配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的確定與降損分析

尹勝蘭，陳少華，莫 哲，何海帆

(1.廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006;2.廣東電網(wǎng)公司 清遠(yuǎn)市供電局，廣東 清遠(yuǎn) 511515)

配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的確定與降損分析

尹勝蘭1，陳少華1，莫 哲1，何海帆2

(1.廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006;2.廣東電網(wǎng)公司 清遠(yuǎn)市供電局，廣東 清遠(yuǎn) 511515)

針對復(fù)雜電網(wǎng)中確定配電網(wǎng)是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的難題，給出了以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間來劃分配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的兩種解析方法，闡述了各類運(yùn)行區(qū)域的特點(diǎn)，分析了配電網(wǎng)技術(shù)改造的要點(diǎn)。并分析對比了兩種方法，提出了以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間確定配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域更為準(zhǔn)確，為降損改造提供了依據(jù)。最后通過實(shí)際線路計(jì)算驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性以及降損的可行性。

配電變壓器;優(yōu)化配置;有功功率;無功功率;降損

0 引言

電網(wǎng)電能損耗簡稱為線損。線損率是電網(wǎng)中損耗的電量與供應(yīng)電量的百分?jǐn)?shù)，是反應(yīng)電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、技術(shù)裝備和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)衡量電能損耗的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)［1，2］。

而電網(wǎng)的復(fù)雜性給分析和確定配電網(wǎng)是否優(yōu)化配置帶來很大的困難，所以本文給出了一種以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間 ［t］ec來確定配電網(wǎng)是否優(yōu)化配置的方法。該方法原理簡單，準(zhǔn)確實(shí)用，并且依據(jù)該確定方法提出了有效降損措施，大大提高了改造電網(wǎng)降低電網(wǎng)損耗的效率。

1 配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的確定

1.1 傳統(tǒng)的以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷確定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的方法

配電網(wǎng)的損耗隨配電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的改變而改變，配電網(wǎng)的網(wǎng)損由兩部分組成:一是配電網(wǎng)所有配電變壓器鐵心上的損耗，與運(yùn)行負(fù)荷無關(guān)，因此稱固定損耗;二是配電線路和配電變壓器電阻上的損耗，直接與配電網(wǎng)的運(yùn)行負(fù)荷相關(guān)，因此稱可變損耗［3］?？倱p耗為兩者之和，計(jì)算方法為:

式中:ΔW為配電網(wǎng)損耗總和，kW·h;∑ΔP0i為所有變壓器空載損耗總和，kW;t為配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間，h;K為系數(shù)，其值為均方根負(fù)荷與平均負(fù)荷之比，取1.1;PL為計(jì)算期內(nèi)平均運(yùn)行負(fù)荷，kW;U為配電網(wǎng)的額定電壓，kV。

配電網(wǎng)的網(wǎng)損率是指網(wǎng)損電量與供電電量之比，由PLt+ΔW=WP，當(dāng)ΔW很小時(shí)，近似有PLt=WP，將式 (1)兩邊同除以供電量WP，可得網(wǎng)損率的計(jì)算公式:

式 (2)表明，當(dāng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷為Pec時(shí)，整個(gè)配電網(wǎng)的網(wǎng)損率最低，經(jīng)濟(jì)效果最佳，只要電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不變，Pec為一定值。通常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域取網(wǎng)損率為最小網(wǎng)損率的θ(θ取1.2倍)［4］時(shí)所對應(yīng)的運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域，推導(dǎo)可得:［P］ec=Pec(θ±

1.2 以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間確定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的方法

供電量一定的情況下，當(dāng)配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間控制在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，可以有效降低線損率，設(shè)WP，WQ分別為供電時(shí)間t內(nèi)的有功和無功供電量，kW·h。

時(shí)，ΔW取最小值，當(dāng)線路首端計(jì)量的是有功電度和功率因數(shù)cosα?xí)r，式 (3)可改寫為:

同樣以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域取網(wǎng)損率為最小網(wǎng)損率的θ(θ取1.2)倍時(shí)所對應(yīng)的運(yùn)行時(shí)間區(qū)域，推導(dǎo)可得:

1.3 兩種方法的關(guān)系與比較

因?yàn)榻朴蠵Lt=WP，所以PL與t成反比關(guān)系，且 ［P］ec與 ［t］ec是相對應(yīng)的。配電網(wǎng)損耗ΔW，運(yùn)行負(fù)荷PL，運(yùn)行時(shí)間t三者關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 損耗ΔW，運(yùn)行負(fù)荷PL，運(yùn)行時(shí)間t的關(guān)系Fig.1 Relationship of ΔW，PLand t

［P］ec所對應(yīng)的t區(qū)間為 ［t1，t2］，所以當(dāng)t∈ ［t1，t2］時(shí)，配電網(wǎng)運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)區(qū)域;t∈［t3，t1)時(shí)，配電網(wǎng)運(yùn)行在過載區(qū)域;t∈ (t2，+∞)時(shí)，配電網(wǎng)運(yùn)行在輕載區(qū)域。

因?yàn)樨?fù)荷大小是從線路出口電流表定時(shí)觀察采集的，而電流表屬于瞬時(shí)值指示儀表，準(zhǔn)確級別低，且很少作定期校驗(yàn)。而電能表屬于指示累計(jì)值儀表，準(zhǔn)確級別比電流表高，且要求定期校驗(yàn)。所以從實(shí)際工程應(yīng)用上來講，以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間確定配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域，比以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷確定配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的準(zhǔn)確程度更高［5］。

2 配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的應(yīng)用

配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的劃分，對配電網(wǎng)運(yùn)行管理、技術(shù)改造及負(fù)荷調(diào)整等網(wǎng)損管理工作具有重要的指導(dǎo)意義［6］，現(xiàn)分析如下:

(1)當(dāng)t∈ ［t1，t2］時(shí)，配電網(wǎng)運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)區(qū)域，此時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)和負(fù)荷變化范圍是合理的，無需進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整和技術(shù)改造。

(2)當(dāng)t∈(t2，+∞)時(shí)，配電網(wǎng)運(yùn)行在輕載區(qū)域，電網(wǎng)改造重點(diǎn)是降低配變鐵損，可采取加快高能耗配變更新改造、更換“大馬拉小車”配變、提高配電網(wǎng)的運(yùn)行負(fù)荷［7］等。

(3)當(dāng)t∈ ［t3，t1)時(shí)，配電網(wǎng)運(yùn)行在過載區(qū)域。這時(shí)負(fù)荷較重，應(yīng)考慮更換大容量變壓器或轉(zhuǎn)移負(fù)荷。

3 依據(jù)經(jīng)濟(jì)區(qū)域的降損流程圖

流程圖如圖2。

圖2 依據(jù)確定方法的降損流程圖Fig.2 Flow chart of reducing losses based on determine method

4 算例分析

以某地區(qū)運(yùn)行的某線路為例進(jìn)行分析，額定電壓為10 kV，功率因數(shù)取0.86。線路結(jié)構(gòu)如圖3所示。表1為一天24h內(nèi)采集的有功電量以及依據(jù)公式 (3)計(jì)算所得的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間區(qū)域。表2，3為圖3中各變壓器參數(shù)和各段導(dǎo)路參數(shù)。

圖3 線路結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Line structure

表1 有功電量 (每3h采集)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間區(qū)域Tab.1 Active power and economic operation time

表2 變壓器參數(shù)Tab.2 Transformer parameters

表3 線路參數(shù)Tab.3 Line parameters

改造前，根據(jù)理論線損計(jì)算軟件可以得到的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 理論線損計(jì)算結(jié)果Tab.4 Result of theory loss calculation

分析:

(1)由表1知，3～6 h段配電網(wǎng)不在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，t＞［t］ecmax，結(jié)合圖1知配電網(wǎng)運(yùn)行在輕載區(qū)域，可通過更換高耗能輕負(fù)載配變降低鐵損，經(jīng)過觀察，表2中變壓器S5的供電環(huán)境是負(fù)載相對較小的單班制公司，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，所以更換成鐵損相對小的變壓器S11－80，線損率由 1.74%降為1.68%，降損效果明顯。

(2)由表1知，18～21 h段配電網(wǎng)不在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，t＜［t］ecmin，結(jié)合圖1知配電網(wǎng)運(yùn)行在過載區(qū)域，可以通過調(diào)整或轉(zhuǎn)移負(fù)荷降低線損。由理論線損計(jì)算軟件，在18～21 h段適當(dāng)調(diào)整運(yùn)行負(fù)荷，使配電網(wǎng)運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，線損率可由1.68%最低降到1.66%。降損效果明顯。

改造后，根據(jù)理論線損計(jì)算軟件可以得到結(jié)果如表5。

表5 理論線損計(jì)算結(jié)果Tab.5 Result of theory loss calculation

5 結(jié)語

目前，判斷和分析復(fù)雜配電網(wǎng)是否經(jīng)濟(jì)配置一直是電網(wǎng)規(guī)劃和改造過程中的薄弱環(huán)節(jié)，綜合考慮負(fù)荷的性質(zhì)，本文給出兩種配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的確定方法。而以 ［t］ec確定配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域更為準(zhǔn)確，該方法原理簡單，準(zhǔn)確實(shí)用，并通過實(shí)際的案例驗(yàn)證了該方法的正確性以及依據(jù)該方法降損的可行性，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值，為線路的改造、制定降損措施提出有價(jià)值的建議。

［1］王濤，張堅(jiān)敏，李小平．計(jì)劃線損率的計(jì)算及其評價(jià)［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(7):40－42，55．

Wang Tao，Zhang Jianming，Li Xiaoping．The calculation of scheduled loss ratio and its comment［J］．Power System Technology，2003，27(7):40－42，55．

［2］黃義群，降低農(nóng)村電網(wǎng)線損的措施 ［J］．科技經(jīng)濟(jì)市場，2008，(5):26－27．

Huang Yiqun．Measures of reducing the rural power Loss［J］．Science Economy Market，2008，(5):26 －27．

［3］趙學(xué)均．最新電網(wǎng)實(shí)時(shí)線損理論計(jì)算與分析及降損措施實(shí)用手冊［M］．北京:中國電力工業(yè)出版，2005．

Zhao Xuejun．The latest network losses theoretical calculation and analysis and practical manual of reducing losses measures［M］． Beijing: China Power Industry Press．2005．

［4］盧志剛，秦四娟，李海濤，等．配電網(wǎng)技術(shù)線損分析［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(24):177－180．

Lu Zhigang，Qin Sijuan，Li Haitao，et al．，Analysis on technical line loss of distribution network ［J］Power System Protection And Control， 2009， 37 (24):177－180．

［5］劉丙江，線損管理與節(jié)約用電［M］．北京:中國水利水電出版社，2005．

Liu Binjiang．Line loss management and conervation of electricity［M］．Beijing:China Water Conservancy and Hydropo-wer Press，2005．

［6］楊欣．配電網(wǎng)運(yùn)行區(qū)域的劃類分析 ［J］．現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，(12):80－81，84．

Yang Xin．Analysis of Distribution network move-ment region delimitation ［J］．Modern Electronic Tec-hnique，2005，(12):80－81，84．

［7］余衛(wèi)國，熊幼京，周新風(fēng)，等，電力網(wǎng)技術(shù)線損分析及降損對策［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(18):54－57，63．

Yu Weiguo，Xiong Youjing，Zhou Xinfeng，et al．Analysis on technical line losses of power grids and countermeasures to reduce line losses［J］．Power System Technology，2006，30(18):54－57，63．

Determine for Economic Operation Area of the Distribution Network and Analysis of Reducing Losses

Yin Shenglan1，Chen Shaohua1，Mo Zhe1，He Haifan2
(1．Faculty of Automation，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006;China;2．Qingyuan Power Supply Bureau，Guangdong Power Grid Company，Qingyuan 511515，China)

To determine whether distribution network is optimal in complex distribution network is difficult．Presenting two theoretical calculation methods for dividing economic area with economic operation load or economic operation time．Described the characteristics of various types of operation area and analysis of the main points of distribution network transformation．Analysis and comparison of the two methods，proposed economic operation time is more accurate for determining whether distribution network is optimal．It has practical significance to improve the economic operation of distribution network．The actual line computation confirms each kind of analysis or computation method accuracy and usability．

distribution transformers;optimal;active power;reactive power;reducing losses

TM731

A

2010－12－01。

尹勝蘭 (1984－)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)自動(dòng)化，E-mail:yins0912@163．com。