基于電網結構的降損方法研究與經濟效益分析

胡遠婷， 郭慶陽， 徐冰亮， 郭 裊， 關萬琳， 鄭 君， 劉志鵬

(1. 國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030；2. 黑龍江省電力有限公司 調度控制中心，哈爾濱 150090)

基于電網結構的降損方法研究與經濟效益分析

胡遠婷1， 郭慶陽2， 徐冰亮1， 郭 裊1， 關萬琳1， 鄭 君1， 劉志鵬1

(1. 國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030；2. 黑龍江省電力有限公司 調度控制中心，哈爾濱 150090)

實現網損降低，主要可以從優化有功和優化無功兩方面入手。本文以實際電網為研究對象，以優化有功為主要手段，根據電網網架結構特點，考慮到電廠和發電集團的歸屬關系，提出一種降低網損的方法。經實驗驗證，該種方法既能夠實現網損的降低，又能夠使各發電集團的經濟效益少受損失。

降損；有功優化；網架結構；經濟效益

目前電力工業已經成為世界各國的支柱產業，為整個社會提供著必需的能源和動力。由于電力系統中存在阻抗，電能在轉換、輸送、分配過程中不可避免地存在大量的損耗，即為電力系統的網損。電力系統的網損是衡量電力企業經營狀況的一項重要的綜合經濟指標。電力企業常用的降損措施主要從優化有功和優化無功兩大方面入手，具體手段包括優化電網運行方式、加強線損管理、增強電網經濟調度和進行電網改造[1-3]。

電力網絡的損耗主要包括線路損耗、變壓器損耗、站用電損耗和其他損耗，其中站用電損耗和其他損耗約占全部損耗的1.13%。本文所提一次網損主要由線路損耗和變壓器損耗兩部分組成。傳統理論計算中只運用了幾個運行數據，其理論計算結果和實際損失率相比誤差較大，給實現線損有效管理帶來阻礙[4]。為提高理論計算精度，各種基于最優潮流法的改進算法成為網損計算的主要研究方法。應用最優潮流法可改變發電機出力，如通過網損微增率建立網損因子[5-7](網損修正系數)，進而對目標函數進行修正，并將網損作為常數加入等式約束；通過網損分攤修正目標函數[8]，該類方法易受網損分攤方案影響，限制了該類方法的計算精度及實用性。

目前對節能降損的研究主要集中在通過管理手段降低線損率，通過對無功的優化及電網結構的改造提高電網供電可靠性，從而實現網損降低。文獻[9-11]提出通過安裝靜態無功補償裝置、電容儲能、改善網架結構等方法，達到節能降損的目的。文獻[12-13]通過分析電力市場運行模式，改善電力市場模型和優化調度模式來降低網損。

針對傳統電網網損優化方法的缺點， 本文不單純對降損進行理論研究， 而是以實際電網為研究對象， 提出一種根據網架結構特點進行優化機組出力使網損降低的方法， 并在實現降損的同時增加電廠和發電集團的屬性關系的約束條件， 在保障各發電集團售電量不變的情況下，實現一次網損的降低。

1 基于網架結構和經濟效益約束的降損研究方法

1.1 目標網架的結構特點

目標電網按地理位置和運行特點可以分為東部電網、中部電網、西部電網和北部電網。東部電網是電源中心，主要負責電力的外送；中部電網是重要的負荷中心；西部電網和北部電網是對外的主要輸電通道，其中北部電網內沒有220 kV電壓等級及以上的發電廠。目標電網中的電廠分屬四大發電集團，其中華電集團下有8個電廠，主要分布在中部電網、東部電網和西部電網；大唐集團下有5個電廠，主要分布在東部電網和中部電網；國電集團下有3個電廠，主要分布在東、中、西部電網；華能集團下有4個電廠，主要分布在東部電網和西部電網。

1.2 基于網架結構的降損方法研究

首先將仿真數據中的初始損失電量按照實際線損月報中一次網損數據進行調整，從而確定各電廠初始開機方式。然后根據仿真計算確定各電廠出力對網損的影響率。以電廠所屬發電集團和所屬電網區域為約束條件，建立區域內和區域間同一發電集團內不同電廠之間的機組出力轉移方案，對方案進行經濟效益影響分析。最后運用電力系統仿真軟件對每一種方案下的電網損失電量進行仿真分析，并將結果與初始損失電量相比較，從而找出優化機組出力的規律。優化機組出力對網損影響分析流程圖如圖1所示。

每個方案均以目標電網中冬大、冬腰、冬小、夏大、夏腰、夏小6種運行方式為研究對象，綜合考慮全年供熱期和非供熱期的情況，根據全年負荷情況按下列公式對數據進行加權處理：

(1)

式中：Qy表示年節電量，Qs表示供熱期節電量，Qds表示非供熱期節電量。

(2)

式中：Qw1表示冬大節電量，Qw2表示冬腰節電量，Qw3表示冬小節電量；Qs1表示夏大節電量，Qs2表示夏腰節電量，Qs3表示夏小節電量；k1、k2、k3分別為大負荷、腰荷和小負荷3種運行方式的年平均運行系數。

圖1 優化機組出力對網損影響分析流程圖Fig.1 Analysis flow diagram of influence of units’ output optimization on power network loss

1.3 機組出力對網損的影響分析

為了能夠在約束條件下確定機組優化的最佳方案，可以用式(3)表示各電廠機組出力對一次網損的影響。設Q為電網的網損電量，Qij為某發電集團內某電廠的發電量，m表示發電集團的數量，n表示電廠的數量，ΔQij為電廠的轉移電量，則可表示為

(3)

對各電廠進行機組出力變化分析，通過仿真實驗分析可發現：裝機容量大的機組對網損影響較大；外送型電網內的電廠較就地平衡型電網內的電廠，其開機方式對網損影響較大。因此在目標電網中，東部電網的開機方式對網損的影響最大。若在保證東部外送斷面不降低的同時降低網損，可通過調整各區域間開機方式實現。為了能夠有效達到目的，應該在增加東部電網發電量的同時，盡量減少中部電網和西部電網中裝機容量大、對網損影響較大的機組出力。如果安排合理的話，能夠實現網損的大幅降低。

2 仿真實驗及結果分析

2.1 各發電集團經濟效益水平分析

對目標電網中發電集團內和發電集團間發電量轉移進行對比分析，結果如圖2所示，表示為9種電廠出力變化方式對應的網損情況。

圖2 發電集團機組出力轉移和相應的網損Fig.2 Units’ output transfer and relevant network loss in power generation groups

圖2中：方式1為初始開機方式和對應的網損；方式2表示大唐集團內部電廠之間電量轉移40 150萬kW·h后，網損降低4.32%；方式3表示大唐集團向華能集團按照方式2的電量進行機組出力優化后，網損降低6.14%，但大唐集團將損失9 512.26萬元；方式4表示華能集團內部電廠轉移電量40 150萬kW·h后，網損降低4.06%；方式5表示華能集團向華電集團按照方式4的電量進行機組出力優化后，網損降低2.77%，但華能集團將損失9 512.26萬元；方式6表示華電集團內部電廠轉移電量40 150萬kW·h后，網損降低0.39%；方式7表示華電集團向大唐集團按照方式6的電量進行機組出力優化后，網損降低2.63%，但華電集團將損失9 512.26萬元；方式8表示國電集團內部電廠出力轉移電量60 225萬kW·h后，網損降低2.12%；方式9表示國電集團向華電集團按照方式8的電量進行機組出力優化后，網損降低3.05%，但國電集團將損失14 268.40萬元。

通過對比分析可以看出，在發電集團內部和集團之間進行機組優化都可以實現網損的降低，雖然在集團間進行機組優化能夠使網損降低更多，但是會使部分發電集團的經濟效益受到損失，因此在考慮到經濟效益平衡的原則上，應該在保證各發電集團的發電量總體不受損失的條件下再進行機組優化，實現降損的目的。

2.2 區域內電網電量轉移對網損的影響

對目標電網中的3個區域電網內部進行電廠機組出力調整，并根據式(1)和式(2)對仿真結果進行處理，分析損失電量的變化情況。具體方案及分析結果如表1所示，表中正數表示轉入電量，負數表示轉出電量。

表1 區域內機組出力轉移和損失電量Table 1 Units’ output transfer and lost electricity within the network area

通過仿真結果可以看出，在中部電網中，裝機容量最大的華電5廠對網損影響最大。華電5廠向華電廠轉移6.8億kW·h電量，可節約電量546.34萬kW·h。對于西部電網，華電集團3廠向4廠轉移7億kW·h電量，可節約電量115.17萬kW·h；華能集團華能3廠向華能4廠轉移5.2億kW·h電量，可節約電量321.23萬kW·h。東部為外送型電網，華能1廠和大唐3廠的開機方式對網損影響較大。華能集團1廠向2廠轉移電量4.38億kW·h，可節約電量1 682.58萬kW·h；大唐集團3廠向1廠轉移電量7.66億kW·h，可節約電量1 696.51萬kW·h。

2.3 區域間電網電量轉移對網損的影響

對3個區域電網之間進行電廠機組出力調整，并根據式(1)和式(2)對仿真結果進行處理，分析損失電量的變化情況。具體方案如表2所示，表中正數表示轉入電量，負數表示轉出電量。

從仿真結果看，東中部電網之間，華電集團8廠向5廠轉移電量7.45億kW·h，可節約電量1 462.67萬kW·h；大唐集團3廠向4廠轉移電量5.66億kW·h，可節約電量1 990.72萬kW·h；國電集團1廠向2廠轉移電量7.45億kW·h，可節約電量1 961.52萬kW·h。

東西部電網之間，華電集團1廠向4廠轉移電量7.45億kW·h，可節約電量1 049.02萬kW·h；華能集團1廠向4廠轉移電量5.22億kW·h，可節約電量3 247.41萬kW·h。

相同條件下，東部電網對網損的影響較大，如果想增加東部外送，但同時又不增加網損，則可通過調整各區域間開機方式實現。為了能夠有效達到目的，應該在增加東部網發電量的同時，盡量關停中部網和西部網中裝機容量大、對網損影響較大的電廠機組。東部電網向中部和西部電網轉移電量，如果安排合理的話，能夠實現網損的大幅降低。

3 結 語

基于電網結構特點，在保證各發電集團經濟效益不受影響的基礎上，可通過優化電網機組出力實現網損的降低。由于裝機容量大的機組對網損影響較大，外送型區域內的電廠較就地平衡型區域內的電廠，其開機方式對網損影響較大，因此可以根據電網的網架結構特點，以電廠和發電集團的歸屬關系為制約條件，綜合考慮電廠裝機和負荷的分布情況，對機組開機方式進行優化，實現網損降低的同時還能保障各發電集團的年發電量。與傳統的降損方法相比，該方法具有針對性強、運行成本低的特點。因為增加了經濟約束條件，該方法能夠避免各發電集團之間的利益沖突，更具可操作性。

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(編輯 陳銀娥)

Loss reduction method study and economic benefit analysis based on power network structure

HU Yuanting1,GUO Qingyang2, XU Bingliang1, GUO Miao1, GUAN Wanlin1, ZHENG Jun1, LIU Zhipeng1

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030，China;2. Dispatching and Control Center， Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150090, China)

Reducing the power network loss by taking various measures has always been assumed as the main goal of improving economic efficiency. Measures can be taken mainly from two aspects of active power optimization and reactive power optimization. In this paper where practical power network is taken as the research object and active power optimization as the main method, the way to reduce power network loss is proposed based on the characteristics of network structure and the relationship between power plant and power generation group. The experimental results show that the proposed method can not only reduce the loss of the network, but also make the economic benefits of the power generation groups not to be damaged.

loss reduction; active power optimization; grid structure; economic benefit

2017-02-01。

胡遠婷(1984—)，女，碩士研究生，工程師，主要從事電網仿真分析工作。

TM744

B

2095-6843(2017)03-0208-04