基于結點等效功率法的地區電網網損計算及分析

王 凱 張 霞

摘 要:利用結點等效功率法簡化電網網損的計算,可以把能量損耗的計算問題轉變為功率損耗的計算問題,從而計算出地區電網的損耗。根據計算結果,有針對性地擬定了降損方案,對電網的網架結構及運行方式進行修改,并再次進行地區電網的網損計算。通過兩次網損計算結果的比較,驗證了降損方案的可行性,為地區電網進行降損改造和電網規劃提供了參考依據。

關鍵詞:結點等效功率;地區電網;網損;降損方案

中圖分類號:TP274

0 引 言

電網網損是指電能在輸送和銷售過程中自發電廠出線起至客戶電度表止所產生的損耗,產生損耗的元件主要包括變壓器、輸/配電線路、無功補償設備、電流/電壓互感器及二次回路、接戶線及電能表等。電力網的網損率是網損電量占總供電量的百分數,是國家考核供電企業的重要技術經濟指標,是電力企業完成國家計劃和企業考核的主要內容之一;同時,地區電網網損計算也是地區電網經濟運行、無功優化及技術改造等的基礎。

據統計數據顯示,我國當前電網綜合線損率與國外先進水平相比差距甚大。同時,電力市場化正逐步在我國實施,電能已作為商品進入市場,各級供電部門,尤其基層供電部門的經濟效益直接與電網運行網損和運行費用相關,電網網損直接關系到電力企業的經濟效益。因此,降低網損已成為電網企業提高經濟和社會效益的最重要途徑。

在電力網的實際運行中,用電度表計量統計出的供電量和售電量之差得到的網損電量稱為統計網損電量。統計網損電量中一部分稱為技術網損電量,主要包括在變壓器、輸電線路、電容器等中產生的損耗;另一部分稱為管理網損電量,主要包括各類電度表的綜合誤差、抄表的不同時、漏抄、抄錯以及線路漏電和竊電造成的損失電量。本文計算的損耗電量是指技術網損電量。

這里所計算的地區電網主要由110 kV和35 kV的輸電線路組成,對于35 kV的輸電線路可以忽略其電暈損耗,而對于110 kV線路,根據文獻[10]在以LGJ[CD*2]120[CD*2]95 mm2截面為主的電網中年電暈損耗只占線路電阻中年損耗的0.01~0.02,而對于150 mm2以及185 mm2以上截面的線路,電暈損耗可以忽略不計。因此,對于該地區電力網的網損計算主要指計算其電流平方成正比的變壓器繞組和輸電線路導線中的電能損耗。

1 結點等效功率法

1.1 等效功率法的基本原理

當電力網中的元件通過電流(單位:A)表示時,其電能損耗(單位:kW? h)為:

當用功率(kW)和電壓(kV)表示時,其電能損耗為:

式中:通過該元件的P(t),Q(t),U(t)和I(t)的有效值平方等于變量P,Q,U和I的二階原點距E(P2),E(Q2),E(U2)和E(I2),即計算網損時使用的等效值平方P

在電力網中,結點電壓的變化范圍通常較小,可以用平均運行電壓U┆玜v近似代替U(t),г蚴(1)可寫為:

從式(2)可以看出,計算損耗時需要用計算時段內的均方值(也稱有效值),即等效功率P┆玡q和Q┆玡q。如果僅用電度表讀數推導出的平均值P┆玜v和Q┆玜v來計算網損,不僅其結果偏小,還需要考慮方差對網損的影響。計算等效功率值時,可以利用平均功率P┆玜v和Q┆玜v加上方差得到,或者利用等效系數修正出平均功率P┆玜v和Q┆玜vУ玫健＊

[BT3+*3]1.2 利用等效系數計算等效功率

電網中各負荷結點的有功功率P(t)和無功功率Q(t)都是時間t的函數,并且P(t)和Q(t)的變化規律很難用解析函數表達,因此一般將它們當作隨機變量來處理。考慮到等效功率要比平均功率大,因此可以用┮桓霆大于1的系數K去修正平均功率,以得到等效功率,即P┆玡q=K1P┆玜v,Q┆玡q=K2Q┆玜v。式中:K1,K2分別為負荷曲線P(t)和Q(t)的等效系數。

這樣,在用通過電度表得到的平均值計算電能損耗時,應先用平均功率乘以大于1的等效系數得到等效功率后,再計算電能損耗。將等效P,Qе蕩入電能損耗公式可得:

圖1給出了包括各種可能出現的典型日負荷曲線和相應的持續負荷曲線。圖1中,曲線1為二階梯負荷曲線;曲線2為按π~3π/2范圍內正弦曲線變化的負荷曲線;曲線3為先按π~3π/2范圍內正弦曲線變化,后按0~π/2范圍內余弦曲線變化的負荷曲線;曲線4為按直線變化的負荷曲線;曲線5為按0~π范圍內余弦曲線變化的負荷曲線;曲線6為按0~π/2范圍內余弦曲線變化的負荷曲線。

在圖1中取最大負荷標么值И㏄┆玬ax*=1,相應最小負荷和平均負荷的標么值為P┆玬in*=α(最小負荷率)和P┆玜v*=f(負荷率)。對二階梯負荷曲線,取計算時段T的標么值T=1。計算得出等效系數1≤K≤(1+α)/(2α),取最大等效系數和最小等效系數的均方根值作為平均等效系數,可得到:

由于網損電度數與等效系數的平方成正比,因此將平均負荷乘以等效系數K┆玜vё魑等效負荷時,計算出的網損最大誤差小于下式:

將不同的Е林蕩入式(3)分別計算后,可以得到當最小負荷率α>0.4時,計算網損的最大誤差小于10%。由于地區級電網的負荷率一般均滿足α>0.4,因此采用此方法對地區級電網進行網損的計算是可行的。并且,在各種典型負荷曲線中,當α的值相同時,二階梯負荷曲線的平均等效系數最大。因此,對于不同類型的負荷曲線,按二階梯負荷曲線的系數取值時,其最大可能誤差均低于相應的實際誤差值。И

2 算例分析

利用結點等效功率法可以簡化電力網網損的計算。因為結點等效功率是表示二階原點矩的均方根功率,根據等效功率求出的功率損耗乘以計算時段玊就是T時段內的網損電度數。這樣,求電能損耗問題就變為當網絡各結點功率用相應等效功率代替時計算網絡的功率損耗問題,對此可用潮流計算的方法進行計算,得出相應的結果。

[BT3]2.1 計算結果

除┮恍┆特殊支路外(如存在功率交換的聯絡線)。對于本次計算地區的電力網,包括從220 kV變電站的110 kV,35 kV母線起始到110 kV變電站的35 kV,10 kV母線為止的電力網,其各結點的負荷率和最小負荷率均比較高,各結點負荷曲線形狀較接近,根據結點等效功率,用潮流計算方法算出的支路功率與支路的實際等效功率基本一致。

該地區共有220 kV變電站7座,將其記為㏕1~T7。計算網損時對這7座220 kV變電站分別計算,該地區網絡損耗現狀的計算結果如表1所示。

2.2 技術降損措施

(1) 增加無功補償。

根據計算結果,增裝必要的無功補償設備,實現無功功率的合理分布。通過網損計算發現,各供電區域的無功損耗均比較大。根據網損計算結果和各供電區的具體情況進行分析,通過增加必要的無功補償裝置,既可提高功率因數,做到無功就地平衡,又可以有效降低網損。增加無功補償前后的網絡損耗如表2所示。

[HJ0]降損前有すλ鷙 /%1.6412.1453.3371.9701.6083.9023.0702.624

降損后有すλ鷙 /%1.3441.7172.5751.5981.3033.0492.5442.078[HJ][HT5SS]

(2) 優化電網結構。

改造和優化電網結構,保證電壓合格率,縮短供電距離,簡化電壓等級,是降低網損的重大措施。

玊4區域電網主供負荷有兩個110 kV變電站,供電區域跨5個縣,負荷分散,分布著13個35 kV變電站;17條35 kV線路供電,線路總長近290 km。因此可以考慮在玊4區域新建設220 kV變電站,能使原網絡中遠端的電網結構有明顯改善,運行方式更加合理,從而降低玊4區域的網絡損耗。T5變電站為單臺變運行,可以增容2號主變,通過兩臺主變的經濟運行,降低該區域的網絡損耗。因玊6區域中一條110 kV的供電線路過長(80 km),可考慮通過將其輻射型網絡供電改為環網供電,以減小損耗。玊7區域電網主供負荷有三個110 kV變電站,負荷分散,供電半徑長,造成線路損耗很大, 因此考慮在該區域附近新建設220 kV變電站,主供其中兩個負荷較重的110 kV變電站,可以降低區域的網絡損耗。優化電網結構前后的地區網損耗率如表3所示。

3 結 語

利用結點等效功率法簡化電網網損的計算,將求解電能損耗問題轉變為求解功率損耗問題,利用潮流計算的方法進行網損計算。在對該地區電網網損進行理論計算之后,根據計算結果對該地區電網的理論網損進行了進一步分析,找出有較大降損潛力的組成部分,有針對性地擬定了降損方案,并按降損措施修改電網參數后再次進行了網損計算。通過對降損前、后的網損計算結果的比較,驗證了降損方案的效果。

參 考 文 獻

[1]陳得治,郭志忠.基于負荷獲取和匹配潮流方法的配電網理論線損計算[J].電網技術,2005,29(1):80[CD*2]84.

[2]楊險峰,馮茂青.10 kV配電網的電能計量和線損管理[J].廣東電力,2005,18(7):20[CD*2]23.

[3]彭新宇,黃民翔,許諾,等.10 kV配電網線損的快速計算法[J].電力系統及其自動化學報,2002,14(4):45[CD*2]47.

[4]張學松,柳焯,于爾鏗,等.配電網潮流算法比較研究[J].電網技術,1998,22(4):45[CD*2]49.

[5]楊期余,任國梁.配電網的線損計算及分析[J].中國電機工程學報,1985,5(1):32[CD*2]36.

[6]張安華.中國電力工業節能降耗影響因素分析[J].電力需求側管理,2006,8(6):1[CD*2]4.

[7]虞忠年,陳星鶯,劉昊,等.電力網電能損耗[M].北京:中國電力出版社,2000.

[8]廖學琦.農網線損計算分析與降損措施[M].北京:中國水利水電出版社,2003.

[9]Goswami S K,Basu S K.A New Algorithm for the Reconfiguration of Distribution Feeders for Loss Reduction [J].IEEE Trans.on Power Systems,1992,7(3):1 484[CD*2]1 491.

[10]楊秀臺.電力網線損的理論計算與分析[M].北京:水利電力出版社,1985.

作者簡介 王 凱 男,1975年出生,博士研究生,講師。主要從事電力系統運行分析和分布式發電的研究。