含風電的配電網中線損計算方法改進

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(1.新疆電力設計院，新疆 烏魯木齊 830047；2.新疆昌吉電力公司，新疆 昌吉 831100)

0 前 言

電網線損是衡量電力系統的重要經濟技術指標之一，對電網線損的理論研究有助于降低網損，提高電網經濟效益。近年隨著分布式電源接入容量的不斷增加，使電網潮流分布格局發生改變，因此對分布式電源線損的研究越來越重要。文獻[1-5]針對小電源并網的特點對線損的計算方法進行了研究，對配電網的線損計算提供了理論依據。

風電由于其自身的特點，通常認為它同時具備電源和負荷的雙重特點，風電的接入勢必會對電網潮流流向產生影響，進而影響線損。傳統等效容量法主要適用于首端功率方向不變的網損計算，對于潮流多變的含風電的配電網，該方法存在一定的局限性。針對風電自身出力的特點，合理劃分時段，分時計算網損，在原有基礎上對等效容量法進行改進，提出了一種更加精確的含有風電的配電網的線損計算方法，并以某含風電的配電網為算例，對所提方法進行了驗證。

1 等效容量法

等效容量法是在用等值電阻計算網損時，將小電源 (或均方根電流)考慮為一種約束的方法。由于小電源側的均方根電流已知，就不需要假設與其連接的變壓器容量成正比的關系，也就不能像對用電量未知的用戶那樣按配電變壓器容量劃分總均方根電流，于是引入了“等效容量”的概念，就是指小電源的出力跟其余配電變壓器的容量相比較產生的一種等效值，小電源根據其等效容量和其余配電變壓器共同“分享”首端均方根電流，所得值應恰好等于小電源本身均方根電流；同樣，其余變壓器在分配首端均方根電流時也需要考慮小電源等效容量。配電變壓器和中壓負荷等都可視為負的小電源，都可用等效容量法來處理。

電源等效容量為

(1)

式中,Iif0為配電網首端均方根電流;Ijfs為分布式電源注入的均方根電流;Si為每臺配電變壓器額定容量。

配電線路等值電阻RL和配電變壓器線圈等值電阻RT分別為

(2)

(3)

式中,Sei為第i段線路的配電變壓器額定容量；Se∑為該條配電線路總配電變壓器額定容量；Ss為分布式電源等效容量；Ri為第i段導線的電阻；Ue為配電變壓器高壓側額定電壓；ΔPki為第i節點配電變壓器的額定短路損耗功率；m為線路配電變壓器總數。

電能損耗為

(4)

(5)

綜合上式可以看出：由于式中Iif0為均方根電流，不能反映出功率流動方向變化引起線損的變化。因此等效容量法只適用于功率由首端流向配電網的計算，但在實際電網中，負荷和電源的出力一個動態平衡的過程，當小電源出力無法在配電網中完全消納時會倒送入主網，這就對等效容量法在線損中的計算提出了新的要求。

2 改進等效容量法

2.1 計算時段的選擇

風電由于其自身的特點，受風資源條件的制約，出力隨風速大小波動較大，如以整點時刻的輸出功率來計算線損，均方根電流的計算誤差較大，從而嚴重影響線損計算值。因此，對于含風電的配電網，合理劃分計算時段就顯得尤為重要。這里提出在含風電的配電網中，根據風電實時出力情況，將一天合理分成若干個計算時段，每時段風電出力波動較小，分時計算，且饋線首端潮流方向不變。

2.2 饋線首端的選擇

風電出力不穩定，即時會體現電源特性，又會出現負荷特性，這就決定了在配電變壓器饋線首端外送時倒吸電量的情況出現。若單以配電網出口作為線損計算首端，當配電網出口出現供電量較小時，計算結果會與實際相差較大。因此合理選擇饋線首端就成為計算線損的關鍵。

選擇饋線首端時，分為如下3個時段。

1)風電單獨供電時段。當風電注入功率能滿足配電網時，配電網出口作為一個空載及負載損耗為0的變壓器，與其他變壓器一起參與分配首端的均方根電流，風電體現電源特性，此時風電等效容量為

(6)

2)風電場注入功率小于0時，選擇配電網出口作為饋線首端，風電場體現負荷特性，根據等效容量法分取首端均方根電流。風電等效容量為

(7)

3)配電網出口和風電場同時向配電網供電。一般情況下，選擇配電網出口作為整條線路的饋線首端。但是，如果配電網出口流過的功率變化比較頻繁，仍選擇此點作為饋線首端的話，線損理論計算將變得十分復雜，在部分情況下(如饋線首端電量為0)，計算結果還會與實際情況不符。鑒于此種情況，則提出如下方法：由于風電的輸出功率在不斷變化，要找到一個合理的風電出力點，在這一點，不論以風電為饋線首端還是以配電變壓器出口為饋線首端計算線損，其線損結果都相等，以計算出的這風電出力(主要是有功功率)為分界點，當風電出力大于這一出力時，以風電場作為饋線首端，反之，則以配電網出口作為饋線首端。這種方法能很好地避開電網交換功率較小的時候引起線損較小，線損出現誤差的情況。

①以風電場作為首端，計算線損公式為

(8)

其中,Pf、Qf為風電有功功率和無功功率;t為時間;R0為等效電阻。

②以配電網出口作為首端計算線損公式為

(9)

其中，P1、Q1為配電變壓器出口有功功率和無功功率；t為時間；R1為等效電阻。

最后，將分段計算好的線損率相加，即為總線損。所提出的改進等效容量法，其基本思路如圖1。

圖1 改進等效容量法示意圖

圖2 某地區電網結構圖

3 改進等效容量法計算算例

為驗證該方法的有效性，建立如圖2所示的電網結構，該網架為35 kV配電網，配電變壓器容量為ST1=10 MVA，ST2=10 MVA，ST3=30 MVA，ST4=20 MVA，共為70 MVA,總短路損耗功率為4 MW。算例中電網的分布和負荷節點裝設的變壓器額定容量成正比，各節點電壓相同，且等于網絡電壓，不考慮電壓降。

風電場出力如表1。

表1 某風電場有功功率出力

基于以上信息，在MATLAB上編程計算傳統等效容量法和改進等效容量法的理論線損日線損電量及線損率，如表2。

表2 不同線損計算方法比較

結果分析：從上表數據可以看出，當采用風電出力按整點分段方法計算時，計算出的線損率較改進等效容量法計算出的結果偏大，是因為風電出力在不停地波動，選取整點時刻的風電出力不能代表整個時間段的風電出力，若此時整點時刻的風電出力較大，就會引起線損計算結果的偏大。而采用饋線首端不分段的方法進行計算時，由于在饋線首端交換功率較小甚至為0時，計算出的線損也較小甚至為0，因此采用此方法計算出的線損率會出現誤差，較改進等效容量法計算出的結果小。因此，改進等效容量法能較好地計算含風電的配電網線損。

4 結 論

通過對3種方法的比較研究，可以看出改進的等效容量法通過合理劃分計算時段、靈活選擇饋線首端有效地提高了線損計算的準確度，因此所提出的改進等效容量法可較好地適用于含風電的配電網理論線損計算，使計算結果更加符合實際情況。

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