改進(jìn)配電網(wǎng)線損計(jì)算方法分析

陸 陽 周紅光 蘭才進(jìn)

（1.浙江省余姚市供電局，浙江 余姚 315400；2.浙江省淳安縣供電局，浙江 淳安 311700；3.北京科華同力科技發(fā)展有限公司，北京 100012）

安全和降損是電力企業(yè)的兩大主題，實(shí)際配電系統(tǒng)中的線損水平是衡量和考核供電企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)營管理水平的一項(xiàng)重要綜合指標(biāo)，有效降損也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要手段和有效途徑。當(dāng)前市場環(huán)境下，電網(wǎng)管理正逐步引入市場競爭機(jī)制，發(fā)電單位和電力公司公開、公平地競爭選擇電源，這意味著電力公司必須想方設(shè)法降低損耗，從而達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。對配電網(wǎng)線損計(jì)算與分析已經(jīng)成為了電力公司研究的重要課題，對配電網(wǎng)線損計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)既具有理論意義，又具有很高的實(shí)用價(jià)值。

1 配電網(wǎng)線損的現(xiàn)狀

配電網(wǎng)線損率是衡量一個(gè)國家電能損耗水平的一個(gè)重要指標(biāo)，它是指實(shí)際的線損電量占供電總量的百分比。目前，我國的配電網(wǎng)絡(luò)線損率相對于世界發(fā)達(dá)國家來說，還是比較高的，線損率比發(fā)達(dá)國家至少要高2%～3%距離我國電力部門預(yù)定的12%的線損率還有較大的差距。我國有些配電網(wǎng)質(zhì)量較差的地區(qū)，線損率甚至在30%以上。國民經(jīng)濟(jì)水平的增加，對于電力的依賴及需求也越來越大，配電網(wǎng)承載的負(fù)荷也越來越高，尤其是我國城市的供電量大幅度增加，顯然原有的縱貫式的低壓配電線路已經(jīng)不滿足需求了。雖然，電力部門已經(jīng)進(jìn)行了多次整改，但是由于配電線路錯(cuò)綜復(fù)雜，改造的難度非常大，需要大量的人力和物力，所以，我國有很多的地方仍然使用的是舊的配電線路和設(shè)備。這些陳舊的配電線路和設(shè)備對于電能的損耗非常大，線損率遠(yuǎn)高于其他發(fā)達(dá)地區(qū)，這也是為什么部分地區(qū)供電質(zhì)量差的原因。因此，我國在配電線路損耗方面與發(fā)達(dá)國家還是存在較大差距的，具有巨大的節(jié)電潛力有待開發(fā)。不管是電力部門，還是電力公司，都有責(zé)任為降低線損率做出貢獻(xiàn)，改善我國目前的配電網(wǎng)線損計(jì)算方法，研發(fā)出切實(shí)可行的降低配電網(wǎng)線損率的技術(shù)措施，這些工作對于整個(gè)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的提高和供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的提升都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 配電網(wǎng)線損計(jì)算方法存在的問題

1）均方根電流法

均方根電流法是計(jì)算配電網(wǎng)線損的根本方法。它利用的原理是“線路中流過的均方根電流”所產(chǎn)生的電能損耗相當(dāng)于實(shí)際負(fù)荷在同一時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗。該方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，易于計(jì)算機(jī)編程計(jì)算。存在的問題：利用均方根電流法來計(jì)算配電網(wǎng)的線損時(shí)，必須要先將配電網(wǎng)沿線各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷資料進(jìn)行收集。但是由于配電網(wǎng)沿線的節(jié)點(diǎn)數(shù)目十分龐大，而且各個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的負(fù)荷容易發(fā)生變化，所以很難測量準(zhǔn)確，也沒有辦法對負(fù)荷資料進(jìn)行全面的收集。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，均方根計(jì)算必須基于24h對各個(gè)元件進(jìn)行負(fù)荷電流的測量，工作量特別大，代表日選取不同會(huì)有不同的計(jì)算結(jié)果，造成計(jì)算的也相對誤差較大。

2）平均電流法

平均電流法又稱之為形狀系數(shù)法。它的計(jì)算原理是利用均方根法與平均電流的等效關(guān)系進(jìn)行電能損耗計(jì)算，即線路中流過的平均電流所產(chǎn)生的電能損耗相當(dāng)于實(shí)際負(fù)荷在同一時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗。該方法的優(yōu)點(diǎn)是容易得到較為精確地電量作為計(jì)算參數(shù)，計(jì)算的結(jié)果也比較準(zhǔn)確，易于計(jì)算機(jī)編程計(jì)算。存在的問題：由于基于平均電流的電能損耗計(jì)算結(jié)果偏小，而且沒有實(shí)測記錄的配電變壓器，形狀系數(shù)難以確定，所以容易造成誤差。

3）等值電阻法

等值電阻法是根據(jù)均方根電流法發(fā)展而來的。它的理論依據(jù)是在線路的出口處，假設(shè)有一個(gè)等值的線路電阻，通過線路出口處的總電流所產(chǎn)生的損耗與線路各段不同的分段電流通過分段電阻產(chǎn)生的損耗的總和相等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不用收集運(yùn)行數(shù)據(jù)，只需要計(jì)算出等值電阻數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行電能損耗計(jì)算，易于計(jì)算機(jī)編程計(jì)算。存在的問題：該方法需要預(yù)先設(shè)定計(jì)算條件，條件設(shè)定不正確容易影響精度，而且該方法的應(yīng)用前提是要滿足實(shí)際工程的計(jì)算精度，這樣該方法才具備實(shí)用性和可行性。

4）最大電流法

最大電流法又稱之為損失因素法，同樣也是有均方根電流法演變而來的，它是利用困方根電流法與最大電流的等效關(guān)系進(jìn)行電能損耗計(jì)算的。它的基本原理是線路中流過的最大電流所產(chǎn)生的電能損耗相當(dāng)于實(shí)際負(fù)荷在同一時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗。該方法的優(yōu)點(diǎn)是只需要測量出代表日最大電流和計(jì)算出損失因素等數(shù)據(jù)，不需要太多的計(jì)算資料就可以進(jìn)行電能損耗計(jì)算，易于計(jì)算機(jī)編程計(jì)算。存在的問題：損失因素不容易計(jì)算，而且由于不同的負(fù)荷曲線、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等因素的不同，負(fù)荷因素也存在不同。該方法的計(jì)算精度較低，一般用于計(jì)算精度要求不高的情況，不適宜用于分析電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的降損措施與線損計(jì)算。

5）遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

這種線損計(jì)算方法雖然比較創(chuàng)新，對于提高計(jì)算精度有很大的幫助，但是由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)類型具有多樣性，該方法需要盡心不斷的實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)，目前實(shí)用性和可行性都比較差。

6）基于區(qū)間算法

該方法對負(fù)荷曲線形狀系數(shù)的區(qū)間性進(jìn)行了詳細(xì)的分析和論證，提供了形狀系數(shù)的區(qū)間值獲取方法，其計(jì)算結(jié)果是各損耗區(qū)間的區(qū)間值，能夠?yàn)橛脩籼峁┐罅康男畔?。但是，目前該方法尚不成熟，還有待進(jìn)一步研究。

7）模糊識別技術(shù)

模糊識別技術(shù)的原理是對支路電流的分配進(jìn)行修正，從而使計(jì)算的結(jié)果更加的精確，讓理論狀態(tài)盡可能的接近于實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)，這樣能夠大幅提高計(jì)算的精度。但是，該方法在實(shí)際的應(yīng)用中難以選擇隸屬函數(shù)，實(shí)用性比較低。

3 配電網(wǎng)線損計(jì)算方法改進(jìn)措施

對配電網(wǎng)理論線損計(jì)算方法進(jìn)行研究的目的是為了如何快速、精確地計(jì)算出配電網(wǎng)理論線損。通過對上述配電網(wǎng)線損計(jì)算方法的研究，可以分析出各自存在的問題。各種配電網(wǎng)線損計(jì)算方法都不同程度地存在一定的問題和局限性。電力部門和電力企業(yè)都在想方設(shè)法降低線路損耗，但是有些降損工作并沒有完全到位，這造成部分地區(qū)的降損壓力巨大。所以，急需要研究人員對配電網(wǎng)線損計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)。下文提出了一項(xiàng)科學(xué)可行的配電網(wǎng)線損計(jì)算方法，是在傳統(tǒng)線損計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，通過利用數(shù)學(xué)模型的方法對上述線損計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)。

考慮到我國當(dāng)前配電網(wǎng)自動(dòng)化不夠完善，沒有辦法提供及時(shí)完整的數(shù)據(jù)進(jìn)行線損分析，研究出了曲線基法。曲線基法的基本原理是利用數(shù)學(xué)模型，為每一種影響配電網(wǎng)線損的因素建立數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型繪制出該影響因素單獨(dú)作用時(shí)的線損曲線，稱之為曲線基。建立曲線基是該方法的重點(diǎn)，通過曲線基就能夠找到產(chǎn)生線損的主要因素了。下面就通過求三相不平衡配電線路的線損來說明該方法的具體用法和效果。

首先，需要計(jì)算出三相配電線路的不平衡度β，不平衡度是指三相電力系統(tǒng)中三相不平衡的程度，用電壓或電流負(fù)序分量與正序分量的方均根值百分比表示。當(dāng)三相電流相量的大小不等而相量和不為零時(shí)，即有零序分量時(shí)，稱為電流不平衡。

負(fù)荷電流不平衡度的一般定義為

式中，Imax為最大相負(fù)荷電流；ImaxA、ImaxB、ImaxC指三相負(fù)荷最大電流；Iav指平均負(fù)荷電流。

可以根據(jù)不平衡度與線損的關(guān)系，以及配電變壓器三相不平衡運(yùn)行時(shí)的附加損耗與不平衡度的關(guān)系，做出其曲線基，如圖1所示。

圖1 三相不平衡曲線基示例圖

結(jié)合曲線基法的基本原理，可以知道三相不平衡時(shí)，線損會(huì)明顯的增大，而且導(dǎo)致線損增大的因素只與三相不平衡度有關(guān)，與其在各相區(qū)的分布無關(guān)。

通過上述分析，不難驗(yàn)證，曲線基法能夠直觀地判斷出不平衡度與線損的關(guān)系，并且得出不平衡度是否超標(biāo)等信息。如果不平衡度將要超標(biāo)時(shí)，能夠及時(shí)通知電力企業(yè)采取有效的措施降低線損，具有很好的實(shí)用性和可行性。經(jīng)過分析之后發(fā)現(xiàn)，曲線基法還是存在一些缺點(diǎn)的，精確度不算高，而且目前還沒有研發(fā)出相關(guān)的應(yīng)用軟件。

4 結(jié)論

本文對配電網(wǎng)線損計(jì)算方法、配電網(wǎng)線損現(xiàn)狀、配電網(wǎng)線損計(jì)算方法存在的問題和相關(guān)改進(jìn)辦法進(jìn)行了介紹分析，并對配電網(wǎng)線損計(jì)算方法未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究。對于不斷深入研究配電網(wǎng)線損計(jì)算，尋找滿足配電網(wǎng)線損計(jì)算方法，降低線路損耗，規(guī)劃電網(wǎng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為供電企業(yè)提高配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平和經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

[1] 魏國強(qiáng),周建成.配電網(wǎng)線損計(jì)算方法及降損主要措施探討[J].科技與生活,2010(23):157-158.

[2] 盧志剛,秦四娟,李海濤,萬莉.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.

[3] 楊天義.用戶供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性的某些現(xiàn)狀與思考[J].建筑電氣,2010,29(3).

[4] 賈延峰,王業(yè)強(qiáng),劉莉.配電網(wǎng)理論線損計(jì)算的研究[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,1(23):68-70.