一種改進的線損分攤計算方法

黨 偉，趙樹野，許云飛，曹 陽，劉海波

(1．國網內蒙古東部電力有限公司經濟技術研究院 ，內蒙古 呼和浩特 010000；2. 國網內蒙古東部電力有限公司 ，內蒙古 呼和浩特 010000)

一種改進的線損分攤計算方法

黨 偉1，趙樹野1，許云飛1，曹 陽1，劉海波2

(1．國網內蒙古東部電力有限公司經濟技術研究院 ，內蒙古 呼和浩特 010000；2. 國網內蒙古東部電力有限公司 ，內蒙古 呼和浩特 010000)

蒙東地區風能資源豐富，由于歷史遺留原因，目前蒙東地區有相當一部分風電場是通過T接其它風電場電源送出線路這種方式接入電網，甚至存在四五個風電場T接于同一條風電送出線的情況。由于電能計量點一般都設置在系統變電站處，多個風電場T接在同一條電源送出線上，這種方式給電量結算帶來線損分攤問題。原有的線損分攤計算方法效率低、工作量大，并且在網絡參數發生變化時需要重新核算線損分攤比率，靈活性較差。為此提出一種新的線損分攤計算方法，該方法通過定義網絡電流關系矩陣D有效解決了多個T接風電場在不同網架結構下的線損分攤計算問題，克服原有方法在網絡結構或風場容量發生變化后重新核算線損分攤時工作量增加的缺點。該方法易于編程實現，可有效提高線損分攤計算工作效率，具有計算精度高、擴展能力強、應用靈活的特點。

線損分攤；T接風電場；矩陣

蒙東地區風能資源豐富，是我國風電產業發展最快的地區之一。蒙東地區風能資源主要分布在赤峰西部、通遼中部和南部、興安盟中部和南部以及呼倫貝爾中部和西部，在國家新能源政策引導下，蒙東風電快速發展。由于歷史遺留原因，目前蒙東地區有相當一部分風電場是通過T接其它風電場送出線路這種方式接入電網。

一般情況下，風電場與系統變電站處同時設置電能計量點，對于非T接風電場不存在任何問題。但是多個風電場T接在同一條電源送出線路給電量結算帶來線損分攤問題，即從風電場的出口處到電網公司的系統站之間的線路損耗由誰來承擔和相應承擔多少的問題。由于T接風電場沒有采用統一線損分攤核算方法，最終電量結算時常導致發電企業與電網公司之間的計量數據不能達成一致，引發爭議[1]。從多個風電場T接在同一條電源送出線路上形成的原因和計量點的科學設置來看，利益相關方都有責任承擔相應的線損，為了有效解決線損分攤問題，需要采用科學合理的算法對相關T接風電場的線損分攤進行計算[2-3]。

1 常規線損分攤計算方法

目前解決線損分攤方法主要分為以下2種[4-8]。

a.協議法。即T接在同一條電源送出線上的發電企業通過彼此協商來確定各自線損分攤比率，但協議確定的線損率差異較大，具有較大的隨意性。

b.郵票法。即按實際線損再考慮發電量和容量等影響因素進行分攤。由于線損分攤協議在每年年初簽定，故而線損分攤比例需要在合同簽定之前確定，這樣就無法根據實際線損來確定各T接風電場的分攤比例，只能考慮通過風電場裝機容量及預測的發電量等影響因素進行分攤計算，具有不確定性，并且一旦網絡結構或風場裝機容量發生變化后，需要對T接風電場的線損分攤重新計算。

目前郵票法是在實際工作中采用較多的線損分攤計算方法，通過從目前掌握的T接風電場的線損分攤計算方法來看，蒙東地區電網T接風電場的線損主要有2種方法：一種是基于風電利用小時數預測出的發電量，并結合電源送出網絡拓撲結構來確定線損分攤的計算方法；另一種是基于各T接風電場裝機容量及電源送出網絡拓撲結構來確定線損分攤的計算方法。從計算思路來看，這2種計算方法都屬于郵票法。

實際工作中，通過風電場裝機容量或者預測的發電量計算網絡中各支路電流，通過電流計算各支路中的網損，再按電流比例計算某一風電場在全部支路中的損耗，最后將該風電場在所有支路中的損耗求和得到該風電場的網絡損耗。該方法容易理解，但實際操作過程復雜，每組T接風電場的裝機容量、網絡參數及網絡拓撲結構不盡相同，只能采用手工計算，在T接風電場的個數較多時，計算量成倍增加，在風電場擴容及網絡參數變化后還需要對各T接風電場的線損分攤重新計算，效率低下，靈活性差。并且手工計算過程中中間結果采用四舍五入近似值，從而放大最終結果的計算誤差，精度較差。

為克服上述缺點提出一種新的線損分攤算法，該方法通過定義網絡電流關系矩陣D有效解決了多個T接風電場在不同網架結構下的線損分攤計算問題，該方法易于編程實現。程序運行后按規定的格式將風電場座數、容量、網絡拓撲結構參數輸入后，程序自動運行輸出每個風電場線損分攤比例。相比以往算法，該方法計算過程完全由程序實現，可以有效應對多個風電場T接情況的線損分攤計算，并且在網絡結構、參數及風電場容量發生變化后，只需要調整相應的輸入參數就可以重新得到新結果。該方法無繁瑣計算過程，提高工作效率，具有計算精度高、擴展能力強、應用靈活的特點。

2 基于MATLAB軟件的線損分攤計算

2.1 線損分攤計算數學模型

通過軟件編程實現T接風電場線損分攤計算的重點及難點就是如何使程序正確識別出不同T接風電場送出線的網絡拓撲結構，并準確計算各T接風電場的線損分攤比例，本文設計出一種可以表征網絡中支部電流關系的n維(n為T接支路數)矩陣D，并采用循環語句及判斷選擇語句計算各風電場的線損分攤。

(1)

式中：a為風電場座數，W為風電場容量a階列向量，向量W中的每個元素wi代表對應編號風電場的容量。

(2)

式中：Ia代表與風電場直接相連支路的電流a階列向量。Ia向量中的每個元素iaj代表與風電場直接相聯支路的電流。

(3)

式中：D為表征網絡電流關系的n階矩陣(n為總支路數)，電流關系矩陣中的每一行向量對應該行數相應編號支路中的電流構成，電流關系矩陣中的每一列向量對應風電場相聯的送出支路電流。當對應的第j條支路中包含有編號i的風電場的送出支路電流時，那么dij則為1，否則為0。

(4)

(5)

式中：I為支路電流的列向量。該向量中的每個元素代表對應編號支路中的電流。I可以由矩陣D與Ian相乘得到。

(6)

式中：B為網絡參數n階列向量。該向量中的每個元素代表對應支路編號中阻抗參數。

(7)

式中：Ln代表n階列向量。將得到的I與B2個列向量對應元素相乘就可以得到T接網絡中每條支路中損耗。

(8)

式中：Sj代表第j個風電場的線損分攤比例，LLj代表額定裝機容量下的線損。

從式(8)可以看出線損分攤計算的大部分工作量集中在這一步驟，如果這一過程采用手工計算，不僅計算工作量大，并且在中間過程中四舍五入存在誤差，當網絡中存在多個T接風電場的復雜網絡，計算工作量將成倍增加，效率較低。本文所采用的方法中定義了電流關系矩陣D，當電流關系矩陣D中元素dij為1時，代表對應的第j條支路中包含有編號i的風電場送出支路電流。這樣就可以通過電流關系矩陣D中元素dij的值來判斷某風電場送出支路電流在全部網絡支路中的存在情況。這就使該方法可以通過編制程序來完成整個計算。采用程序中的循環和判斷語句通過判斷電流關系矩陣D中元素dij的值就可以選擇計算出每個風電場應該分攤的損耗LLj，再將LLj除以對應編號風電場的容量wj就可以得到代表第j個風電場的線損分攤比例Sj。

2.2 程序計算流程

線損分攤計算程序內部邏輯流程如圖1所示。主要分為以下幾個步驟：

a.程序開始運行，讀取風電場座數、容量、支路數、拓撲關系矩陣及支路參數矩陣；

b.按裝機容量計算各支路電流；

c.用上一步計算得到的支路電流及輸入的支路參數計算各支路的線損；

d.計算網絡總線損及各風電場線損；

e.計算各風電場線損及分攤；

f.輸出最終計算結果。

圖1 線損分攤程序流程圖

3 算例分析

本文選取實際電網中T接風電場模型作為算例對算法進行驗證(算例1)，以說明其有效性，該T接風電場的系統連接如圖2所示。各支路參數見表1。

圖2 線損分攤算例1

表1 算例1中各支路參數

下面以算例1的T接風電場線損分攤MATLAB程序計算的過程加以說明。

首先對各T接風電場進行編號，再對各支路線路進行編號，各T接風電場的送出線路編號與對應風電場編號相同，編號結果如圖2所示。

計算每條支路的阻抗參數，形成阻抗參數矩陣及風電場容量向量如式(9)所示。

(9)

建立網絡電流關系矩陣D，網絡電流關系矩陣是表征支路電流的n階矩陣，拓撲關系矩陣中的每一行向量對該行數編號支路中的電流構成，拓撲關系矩陣中的每一列向量對應風電場相聯的送出支路電流。算例1電流關系矩陣D如式(10)所示。

(10)

將上述網絡參數依次輸入程序，可以得到計算結果如表2所示。

表2 算例1線損分攤計算結果

為說明本方法具有較強的適用性及靈活性，再選取更為復雜的T接風電場模型作為算例對算法進行驗證(算例2)，該T接風電場的系統連接如圖3所示。

圖3 線損分攤算例2

在算例2中，T接風電場達到了5個，支路數達到8條，并且還存在風電場間串接情況。對于該模型的線損分攤問題，如果采用已有的線損計算方法，需要分別計算每條支路中的線損，并核算每個風電場的線損分攤，工作量巨大。

首先處理串接風場2，增加虛擬支路2(R2=0)，再按照算例1采用的方法對各T接風電場進行編號，如圖4所示；計算每條支路的阻抗參數(見表3)，形成阻抗參數矩陣及風電場容量向量如式(11)所示。

圖4 算例2調整后

表3 算例2支路參數

(11)

算例2的電流關系矩陣D如式(12)所示。

(12)

將上述網絡參數依次輸入程序，可以得到計算結果如表4所示。

表4 算例2線損分攤計算結果

4 結論

通過對線損分攤計算方法的分析歸納，結合目前的實際工作提出一種改進的線損分攤計算方法，該方法通過定義T接網絡的電流關系矩陣，使線損分攤計算易于編程實現，減少計算量，提高了計算精度，適用于多個T接風電場及串接風電場的線損分攤計算。最后基于該方法編制線損分攤計算程序并通過實際T接網絡的算例驗證表明，該線損分攤計算方法高效、靈活、計算精度高、適用性強。目前該方法已應用到實際工作中，有效解決了目前蒙東地區T接風電場的線損分攤計算問題。

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An Improved Method on Proportion Calculation of Transmission Line Loss

DANG Wei1，ZHAO Shuye1，XU Yunfei1，CAO Yang1，LIU Haibo2

(1.State Grid East Inner Mongolia Economic Research Institute，Hohhot，Inner Mongolia 010000，China；2. State Grid East Inner Mongolia Electric Power Supply Co., Ltd.，Hohhot，Inner Mongolia 010000，China)

The eastern inner Mongolia has abundant wind resource. Because of the historical legacy, a considerable part of wind power plants in the Eastern Inner Mongolia are connected to the power grid by T-juction to power transmission line of another wind power plant, even the presence of that four or five wind power plants take advantage of the same power transmission line. Since electric energy measuring points are generally set in the public substation side of power transmission line, this mode brings the problem of transmission line loss proportion to electric quantity settlement. The original power line loss calculation methods have disadvantages of inefficience, heavy work and inflexibility. This paper presents a new calcualtion method, which effectively solves the proplem by defining the current relationship matrix and this method overcomes the disadvantages of traditional methods which engineers need to recalculate when network structure or power wind plant capacity changes. This method is easy to program with high accuracy, strong expansion capacity, flexible application which can improve the efficiency of transmission line loss proportion calculation.

transmission line loss proportion；T-juction；matrix

TM744

A

1004-7913(2017)02-0052-05

黨 偉(1984)，男，碩士，工程師，從事電網規劃工作。

2016-12-09)