表，淘汰老旧式电能表，确保计量准确无误。开展用电检查和营业普查，确保电能计费的准确性并及杜绝窃电现象的发生。重点检查的项日包括:电能表错封是否完整，互感器是否损毁、短路，电流互感器卡片与比值是否相符，违章用电和窃电等等。发现问题要按照相关规定及时进行处理。
4．在进行线损分析时首先要进行电量平衡分析，重点关注变电站母线不平衡率，对计量总表和分表电量进行对照，'监督计量设备的运行状态;其次，要对理论线损和实际线损进行对照分析，找出管理中存在的问题，并采取相应的措施;第三，要对线损指标进行同比和环比分析;最后要在同行业之间进行指标对比分析，通过与先进单位的对比，发现自身存在的问题和与先进单位之间的差距。
5合理调整线路及配变电压
当负载不变时，提高线路电压，线路的电流就会减小，线路的损耗就会减少，对于在某一电压等级运行的线路来说，线路运行的电压允许在一定范围内波动，运行电压在上限或者是下限时，线路的损失是不同的，我们可以根据这个原理适当调整线路电压，降低线损。而提高配变的电压就会增加配变的损耗，这是因为配变电的铁损和增加的电压平方成正比，所以，提高电压反而会增加损失，所以要综合各方而的因素进行考虑。
在线路负荷的高峰时段，要尽量提高线路电压，在电力需求低谷时期尽量不增加电压;当配变损耗大于线路损耗时，也不能提高电压，反而要适当降低电压。低压线路在提高电压时可能会增加机械电能表的损失，但是线路的损耗一般都大于电能表的损耗，所以提高低压线路的电压是减少低压线路损失的一个可行的措施。
结束语：
在进行降低电力线损工作时，我们要通过对电网实际工作状态的调查，找出合理可行的降低电力线损的方法，完善电力网络管理的制度，并保证其得到有效实施，只有这样，电力线损的管理工作才能不断进步 。
参考文献：
[1]陈军民 如何降低线损提高电力企业经济效益科技创新与应用2012-02-25期刊
电压表设计论文范文5
[关键词]10kV配电网；改进前推法；线损率
中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0162-01
供配电网线损管理一直是电力企业各项线损管理中的重难点，而其中10KV的供配电网线损占据主要部分，成为供配电网降损措施研究的重点难题。有效地降低供配电网电能损耗现已成为电力企业的工作目标，线损率代表着电力企业电力系统规划的完美程度、生产经营的合理性以及其经济效益水平，成为检验电力企业综合发展水平的重要指标。
一、线损的分类与构成
（一）按线损的特点分类
此方法能够将线损分为可变损耗、不变损耗和不明损耗三大类，可变损耗：导电线路的损耗、变压器铜损、其他电器设备铜损；不变损耗：变压器铁损、电抗器、互感器、消弧线圈等设备的铁损、电缆和电容器介质损失以及电晕损失；不明损耗：计量装置误差、电表的抄录错漏及时间误差、供用电过程中的跑电、漏电、违章用电（窃电）等。可变损耗为电流通过该电阻单元中引起（正比于电流二次方，损耗随电流增大而增大。不变损耗值的大小不与电流变化有关，只要设备带有电压就会有电能的消耗。一般工作在某一电压下，这个损失就固定了。
（二）按线损的性质分类
此方法能够将线损分为技术线损、统计线损和管理线损三大类：技术线损：不变线损与可变线损；统计线损：电能表指数计算、总供电量与总售电量之间的差值；管理线损：管理不善和失误等原因造成的线损、设备误差和抄表时间不一。
二、改进前推法
用实时数据计算，准确度高，以线路实际情况为基础条件，无假设条件。
（一）总体设计思路
本方案根据配电网现有的数据采集条件，以各末端负荷节点实际负荷情况已知为前提，提出一种结合实测数据进行理论线损计算的方法。本方法计算条件为末端负荷点功率及电压已知，进一步对上一级节点进行计算。经过计算获得了与末端节点同类型的负荷数据，并且得出两点之间线路的电能损耗。按照相似的计算过程，依次前推对配电网各节段逐个求解。
（二）算法的基本原理
配电网线路的各节段中远离电源的一端，若该点的详细功率情况及电压为已知，并且有该节段的阻抗参数，则根据改进前推法可以精确计算出近电源端的负荷数据，同时得到该节段上的线损值。
（三）算法的理论基础
回代过程：起初时，整个配电网各段线路电压保持相等，忽略线路压降。由最末端负荷功率开始向线路始端计算，整个过程，只要求分别计算出各个节段的功率损耗与电流情况，最终获得母线出口处功率；
前推过程：以上一步计算结果为条件，结合母线始端电压，开始朝配网末端依次求出各个节点的电压。
将以上两步多次计算，以规定的各负荷点功率数值偏差为停止信号。用经典的前推回代法进行线损计算，有多次前推回代过程，计算量大而且必然要考虑收敛性问题，这给线损计算带来了不便。为了解决这些问题，需要对该方法进行改进。
我国配电网一般为闭环设计、开环运行结构，节点多、分支多、网络结构复杂。从电源点到各供电节点在拓扑结构上为辐射状结构。改进前推法针对这样的配电网结构，在已知最末端负荷节点的有功功率、无功功率、电压有效值的前提下，由末端节点向上一层节点推算功率损耗和电压变化，以此向始端逐段计算。这样一次前推计算就可以得到各段线路的功率损耗和各节点电压，避免了重复计算。
（四）变压器损耗
配电变压器电能损耗由固定损耗和可变损耗两个计算部分组成。固定电能损耗的计算公式是：
其中：，第配电变压器额定空载损耗（）；运行时间（h）；配电变压器台数。
可变电能损耗的计算公式是：
式中：、…分别为1、2、…n台配电变压器的额定短路损耗，KW。、、…分别为第1、2、…m台配电变压器的负荷率；T，运行时间（h）。
需要的数据：
线路阻抗参数，负荷节点的有功功率、无功、电压有效值，低压母线侧的电流实测值，变压器的参数。
三、10kV电网损耗分析
以某地10kV电网为例，由于10kV配电网节点、分支线和元件较多，并且一些元件不具备测录运行参数的条件，因此精确计算10kV电网线损困难，以满足实际计算精度为前提，该次理论计算10kV电网采用了改进前推法进行计算。该次线损理论计算中10kV电网线损率为3.01%，分压损失占比达到了34.12%，在各电压等级中最高，说明该电压等级是重损层。造成这种现象的原因较多，如高损耗设备多、供电半径大、线径小、无功补偿不足等，10kV是需要重点考虑降损的电压等级。对线路进行改造升级，优化电源布点是降低损耗的有效手段。
该次理论计算中，损失电量占比均随供电量占比变化，趋势相同。10kV供电量与同期相比下降了2.71%，各地区农网低压负荷主要为居民负荷、一般工商业负荷、农业排灌负荷等。居民负荷比重大的台区由于电量较小，表计损耗占比高，相对线损率偏高；一般工商业负荷比重大的台区由于电量大，配电变压器利用率高，所以线损率相对较低，但如果三相平衡调整不好，也会抬高台区线损率；农业排灌负荷比重大的台区，一般用户较少，台区的三相不平衡度低，台区线损率一般较低。
四、措施及建议
10kV电网为重损电压等级，10kV线路重损原因：一是线路投运时间长，出现老化现象，二是导线线径配合不合理，存在“卡脖子”现象，三是线路走径不合理，供电半径大，存在迂回供电情况。建议更换老旧设备，对重损线路升级改造，优化配电结构。
理论线损可以按照物理特性和逻辑关系分析一个电网的线损状况，可以分析电网线损的变化趋势和重损原因，通过应用改进前推法对某地电网理论线损计算结果的分析，挖掘降损空间，提出具有针对性的改造、升级建议，可以对电网的发展建设提供重要理论支撑。
参考文献
[1]孙博.配电网线损分析及其应用研究[D].吉林大学，2016.
[2]吕嘉媛.改进配电网线损计算方法的几点建议[A].《决策与信息》杂志社、北京大学经济管理学院.“决策论坛――经营管理决策的应用与分析学术研讨会”论文集（下）[C].《决策与信息》杂志社、北京大学经济管理学院：，2016：1.
电压表设计论文范文6
在对动力蓄电池组（以下简称电池组）进行充放电时，要求其充放电电流纹波小，在短时间内达到稳定，这样才能保护电池，延长电池的使用寿命[1,2]。而电池组具有内阻小，本身具有反电动势等特点，较小的电压波动也会引起大的电流纹波。充电机使用电压型整流器充电时，即使整流器输出的电压纹波含量能够达到要求，输入电池组的充电电流也会有较大的纹波。假设充电器输出的电压为U0，电池组反电动势为E0，内阻为r0（r0<<1Ω且电池比容量越大，内阻越小[3]），则电池组的充电电流I0为I0=(U0?E0)/r0。例如，一组200V蓄电池组，内阻为0.3Ω，充电装置输出电压的谐波含量为0.5%那么，输出电流的总谐波含量为：(200×0.5%)÷0.3A=3.33A，若此时要求充电电流为30A，则输出电流的谐波含量11.1%。此外，由于电压型PW整流器是升压电路，因此用于电池充电时需要另加斩波电路降压，增加了系统的复杂性和开关损耗。电流型PWM整流器是降压电路，可以输出恒定的直流电流，适用于电池组充电，但是受直流侧储能电感限制，难以大容量化，这限制了它在包括电池组充电等领域的应用[4]。为了限制输出电流谐波含量，必须在整流器的直流侧设置滤波器，以减少充电电流的纹波比，延长电池组的使用寿命。文献[5]针对切比雪夫滤波器在阻带内的衰减有较快的增长速率的优点，讨论了切比雪夫滤波器在相控整流直流滤波器中的应用，而且避免了普通的滤波器级联造成谐振的可能，但是并未针对其他类型滤波器在此类应用展开讨论和比较。而本文通过大量的研究发现，当截止频率处对应衰减较大时，虽然巴特沃斯滤波器比切比雪夫型需要更多的阶数，但是其响应速度和滤波效果在一定条件下却优于切比雪夫滤波器，而这一优点在滤波器所需的阶数较小（如3阶时）尤其突出，因而更加符合电流型PWM直流滤波器设计的需要。设计滤波器的主要原则是频率响应和响应时间。滤波器按照两端联接系统阻抗的匹配情况，可分为匹配型滤波器和非匹配型滤波器。平时文献涉及的滤波器多是匹配型滤波器，而二者传输特性仅相差一个固定的平坦衰减值。因此理论分析时，为了不失一般性，本文首先以匹配性滤波器设计为例以频率响应和响应时间为主要依据，对这两种滤波器的滤波特性进行综合的比较。然后根据我国配电网系统阻抗和电池组阻抗之间的关系，设计了非匹配型巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器的参数并进行了仿真和实验的验证。
2巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器比较
按照低通滤波器的衰减特性，可以分为巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、考尔参数滤波器和一般参数滤波器。后两类滤波器要求元件严格符合设计值，而且为了达到设计的目的所需的阶数都较高这为滤波器的实现带来了困难[6]，因此本文仅针对巴特沃斯和切比雪夫滤波器的输出特性进行讨论。
2.1巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器简介巴特沃斯滤波器又称最平响应滤波器，在靠近零频率（直流）处具有一个最平通带，其平坦度随着阶数的增大而增大。趋向阻带时，衰减单调增大，在ω=∞上出现无限大值。其衰减特性如图1a所示。当截止频率为ωp时，其传输函数的模平方和衰减分别为切比雪夫滤波器的特点是，通带内衰减在零值和所规定的上限值之间做等起伏变化；阻带内衰减单调增大，在ω=∞上出现无限大值。其传输函数的模平方和衰减分别为
2.2相同衰减特性时阶数的确定首先研究一下当Ω很大时，巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器的衰减特性。由式（2），若Ω1，则巴特沃斯滤波器衰减近似为由上式可知切比雪夫滤波器的衰减特性渐进于由起始值6(n?1)+20lgε开始，按每倍频程6ndB的速率上升的直线。且假设通带最大衰减为Ap，两滤波器有共同的表达式p20.1101Aε=?巴特沃斯滤波器阶数选取公式
3PWM整流器直流滤波器分析
3.1滤波器阶数的选取当整流器为电流源型PWM整流器时，其输出充电电流的谐波含量与整流变压器输出电压U0、调制比m、直流侧储能电感L、电池内阻r0以及电池端电压E0有关，当U0、r0和E0已定，PWM整流器输出电流谐波随着m的增大而减小。考虑极端的情况，假设oU/3=150V，电池端电压为E0=48V（根据目前实验室已有的条件，模拟4节12V/150A的串联电池组），r0=0.3Ω，直流侧储能电感为3mH，则按照10h率充电的原则，调制比应设在0.23左右，输出电流谐波含量为14.5%。因为PWM整流器输出谐波主要为高次谐波且与开关频率k有关[7]。按照2.1.1节方法，重新设计滤波器阶数，则巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器的阶数都为3。
3.2相同阶数时两类滤波器比较分析同为3阶时巴特沃斯和切比雪夫滤波器的响应时间。根据文献[8]，我国低压电网的阻抗值远大于动力蓄电池组的阻抗值，因此设计按匹配型滤波器设计充电机的直流滤波器会影响滤波效果，缩小输出电流的可调范围。按照非匹配型滤波器设计，并根据系统电压可近似看作恒定不变的特点，以恒压源激励的非匹配型滤波器设计两类三阶的滤波器。恒压源激励的三阶巴特沃斯和切比雪夫滤波器拓扑结构相同，如图2所示。参数见表1。系统的响应时间可近似由其阶跃响应得到。因为电池充电时滤波器两侧都有电源，将图2所示结构滤波器看作是由端口N1和N2构成的含源双端口网络，很容易写出当N1激励为U1，N2激励为E1时，N2电流I2对U1和E1的响应为当电池组内阻为0.3Ω，Ap取1～10之内的整数时巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器的参数见表1。其中电感的单位为毫亨，电容的单位为微法。将表1的数据代入式（7）求拉氏反变换即可求出其阶跃响应。理论上说两滤波器的阶跃响应都是趋于无穷远处的减幅振荡，为了比较两滤波器的响应速度，认为振荡幅值小于稳定值的0.1%时即达到稳态，则系统响应时间见表2响应时间对应数据。
4仿真验证
4.1电流型PWM整流器滤波基于Matlab环境按照图2所示搭建电池充电系统，其中整流器选择电流型PWM整流器。因为电流型PWM输出电流谐波含量与整流变压器输出电压U0、调制比m、直流侧储能电感L、电池内阻r0以及电池端电压E0有关，论文仅讨论其他因素一定，调制比较低时的滤波效果（此时输出谐波含量较高）。此时仿真系统内参数设置为，整流变压器输出相电压为150V，直流储能电感为3mH，电池内阻为0.3Ω，端电压为48V，按照20A充电，m=0.23。将表1数据分别代入该系统的滤波器，仿真比较巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器输出的滤波波形及其滤波效果。计算出相对于直流的谐波畸变率。因为滤波后各次谐波含量基本在0.5%以下，为了便于观察谐波分布情况，图中将基波含量略去不显示。计算结果见表2。限于篇幅，本文仅给出当Ap=5时，电流型PWM整流器输出电流波形，如图3所示。从表2和图3可以看出，当滤波器的阶数为3时，巴特沃斯滤波器的滤波效果和响应时间，整体输出性能要优于切比雪夫滤波器，因而更加适合于电流型PWM整流器直流侧滤波器的设计。
4.2三阶滤波器与滤波电感的比较因为直流侧电感的取值是限制电流型PWM整流器应用的一个关键因素，根据文献[10]，要达到电池充电低纹波的要求，电感取40mH。因此本文设计了当直流侧仅用40mH电感滤波的电路，与Ap=5时巴特沃斯滤波器的滤波效果进行比较，仿真波形如图4所示。由图4可以看出，稳态时电感两端压降达到212V，而滤波器仅为60V。因为本文仿真所用为理想元件，因此对输出电流几乎没有影响，但是实际上电感元件是有内阻的，如此大的压降必定会产生巨大的损耗，这直接造成了能源的浪费。如果将滤波电感的内阻设为0.14Ω，则充电电流仅为15.6A（此部分在实验部分有进一步的验证）。因为电感滤波响应时间较慢，因此论文选取1.98～2s间的数据进行分析，当以直流为基准时，计算输出电流谐波含量，电感滤波计算结果为0.5710，滤波器计算结果0.3492，而且三阶滤波器的响应时间明显少于电感滤波的响应时间。仿真表明，无论对电感的需求还是实际滤波效果，三阶滤波器的效果要优于电感滤波。
5实验论文进行了三方面的实验验证：首先根据同一输出特性，设计了相同阶数和拓扑结构的巴特沃斯和切比雪夫滤波器进行滤波实验，验证两组滤波器在相同要求下各自不同的输出特性；然后在开环情况下，通过改变PWM整流器的占空比m改变输出电流的数值，以验证巴特沃斯滤波器的响应速度和稳态性能；最后进行了纯电感滤波和采用三阶滤波器滤波时，滤波电流响应速度和稳态性能的比较，验证三阶滤波器在响应速度和减小损耗两方面的优点。
5.1两滤波器输出特性比较图5所示为当Ap=3时，巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器滤波前后电流波形以及滤波后电流频谱分析的结果。其中图5a和图5b是两滤波器滤波前后电流的对比，上半部分为滤波器输入电流，下半部分为滤波器输出电流，图5c和图5d是将数字滤波器DL1600采集的电流数据进行频谱分析后的结果。因为滤波后谐波含量较小，含量最大的为0.3%，因此显示时略去了柱状图中表示直流电流含量的部分，以便观察。由实验波形可以看出，两滤波器在稳态的滤波效果是满足滤波要求的，切比雪夫滤波器因为在阻带有较高的衰减增长速率，因而稳态滤波效果优于巴特沃斯滤波器。但是切比雪夫滤波器的传输函数在阻带内有等波纹的衰减，而巴特沃斯滤波器在阻带内衰减是平坦的，两者的传输特性决定了在相同的设计要求下，切比雪夫滤波器的响应速度比巴特沃斯滤波器要慢得多。为了增加直流侧滤波器频率较低谐波的衰减，需要增大Ap取值，这将增加切比雪夫滤波器的响应时间。在实验中切比雪夫滤波器需要120ms达到稳态，而巴特沃斯滤波器仅需40m即可达到稳态。
5.2巴特沃斯滤波器的响应特性在开环情况下通过改变调制比m改变输出电流I0，以验证滤波器的综合性能。调制比m数值由0.40.70.40.7，实验结果如图6所示。其中图的上半部分是滤波前的电流的波形，图的下半部分是滤波后的波形。限于篇幅略去了FFT的分析结果。经计算总谐波含量均小于0.5%。实验表明滤波器具有良好的滤波效果和响应速度。
5.3电感滤波与三阶滤波器的比较图7所示为电池端电压12.8V，变压器输出35V，直流侧采用三阶巴特沃斯滤波器和仅采用40mH电感滤波的实验波形。由于电感滤波时，PWM整流和电感是串联电路，因此无法进行滤波前后波形对照。但是因为图7a和图7b中除了滤波元件外，其他实验条件完全相同，因此电感滤波前的波形可以参考图7a中滤波前的波形。二者输出电流的频谱分析如图7c和图7d所示。从实验结果可以看出，三阶滤波器滤波电流频谱中6次及以上的谐波含量非常小。这是因为滤波器设计时以6次为阻带频率的起点；大于6次的谐波对应的衰减是按照频率的增大单调上升的直线。谐波次数越高，对应的衰减越大，因而6次及以上的谐波得到了很好的抑制。而电感滤波虽然对于最高次谐波的滤除效果接近三阶滤波器，但是总的谐波含量要大得多，这是因为电感滤波仅仅是利用元件“恒流”的原理减小电流纹波的缘故。因此三阶滤波器虽然所用两个电感远小于电感滤波时需要的电感值，但是滤波效果和响应速度要优于电感滤波。由实验还可以看出，由于电感的压降远大于滤波器压降，其损耗大于三阶滤波器，因此在相同的条件下，其输出电流仅为滤波器滤波的80%。用电桥法测量电感的内阻为0.14Ω，此结果进一步验证了仿真的结论。本实验证明，电流型PWM滤波器直流侧采用三阶巴特沃斯滤波器后，选用较小的电感值就能输出相对恒定的电流（谐波含量小于0.5%），达到大电感才能达到的滤波效果。而且由于滤波器两端的压降小于纯电感，因此损耗较小，能够输出更大的电流。
5.4实验误差分析分析实验结果，主要存在滤波电感的损耗和交流电压三相不平衡对实验结果造成的影响。（1）虽然实验结果可以达到低纹波的要求，但是其效果低于仿真预测。利用双桥法测量本实验用的电感，其电阻为0.1Ω左右。如同文献[5]验证，电感阻抗会影响滤波器的稳态滤波效果，是造成实验结果与仿真结果之间偏差的主要原因之一。但是动力蓄电池组充电电流在几十安至几百安[11]，所需电感导线直径较粗，直流电阻很小，对滤波器的传输特性造成的影响可以忽略不计。因此本文设计的滤波器可以满足实际电池组充电需要。（2）稳态电流的频谱中有大量的2次谐波存在。测量电源的三相电压，发现实验用电源存在三相不平衡的现象，而且三相电压均含有一定的3次谐波，这对实验的结果产生了一定的影响。研究表明三相不平衡时三相电流型PWM整流器直流电压会产生6、12、18等6的整数倍的特征谐波和2、4、8、10等次的非特征谐波。直流电压谐波导致整流器产生直流电流谐波，直流电流谐波通过PWM反过来又会影响整流器的交流电流波形，即三相电流型PWM整流器直流侧n次谐波电流经PWM控制后，将在整流器交流侧产生n+1次谐波电流[10]。对于电网电压不平衡状态下，可以通过对三相电流型PWM整流器适当的控制抑制2次谐波，目前已有针对电压型PWM的抑制直流侧2次谐波的研究[12,13]，但适用于电压型PWM整流器的方法有待于借鉴到电流型PWM整流器中。本文拟将这个问题作为后续问题继续展开深入的讨论和研究。
