配電網損耗的計算方法和意義

浦春龍，丁偉光，蘇日那

1國網遼寧省電力有限公司沈陽供電公司；2國網赤峰供電公司；3國網克什克旗供電公司

配電網損耗的計算方法和意義

浦春龍1，丁偉光2，蘇日那3

1國網遼寧省電力有限公司沈陽供電公司；2國網赤峰供電公司；3國網克什克旗供電公司

由于配電網的地理位置比較復雜且在配電網當中存在各種器械，在整個過程中其輸電線路所用的導線的材質和設備的型號等對于配電網電損的計算都有很大的影響。在傳統的配電網損耗計算中需要耗費巨大的人力對其各項數據進行采集，工作的時效性比較低，而應用自動化裝置對配電網進行電損計算能夠解決計算方法面臨的問題，但是其自動化的測量系統對測量的客觀環境要求又比較苛刻，所以在實際工作中應用具有非常好的收斂性的潮流計算方法被廣泛應用到各個地區。本文對其進行詳細的分析和討論，首先闡述了配電網損耗分析的目的和意義，然后討論了多種關于配電網損耗的計算方法。希望本文論述能夠為相關的工作者提供一些參考和借鑒。

配電網；損耗；計算

亞太經合會議再度在中國召開，這讓21世紀初期的中國的經濟持續穩定增長。對外經貿的增加，對國民生產提出了新的要求，但是一切生產的根本動力源是電力。沒有電能很多生產都必須被迫停產，同時生產數量的增加也要求電力能源與生產量相匹配，這就對電力生產能力提出了更好的要求。電力生產總量其實是比較大的，但是電力系統本身設備等問題也消耗了很多電能，尤其是配電網中的線損在總發電量中占有很大的比例。所以，目前電力企業發展的首要問題是通過自身系統的優化，達到節能環保提高供應效率。

一、配電網損耗分析的目的和意義

在配電網損耗管理工作當中，關于將配電損耗的分析是末端環節，這個分析環節能夠將裝置和設備以及運行方式等多個環節進行分析以對配電網的合理性進行科學的判斷，對于其不穩定性進行及時的處理，從而降低電路損失和損耗。并且在對其進行細致分析的時候，可以對各個區域的電壓進行全面剖析，找到問題的根源并進行根治。因為在配電網和各級用戶直接連接且其覆蓋的地區面積非常大，再加地區內的工業和商業用電量特別大，所以在輸電線路上的電能損失也比較多。一般狀況下，線路的功率因素會對電力系統自身的電能損失產生影響，功率因數和電能損耗的數量關系大致是隨著電路功率因數的降低電路損耗會相應增加。所以提高功率因數是解決電路電能損耗的一個有效的方法。通常情況下提高電氣的功率因數有兩個方面可以努力，一是對電力系統添置無功補償的相關裝置以提高功率同時還能消除無功電流降低線損，二是在電力系統中添置整流器和變頻器一減少簡諧波產生的污染來降低能耗。因此，對配電網的損耗進行深入分析能夠提高電能的質量，同時降低在輸電過程中的電能損失，從而降低了發電廠的生產損失而提高了其總體上的經濟效益，進而能夠降低用客戶所交電費中關于電損費用的分擔。

二、配電網技術線損計算方法

1 配網理論線損計算

⑴傳統算法

在傳統計算方法當中，最常用的是均根電流法。均根電流法首先是對待計算電網進行一整天的用電負荷電流測量，然后將測量數據繪制成該電網的負荷曲線圖，接著假設一天當中每個小時的用電負荷都是相同的，以小時為基本單元對電網當中的線路損失進行計算，最終將二十四個小時的用電進行加和計算，從而計算出每日的用電量。該計算方法的原理非常簡單而易于使用，其主要適用范圍是局部電網等電網負荷不是非常大的電網進行計算。該計算方法的不足之處在于其精確度不是非常高，因為在一天當中同一個地區也有很大的用電波動，所以該計算方法當中的代表日在嚴格意義上說沒有普遍的代表性，所以說其計算結果能夠代表一定的用電趨勢，但是其可靠性和精確度相對來說比較低。

等值電阻法也是常用的傳統電損計算方法之一，首先將電網當中的所有電阻信息進行采集，然后計算出理論上的等值電阻，然后按照Q=I2RT公式對其整個線路當中的線損進行起算。這種算法的優點是計算比較簡單，且電阻值的采集工作也相對容易。該算法的主要缺點是由于電網當中部分老化的設備中的電阻被虛掩而采集不到其電阻值信息，因此造成其理論電阻值計算誤差非常大，所以該計算方法在具有很多老化設備的電網中的精確度沒有保障。

在傳統電損計算方法當中，回歸分析方的計算精度比較大，但是同時也需要做大量的數據采集工作。該方法首先要建立回歸分析方程，然后對配電網的電損進行校對。一般情況下在在配電網中進行抽樣計算，為了保證計算結果的精確度，其樣本容量非常大。該方法的主要優點是其計算的精確度和可靠度比較高，其缺點是需要進行大量的數據分析工作。這種方法在實際工作中主要應用于規模較小的且每日用電波動較大的配電網的線損計算工作當中。

⑵潮流算法

在潮流計算方法當中，在6千伏到10千伏的單輻射狀配電網上有廣泛的應用。該計算方法是按照潮流計算定理對相關的電壓參數進行推斷和假設，在計算結束后在對預設的參數進行精細化的校正，當其參數的精確度滿足計算需要時，根據既定參數來計算整個配電網的功率損耗。

動態潮流計算方法的計算基礎是系統運行的基本規律，在系統運行的各個時段分別繼續擰數據采集，然后運用插值計算出動態的有功值和無功值，最后將這些計算數值進行疊加最終計算出配電網的電損總量。該計算方法的優點是其計算結果的精確度和可靠性非常高，其缺點是要通過大量的數據信息采集和計算過程才能夠保證其高度的準確性。該計算方法因為其具有極高的精確度和計算的靈活性而能夠實現系統的在線計算，也因此使得其在大規模電網的計算中占有非常強的優勢。大型配電網的損耗計算應用其他方法需要對電網進行分割停電，然后進行計算，這樣常常影響其正常的生產生活，會造成一定的經濟損失。而在線計算的方法，免除了停電采集數據的環節，同時其測量計算結果還有很高的可靠性，所以關于動態潮流計算方法在配電網損耗的計算中有很好的發展前景。

節點等效功率法是潮流計算方法之一，首先將計算時段每個節點跟時間變化時對應的功率當做等效功率來處理，然后用潮流計算方法計算配電網中各個部分的電量損耗。關于等效節點功率的確定方法主要是用負荷曲線接地法或者負荷曲線形狀法來確定。該計算方法的主要優點是對于計算數據的采集特別方便，同時能夠保證數據的準確性。

基于網絡最大流概念的配網理論線損計算方法。該算法將大大簡化了節點編號及原始數據準備工作，只需指定網絡的發點及收點，其余各點可任意標號，有利于計算機處理，也為可視化配網線損計算軟件的開發提供了有利條件。缺陷在于，只能用于單電源配網的線損計算，而不能適應多電源配網。

⑶智能算法

智能算法是隨著近年來計算機技術發展和各種神經網絡、遺傳算法、粒子群算法等模擬生物智能的技術成熟而得到廣泛應用的新型算法。將智能算法應用于線損理論計算時間不長，已有的算法主要使用神經網絡、遺傳算法來擬合和計算配網線損。

文獻提出利用GA優化的ANN模型，用于計算中壓配電線路的實時線損。該算法利用SCADA系統實時數據進行計算，能夠同時進行在線、離線計算。利用GA優化的ANN模型進行線損計算，能夠考慮損耗的時域特性和各節點的負荷曲線形狀，且模型簡單，具有較好的魯棒性和適應性，平均計算精度高達2.42%，適用于農村配電線路線損的實時計算。

文獻提出一種將神經網絡BP算法與GA算法結合，用于計算配電網線損的新型智能算法。對于有代表性的配電線路的線損與特征參數的樣本數據，先作標準化處理，再進行分群，最后用GA與BP結合的新算法映射線損與特征參數之間的復雜關系。該算法收斂速度快，準確度高，避免了常規BP算法容易陷入局部極小而基本遺傳算法過早收斂的缺點。

文獻針對BP神經網絡學習速度慢、容易陷入局部極小的缺點，提出了一種基于免疫遺傳算法(IGA)的人工神經網絡計算配電網的理論線損。該算法在遺傳算法的基礎上引入生物免疫系統中的多樣性保持機制和抗體濃度調節機制，克服了GA算法的搜索效率低、個體多樣性差及早熟現象，擴大了神經網絡的權值搜索空間，提高了網絡系統的學習效率和精度。

文獻首次提出，利用電網參數、負荷量的預測數據進行理論線損率的神經網絡預測，開啟了利用線損影響因素預測理論線損率的新思路。該方案計及多種電網發展的相關因素，能較準確的預測電網線損率，不足在于體系復雜，所需的參數眾多，且耗時長。

根據當前用戶對供電電壓質量、可靠性的高要求，以及推進節能減排的需要，系統在線監測和控制技術正得到大力推廣。為實現線損管理的實時化、在線化，配網理論線損計算技術的精度和速度，以及對電網的適應度等正面臨巨大挑戰。因此，智能算法正得到越來越多的關注。與此同時，線損預測技術也是一種極具潛力的發展方向，特別是在線預測技術。

2 具體計算方法

傳統配電網線損計算方法主要有均方根電流法、平均電流法、最大負荷電流法、等值電阻法及節點等效功率法。配電網線損計算的基本公式見式（1）：

式中：A為電能損耗，()Ift為電流隨時間表達式，R∑為電網等值電阻，ΔP0為變壓器空載損耗，t為時間。由于()Ift不易獲取，使上述積分式求解困難。電流法主要包括：均方根電流法、平均電流法及最大負荷電流法。均方根電流法將實測日當天的電流積分作等值簡化處理，假設單位小時內負荷功率恒定，對電能損耗做分段計算，見式（2）：

式中：A為電網負荷實測日總損耗電量，Ieff為日均方根電流，R∑為電網等值電阻，I1、I2…I24為1點至24點的整點電流值，24th。若要計算配電網月電能損耗，則需對式（2）修正，修正方程見式（4）：

式中：Apg為線路某月實際有功電量，Ari為負荷實測日線路首端有功電量，t為實際運行時間，Nt為線路某月實際運行天數，Nt＝t/24。均方根電流法計算線損原理簡單，易于掌握，是一種普遍采用的手算方法，適用于局部電網和個別元件的電能損耗計算。平均電流法、最大負荷電流法與均方根電流法原理相同，都是對24小時電流的積分作等值簡化處理，假設單位小時內負荷恒定，只需將式（2）和式（4）中均方根電流換做平均電流或最大負荷電流，這里就不再贅述。

基于均方根電流法衍生出的等值電阻法將配電網絡總電阻等值為線路電阻Rl與變壓器電阻Rt之和，進而避開配電網結構的復雜性，計算精度上有一定提高。等值電阻法可分為電量法和容量法，電量法精度稍高于容量法，但電量法受系統運行方式的影響，需大量實時信息的校對與核實，對系統自動化程度有較高要求。電量法計算配網等值電阻如式（5）所示：

注意當等值電阻法首端電量為月數據，則電網總損耗△A為月損耗電量；首端電量為日數據，則電網總損耗△A為日損耗電量，需要對配電網月損耗做修正。等效功率法的優點在于計算數據為電能表數據，電能表的精度高于電流表，且電能表已經具有嚴格的定期檢驗制度，數據準確性高、可信度強。等效功率法簡化收集與整理原始資料的工作，本質上該方法是將電能損耗問題轉化為功率損耗問題（或潮流計算問題），可用于任意網絡線損計算。

三、結語

電力是關系國家經濟發展的重要行業，電力企業為國家的各項經濟生產提供能源動力，電力是主要的生產力。同時電力企業的主要生產方式是活力發電，這就使得電力企業也對環境造成危害最大，對非可再生資源消耗最多，同時電力行業在發電的同時自身也在進行大量的電力損耗。所以，要針對這些情況對電力電力行業的各個工作環節進行調整，從電力生產設備的革新升級到電力能源生產原料的革新以及電力生產流程的優化調整等等。其中，最有效的方面是電力生產流程的優化和電力設備的更新，這需要相關科研工作者持續努力，最長遠的方面是在配電和輸電過程中通過優化電力輸送材質來降低線損，這就需要相關領域的科研人員共同努力。

[1]彭宇文,劉克文.基于改進核心向量機的配電網理論線損計算方法[J].中國電機工程學報.2011(34)

[2]王健峰,張磊,陳國興,何學文.基于改進的網格搜索法的SVM參數優化[J].應用科技.2012(03)