基于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的降損方法研究與經(jīng)濟效益分析

胡遠(yuǎn)婷， 郭慶陽， 徐冰亮， 郭 裊， 關(guān)萬琳， 鄭 君， 劉志鵬

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

基于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的降損方法研究與經(jīng)濟效益分析

胡遠(yuǎn)婷1， 郭慶陽2， 徐冰亮1， 郭 裊1， 關(guān)萬琳1， 鄭 君1， 劉志鵬1

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

實現(xiàn)網(wǎng)損降低，主要可以從優(yōu)化有功和優(yōu)化無功兩方面入手。本文以實際電網(wǎng)為研究對象，以優(yōu)化有功為主要手段，根據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點，考慮到電廠和發(fā)電集團的歸屬關(guān)系，提出一種降低網(wǎng)損的方法。經(jīng)實驗驗證，該種方法既能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)損的降低，又能夠使各發(fā)電集團的經(jīng)濟效益少受損失。

降損；有功優(yōu)化；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；經(jīng)濟效益

目前電力工業(yè)已經(jīng)成為世界各國的支柱產(chǎn)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)中存在阻抗，電能在轉(zhuǎn)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(tǒng)的網(wǎng)損。電力系統(tǒng)的網(wǎng)損是衡量電力企業(yè)經(jīng)營狀況的一項重要的綜合經(jīng)濟指標(biāo)。電力企業(yè)常用的降損措施主要從優(yōu)化有功和優(yōu)化無功兩大方面入手，具體手段包括優(yōu)化電網(wǎng)運行方式、加強線損管理、增強電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度和進行電網(wǎng)改造[1-3]。

電力網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)損主要由線路損耗和變壓器損耗兩部分組成。傳統(tǒng)理論計算中只運用了幾個運行數(shù)據(jù)，其理論計算結(jié)果和實際損失率相比誤差較大，給實現(xiàn)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(yōu)潮流法的改進算法成為網(wǎng)損計算的主要研究方法。應(yīng)用最優(yōu)潮流法可改變發(fā)電機出力，如通過網(wǎng)損微增率建立網(wǎng)損因子[5-7](網(wǎng)損修正系數(shù))，進而對目標(biāo)函數(shù)進行修正，并將網(wǎng)損作為常數(shù)加入等式約束；通過網(wǎng)損分?jǐn)傂拚繕?biāo)函數(shù)[8]，該類方法易受網(wǎng)損分?jǐn)偡桨赣绊?，限制了該類方法的計算精度及實用性?/p>

目前對節(jié)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(yōu)化及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改造提高電網(wǎng)供電可靠性，從而實現(xiàn)網(wǎng)損降低。文獻[9-11]提出通過安裝靜態(tài)無功補償裝置、電容儲能、改善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等方法，達到節(jié)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(yōu)化調(diào)度模式來降低網(wǎng)損。

針對傳統(tǒng)電網(wǎng)網(wǎng)損優(yōu)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(wǎng)為研究對象， 提出一種根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點進行優(yōu)化機組出力使網(wǎng)損降低的方法， 并在實現(xiàn)降損的同時增加電廠和發(fā)電集團的屬性關(guān)系的約束條件， 在保障各發(fā)電集團售電量不變的情況下，實現(xiàn)一次網(wǎng)損的降低。

1 基于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟效益約束的降損研究方法

1.1 目標(biāo)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)特點

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

1.2 基于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的降損方法研究

首先將仿真數(shù)據(jù)中的初始損失電量按照實際線損月報中一次網(wǎng)損數(shù)據(jù)進行調(diào)整，從而確定各電廠初始開機方式。然后根據(jù)仿真計算確定各電廠出力對網(wǎng)損的影響率。以電廠所屬發(fā)電集團和所屬電網(wǎng)區(qū)域為約束條件，建立區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間同一發(fā)電集團內(nèi)不同電廠之間的機組出力轉(zhuǎn)移方案，對方案進行經(jīng)濟效益影響分析。最后運用電力系統(tǒng)仿真軟件對每一種方案下的電網(wǎng)損失電量進行仿真分析，并將結(jié)果與初始損失電量相比較，從而找出優(yōu)化機組出力的規(guī)律。優(yōu)化機組出力對網(wǎng)損影響分析流程圖如圖1所示。

每個方案均以目標(biāo)電網(wǎng)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(jù)全年負(fù)荷情況按下列公式對數(shù)據(jù)進行加權(quán)處理：

(1)

式中：Qy表示年節(jié)電量，Qs表示供熱期節(jié)電量，Qds表示非供熱期節(jié)電量。

(2)

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

圖1 優(yōu)化機組出力對網(wǎng)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(wǎng)損的影響分析

為了能夠在約束條件下確定機組優(yōu)化的最佳方案，可以用式(3)表示各電廠機組出力對一次網(wǎng)損的影響。設(shè)Q為電網(wǎng)的網(wǎng)損電量，Qij為某發(fā)電集團內(nèi)某電廠的發(fā)電量，m表示發(fā)電集團的數(shù)量，n表示電廠的數(shù)量，ΔQij為電廠的轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)：裝機容量大的機組對網(wǎng)損影響較大；外送型電網(wǎng)內(nèi)的電廠較就地平衡型電網(wǎng)內(nèi)的電廠，其開機方式對網(wǎng)損影響較大。因此在目標(biāo)電網(wǎng)中，東部電網(wǎng)的開機方式對網(wǎng)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(wǎng)損，可通過調(diào)整各區(qū)域間開機方式實現(xiàn)。為了能夠有效達到目的，應(yīng)該在增加?xùn)|部電網(wǎng)發(fā)電量的同時，盡量減少中部電網(wǎng)和西部電網(wǎng)中裝機容量大、對網(wǎng)損影響較大的機組出力。如果安排合理的話，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)損的大幅降低。

2 仿真實驗及結(jié)果分析

2.1 各發(fā)電集團經(jīng)濟效益水平分析

對目標(biāo)電網(wǎng)中發(fā)電集團內(nèi)和發(fā)電集團間發(fā)電量轉(zhuǎn)移進行對比分析，結(jié)果如圖2所示，表示為9種電廠出力變化方式對應(yīng)的網(wǎng)損情況。

圖2 發(fā)電集團機組出力轉(zhuǎn)移和相應(yīng)的網(wǎng)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(yīng)的網(wǎng)損；方式2表示大唐集團內(nèi)部電廠之間電量轉(zhuǎn)移40 150萬kW·h后，網(wǎng)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(yōu)化后，網(wǎng)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(nèi)部電廠轉(zhuǎn)移電量40 150萬kW·h后，網(wǎng)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(yōu)化后，網(wǎng)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(nèi)部電廠轉(zhuǎn)移電量40 150萬kW·h后，網(wǎng)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(yōu)化后，網(wǎng)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(nèi)部電廠出力轉(zhuǎn)移電量60 225萬kW·h后，網(wǎng)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(yōu)化后，網(wǎng)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(fā)電集團內(nèi)部和集團之間進行機組優(yōu)化都可以實現(xiàn)網(wǎng)損的降低，雖然在集團間進行機組優(yōu)化能夠使網(wǎng)損降低更多，但是會使部分發(fā)電集團的經(jīng)濟效益受到損失，因此在考慮到經(jīng)濟效益平衡的原則上，應(yīng)該在保證各發(fā)電集團的發(fā)電量總體不受損失的條件下再進行機組優(yōu)化，實現(xiàn)降損的目的。

2.2 區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)電量轉(zhuǎn)移對網(wǎng)損的影響

對目標(biāo)電網(wǎng)中的3個區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部進行電廠機組出力調(diào)整，并根據(jù)式(1)和式(2)對仿真結(jié)果進行處理，分析損失電量的變化情況。具體方案及分析結(jié)果如表1所示，表中正數(shù)表示轉(zhuǎn)入電量，負(fù)數(shù)表示轉(zhuǎn)出電量。

表1 區(qū)域內(nèi)機組出力轉(zhuǎn)移和損失電量Table 1 Units’ output transfer and lost electricity within the network area

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

2.3 區(qū)域間電網(wǎng)電量轉(zhuǎn)移對網(wǎng)損的影響

對3個區(qū)域電網(wǎng)之間進行電廠機組出力調(diào)整，并根據(jù)式(1)和式(2)對仿真結(jié)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(shù)表示轉(zhuǎn)入電量，負(fù)數(shù)表示轉(zhuǎn)出電量。

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

東西部電網(wǎng)之間，華電集團1廠向4廠轉(zhuǎn)移電量7.45億kW·h，可節(jié)約電量1 049.02萬kW·h；華能集團1廠向4廠轉(zhuǎn)移電量5.22億kW·h，可節(jié)約電量3 247.41萬kW·h。

相同條件下，東部電網(wǎng)對網(wǎng)損的影響較大，如果想增加?xùn)|部外送，但同時又不增加網(wǎng)損，則可通過調(diào)整各區(qū)域間開機方式實現(xiàn)。為了能夠有效達到目的，應(yīng)該在增加?xùn)|部網(wǎng)發(fā)電量的同時，盡量關(guān)停中部網(wǎng)和西部網(wǎng)中裝機容量大、對網(wǎng)損影響較大的電廠機組。東部電網(wǎng)向中部和西部電網(wǎng)轉(zhuǎn)移電量，如果安排合理的話，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)損的大幅降低。

3 結(jié) 語

基于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點，在保證各發(fā)電集團經(jīng)濟效益不受影響的基礎(chǔ)上，可通過優(yōu)化電網(wǎng)機組出力實現(xiàn)網(wǎng)損的降低。由于裝機容量大的機組對網(wǎng)損影響較大，外送型區(qū)域內(nèi)的電廠較就地平衡型區(qū)域內(nèi)的電廠，其開機方式對網(wǎng)損影響較大，因此可以根據(jù)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點，以電廠和發(fā)電集團的歸屬關(guān)系為制約條件，綜合考慮電廠裝機和負(fù)荷的分布情況，對機組開機方式進行優(yōu)化，實現(xiàn)網(wǎng)損降低的同時還能保障各發(fā)電集團的年發(fā)電量。與傳統(tǒng)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(jīng)濟約束條件，該方法能夠避免各發(fā)電集團之間的利益沖突，更具可操作性。

[1] 王佳，常文煥，盧東偉,等. 電力系統(tǒng)網(wǎng)損分析及降損方法的研究[J]. 技術(shù)與市場，2014，21(11)：57-59. WANG Jia，CHANG Wenhuan，LU Dongwei，et al. Loss calculation and methods of loss reduction in the power system[J]. Technology and Market，2014，21(11)：57-59.

[2] 汪永華，王正風(fēng). 基于SCADA/EMS 的負(fù)荷實測與網(wǎng)損在線計算的研究與應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2012，40(4)：96-100. WANG Yonghua, WANG Zhengfeng. Research and application of power load measurement and on-line power network loss compute based on SCADA/EMS system[J]. Power System Protection and Control，2012，40(4)：96-100.

[3] 趙全樂. 線損管理手冊[M]. 北京： 中國電力出版社， 2007： 47-130. ZHAO Quanle. Line loss management manual[M]. Beijing： China Electric Power Press， 2007：47-130.

[4] 安海云，周前，周琪. 江蘇電網(wǎng)降損潛力和實現(xiàn)途徑方法分析[J]. 江蘇電機工程，2014，33(6)：42-44. AN Haiyun, ZHOU Qian, ZHOU Qi. Analysis on the potential loss reduction and its implementation of Jiangsu power grid[J]. Jiangsu Electrical Engineering, 2014，33(6)：42-44.

[5] LI Fangxing，BO Rui．DCOPF-Based LMP simulation：algorithm，comparison with ACOPF，and sensitivity[J]．IEEE Transactions on Power Systems，2007，22(4)：1475-1485．[6] 范展滔，鄭浩，趙晉泉，等．基于動態(tài)潮流的網(wǎng)損微增率算法[J]．南方電網(wǎng)技術(shù)，2016，10(2)：77-81. FAN Zhantao，ZHENG Hao，ZHAO Jinquan，et al. An incremental network loss algorithm based on dynamic power flow[J]. Southern Power System Technology，2016，10(2)：77-81.

[7] LI Fangxing，PAN Jiuping，CHAO Henry．Marginal loss calculation in competitive electrical energy markem[C] //IEEE International Conference on Electric Utility Deregulation，Restructuring and Power Technologies．Hongkong：IEEE，2004．

[8] 張寧，陳嫠坤，駱曉明,等．廣東電網(wǎng)節(jié)能發(fā)電調(diào)度計劃模型與算法[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(24)：11-15． ZHANG Ning，CHEN Huikun，LUO Xiaoming，et a1．Model and algorithm of energy-conservation based generation dispatching for Guangdong power grid[J]. Power System Technology，2008，32(24)：11-15.

[9] 王司博，韋統(tǒng)振，齊智平．超級電容器儲能的節(jié)能系統(tǒng)研究[J]．中國電機工程學(xué)報，2010，30(9)：105-110． WANG Sibo，WEI Tongzhen．QI Zhiping．Energy saving system based on supercapacitor[J]．Proceedings of the CSEE，2010，30(9)：105-110．

[10] 王楠，張粒子，黃巍,等. 電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟調(diào)度網(wǎng)損協(xié)調(diào)優(yōu)化方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2010，34(10)：105-108. WANG Nan，ZHANG Lizi，HUANG Wei，et al. Coordinative optimization of network loss in security-constrained economic dispatching[J].Power System Technology，2010，34(10)：105-108.

[11] 陳家庚，林其友. 優(yōu)化完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在節(jié)能減排領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]．電力自動化設(shè)備，2012，32(2)：118-121． CHEN Jiageng，LIN Qiyou. Application of optimizing and perfecting power network structure on the domain of saving and conservation of energy.[J] Electric Power Automation Equipment，2012，32(2)：118-121．

[12] JALILZADEH S，SHAYEGHI H，HADADIAN H. Integrating generation and transmission networks reliability for unit commitment solution[J]. Energy Conversion and Management，2009，50(3)：777-785.

[13] 李揚，葛樂，林一．電力市場下計及節(jié)能環(huán)保的實時發(fā)電調(diào)度策略[J]．電力自動化設(shè)備，2009，29(3)：42-45． LI Yang，GE Le，LIN Yi．Real-time power dispatch strategy considering energy saving and environmental protection[J]．Electric Power Automation Equipment,2009，29(3)：42-45．

(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(yuǎn)婷(1984—)，女，碩士研究生，工程師，主要從事電網(wǎng)仿真分析工作。

TM744

B

2095-6843(2017)03-0208-04