基于積分電流法的配電網(wǎng)理論線損計(jì)算

吉 楊，鄭 華，段云琦，林 童

(華北電力大學(xué)，北京 102206)

基于積分電流法的配電網(wǎng)理論線損計(jì)算

吉 楊，鄭 華，段云琦，林 童

(華北電力大學(xué)，北京 102206)

隨著電力系統(tǒng)智能配電網(wǎng)的發(fā)展，中、低壓配電網(wǎng)的計(jì)量裝置越來越完善，在提高計(jì)量準(zhǔn)確度的同時(shí)對線損考核及降損任務(wù)提出了更高的要求。在總結(jié)常用的理論線損計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，提出一種新的基于積分電流法的理論線損計(jì)算方法，并給出中、低壓理論線損的計(jì)算流程。該算法保留傳統(tǒng)電流法模型簡單、計(jì)算速度快的優(yōu)勢，并且采用積分的思想對負(fù)荷波動(dòng)進(jìn)行了精細(xì)化計(jì)算。算例結(jié)果表明，該算法的準(zhǔn)確度較高。

電力系統(tǒng)；配電網(wǎng)；積分電流法；理論線損計(jì)算

在我國電力行業(yè)中，衡量電力運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)有很多種。其中，線損率指標(biāo)是一項(xiàng)非常重要的經(jīng)濟(jì)效益評定標(biāo)準(zhǔn)。線損率是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和運(yùn)營管理水平的直觀反映，而降低線損率也是電力系統(tǒng)管理工作的核心工作之一[1]。隨著智能電網(wǎng)研究和建設(shè)工作的深入推進(jìn)，配電網(wǎng)作為重要的組成部分，受到越來越多的關(guān)注，對配電網(wǎng)線損率的考核要求也更加嚴(yán)格。由于配電網(wǎng)電壓等級(jí)低，線路、變壓器以及其他許多電氣設(shè)備的電量損耗較大，除此以外，實(shí)際現(xiàn)場中不合理的接線方式，用戶的異常用電行為以及不當(dāng)?shù)倪\(yùn)行方式，都會(huì)導(dǎo)致線損異常的情況，給線損管理帶來很大困難[2]。

實(shí)際線損，即統(tǒng)計(jì)線損，分為理論線損和管理線損。理論線損是考察線損的一個(gè)重要參考指標(biāo)，表征配電網(wǎng)按當(dāng)前電氣量參數(shù)運(yùn)行時(shí)理論上產(chǎn)生的線損電量，由電流、電壓、功率等運(yùn)行參數(shù)確定。通過理論線損計(jì)算，可以確定變壓器固定損耗、可變損耗、線路損耗以及其他各種計(jì)量和保護(hù)設(shè)備的損耗，實(shí)現(xiàn)線損的分項(xiàng)考察[3]。同時(shí)，管理線損也隨之確定，以便于考察竊電、漏電等因素造成的線損，為線損管理工作的改進(jìn)提供了參考。因此，采用高效、準(zhǔn)確的理論線損計(jì)算對于線損的精益化管理具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義[4]。

本文首先對現(xiàn)有的理論線損計(jì)算方法進(jìn)行簡單總結(jié)，找出各種算法的優(yōu)勢、不足以及適用范圍。然后從計(jì)算準(zhǔn)確度、計(jì)算速度、模型復(fù)雜程度等方面考慮，提出一種新的基于積分電流法的理論線損計(jì)算方法，并將配電網(wǎng)理論線損計(jì)算分為中壓理論線損計(jì)算和低壓理論線損計(jì)算兩部分，分別闡述數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)需求和算法流程。最后，通過算例來驗(yàn)證模型和算法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

1 現(xiàn)有理論線損計(jì)算方法比較

當(dāng)前配電網(wǎng)理論線損計(jì)算方法可以分為傳統(tǒng)方法和智能算法兩類[5]。傳統(tǒng)的計(jì)算方法采用的模型較為簡單，大部分都可以不依賴于很詳細(xì)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且計(jì)算速度快，易于通過程序來實(shí)現(xiàn)，因此在工程實(shí)際中應(yīng)用較多。但該類方法計(jì)算結(jié)果的精度不高，輸出的結(jié)果不夠豐富，往往難以滿足電力企業(yè)對線損管理的要求[6]。鑒于我國配電網(wǎng)的實(shí)際情況，傳統(tǒng)計(jì)算方法主要有均方根電流法、最大電流法、平均電流法、電量法、電壓損失法、竹節(jié)法、臺(tái)區(qū)線損率法、等值電阻法、前推回代法等。針對傳統(tǒng)算法中的一些較為常用的方法進(jìn)行對比總結(jié)，如表1所示。

智能算法涉及的模型較為復(fù)雜，多建立在現(xiàn)代智能優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上，可能需要對原有潮流計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)，或者需要多數(shù)據(jù)源和大數(shù)據(jù)量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且經(jīng)過實(shí)際數(shù)據(jù)的測試來調(diào)整參數(shù)[7]。智能算法的準(zhǔn)確度較高，但由于其算法的復(fù)雜性，計(jì)算速度較慢，一般不能滿足在線計(jì)算的要求，且不易于程序?qū)崿F(xiàn)，目前在工程實(shí)際中應(yīng)用較少，現(xiàn)有的智能算法包括改進(jìn)的潮流算法、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊識(shí)別算法等[8]。

2 積分電流法概述

根據(jù)上文對于現(xiàn)有方法的總結(jié)，與現(xiàn)代智能算法相比，傳統(tǒng)的理論線損計(jì)算方法以其模型簡單、易于求解的優(yōu)勢在實(shí)際工程應(yīng)用方面受到青睞。但傳統(tǒng)方法中等效處理的成分通常較多，難以反映計(jì)算時(shí)段內(nèi)由于負(fù)荷波動(dòng)帶來的損耗功率的實(shí)時(shí)波動(dòng)性[9]，進(jìn)而可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度不高。為了在保證工程實(shí)用性和計(jì)算速度滿足要求的前提下，增強(qiáng)模型的精細(xì)化程度，從而提高理論線損計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度，本文提出一種基于積分思想的新算法，即積分電流法。

積分電流法是指線路在一段時(shí)間內(nèi)的損耗相當(dāng)于各時(shí)刻瞬時(shí)電流在較短時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的損耗電量之和：

式中：ΔA為損耗電能(kWh)；R為元件電阻(Ω)；t為供電時(shí)長(h)；Ii為第i時(shí)刻采集的電流(A)；n為采集時(shí)刻的個(gè)數(shù)。進(jìn)行理論線損計(jì)算通常需要采集計(jì)算時(shí)段內(nèi)的均勻分布的各時(shí)刻數(shù)據(jù)，通常為1天內(nèi)每15 min采集1次的終端電流數(shù)據(jù)。如圖1所示，在1天的時(shí)間段內(nèi)，曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積表征實(shí)際的線損電量。利用1天采集的96個(gè)時(shí)刻中每個(gè)時(shí)刻的電流計(jì)算相鄰時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的線損電量，即每個(gè)矩形的面積。最后將所有間隔時(shí)段內(nèi)的線損電量求和，以矩形面積之和表征曲線與坐標(biāo)軸圍成區(qū)域的面積，得到等效的理論線損結(jié)果。

圖1 積分電流法中的積分過程

該方法在傳統(tǒng)電流法的基礎(chǔ)上，考慮了負(fù)荷的波動(dòng)特性，基于實(shí)時(shí)的電流采集量分段計(jì)算理論線損，提高了模型的精細(xì)化程度，保留了電流法模型簡單便于應(yīng)用的優(yōu)勢。并且隨著采集時(shí)刻的增加，時(shí)間間隔隨之縮小，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度會(huì)隨之提高。

3 積分電流法理論線損計(jì)算流程

配電網(wǎng)理論線損計(jì)算分為中壓理論線損計(jì)算和低壓理論線損計(jì)算，其構(gòu)成如圖2所示。

其中，積分電流法用于計(jì)算中、低壓線路損耗；變壓器損耗計(jì)算需要根據(jù)額定參數(shù)和負(fù)載率分別計(jì)算固定損耗和可變損耗；固定設(shè)備損耗包括電纜絕緣介質(zhì)損耗、采集器損耗、互感器損耗、測量表計(jì)損耗以及控制保護(hù)等設(shè)備的損耗，通過一定的方法進(jìn)行估算。以下從數(shù)據(jù)需求和計(jì)算流程的角度，分別介紹中、低壓理論線損的計(jì)算過程。

圖2 配電網(wǎng)理論線損構(gòu)成

3.1中壓理論線損計(jì)算

中壓理論線損計(jì)算范圍包括從中壓變電站出線到各配電變壓器之間的線路和所有連接在該中壓線路上的配電變壓器，電壓等級(jí)一般為35 kV或10 kV。計(jì)算需要的數(shù)據(jù)分為兩類，一類為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和元件參數(shù)，數(shù)據(jù)來源為生產(chǎn)系統(tǒng)，包括線路拓?fù)鋱D、線路臺(tái)賬、配電變壓器臺(tái)賬，該類數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化較小，只有設(shè)備檢修、運(yùn)行方式變化、增加設(shè)備等，才會(huì)發(fā)生變化；另一類為配網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，來源為用電信息采集系統(tǒng)，包括各配電變壓器終端的計(jì)量數(shù)據(jù)，由于負(fù)荷的隨機(jī)性，該類數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。兩類數(shù)據(jù)的詳細(xì)數(shù)據(jù)類型及頻度如表2和表3所示。

表2 中壓理論線損計(jì)算的拓?fù)鋽?shù)據(jù)要求

數(shù)據(jù)滿足要求后，需要對兩類數(shù)據(jù)進(jìn)行前期整理工作，將元件參數(shù)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖相對應(yīng)，并將拓?fù)鋽?shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)對應(yīng)整理。然后采用積分電流法對每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的線損電量進(jìn)行分線計(jì)算并求和得到1天內(nèi)總的線路損耗電量。再進(jìn)行所有配電變壓器損耗計(jì)算和固定設(shè)備損耗的估算，由此得到1天的中壓線路理論線損。最后，將理論線損計(jì)算結(jié)果與統(tǒng)計(jì)線損進(jìn)行對比，做不同因素導(dǎo)致的線損電量分析和誤差分析。具體流程如圖3所示。

表3 中壓理論線損計(jì)算的運(yùn)行數(shù)據(jù)要求

圖3 中壓理論線損計(jì)算流程

3.2低壓理論線損計(jì)算

低壓理論線損計(jì)算即臺(tái)區(qū)理論線損計(jì)算，電壓等級(jí)為380 V或220 V，計(jì)算范圍為從配電變壓器低壓側(cè)到所有用戶之間的線路及固定設(shè)備損耗，數(shù)據(jù)要求同樣為拓?fù)鋽?shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)。其中，拓?fù)鋽?shù)據(jù)只需要線路數(shù)據(jù)，不包含變壓器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要求與中壓線路數(shù)據(jù)要求一致。運(yùn)行數(shù)據(jù)要求與中壓差別較大，由于目前實(shí)際現(xiàn)場中，用戶側(cè)存儲(chǔ)的采集數(shù)據(jù)只有每天的電量數(shù)據(jù)，電流數(shù)據(jù)只能實(shí)時(shí)召測，因此需要在計(jì)算時(shí)段內(nèi)人工采集召測數(shù)據(jù)，頻度通常需要保證15 min采集1次，具體數(shù)據(jù)要求如表4所示。

數(shù)據(jù)采集完整后，同樣需要對兩類數(shù)據(jù)進(jìn)行前期整理工作，通過將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)對應(yīng)整理，得到各時(shí)刻的分線電流。然后采用積分電流法對每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的線損電量進(jìn)行分線計(jì)算并求

和得到1天內(nèi)總的線路損耗電量。再計(jì)及固定設(shè)備損耗，得到1天的低壓線路理論線損。最后，將理論線損計(jì)算結(jié)果與統(tǒng)計(jì)線損進(jìn)行對比，做因素分離和誤差分析。具體流程如圖4所示。

表4 低壓理論線損計(jì)算的運(yùn)行數(shù)據(jù)要求

4 算例分析

為驗(yàn)證積分電流法理論線損計(jì)算的準(zhǔn)確性，并與經(jīng)典的均方根電流法進(jìn)行比較，現(xiàn)選取浙江嘉興地區(qū)的一條10 kV電壓等級(jí)中壓線路及下屬的1個(gè)低壓臺(tái)區(qū)，對2017年3月30日(1天)進(jìn)行理論線損計(jì)算，并進(jìn)行算例分析。

中壓線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示，該線路下屬共13個(gè)臺(tái)區(qū)，包含1條主線，14條分支線，13臺(tái)配電變壓器，變比均為為10 kV/0.4 kV。

圖4 低壓理論線損計(jì)算流程

低壓線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示，該線路下屬共3條主線，13個(gè)接入點(diǎn)，72個(gè)用戶，其中3個(gè)為物業(yè)三相用戶，其他均為普通居民單相用戶。通過均方根電流法和積分電流法分別計(jì)算中壓和低壓理論線損，得到的結(jié)果如表5和表6所示。

圖5 中壓算例的線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

由表5可見，中壓算例中的變壓器固定損耗占線損計(jì)算結(jié)果的絕大部分，原因在于該中壓線路下屬臺(tái)區(qū)均為1個(gè)新建小區(qū)的供電區(qū)域，入住率不高，配電變壓器負(fù)載率很低，約為20%的水平，因此變壓器固定損耗為主要損耗。由于中壓涉及負(fù)荷數(shù)量較大，總體波動(dòng)性較弱，因此采用兩種方法計(jì)算得到的線路損耗結(jié)果相近，但與統(tǒng)計(jì)線損對比來看，均方根電流法計(jì)算結(jié)果比積分電流法計(jì)算結(jié)果要偏低，積分電流法計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際線損，即統(tǒng)計(jì)線損，因此該方法準(zhǔn)確度更高。但積分電流法計(jì)算結(jié)果為統(tǒng)計(jì)線損的93.897%，仍有6%左右的誤差。

圖6 低壓算例的線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

表5 中壓理論線損計(jì)算結(jié)果 kWh

由表6可見，均方根電流法計(jì)算結(jié)果明顯低于積分電流法，并且積分電流法理論線損計(jì)算結(jié)果占統(tǒng)計(jì)線損的93.934%，均方根電流法計(jì)算結(jié)果占統(tǒng)計(jì)線損的78.688%，由此可見，積分電流法計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高于均方根電流法。低壓臺(tái)區(qū)由于用戶數(shù)量較少，總體的負(fù)荷波動(dòng)性大于中壓線路，因此，考慮了負(fù)荷波動(dòng)精細(xì)化處理的積分電流法在低壓臺(tái)區(qū)理論線損計(jì)算中準(zhǔn)確度高的優(yōu)勢更加顯著。

表6 低壓理論線損計(jì)算結(jié)果 kWh

5 結(jié)論

本文首先總結(jié)了目前常用的幾類理論線損計(jì)算方法，然后基于理論線損計(jì)算的實(shí)際可操作性和結(jié)果準(zhǔn)確性的要求，提出了一種新的基于積分電流法的理論線損計(jì)算模型，并闡述了數(shù)據(jù)要求及計(jì)算流程。該模型在保留傳統(tǒng)電流法的模型簡單、計(jì)算速度快等優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，考慮了負(fù)荷波動(dòng)性的特點(diǎn)，采用了對分段線損進(jìn)行積分的思想，對波動(dòng)的負(fù)荷電流進(jìn)行精細(xì)化計(jì)算。算例結(jié)果表明，該方法計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度高于傳統(tǒng)的均方根電流法，能夠更好地滿足目前理論線損計(jì)算對于計(jì)算速度和準(zhǔn)確度的要求。但該方法需要高頻度的用戶召測數(shù)據(jù)，不同地區(qū)對于這類數(shù)據(jù)的獲取能力往往因該地區(qū)采集器類型的不同而參差不齊，因此積分電流法需要在滿足數(shù)據(jù)采集能力的前提下應(yīng)用。

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Theoretical Loss Calculation in Distribution Network Based on Integral of Current

JI Yang, ZHENG Hua,DUAN Yunqi,LIN Tong

(North China Electric Power University，Beijing 102206, China)

With the development of the smart distribution network in power system, the metering mechanism in the medium and low voltage distribution network has been increasingly completed. It improves the accuracy of the measure, and at the same time, demands higher requirement of the line-loss and the loss reduction measures. This article summarizes common methods of theoretical loss calculation, then puts forward a new method based on integral of the current and states the procedure of theoretical loss calculation in the medium and low voltage distribution network. This method retains the advantages of conventional current method which is simplicity and rapidity.It makes a precise calculation on the fluctuant load using integral ideology. The calculating example suggests that this method has a higher accuracy.

power system;distribution network; integral of current; theoretical loss calculation

TM744

A

1004-7913(2017)09-0038-05

吉 楊(1992)，男，碩士，從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化研究。

2017-05-18)