配電網(wǎng)中理論線損計算方法及降損措施的研究設(shè)計方案

陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 共 47 頁 1 配電網(wǎng)中理論線損計算方法及降損措施的研究設(shè)計方案 1 配電網(wǎng)理論線損計算簡介 配電網(wǎng)理論線損計算是對電能在輸送和分配過程中各元件產(chǎn)生的電能損耗進(jìn)行計算及各類損耗所占比例，確定配電網(wǎng)線損的變化規(guī)律。配電網(wǎng)線損是電力部門一項綜合性的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)，是國家考核電力部門的一項重要指標(biāo)。多年來，隨著配電網(wǎng)理論線損計算理論、方法和技術(shù)的不斷豐富，人們研究出各種不同的計算方法，計算精度達(dá)到較高水平。但由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、參數(shù)多樣性和資料不完善以及缺乏實時監(jiān)控設(shè)備等因素，準(zhǔn)確計算配電網(wǎng)理論線損比較困難，一直是個難題。 為解決這一難題，眾多科研工作者從理論到實踐不斷深入研究配電網(wǎng)理論線損計算方法，希望研究出更加適合配電網(wǎng)理論線損計算的新方法，更加快速、準(zhǔn)確地計算配電網(wǎng)理論線損，滿足電力部門配電網(wǎng)線損的分析和管理需要。 配電網(wǎng)理論線損計算方法從二十世紀(jì)三十年代就有國外學(xué)者開始研究，研究電能在配電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的損耗量，分析各元件產(chǎn)生電能損耗的原理，建立數(shù)學(xué)模型。隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，以計算機(jī)為輔助工具，加速各種計算方法的研究和發(fā)展，計算精度逐步提高，逐步應(yīng)用于工程實際。到二十世紀(jì)后期，各 種配電網(wǎng)理論線損計算方法已經(jīng)成熟，開始廣泛應(yīng)用于各級配電網(wǎng)理論線損計算實際工作中，取得了很好的效果。近幾年來，隨著配電網(wǎng)系統(tǒng)的迅速發(fā)展，配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加趨于復(fù)雜化，為配電網(wǎng)理論線損計算增加了難度；配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)逐步應(yīng)用，加強(qiáng)配電網(wǎng)的監(jiān)控，各種數(shù)據(jù)采集變得容易，為配電網(wǎng)理論線損計算提供豐富的運(yùn)行數(shù)據(jù)資料，正是由于以上兩個方面，需要研究新的更加適合于目前配電網(wǎng)實際情況的理論線損計算方法，從而推動計算方法研究不斷深入。 目前，國內(nèi)外發(fā)表的配電網(wǎng)理論線損計算方法的文獻(xiàn)很多，其采用的計算方法和計算結(jié)果的精度也各有不 同，綜合起來主要有以下幾種類型。 傳統(tǒng)的配電網(wǎng)理論線損計算方法，主要分為兩類，一類是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)主要損耗元件的物理特征建立的各種等值模型算法；一類是根據(jù)饋線數(shù)據(jù)建立的各種統(tǒng)計模型。傳統(tǒng)等值模型計算方法中按計算精度又分為兩類，一類是計算精度較低的簡化近似法；一類是計算精度高的精確計算方法。 10均電流法 (形狀系數(shù)法 )、最大電流法 (損耗因數(shù)法 )、最大負(fù)荷損耗小時法、等值電阻法等，低壓配電網(wǎng)等值模型計算方法如等值電阻法、電壓損失法、臺區(qū)損失 率法等，這類方法是典型的傳統(tǒng)等值模型計算方法中比較粗略的簡化近似法，計算精度不高，不便于降損分析，但由于需要的數(shù)據(jù)資料少，計算方法簡單，便于計算機(jī)編程，計算精度能夠滿足工程要求，所以在實際工程中廣泛應(yīng)用；潮流法是典型的傳統(tǒng)等值模型計算方法中計算精度高的精確計算方法，計算精度高，能夠精確計算配電網(wǎng)理論線損，但由于配電網(wǎng)結(jié)果復(fù)雜，表計不全，運(yùn)行參數(shù)無法全部收集，或者網(wǎng)絡(luò)的元件和節(jié)點數(shù)太多，運(yùn)行數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的收集、整理很困難等陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 共 47 頁 2 因素，無法采用潮流方法，所以在實際工程中很少應(yīng)用。概率統(tǒng)計模型是一種統(tǒng)計模型，分為配電線路概率統(tǒng)計模型和配電變壓器概率統(tǒng)計模型，是一種簡化計算模型，需要的數(shù)據(jù)資料少，在計算配電線路和配電變壓器等值電阻方面，只需要配電變壓器容量、數(shù)量等較少參數(shù)就可以計算，這種計算方法是基于概率統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，因此計算精度低，很少在實際工程中應(yīng)用。 近年來，隨著各項科學(xué)技術(shù)和各種理論迅速發(fā)展，配電網(wǎng)理論線損計算方法研究也取得了很大的進(jìn)展，新的計算方法不斷出現(xiàn)，這些方法為配電網(wǎng)理論線損計算方法的研究提供了有力的工具，拓寬了新思路。新發(fā)展起來的配電網(wǎng)理論線損計算方法主要有：潮流改進(jìn) 算法、遺傳與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合算法、模糊識別算法等。 對配電網(wǎng)理論線損計算，在對精度要求較高的場合下，多彩用潮流計算的方法，提高計算精度。傳統(tǒng)的潮流計算方法有牛頓法、 效節(jié)點功率法、損耗累加法等，由于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、負(fù)荷節(jié)點數(shù)量多、運(yùn)行數(shù)據(jù)收集不全、數(shù)據(jù)整理困難等因素，傳統(tǒng)的潮流法很難采用。 基于這種情況，部分學(xué)者對潮流算法中的部分算法進(jìn)行了深入研究并加以改進(jìn)，形成新的算法，主要有改進(jìn)迭代法、前推回推區(qū)間迭代法、匹配潮流法等。 迭代法是一種非線性方程組求解方法，將其應(yīng) 用于潮流法，求解潮流方程，在求解過程中，在初始條件參數(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次迭代，達(dá)到收斂條件，停止迭代。改進(jìn)迭代法和前推回推區(qū)間迭代法是對常規(guī)迭代法進(jìn)行改進(jìn)。 改進(jìn)迭代法根據(jù)配電網(wǎng)得實際情況和網(wǎng)絡(luò)特點，充分利用現(xiàn)有運(yùn)行參數(shù)，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的鏈表技術(shù)和“前推回代”潮流算法結(jié)合起來，運(yùn)用于配電網(wǎng)理論線損計算。這種算法重要特征是引入鏈表技術(shù)“節(jié)點雙親孩子兄弟鏈表”，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點與支路得關(guān)聯(lián)關(guān)系，由動態(tài)指針將網(wǎng)絡(luò)中得各節(jié)點鏈接起來而形成鏈表。以此鏈表為基礎(chǔ)，由“前推回代”潮流算法求得配電網(wǎng)潮流分布，進(jìn)而求得線損及 其分布。此算法在處理負(fù)荷時依然使用電力網(wǎng)電能損耗計算導(dǎo)則中的簡化方法處理，影響計算精度。 前推回推區(qū)間迭代法是建立在數(shù)據(jù)區(qū)間概念基礎(chǔ)之上。數(shù)據(jù)區(qū)間是屬于數(shù)學(xué)范疇，用來求解問題的未知解所在的范圍或求取區(qū)間解。在實際工程中，當(dāng)一個問題的原始數(shù)據(jù)不能精確地被知道，而只知其包含在給定的界限范圍內(nèi)，或者原始數(shù)據(jù)本身就是一個區(qū)間而非某個點值時，就可以用這一方法求解。傳統(tǒng)的迭代法屬于點迭代法，如牛頓法，負(fù)荷和其它參數(shù)是用一個數(shù)值，而不是用一個數(shù)值的范圍即區(qū)間來表示，求解都是系統(tǒng)的瞬時狀態(tài)，不符合實際。前推回推區(qū)間迭代 法正是使用負(fù)荷和參數(shù)變化區(qū)間來表示，不但可以處理具有不確定性的點信息，而且可以方便地求解給定時間段上系統(tǒng)狀態(tài)量的變化范圍，從而能更全面真實地反映系統(tǒng)的狀態(tài)。但這種計算方法在負(fù)荷處理上，采用區(qū)間方法定量描述缺乏量測的負(fù)荷變化，只利用變壓器容量信息，并沒有考慮實際配電網(wǎng)中的少數(shù)自動化量測信息及典型用戶的變化規(guī)律，使得計算的理論線損結(jié)果的有效性和合理性不夠充分。 匹配潮流法是以潮流法為基礎(chǔ)，以配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)為前提進(jìn)行理論線損計算的。匹配潮流法主要是如何確定配電網(wǎng)各節(jié)點負(fù)荷功率。在獲取節(jié)點負(fù)荷功率后，在求 解潮流時，用線路量測冗余信息來修正配電網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷，從而使潮流解更趨于合理，收斂性好，數(shù)值穩(wěn)定性好，計算效率高 (陳得治等， 2005)。匹配潮流法將配電網(wǎng)理論線損計算范圍擴(kuò)展到支路損耗，而不向其他計算方法是將整體饋線作為計算對象，有利于幫助運(yùn)行人員考察配電網(wǎng)局部理論線損值及變化情況，制定降損措施。該方法很好地考慮了目前配電網(wǎng)的實際情況，有普遍性，適合城市配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但在配電網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷功率獲取方面，一是依賴配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實時量測信息，條件苛刻，二是對于沒有實時量測信息的配電網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷功率，則節(jié)點負(fù)荷功率的獲取 依然采用傳統(tǒng)的方法，仍需要進(jìn)一步研究。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (合算法 自二十世紀(jì)九十年代以來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ 量開創(chuàng)性應(yīng)用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性一方面體現(xiàn)在它的自學(xué)習(xí)能力，自動發(fā)現(xiàn)和把握事物發(fā)展的規(guī)律；另一方面 有很強(qiáng)的非線性映陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 47 頁 3 射功能，可以把學(xué)習(xí)到的復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立成具有豐富內(nèi)涵的網(wǎng)絡(luò)模型。常用的 用一個簡單的三層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，就能實現(xiàn)從輸入到輸出間非線性映射任何復(fù)雜函數(shù)關(guān)系。 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (優(yōu)點，國內(nèi)外部分學(xué)者開始 提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法來計算配電網(wǎng)理論線損方法。這種模型算法正逐漸成為配電網(wǎng)理論線損計算方法研究的新熱點，為配電網(wǎng)理論線損計算提供了新思路。但到目前為止，國內(nèi)外利用 行配電網(wǎng)理論線損計算的研究仍處于理論探索階段，各種文獻(xiàn)確定的模型機(jī)理無法讓人信服，計算效果不是十分明顯，在實際應(yīng)用中不成熟。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (由多個神經(jīng)元連接而成，用以模擬人腦行為的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它通過學(xué)習(xí)獲得合適的參數(shù)，用來映射任意復(fù)雜的非線性關(guān)系。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)功能和處理輸入輸出變量間非線性關(guān)系的能力，以及較短的計算時 間。但是，應(yīng)用單一的 算線損的最大缺點就在于確定適于線損計算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和算法中的具體參數(shù)時，都是靠反復(fù)試驗確定的，沒有規(guī)則可循。這不僅浪費時間，而且很難保證設(shè)計出的用于線損計算的 基于上述原因，部分學(xué)者引入遺傳算法 (現(xiàn)有對 不適用于線損計算。部分研究人員又對 一步改進(jìn)，并于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (結(jié)合，研究新的算法。遺傳算法 (一種參數(shù)搜索算法，主要應(yīng)用于優(yōu)化計算。引入遺傳算法 (目的是使用 優(yōu)化后的 適應(yīng)能力，構(gòu)造出進(jìn)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最后應(yīng)用優(yōu)化的 擬合影響線損的特征參數(shù)與線損之間的復(fù)雜關(guān)系，建立適合配電網(wǎng)線損計算的新模型，從而獲得了比傳統(tǒng)配電網(wǎng)理論線損計算方法和單一使用 型方法更好的計算效果，其計算精度分別提高了 16倍和 4倍。 對于一個具體的配電網(wǎng)線損理論計算工程來說，用于理論線損計算的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研制需要相當(dāng)長時間的原始資料積累、學(xué)習(xí)樣本的選擇、訓(xùn)練和模型修正，才能確定配電網(wǎng)理論線損與特征參數(shù)之間的復(fù)雜關(guān)系，研制過程復(fù)雜，從研制到實用的周期較長。 可以預(yù)見，作為一門 新興的交叉學(xué)科，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為揭示復(fù)雜對象的運(yùn)行機(jī)理提供了一條新途徑，將有更多的學(xué)者將其應(yīng)用于配電網(wǎng)理論線損計算方法的研究中，研制出符合配電網(wǎng)線損理論計算的新算法。 模糊理論是在美國加州大學(xué)伯克利分校電氣工程系的 授于 1965 年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊邏輯控制等方面的內(nèi)容。 20 世紀(jì) 20 年代至 80 年代，模糊理論處于不斷理論探索階段，逐步完善。 20 世紀(jì) 80年代后開始，模糊理論開始與實踐相結(jié)合，研制有實際意義 的模糊邏輯控制器。模糊識別技術(shù)在自動控制等領(lǐng)域有著較為深入研究和應(yīng)用。事實上，模糊理論應(yīng)用最有效、最廣泛的領(lǐng)域就是模糊邏輯控制，模糊邏輯控制在各種領(lǐng)域出人意料的解決了傳統(tǒng)控制理論無法解決的或難以解決的問題，并取得了一些令人信服的成效。 基于此，在配電網(wǎng)理論線損計算模型中，引入模糊識別技術(shù)。該方法采用模糊理論中的模型識別原理對支路電流的分配進(jìn)行修正，使計算結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，即理論運(yùn)行狀態(tài)盡可能接近實際運(yùn)行狀態(tài)，提高了線損計算的精度。但該方法在對電流大小及變壓器負(fù)荷率的大小進(jìn)行模型判別時，隸屬函數(shù)的選擇較難，在實 際應(yīng)用中較困難。該方法引入模糊識別技術(shù)，雖然尚處于理論研究階段，但開拓了新思路，需要進(jìn)一步深入研究。 目前，對于配電網(wǎng)理論線損計算方法，結(jié)合配電網(wǎng)實際情況，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的理論研究，達(dá)到了較高的水平，部分計算方法已投入實際應(yīng)用，取得了較好的結(jié)算結(jié)果。 對發(fā)、供電企業(yè)來說，降低電能損耗，就意味著節(jié)約能源，增加經(jīng)濟(jì)效益。目前，供電企業(yè)在配電網(wǎng)理論線損計算方面開展較少，特別是 壓配電網(wǎng)，幾乎沒有開展理論線損計算，基本是以電量為數(shù)據(jù)，通過簡單的線損率計算公式計算，計算方法原始，不能計 算出理論線損，不能開展科學(xué)的降損分析，不能制定出合理的降損措施，這種狀況即跟不上科學(xué)技術(shù)發(fā)展的步伐，也不能陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 47 頁 4 滿足電力部門的要求。 有鑒于此，針對縣市供電企業(yè)配電網(wǎng)理論線損計算問題，結(jié)合配電網(wǎng)的實際情況，對配電網(wǎng)理論線損計算方法進(jìn)行研究，研究出一種需要數(shù)據(jù)資料少、計算速度快、計算結(jié)果精度高的計算方法。 因此，本論文的主要研究內(nèi)容如下： 分析其特點； 2 配電網(wǎng)理論線損計算的研究 配電網(wǎng)理論線損計算是根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)來計算配電網(wǎng)理論線損，所以配電網(wǎng)理論線損計算工作研究的對象是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本固定、負(fù)荷實時變化的配電網(wǎng)，根據(jù)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和負(fù)荷類型需要采用適當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ê陀嬎隳Ｐ停嬎愠雠潆娋W(wǎng)理論線損。因此其特點如下： 由于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，負(fù)荷功率性質(zhì)的多樣性，負(fù)荷功率實時變化性，外部環(huán)境條件不確定性，要完全準(zhǔn)確計算出配電網(wǎng)理論線損實際是不可能的，無論采用哪種計算 方法和計算模型，只能是盡力作到理論運(yùn)行狀態(tài)盡可能接近實際運(yùn)行狀態(tài)，使計算結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，近似于實際值。 傳統(tǒng)的配電網(wǎng)理論線損計算方法，由于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，各節(jié)點沒有監(jiān)測設(shè)備，在計算理論線損過程中，都要假設(shè)一定的條件來簡化計算，在假設(shè)條件的基礎(chǔ)上，確定計算模型。由于假設(shè)條件的存在，使計算結(jié)果誤差大，精度低，或高于實際值，或低于實際值。但這種假設(shè)條件并不是沒有實際意義、毫無根據(jù)的憑空假設(shè)，而是建立在一定理論基礎(chǔ)之上的，是必要的。 正是由于配電網(wǎng)理論線損計算的近似性和條 件性，所以在進(jìn)行配電網(wǎng)理論線損計算過程中，結(jié)合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷情況以及假設(shè)條件，對同一配電網(wǎng)進(jìn)行理論線損計算可以有不同的計算方案，選擇不同的計算模型。 在對配電網(wǎng)進(jìn)行理論線損計算時，首先要了解配電網(wǎng)理論線損計算的內(nèi)容和要求，對配電網(wǎng)分壓、分線、分臺區(qū)進(jìn)行分類，明確不同的類別的配電網(wǎng)理論線損計算范圍、計算內(nèi)容和計算要求。 根據(jù)配電網(wǎng)理論線損計算的內(nèi)容與要求，搜集進(jìn)行配電網(wǎng)進(jìn)行理論線損計算所需要的各種資料。首先要搜集有關(guān)配 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的接線圖、結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等資料，盡量齊全。對收集到的資料進(jìn)行分析和加工整理，對資料中的數(shù)據(jù)去偽存真，提高資料的準(zhǔn)確度。 配電網(wǎng)資料的齊全與準(zhǔn)確是影響配電網(wǎng)理論線損的重要因素 (楊秀臺， 1985)，因此要對收集到的配電網(wǎng)資料，如配電網(wǎng)的單線接線圖、結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等資料進(jìn)行認(rèn)真分析。對于單線接線圖的結(jié)構(gòu)，區(qū)分是輻射狀還是環(huán)形結(jié)構(gòu)，在單線接線圖上導(dǎo)線、配電變壓器參數(shù)是否標(biāo)注齊全、正確，如果沒有特殊情況，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)一般不會發(fā)生變化，若由于改造等原因發(fā)生變化，應(yīng)在計算之前補(bǔ)充修 改，使之與實際相符；對于運(yùn)行數(shù)據(jù)，如以月為時間單位記錄的供電量、售電量等數(shù)據(jù)，陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 47 頁 5 應(yīng)分析數(shù)據(jù)的合理性，對于異常值進(jìn)行分析，找出異常值產(chǎn)生的原因，查明異常值是否合理。 根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷功率性質(zhì)可以選擇不同的計算模型。正確選擇計算模型是配電網(wǎng)理論線損計算中最關(guān)鍵的一步，選擇不同的計算模型、計算方法及假設(shè)條件，對于同一配電網(wǎng)線路或低壓臺區(qū)，可能得出不同的計算結(jié)果，準(zhǔn)確度各不相同，如果選擇不適當(dāng)，可能造成計算誤差過大，必要時可以選擇多個計算模型進(jìn)行計算，并對比計算結(jié)果，以供選擇。 目前，在配 電網(wǎng)理論線損計算實際工作中，常用的計算方法有多種，如均方根電流法、 平均電流法 (形狀系數(shù)法 )、最大電流法 (損耗因數(shù)法 )、等值電阻法、潮流法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等多種方法。各種計算方法均有其不同的特點和適用范圍，要根據(jù)計算的內(nèi)容和要求來選擇。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)理論線損計算方法研究有了較大的進(jìn)步，各種新的計算方法和模型不斷出現(xiàn)，并且對計算機(jī)的性能要求越來越高，依賴性越來越強(qiáng)。依據(jù)選擇的配電網(wǎng)理論線損計算模型，根據(jù)所掌握的資料數(shù)據(jù)，運(yùn)用計算軟件進(jìn)行計算，能夠獲得比較準(zhǔn)確的計算結(jié)果，獲 得更高的精度，更好的滿足供電企業(yè)對配電網(wǎng)理論線損計算結(jié)果和精度的要求。 根據(jù)所選擇的配電網(wǎng)理論線損計算模型得到的計算結(jié)果并不一定與實際值相符，這是由于所建立的計算模型是對實際情況的近似模擬，是用理論狀態(tài)來近似實際狀態(tài)，在計算過程由于數(shù)據(jù)資料不全、假設(shè)計算條件、計算模型精度等因素，必然產(chǎn)生誤差。因此，需要對計算結(jié)果進(jìn)行分析和評價，以確定計算結(jié)果是否可信。 配電網(wǎng)的電能損耗是網(wǎng)內(nèi)各元件電能損耗的總和 ,要計算電能在傳輸過程中產(chǎn)生的電能損耗 ,就必須掌握網(wǎng)內(nèi)各 元件的物理特性 ,并確定這些元件的數(shù)學(xué)模型。在 以下電壓等級配電網(wǎng)中 ,元件數(shù)量較大 ,每個元件的運(yùn)行數(shù)據(jù)具有一定的隨機(jī)性。根據(jù)配電網(wǎng)元件電氣特性及線損產(chǎn)生機(jī)理的不同 ,可將元件電能損耗分為 :變電、配電元件中導(dǎo)線電阻發(fā)熱損耗 ;變壓器鐵芯損耗 ;電纜線路、并聯(lián)電容器的介質(zhì)損耗 ;架空線路的電暈損耗 ;戶外絕緣子漏電損耗 ,以及二次回路、諧波損耗等。 二次回路包括測量、保護(hù)、信號、控制、監(jiān)視系統(tǒng)。其中用戶及變電站二次回路的損耗分別計入用戶電量及變電站的自用電量。除此之外 ,那些用于測量、保護(hù)、信號、控制、監(jiān)視的戶外以及環(huán)網(wǎng)柜、開閉所內(nèi)的損耗因所占比例較小可以忽略不計。 諧波對線損的影響是一個專門的研究領(lǐng)域 ,己超出了本文的研究范圍。在諧波治理和電能質(zhì)量管理要求的約束下 ,由于諧波產(chǎn)生的損耗很小 ,可以忽略不計。 電暈損耗及絕緣子的泄漏損耗 ,其損耗量的大小與絕緣子外形、絕緣材料及氣候條件等因素有關(guān) ,尚缺乏成熟的計算方法。因配電網(wǎng)中電壓等級較低 ,漏電損耗所占比例很小 ,故也忽略不計。 電線路導(dǎo)線損耗等值數(shù)學(xué)模型 電力線路的數(shù)學(xué)摸型是以電阻、電抗、電納、電導(dǎo)元件組成其等值電路 0以下電壓等級的線路 ,由于電壓較低 ,線路對地電納及電導(dǎo)的影響較小 ,故將其等值為由電阻、電抗元件組成的簡化等值電路 ,如圖 1 所示 . 圖 電線路等值電路 若通過某段線路的電流 I 穩(wěn)定不變 ,則在計算時段 T 內(nèi)產(chǎn)生的電能損耗為 : j w 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 47 頁 6 233 1 0 ( )A T I R k W h ( 若整條線路由多段參數(shù)不同的導(dǎo)線組成 ,則在計算時段 T 內(nèi)產(chǎn)生的線路電能損耗為 : 233 1 0 ( )i I R k W h (若已知通過線路的有功功率和無功功率 ,上式可改寫為 : 22 32 1 0 ( )im R k W (式中 : i 段線路在時間 T 內(nèi)的電流 (A); i 段線路在時間 T 內(nèi)的有功功率 ( 線路在時間 T 內(nèi)的無功功率 (第 i 段線路導(dǎo)線電阻 ( );線路總段數(shù) ;第 i 段線路平均線電壓 (T 為計算時段小時數(shù) (h)。 電變壓器繞組損耗等值數(shù)學(xué)模型 配電變壓器一般均為雙繞組變壓器 ,可用電阻、電抗、電導(dǎo)、電納元件組成的 T 形的等值電路來表示 ,如圖 2 所示 . 圖 變壓器的型“ ”等效電路 若通過變壓器 繞組的電流在計算線損時段 T 內(nèi) , 配電變壓器繞組產(chǎn)生的損耗 : 2 ()c u i K T k W （ 式中 : 第 A); 配電變壓額定電流 (A)。 電變壓器鐵芯損耗等值數(shù)學(xué)模型 配電變壓器的鐵芯損耗與其運(yùn)行電壓有關(guān) ,因此 ,在計算線損時段 T 內(nèi) ,配電變壓器的鐵芯損耗 : 12()a v lT f e O T k W （ 式中 : 第 i 臺變壓器的空載損耗功率 ( 1i 臺變壓器的額定電壓 ( 并聯(lián)電容器的等值電路由一個無損耗的理想電容器與電阻并聯(lián)而成 ,如圖 3 所示。 2 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 47 頁 7 圖 聯(lián)電容器等值電路 在交流電壓作用下 ,流過電容器的電流有兩部分 :有功電流 即 （ 電容器有功功率為 : 2 2 w C t g Q t （ 在計算線損時段 T 內(nèi)電容器有功功率損耗 : （ 式中 : i 組并聯(lián)電容器投入容量 (i 組并列電 容器介質(zhì)損失角正切值。 電纜線路除按架空導(dǎo)線計算線芯電阻損耗外 ,還應(yīng)計算絕緣介質(zhì)的電能損耗 ,其計算公式為 : 23 10D i i i w C t g L T k W h (式中 :第 i 條電纜平均運(yùn)行線電壓 (為電網(wǎng)電壓角頻率 (s); F/第 i 條電纜長度 ( 前述給出了元件損耗的計算模型 ,可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整個配電網(wǎng)線損的線損計算 每個元件上的運(yùn)行數(shù)據(jù)又具有隨機(jī)特性 ,所以收集這些運(yùn)行數(shù)據(jù)相當(dāng)困難 配電網(wǎng)線損計算方法是在盡量減少原始資料收集范圍的前提下 ,進(jìn)行足夠準(zhǔn)確的元件電能損耗計算。 第 8 頁 共 47 頁 8 圖 配電網(wǎng)示意圖 如圖 4 所示的配電網(wǎng) ,變電站 有兩條饋線 ,饋線首端經(jīng)過高壓降壓變壓器與供電網(wǎng)相連 ,末端經(jīng)低壓降壓變壓器與用戶相連 狀 ,一般以輻射型網(wǎng)絡(luò)連接若干臺配電變壓器 ,饋線與饋線之間除在樹根處 (饋線首端 )通過高壓母線相連外 ,沒有其它電氣聯(lián)系 故可以認(rèn)為饋線根節(jié)點的電壓是恒定的。因此 ,給定饋線根節(jié)點的電壓及沿線各負(fù)荷節(jié)點的負(fù)荷 ,此饋線的潮流分布就可完全確定?；谏鲜鎏攸c ,配電網(wǎng)的線損計算不再以全網(wǎng)為單位 ,而是以饋線作為基本單位 求出各段的功率損耗和電壓降落 ,得到各段在一定時間區(qū)域內(nèi)的電量損耗 ,從而確定整條饋線的線損分布 ,進(jìn)而通過 對饋線逐條計算以得到全網(wǎng)的線損 在進(jìn)行配電網(wǎng)線損計算時 ,需收集沿線各節(jié)點的負(fù)荷 ,但由于配電網(wǎng)節(jié)點數(shù)多 ,負(fù)荷在不同時段的變化又比較大 ,運(yùn)行數(shù)據(jù)根本無法全面收集。為盡量減少運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集量 ,同時又不影響線損計算精度 ,一般作如下假設(shè) : (1)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷曲線的形狀與首端相同。 (2)各負(fù)荷節(jié)點功率因數(shù)與首端相等。 (3)忽略沿線的電壓損失對能耗的影響。 (4)負(fù)荷的分配與負(fù)荷節(jié)點裝設(shè)的變壓器額定容量成正比 ,即各變壓器的負(fù)荷系數(shù)相同。 (一般把通過變壓器的視在功率與其額定容量的比值稱為負(fù)荷系數(shù) ) 論線損計算的含義 配電網(wǎng)理論線損計算是在已知配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷功率性質(zhì)等數(shù)據(jù)條件下，研究或選擇一種計算方法來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在滿足一定精度要求的條件下，計算一段時間內(nèi) (如一個月 )配電網(wǎng)的理論線損值。 目前，傳統(tǒng)和現(xiàn)代的配電網(wǎng)理論線損計算方法是基于兩種配電網(wǎng)參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)資料獲取情況和三種配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的開展理論線損計算方法理論研究和實際應(yīng)用的。在兩種配電網(wǎng)參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)資料獲取情況中，一種是以配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)；另一種是以供電企業(yè)綜合管理系統(tǒng) (取配電 網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和以調(diào)度自動化系統(tǒng) (配電網(wǎng)自動化系統(tǒng) (時采集、存儲的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。在三種配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，第一種是輻射狀配電網(wǎng)，如農(nóng)村配電線路；第二種變電 站 10k 母線 饋線 線 饋線 1#1 段 1#2段 1#3 段 1#5 段 1#4段 1 4 1#6 段 6 #7段 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 47 頁 9 是環(huán)狀配電網(wǎng)，如部分城市配電網(wǎng)，第三中是輻射狀與環(huán)狀相結(jié)合，屬于混合結(jié)構(gòu)，如部分城市配電網(wǎng)。由于黑龍江省縣市供電企業(yè)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)資料獲取方式的實際情況各不相同，普遍沒有實現(xiàn)配網(wǎng)自動化，所以在配電網(wǎng)理論線損計算過程中，應(yīng)結(jié)合配電網(wǎng)的實際情況進(jìn)行選擇負(fù)荷實際的計算方法。 均方根電流法是配電網(wǎng)理論線損計算的基本計算方 法，也是最常用的方法。均方根電流法的基本思想是，線路中流過的均方根電流所產(chǎn)生的電能損耗相當(dāng)于實際負(fù)荷在同一時間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗。其計算公式如下： 23A = 3 I 1 0t (式中： 為損耗電量（ ）； h）；為均方根電流A）。 均方根電流 242124 ( 式中：A）；A）。 若實測為ip、iQ、方根電流 22242172ii ( 式中：i i A）。 電能損耗計算公式如下： 222421 3A 1 024T ( 式中：i 阻的無功功率（ i 壓（ R 為元件電阻（）； t 為運(yùn)行時間（ h）。 若實測為有功電量、無功電量和電壓，均方根電流可以使用下式計算： 222421 31072a i r ii T ( 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 47 頁 10 式中：i 電能損耗計算公式如下： 222421 31024a i r ii T (式中：i ）； h）。 由于有功電量和無功電量是由電度表計量的，精度比較高，一般使用 耗。 均方根電流法的優(yōu)點是：方法簡單，按照代表日 24小時整點負(fù)荷電流或有功功率、無 功功率或有功電量、無功電 量、電壓參數(shù)等數(shù)據(jù)計算出均方根電流就可以進(jìn)行電能損耗計算， 計算精度較高。缺點是：在對 10 沒有實測負(fù)荷記錄的配 電變壓器，其均方根電流按與配電變壓器額定容量成正比的關(guān)系來分配計算，這種計算不完 全符合實際負(fù)荷情況；各分支線和各線段的均方根電流由各負(fù)荷的均方根電流代數(shù)相加減而 得，但一般情況下，實際系統(tǒng)各個負(fù)荷點的負(fù)荷曲線形狀和功率因數(shù)都不相同，因此用負(fù)荷 的均方根電流直接代數(shù)相加減來得到各分支線和各線段的均方根電流不盡合理；均方根電流法計算的理論線損是代表日的線損值，利用代 表日線損值、代表日電量、月平均日電量和月總電量歸算出的月理論線損值在客觀上必然有一定差距。 平均電流法也稱形狀系數(shù)法，是利用均方根電流法與平均電流的等效關(guān)系進(jìn)行電能損耗 計算的，由均方根電流法派生而來。平均電流法的基本思想是，線路中流過的平均電流所產(chǎn) 生的電能損耗相當(dāng)于實際負(fù)荷在同一時間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗。其計算公式如下： 2 2 33 1 0 K R t (式中： A 為損耗電量（ ）； h）；A）， K 為形狀系數(shù)。 形狀系數(shù) 式中：A） ，A）。 若實測為有功電量、無功電量和電壓，平均電流也可以使用以下公式計算： 2223 ( 式中：r 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 47 頁 11 電能損耗計算公式如下： 22 232 10 R ( 式中： )； h)。 形狀系數(shù) 平均電流法的優(yōu)點是：用實際中較容易得到并且較為精確的電量作為計算參數(shù)，計算結(jié) 果較為準(zhǔn)確，計算出的電能損耗結(jié)果精度較高；按照代表日平均電流和計算出形狀系數(shù)等數(shù) 據(jù)計算就可以進(jìn)行電能損耗計算。缺點是：形狀系數(shù) 實際使用中其值存在計 算簡化，與直線變化的持續(xù)負(fù)荷曲線有關(guān)，對沒有實測負(fù)荷記錄的配電變壓器，不能記錄實 際負(fù)荷曲線；需改進(jìn)負(fù)荷分配因子；配電網(wǎng)電壓假設(shè)為平 均低壓后，計算精度受到了一定影 響。 最大電流法也稱損耗因數(shù)法，是利用均方根電流法與最大電流的等效關(guān)系進(jìn)行電能損耗 計算的，由均方根電流法派生而來。最大電流法的基本思想是，線路中流過的最大電流所產(chǎn) 生的電能損耗相當(dāng)于實際負(fù)荷在同一時間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗。其計算公式如下： 23m a 0A I F R t (式中： A 為損耗電量 ( )； h)；A)， 損耗因數(shù) 22 (式中：A），日負(fù)荷平均電流（ A）。 損耗因數(shù) F 值的大小隨電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、損失種類、負(fù)荷分布及負(fù)荷曲線形狀不同而異，特別是與負(fù)荷率 析表明：損耗因數(shù) 介于直線和拋物線之間，即： 21F f f (式中：是與電力網(wǎng)負(fù)荷曲線形狀、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及負(fù)荷特性有關(guān)的常數(shù)，通常介于 間，在不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，值不同 , 對于損耗因數(shù) 一種是 利用理想化得負(fù)荷曲線推求 F(f) 關(guān)系，第二種是采用統(tǒng)計數(shù)學(xué)方法來求取 F(f)得近似公式，第三中是數(shù)學(xué)積分方法求取 F(f)得近似公式。 對于損耗因數(shù) F 第一種計算方法，我國有人采用以兩級梯形和梯形兩種理想化的負(fù)荷曲線作為極限狀態(tài)，分析得到如下?lián)p耗因數(shù) 2222112 31 (式中： 是常數(shù)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 47 頁 12 對于損耗因數(shù) 用二項式公式和三項式公式近 似求取。 1926年法國人楊森利用二項式公式求取得： 22 (式中： 1928年美國人布勒爾利用二項式公式求取得： 20 f f (式中： 在二十 世紀(jì)七十年代，我國沈陽地區(qū)采用： 20 f f ( 式中： 在二十世紀(jì)七十年代上海地區(qū)采用： 20 . 1 7 5 0 . 8 2 5F f f (式中： 使用三項式求取損耗因數(shù) 948年前蘇聯(lián)凱捷維茨，求取的計 算公式如下： 20 . 1 2 4 0 8 7 6 (式中： 對于損耗因數(shù) 型代表有： 1980年美國雷蒙特 ()對持續(xù)負(fù)荷曲線采用直接積分的方法得到如下計算公 式： 22 0 . 2 7 3F f f (式中： 是常數(shù)。 當(dāng) f f用 2。 1982年我國西寧電力局劉應(yīng)憲采用雙動點形成的四折線代表持續(xù)負(fù)荷曲線族，利用分段 積分方法求取如下計算公式： 20 . 6 3 9 0 . 3 6 1F f f f (式中： 是常數(shù)。 上式有較大實用價值。 最大電流法的優(yōu)點是：計算需要的資料少，只需測量出代表日最大電流和計算出損耗因 數(shù)等數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行電能損耗計算。缺點是：損耗因數(shù)不易計算，不同的負(fù)荷曲線、網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)和負(fù)荷特性，計算出的 F 不同，不能通用，使用此方法時必須根據(jù)負(fù)荷曲線實際情況計算 F 值；計算精度低，常用于計算精度要求不高的情況。 最大負(fù)荷損耗小時法的意義是，在一段時間內(nèi)，若用戶始終保持最大負(fù)荷不變，此時在 線路中產(chǎn)生的損耗相當(dāng)于一年中實際負(fù)荷產(chǎn)生的電能損耗。 計算公式如下： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 47 頁 13 2m ( 式中： A 為損耗電量 (為最大負(fù)荷損耗小時數(shù) (h)； R 為元件電阻 ( )， 令 T=8760， 計算公式如下： 8760202 (式中：為最大負(fù)荷損耗小時數(shù)（ h）； m a x 最大負(fù)荷損耗小時法的優(yōu)點是：通過計算出最大負(fù)荷損耗小時數(shù)，能夠計算出電能損 耗，計算需要資料少，計算簡單。缺點是：最大負(fù)荷損耗小時法計算精度較低，一般用來估 算年度配電網(wǎng)理論線損，不宜進(jìn)行精確計算。 等值電阻法的理論基礎(chǔ)是均方根電流法。等值電阻法的基本思想是，在配電線路首端， 假想一 個等值的線路電阻通過線路首端的總電流 I產(chǎn)生的損耗，與線路各段不同的分段電流 線路等值電阻法具體介紹詳見 等值電阻法的優(yōu)點是：在理論上比較完善，在方法上克服了均方根電流法的諸多方面的 缺點；不用收集運(yùn)行數(shù)據(jù)，僅與結(jié)構(gòu)參數(shù)配電變壓器額定容量、分段線路電 阻有關(guān)，計算出 等值電阻數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行電能損耗計算，適合于 10以下配電網(wǎng)理論線損計算。缺點是：需要假設(shè)計算條件，影響計算結(jié)果精度；對沒有實測負(fù)荷記錄的配電變壓器，假設(shè)負(fù)荷分布按與配電變壓器額定容量成比例，各節(jié)點負(fù)荷率相同，這種計算不完全符合實際負(fù)荷情況；假設(shè)各負(fù)荷點功率因數(shù)、負(fù)荷系數(shù)和電壓相同，但一般情況下，實際系統(tǒng)各個負(fù)荷點的功率因數(shù)、負(fù)荷系數(shù)和電壓都不相同，計算出的電能損耗值偏小。 流法 潮流法是配電網(wǎng)理論線損計算方法中計算精度較高的計算方法。配電網(wǎng)潮流計算以饋線 作為基本單元，基本 任務(wù)是求解出系統(tǒng)的狀態(tài)變量，即饋線上的各母線的電壓或功率。傳統(tǒng)的潮流計算方法有牛頓法、 解法、等效節(jié)點功率法、損耗累加法、前推法、迭代法等。隨著配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，負(fù)荷節(jié)點數(shù)量多，運(yùn)行數(shù)據(jù)無法全部收集等因素，傳統(tǒng)的計算方法已經(jīng)不再實用，必須進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，研究出新的潮流算法。新的潮流算法主要有改進(jìn)迭代法、匹配潮流法、前推回推區(qū)間迭代法、基于區(qū)間算法的配電網(wǎng)三相潮流計算方法等，新的計算方法需要進(jìn)一步深入研究，逐步實用化。 潮流法的優(yōu)點是計算精度高，缺點是由于配電網(wǎng)需要收集的數(shù)據(jù)資料多，若表計不全或 運(yùn) 行參數(shù)收集不全，或者網(wǎng)絡(luò)的元件和節(jié)點數(shù)太多，運(yùn)行數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的收集整理困難， 則無法采用潮流方法。 對于低壓配電網(wǎng)理論線損計算，電力網(wǎng)電能損耗計算導(dǎo)則推薦使用電壓損失法。電 壓損失法主要是利用功率損耗與電壓損耗百分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系來粗略計算低電壓配電網(wǎng)理論線損。計算方法如下： 假設(shè)負(fù)荷集中在低壓配電網(wǎng)線路末端，按照電壓向量圖可以得到電壓損失率近似計算公 式： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 47 頁 14 3 c o s% 1 0 0 % (式中： I 為線路首端電流 (A)； R 為線路電阻 ( )； 為功率因數(shù)角。 功率損耗率計算公式如下： 23% 1 0 0 %3 c o (式中： I 為線路首端電流 (A)； R 為線路電阻 ( )； 為功率因數(shù)角； U 為線路首端電壓 (V)。 功率損耗率與電壓損耗率之比： 2%1% c o (式中： 為功率因數(shù)角。 假設(shè)，則一般的可以寫作如下計算公式： 211% I R （ 式中：A)； )； I 為線路首端電流 (A)； n 為從配電變壓器出口到電壓最低點間的各線段數(shù)。 電壓損失法的優(yōu)點是需要的計算數(shù)據(jù)少，簡單易算；缺點是需要假設(shè)條件，計算精度低，適用于粗略計算。 竹節(jié)法是一種新的低壓配電網(wǎng)理論線損計算方法，計算采用平均電流法，主干線及支線 電流采用竹節(jié)式遞減，下戶線電流采用平均功率計算。竹節(jié)法計算有幾個假設(shè)條件，一 是每個 電氣節(jié)點的電壓相等；二是支線在主干線上均勻分布；三是每種型號的支線長度相等，負(fù)荷相同，下戶線個數(shù)相同，下戶線在支線上均勻分布著；四是每種下戶線的長度相同，每 個下戶線的負(fù)荷相同。 低壓線損理論計算公式如下： 主線單相線損功率： 21 2 3 122 2 361K K K n n I （ 式中：1等因素有關(guān)；3n 為支路個數(shù)； A)；1 )。 支線單相線損功率： 每個支線的每相線損功率與主線的計算方法相同，所有支線的單相線損功率： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 47 頁 15 21 2 3 2221 2 161K K K m n m n I （ 式中：1n 為支路個數(shù)； A)；2 ) ； 下戶線損失功率： 21 2 3 3K K K I （ 式中：1n 為支路個數(shù)； A)；為主線電阻 ( )3R； 節(jié)法的優(yōu)點是計算