分時域10kV 配電網(wǎng)極限線損計算研究

程 石 潘麗珠

（安徽新力電業(yè)科技咨詢有限責(zé)任公司，安徽 合肥230000）

配電網(wǎng)線損屬于電力系統(tǒng)實際運行中的重要經(jīng)濟指標(biāo)，能夠準(zhǔn)確反饋出某一電力網(wǎng)的管理運營水平和規(guī)劃設(shè)計。因為無法準(zhǔn)確得到配電網(wǎng)相關(guān)負(fù)荷系數(shù)，采取典型理論線損計算結(jié)果不能在考核指標(biāo)中進行直接應(yīng)用。為此本文通過對極限線損進行深入研究，為優(yōu)化電網(wǎng)負(fù)荷提供有效參考。

1 研究背景

近幾年隨著我國電力系統(tǒng)相關(guān)配電自動化的發(fā)展，供電企業(yè)針對各個子公司也推出了綜合線損率指標(biāo)科學(xué)化、規(guī)范化的要求，而國內(nèi)外相關(guān)研究學(xué)者和各個電力企業(yè)也進一步提高了對配電網(wǎng)線損的重視。10kV配電網(wǎng)相關(guān)線損因為區(qū)域供電半徑的不合理規(guī)劃、用電負(fù)荷復(fù)雜多樣、饋線線路冗雜等特征，進一步加大了配電網(wǎng)相關(guān)線損計算難度，整體操作更為復(fù)雜化，為此應(yīng)該進一步明確配電網(wǎng)相關(guān)線損計算方法，對配電網(wǎng)相關(guān)降損潛力進行深入挖掘，進一步提升供電企業(yè)整體管理實力，促進電路系統(tǒng)實現(xiàn)經(jīng)濟性運行目標(biāo)，為此需提高配電網(wǎng)線損計算準(zhǔn)確性。

國內(nèi)外相關(guān)研究學(xué)者也針對配電網(wǎng)線損的降損、計算提出眾多處理方案。比如王小北等曾經(jīng)提到過配電網(wǎng)在固定拓?fù)湎拢瑢C合線損率最低值進行計算，但卻沒有將配電網(wǎng)線損整體變化區(qū)間準(zhǔn)確給出，因此也無法根據(jù)線損最低值，給出供電企業(yè)綜合線損率指標(biāo)。劉偉等人立足于配電網(wǎng)線損具體影響，對當(dāng)下配電網(wǎng)線損相關(guān)計算方法進行比較，但卻未對配電網(wǎng)的線損優(yōu)化空間實施數(shù)值分析。因此應(yīng)該準(zhǔn)確把握配電網(wǎng)降損潛力，為供電企業(yè)提供有效指導(dǎo)，促進綜合線損率的全面優(yōu)化[1]。

2 線損內(nèi)涵

電能損耗主要是在某種限定時間內(nèi)電流經(jīng)過電流系統(tǒng)內(nèi)各個設(shè)備元件所形成的電能與電力消耗。或電能損耗即電能運營傳輸中，從電廠上網(wǎng)端口至客戶終端計量表整個過程形成的損耗。電能損耗涵蓋電網(wǎng)在整個配電、變電和輸電中全部電力設(shè)備的電量損耗和電力營銷中所形成的不明損失。線損電量內(nèi)某部分損耗能夠利用理論計算方法獲得，該部分損耗涵蓋低壓電網(wǎng)內(nèi)電能損耗、配電線路中的輸電線路損耗等，降壓主變器以及配電變壓器內(nèi)能量損耗，電抗器設(shè)備以及無功補償裝置中的電能損耗等。結(jié)合損耗特征分析，線損包括固定損耗、可變損耗以及其他損耗。其中可變損耗也是負(fù)載損耗，主要是電網(wǎng)于輸變電以及配電操作中，相關(guān)電力設(shè)備形成的損耗。固定損耗也是不變損耗，和運行電壓相關(guān)，如果把電壓當(dāng)成固定不變的，該部分損耗也可以被當(dāng)做固定不變的[2]。

3 配電網(wǎng)傳統(tǒng)線損計算方法分析

配電網(wǎng)傳統(tǒng)線損相關(guān)計算方法如下：第一是均方根電流法，即利用有功負(fù)荷以及電流有效值定義，電力元件于一定運行時間內(nèi)所形成的的電能損耗，和該元件在相同時間內(nèi)恒定電流有效值所形成電能損耗相同。均方根電流法應(yīng)用到配電網(wǎng)的線損計算工作中，整體優(yōu)勢是應(yīng)用思路簡單，日損耗相關(guān)計算結(jié)果具有較高精確度，對于沒有電量或負(fù)荷實測配電變壓器，變壓器均方根電流通常都是根據(jù)容量實施比例分配，如此無法將各個負(fù)荷節(jié)點真實負(fù)荷狀況準(zhǔn)確反饋出來。均方根電流法于應(yīng)用實踐中，因為整理數(shù)據(jù)較多，且單獨饋線各個變壓器相關(guān)符合曲線獲取難度較大，所以很難進行全網(wǎng)計算。

第二是平均電流法，即引入電力負(fù)荷后，在限定時間內(nèi)相關(guān)負(fù)荷曲線變化系數(shù)K，促進該負(fù)荷在具體時段內(nèi)實現(xiàn)均方根電流至平均電流的順利轉(zhuǎn)化，已知平均電流后，求解形狀系數(shù)，能夠準(zhǔn)確計算電網(wǎng)損耗。平均電流法主要優(yōu)勢是可以將電量充當(dāng)計算參數(shù)，因為電量獲取容易，具有較高計算進度，因此所得線損計算結(jié)果也具有較高精確度[3]。

4 極限線損

4.1 均方根電流法。10kV配電網(wǎng)相關(guān)線損計算中，均方根電流法的應(yīng)用范圍較廣，均方根電流法的基礎(chǔ)原理是相同周期內(nèi)電能消耗為線路流通均方根電流所形成的電能損耗，相關(guān)計算公式如下：

其中的ΔA是電量損耗，而R 是線路等效電阻，t 是運行時間，Ijf是均方根電流。

4.2 極限線損約束條件。目標(biāo)函數(shù)相關(guān)約束條件下，配電網(wǎng)負(fù)荷內(nèi)全部荷載于全部時段內(nèi)是吸收有功功率，即都是正值。因為線路設(shè)計和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面的影響，各個時間段內(nèi)相關(guān)荷載點不能超出該線路內(nèi)最高限制。聯(lián)系供電企業(yè)內(nèi)實際發(fā)展?fàn)顩r，能夠了解到各個時間段中入口區(qū)域荷載總值和與出口部分的最高荷載。對于部分時段內(nèi)極限線損可以進一步細(xì)分成不同時段中的局部線損問題，全天的極限線損主要是不同獨立時段中的局部極限線損總和。

5 算例分析

5.1 算例分析。結(jié)合某一工業(yè)區(qū)內(nèi)10kV配電網(wǎng)重載荷以及正常荷載下的輻射線路一天負(fù)荷有功功率信息，對于兩個線路內(nèi)的荷載選擇節(jié)點都是20，出口設(shè)置S11-800/10-0.4 型號的變壓器，結(jié)合MATLAB 算法優(yōu)化內(nèi)相關(guān)GA-GENETIC 算法實施迭代計算，其中的初始種群數(shù)量是200，對EXCEL內(nèi)導(dǎo)入數(shù)據(jù)各個節(jié)點于最小和最大線損的最優(yōu)有功功率，具體如圖1 所示。

圖1 正常荷載線路中不同節(jié)點的極限線損功率

正常荷載線路內(nèi)不同節(jié)點相關(guān)有功功率數(shù)值變化能夠準(zhǔn)確反饋出不同線路節(jié)點降損潛力真實數(shù)值，該線路中的1 到6 節(jié)點于線路極限線損的最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出極限線損中的最低值，證明相關(guān)線路內(nèi)的極限線損變化和1 到6 節(jié)的功率屬于正相關(guān)關(guān)系。立足于降損層面分析，1 到6 節(jié)荷載相對較重，可以選擇降低負(fù)荷，或進一步擴展其他供電線路，但15 到20 節(jié)點，該種節(jié)點屬于線路末端，相關(guān)有功功率數(shù)值和線路中的線損變化之間處于一種負(fù)相關(guān)的關(guān)系，該種節(jié)點整體負(fù)荷較低，基于恒等式約束下，極限線損計算結(jié)果降到最低條件下，該種節(jié)點為進一步迎合等式要求，呈現(xiàn)出一種負(fù)相關(guān)的發(fā)展趨勢，而該種節(jié)點的荷載狀況屬于一種理想狀態(tài)，降損潛力較低。10 到13 節(jié)點相關(guān)功率變化相對穩(wěn)定，證明該種節(jié)點不會對線路降損產(chǎn)生太大影響，整體負(fù)荷類型較好。重載線路中不同節(jié)點相關(guān)極限線損計算中的功率變化如圖2 所示：

圖2 重載負(fù)荷線路內(nèi)不同節(jié)點極限線損的功率值

上圖內(nèi)重載線路不同節(jié)點于極限線損最低和最高值條件下，和正常荷載線路存在較大差異?？傮w而言，不同節(jié)點相關(guān)功率最低值和最高值的差距較小。重荷載節(jié)點于原有極限線損基礎(chǔ)上對各個節(jié)點增加最小功率約束，和正常線路相比，最終計算結(jié)果不會再產(chǎn)生9.7kW的最低荷載計算結(jié)果。對于單獨節(jié)點而言，和線損極限值的相關(guān)性趨勢與正常荷載線路相似，主要可以分成三種層次。結(jié)合兩個線路一天中的有功功率對線路極限線損進行準(zhǔn)確計算，同時把一天分成四個時段。

通過分析不同節(jié)點功率值，結(jié)合有功功率相關(guān)信息對線路中的極限線損進行準(zhǔn)確計算，把全天細(xì)分成四個時段，最終線損區(qū)對比結(jié)果如圖3 所示：

圖3 四種時段中線路內(nèi)極限線損值和真實數(shù)值比較

通過分析上圖能夠發(fā)現(xiàn)，全天內(nèi)的四個時段中，重載線路內(nèi)真實線損遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常線路中的線損值，在計算極限線損數(shù)值過程中，重載線路內(nèi)的極限線損最低值在約束限制下，明顯超出正常線路的最低極限線損值，同時重載線路內(nèi)的最低極限線損最低值整體穩(wěn)定性要比正常線路內(nèi)最低極限線損值要低一些。1/2 時段中線損實際數(shù)值比極限線損的最低計算值要低，證明此重載線路內(nèi)的線損實際測量數(shù)值存在明顯誤差，同時3、4 時段以及正常線路內(nèi)時段線損值都處于極限線損計算范圍內(nèi)，從某種條件下能夠準(zhǔn)確反饋出極限線損計算區(qū)間準(zhǔn)確性和可靠性，為供電企業(yè)進一步控制理論線損提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

對于四個時段中極限線損的波動趨勢，其和實際數(shù)值之間的差距相對較小，證明極限線損可以將負(fù)荷變化狀況準(zhǔn)確反饋出來，其入口段區(qū)域的負(fù)荷約束在極限線損模型求解方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。把四個時段中線路損耗進一步轉(zhuǎn)化成線損率，準(zhǔn)確評價極限限速相關(guān)計算結(jié)果，具體如圖4 所示：

圖4 極限線損率和實際線損率之比

在上圖中的四個時間段內(nèi)線損率計算中，和圖3 計算的線路損耗數(shù)值相比，整體線損率計算結(jié)果會更加穩(wěn)定一些，進一步證明極限線損相關(guān)計算結(jié)果準(zhǔn)確性與可靠性，和重載線路相比，正常線路的線損率要略低一些，但3、4 時段內(nèi)相關(guān)計算結(jié)果的變化趨勢和極限線損率最終計算結(jié)果存在一定差異，重載線路中的極限線損率區(qū)間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常荷載線路中的極限線損率，重載線路中的線損率真實數(shù)值也超出最低極限線損率，證明相關(guān)重載線路降損空間有限。

5.2 研究結(jié)論

相關(guān)計算結(jié)果證明重載線路和正常荷載線路相比，整體降損潛力下降，同時重載負(fù)荷線路的真實線損率和極限線損率最低值更為接近，重載線路內(nèi)的線損變化趨勢和極限線損計算結(jié)果更為相似。正常線路中存在較大線損，通過計算結(jié)果對該線路內(nèi)節(jié)點進行有效歸類，而其中和極限線損趨勢處于正相關(guān)關(guān)系的節(jié)點擁有較大的降損潛力，但整體功率變化較為平穩(wěn)的以及負(fù)相關(guān)節(jié)點整體降損空間有限的，不建議針對后者進行降損處理。最終精確計算出極限線損波動變化區(qū)間，對正常線路和重載線路中的降損潛力進行準(zhǔn)確計算，為供電企業(yè)有效控制縮減理論線損提供有效的數(shù)據(jù)支持。

綜上所述，因為配電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)量較大，配電網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，電網(wǎng)企業(yè)針對配電網(wǎng)實施理論線損計算中，通常無法準(zhǔn)確反映出電網(wǎng)實際運行狀態(tài)。在分時域10kV配電網(wǎng)中引入極限線損進行計算分析，能夠?qū)O限線損變化區(qū)域進行精準(zhǔn)化計算，深入分析重載以及正常線路中的降損潛力，從而進一步為供電企業(yè)控制理論線損提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。