配電網(wǎng)改造項(xiàng)目節(jié)能量計算方法探討

趙彪，劉旸，冒詠秋，冷雪飛，蔣劍鋒，劉浩然，趙才溢

（1.國網(wǎng)（北京）節(jié)能設(shè)計研究院有限公司，北京100052；2.中國質(zhì)量認(rèn)證中心南京分中心，江蘇南京210005）

配電網(wǎng)改造項(xiàng)目節(jié)能量計算方法探討

趙彪1，劉旸2，冒詠秋2，冷雪飛1，蔣劍鋒1，劉浩然1，趙才溢2

（1.國網(wǎng)（北京）節(jié)能設(shè)計研究院有限公司，北京100052；2.中國質(zhì)量認(rèn)證中心南京分中心，江蘇南京210005）

本文首先分別介紹了三類配電網(wǎng)節(jié)能量計算方法的基本原理及應(yīng)用現(xiàn)狀；其次，簡要分析了各類方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性；可為今后配電網(wǎng)節(jié)能改造項(xiàng)目的節(jié)能量計算提高參考。

配電網(wǎng)；節(jié)能改造；節(jié)能量審核；線損

配電網(wǎng)線損已成為整個電力系統(tǒng)線損的最大構(gòu)成部分，我國中、低壓配電網(wǎng)損耗占電網(wǎng)整體綜合損耗的近50%。一方面，在硬件設(shè)施上，部分配電網(wǎng)還存在設(shè)備老化、臺區(qū)負(fù)荷不匹配、線路過長、迂回供電、部分線路線徑偏小、無功補(bǔ)償不足等眾多導(dǎo)致高線損的不利因素；另一方面，新型城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐加快，新能源、分布式電源、電動汽車、儲能裝置快速發(fā)展，氣候變化導(dǎo)致極端天氣頻發(fā)，終端用電負(fù)荷呈現(xiàn)增長快、變化大、多樣化的新趨勢，使得配電網(wǎng)改造升級的任務(wù)更加緊迫。由于負(fù)荷增長快而配電網(wǎng)建設(shè)投資滯后，配電網(wǎng)在節(jié)能降耗方面有著很大的挖掘潛力。

合同能源管理機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能服務(wù)公司、用能公司、金融機(jī)構(gòu)間的多贏局面，配電網(wǎng)節(jié)能改造引入效益分享型合同能源管理機(jī)制是電力行業(yè)節(jié)能減排的重要舉措，對于電力行業(yè)完成節(jié)能減排目標(biāo)具有重要作用［1］。節(jié)能量是衡量合同能源管理項(xiàng)目節(jié)能效果的關(guān)鍵參數(shù)，也是項(xiàng)目用能單位與節(jié)能服務(wù)公司效益分享的核心依據(jù)，其計算結(jié)果的準(zhǔn)確與否可直接關(guān)系到項(xiàng)目的成敗。

目前，對于配電網(wǎng)節(jié)能改造項(xiàng)目節(jié)能量計算主要有基于統(tǒng)計線損的節(jié)能量計算方法、以實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的理論線損法、基于設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的簡化計算法等三類方法。本文首先分別介紹了三類配電網(wǎng)節(jié)能量計算方法的基本原理及應(yīng)用現(xiàn)狀；其次，簡要分析了各類方法的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用性；可為今后配電網(wǎng)節(jié)能改造項(xiàng)目的節(jié)能量計算提供參考。

1 配電網(wǎng)改造項(xiàng)目節(jié)能量計算方法

線損理論計算是根據(jù)配電網(wǎng)的實(shí)際負(fù)荷及正常運(yùn)行方式，計算配電網(wǎng)中每一元件的實(shí)際有功功率損失和在一定時間段內(nèi)的電能損失［2］。目前，基于線損理論測量與驗(yàn)證方法已被應(yīng)用于分析配電網(wǎng)綜合節(jié)能改造項(xiàng)目的節(jié)能潛力和計算節(jié)能量［3～8］。基于線損理論的節(jié)能量計算方法主要有統(tǒng)計線損法、理論線損法兩大類。

1.1 基于統(tǒng)計線損的節(jié)能量計算方法

統(tǒng)計線損法是指以某一區(qū)域配電網(wǎng)或某一線路改造項(xiàng)目為對象，通過計量其改造前基準(zhǔn)期內(nèi)，以及改造后統(tǒng)計報告期內(nèi)的供、售電量，計算出項(xiàng)目改造前后的線損率，并根據(jù)線損率的變化計算得到節(jié)電量。

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力網(wǎng)電能損耗管理規(guī)定》，線損率計算公式為：

式中：△A%為線損率，AG為供電量，AS為售電量，AF為電廠發(fā)電量，AWG為外購電量，ASR為電網(wǎng)輸入電量，ASC為輸出電量，AZD，i為終端客戶的抄見電量。

根據(jù)上述公式（1），電力企業(yè)的線損率即為單位供電量的電能損耗量，該參數(shù)可對應(yīng)于國家發(fā)展和改革委員會公布的《節(jié)能量確定和監(jiān)測方法》中的單個產(chǎn)品能耗，改造前后的線損率則分別對應(yīng)基準(zhǔn)期、統(tǒng)計報告期單個產(chǎn)品電耗，基準(zhǔn)期供電量則對應(yīng)于基準(zhǔn)產(chǎn)量。進(jìn)一步，改造項(xiàng)目節(jié)能量計算可按如下公式：

式中：△E為節(jié)能量，△AJZ%為基準(zhǔn)期線損率，△ABG%為報告期線損率，AG，JZ為基準(zhǔn)期供電量。

電網(wǎng)線損率是國家主管部門考核電力企業(yè)的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低線損是配電網(wǎng)節(jié)能改造的最主要目的之一，也是其改造效果最直接、最重要的體現(xiàn)。統(tǒng)計線損法從改造結(jié)果出發(fā)，直接以線損率計算配電網(wǎng)改造項(xiàng)目節(jié)能量，計算參數(shù)也均為電力企業(yè)日常生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，該計算方法最為簡單直觀。

統(tǒng)計線損率作為考核電力企業(yè)的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其數(shù)值大小不僅受到配電網(wǎng)改造項(xiàng)目設(shè)備性能水平高低的影響，同時也是電力公司電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計水平、生產(chǎn)技術(shù)水平、經(jīng)營管理水平的綜合體現(xiàn)。相較于設(shè)備性能水平，其他影響因素更加難以量化，因此，利用統(tǒng)計線損法計算配電網(wǎng)改造項(xiàng)目的節(jié)能量常常存在能耗泄漏的情況，造成計算結(jié)果與實(shí)際值的正負(fù)偏差波動性較大且不可控，這在一定程度上制約了此類方法的推廣應(yīng)用。

1.2 基于理論線損的節(jié)能量計算方法

由1.1節(jié)可知，統(tǒng)計線損率是基于供、售電量計量表計統(tǒng)計得出的線損率，計量表計之間準(zhǔn)確度及精度不一致產(chǎn)生的誤差［4］、供售電不同期引起的波動［5］，經(jīng)誤差傳遞、累積，可導(dǎo)致統(tǒng)計線損率計算結(jié)果的誤差較大，從而使得以統(tǒng)計線損法計算得到的節(jié)能量偏離真實(shí)值。

相較于統(tǒng)計線損率，理論線損率是基于設(shè)備參數(shù)、負(fù)荷潮流特性計算得出的線損率，能夠規(guī)避管理因素對線損率數(shù)據(jù)的影響，因而理論線損率能更好的反應(yīng)系統(tǒng)本身的技術(shù)水平。實(shí)際上，理論線損計算常用于管理部門參考制定線損率考核指標(biāo)［6］，或分析降損潛力，為線路技術(shù)改造提供理論依據(jù)［7］，因此以理論線損率為基礎(chǔ)計算改造項(xiàng)目節(jié)能量與統(tǒng)計線損率相比可以進(jìn)一步剔除影響因素，減少能耗泄漏，提高計算結(jié)果的可信度。

目前，對于電網(wǎng)理論線損率的計算方法主要有傳統(tǒng)計算方法和潮流計算等兩類。傳統(tǒng)計算方法與潮流計算方法均需以建立配電網(wǎng)等效電路模型為基礎(chǔ)，且均從組成配電網(wǎng)的各元件/設(shè)備入手，以電阻損耗計算公式為基本方法，計算理論線損。兩者的主要區(qū)別在于傳統(tǒng)計算方法是通過簡化求解潮流方程來計算線損，即先求各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，然后假設(shè)各節(jié)點(diǎn)電壓都相等且為定值，將非線性潮流方程簡化為線性方程，從而不用迭代求解潮流方程，而直接利用功率迭加法來得到流經(jīng)各線路的功率［8］。因此，與潮流計算方法相比，傳統(tǒng)計算方法的精度較差，并且傳統(tǒng)計算方法主要適用于穩(wěn)態(tài)負(fù)荷模型計算，對動態(tài)模型的適用性較差。

隨著計算機(jī)與通信技術(shù)的發(fā)展，SCADA/EMS、GIS等系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的投入應(yīng)用，使得原來難以獲取的各節(jié)點(diǎn)電流、電壓、相位、功率等數(shù)據(jù)，以可以實(shí)時顯示［7］，并可以5min或10min或15min一次的頻率存儲數(shù)據(jù)，完全可以代表電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)［9］，為潮流計算提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

目前，國內(nèi)眾多學(xué)者［8，10］已對利用潮流法計算配電網(wǎng)線損開展了大量的研究。但是將潮流法應(yīng)用到節(jié)能量計算中，從實(shí)際工程應(yīng)用層面還存在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜造成模型搭建工作量巨大、SCADA采集數(shù)據(jù)的“準(zhǔn)實(shí)時性”造成的計算結(jié)果準(zhǔn)確性降低、以損耗功率計算節(jié)能量采用方法的精度有限等諸多問題有待解決。

1.3 基于設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的簡化計算方法

前兩者方法都是從線路層面出發(fā)，以線損為基礎(chǔ)計算節(jié)能量，計算結(jié)果受到多因素的交叉耦合影響，能耗泄漏情況十分復(fù)雜，可能導(dǎo)致無法有效識別節(jié)能效果的情況發(fā)生，簡化計算法則以改造元件/設(shè)備為研究對象，劃定邊界，可直接計算出各改造元件/設(shè)備的節(jié)能量，匯總可得項(xiàng)目總節(jié)能量。

現(xiàn)階段配電網(wǎng)節(jié)能改造主要可分為設(shè)備能效升級、電能質(zhì)量提升等兩大類別，?？梢姡号潆娮儔浩鞴?jié)能改造、配電線路節(jié)能改造、無功補(bǔ)償節(jié)能改造、諧波治理、三相不平衡治理等其中一個或多個的組合。分析上述節(jié)能改造項(xiàng)目可以發(fā)現(xiàn)：配電變壓器節(jié)能改造常采用的方式有替換為低損高效變壓器或有載調(diào)容變壓器，目的在于降低變壓器空載損耗，提升供電效率；配電線路節(jié)能改造常采用的方式有線路升壓改造、擴(kuò)徑改造、應(yīng)用節(jié)能導(dǎo)線，從降低線路電流或電阻方面，降低線路電阻損耗；無功補(bǔ)償節(jié)能改造，則是把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并接接入電路，就近提供感性負(fù)荷所需要的無功功率，提高傳輸線路的功率因數(shù)，降低線路負(fù)荷電流，以降低線損。因此，一般都可劃定為元件本身為界，分別從降低空載損耗、提升供電效率角度計算配電變壓器節(jié)能改造項(xiàng)目節(jié)能量，從降低線路電流、電阻角度計算配電線路改造項(xiàng)目節(jié)能量，從提升線路功率因素或無功補(bǔ)償量（引入無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量概念）角度計算無功補(bǔ)償項(xiàng)目節(jié)能量，并根據(jù)單項(xiàng)措施節(jié)能量來綜合計算項(xiàng)目總節(jié)能量，具體可按如下公式：

△EX，i為線路改造類項(xiàng)目總節(jié)能量，為無功補(bǔ)償類項(xiàng)目總節(jié)能量。

對于變壓器類、線路改造類、無功補(bǔ)償類改造項(xiàng)目的簡化計算方法，國家電網(wǎng)公司、山東省均出臺了相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)，國家發(fā)展和改革委員會經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與調(diào)節(jié)局2014年發(fā)布的《電力需求側(cè)管理城市綜合試點(diǎn)項(xiàng)目類型及計算方法（試行）》文件中，均有列出簡化計算方法的公式，可參照使用。

簡化計算方法以改造元件或設(shè)備本身為邊界，直接抓取關(guān)鍵節(jié)能部分，并基于實(shí)測數(shù)據(jù)計算改造項(xiàng)目的節(jié)能量，該計算方法也較為直觀易懂，但所使用的部分參數(shù)非電力企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)需要另行計量，部分時候會出現(xiàn)參數(shù)獲取上存在困難的情況。并且，簡化計算方法將配電網(wǎng)各改造項(xiàng)目人為地割裂開來，忽略了電網(wǎng)作為一個整體其中任何一個元件或設(shè)備的變化均可能引起潮流分布的變化，因此，也同樣存在能耗泄漏的問題，但相較于前兩種方法，該部分能耗泄漏對計算結(jié)果的影響相對可控。因此，目前該方法是電力企業(yè)、合同能源管理項(xiàng)目供應(yīng)商等相關(guān)方應(yīng)用最多的方法。

2 三類計算方法的適用性分析

從工程實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，比較了三種方法的適用性，如表1所示。

表1 節(jié)能量計算方法的適用性比較

3 結(jié)論

（1）目前對于配電網(wǎng)節(jié)能改造項(xiàng)目節(jié)能量計算可以從降低網(wǎng)絡(luò)線損率、降低元件損耗等兩個角度出發(fā)，主要有基于統(tǒng)計線損的節(jié)能量計算方法、以實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的理論線損法、基于實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的簡化計算法等三類方法。

（2）從實(shí)際工程應(yīng)用的角度，簡化計算方法適用性最好；統(tǒng)計線損法一般只用于項(xiàng)目節(jié)能潛力的粗略估算；理論線損法僅適用于對典型項(xiàng)目的節(jié)能潛力分析。

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TM925.12

A

2095-2066（2016）30-0016-02

國網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司科技項(xiàng)目“配電網(wǎng)多元設(shè)備節(jié)能潛力廣域尺度評價模型及其時空耦合性研究”；國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計劃項(xiàng)目（2016IK088）。

2016-10-11

冒詠秋，男，江蘇如皋人，工學(xué)碩士，主要從事節(jié)能及新能源技術(shù)研發(fā)、能源管理、碳排放交易等工作。

冒詠秋。