電力系統(tǒng)網損分析與應用

陳貴東

【摘 要】本文針對電力系統(tǒng)網損，先說明了網損的物理問題及其重要性，網損問題的定義及較全面地綜述了常用的電力系統(tǒng)網損計算方法和網損分攤方法，最后敘述了電力系統(tǒng)網損分析中的難點及研究趨勢。

【關鍵詞】網損；網損計算方法；電力市場

0.引言

隨著人類社會的日益進步，科學技術的飛速發(fā)展，電力工業(yè)已經成為世界各國的支柱產業(yè)，為整個社會提供著必需的能源和動力。由于電力系統(tǒng)中阻抗的存在，電能在轉換、輸送、分配過程中不可避免地伴隨著大量的損耗產生。

電能的生產和消耗規(guī)模巨大，據(jù)統(tǒng)計，其消耗的一次能源在國民經濟一次能源總消耗中占1/3的份額，電力系統(tǒng)覆蓋面廣，擔負著電能轉換和傳遞的任務。電力系統(tǒng)為社會提供著清潔方便的能源，同時電力系統(tǒng)在轉換、輸運、分配過程的損耗也相當巨大，因此研究電能在轉換、輸運、分配過程中的損耗具有重要的意義。

1.網損計算方法

網損的計算公式可以分為兩大類。一類是根據(jù)系統(tǒng)總網損等于全網各節(jié)點總凈注入功率，用節(jié)點注入表示的公式，另一類是根據(jù)系統(tǒng)總網損等于系統(tǒng)中各支路功率損耗之和，用支路電流或功率表示的公式。

輸電網的數(shù)據(jù)采集齊全，所以大多計算方法采用潮流計算的方法來進行網損理論計算，計算潮流的方法很多種，現(xiàn)常用的方法有：

1.1前推回代法

若有以由遠方終端采集裝置測得現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)，則可采用前推回代潮流法進行計算，由于考慮了無功功率和電壓損失的影響，所以計算出來的線損較為精確。

1.2等值電阻法

配電線路和配電變壓器的等值電阻分別用計算公式計算。

1.3最大電流法

利用均方根電流與最大電流的等效關系進行能耗計算。

1.4均方根電流法

根據(jù)一日24小時的電流數(shù)據(jù)進行計算。

1.5平均電流法

利用均方根電流與平均電流的等效關系進行能耗計算。

2.網損分析研究現(xiàn)狀

國外在電網建設方面的發(fā)展相比于國內，要先進很多。在電網自動化以及高級應用軟件方面，國外研究的熱點是網絡化、集成化、智能化。對于網損計算，國外現(xiàn)在研究的重點多是對網損的分析和降損措施與方法研究，如：以網損為目標的配電網網絡重構、無功優(yōu)化、補償電容投放位置的確定，配電電容器投切策略等問題等等，其中涉及到的網損計算大都轉化為功率損耗問題，以潮流的方法來求解。近年來提出的一些新方法主要有模糊理論逼近法、負荷統(tǒng)計學方面的聚類法等。輸電系統(tǒng)的網損變化主要依賴于其運行方式的變化，而輸電系統(tǒng)的運行方式變化很復雜，難以用解析的數(shù)學模型表達，從而給輸電系統(tǒng)的網損分析帶來困難。提出的輸電系統(tǒng)網損概率評估法，構建了一種描述系統(tǒng)實際運行條件下網損變化規(guī)律的方法。

國內電網網損理淪計算按管理分為省地局和縣區(qū)級兩部分，按電網的不同特點，對35kv以上輸電網和10kv-6kv配電網分別采用不同的計算方法?？傮w說：省地局電力部門網損計算較正規(guī)，有比較完善的制度和軟件的保證：縣級電力部門則基本上沒有專門的網損計算軟件，目前以手算為主。從計算方法看，因為缺少負荷數(shù)據(jù)，配電網的線損計算主要還足采用各種簡化、近似的計算方法。這些方法包括：均方根電流法、平均電流法、最大電流法、最大負荷損失小時法、分散系數(shù)法等。其簡化主要是網絡簡化和負荷簡化，如各種電流法中，都要求計算網絡的等效阻抗，就是對網絡進行簡化；負荷簡化是指按照某種假定的負荷規(guī)律對不確定的計算負荷進行分配或統(tǒng)計，以完成計算。輸電網由于數(shù)據(jù)比較完備，故可直接采用潮流計算的方法。近年來出現(xiàn)的網損計算方面的新方法有：各種回歸分析法、網絡最大流法（圖論方法）、等效節(jié)點功率法（潮流方法）、動態(tài)潮流法（包括各種差位、擬合法）等，對所有這些方法中，以潮流計算為基礎的結果理論上要更精確一些.但粘確的原因是計算中考慮的因素更多了，這也導致了有的方法計算量和處理的數(shù)據(jù)量都較大。

在功能上的改進也是近年來網損計算與管理軟件追求的目標之一。從以前的DOS版程序到現(xiàn)在的Windows版程序，從簡單的網損計算到網損計算管理系統(tǒng)，從單一的網損管理系統(tǒng)到作為DMS和EMS（能量管理系統(tǒng)）的一個組成部分的高級應用軟件，從單機程序到網絡數(shù)據(jù)交換，從離線計算到結合SCADA系統(tǒng)的在線計算，從交互式文本數(shù)據(jù)方式到可視化數(shù)據(jù)圖形一體化管理方式，與前幾年相比有了飛躍性的發(fā)展。這些主要得益上計算機技術、網絡技術和配電網自動化的發(fā)展，雖然有的還沒有很好的實現(xiàn)，但它代表了一種發(fā)展的方向。具體的說一個完整的網損管理系統(tǒng)首先應該是建立在一個好的平臺之上，這個平臺應該包括較好的數(shù)據(jù)管理與組織方式、靈活的數(shù)據(jù)查詢、簡潔的操作方式。作為一個多功能的網損管理軟件，應該包括網損計算與分析、網損考核、網損統(tǒng)計報表和對網絡結構和網絡運行方式的合理性優(yōu)化軟件等功能圖。

現(xiàn)在電力部門較常見的網損計算程序有：電科院的PSASP（電力系統(tǒng)分析綜合程序），PSASP包含的內容非常全面，其中的網損分析模塊雖然是針對輸電網的，但慫其數(shù)據(jù)輸入的格式與計算管理的方式都可以借鑒。

3.網損分析存在的問題及研究趨勢

輸送電力必然在輸電線路中產生損耗，該損耗大約占發(fā)電量的4%-6%，理論網損可根據(jù)理論計算算出，配電網的計算有多種不同的方法，因此各種新計算方法的研究是網損分析的研究趨勢，目的是更為精確的計算出電力系統(tǒng)的理論網損，與此同時如何將網損合理分攤到發(fā)電公司和用電公司是電力系統(tǒng)引入電力市場后的關鍵問題，并且成為與電力市場理論相結合的難題，也是國內外網損分析領域的熱點和研究趨勢。

由于電力系統(tǒng)潮流是一個大規(guī)模非線性問題，電網上的網損是電源、負荷的非線性函數(shù)。功率流動服從電路定律，合同路徑與實際物理路徑不一致，使網損精確計算與分攤變得十分困難。雖然由于潮流公式的非線性本質，準確的將支路潮流分配給發(fā)電機和負荷是不可能的，但分攤網損費用的共同協(xié)議對提高競爭仍然非常重要，因為只有所有實際的和有潛力的市場參與者都相信電力市場的運作是公平的，競爭才能在這個市場中充分發(fā)揮其作用。因此對共同協(xié)議的研究也是網損分析方向的趨勢。

由于各地區(qū)能源結構、能源分布狀況不平衡，造成電源中心與負荷中心分布不一致，為解決此問題世界上許多國家、地區(qū)相繼組建區(qū)域電力市場，以便在更大范圍內促進資源的優(yōu)化配置，滿足電力的供需平衡。因此，比較準確地計算省間交易引起的系統(tǒng)網損，公平、合理地分攤交易網損、以及有效地對過網省進行網損補償也是目前研究的熱點。

總之，從大量的相關網損分析的文獻中獲知，國內外關開網損分析領域的研究集中在配電網損計算和網損分攤方法上，隨著新方法的提出和應用，在電力系統(tǒng)網損分析及分配理論將有大的突破。