电网网损分析及优化.doc

摘要电力网的线损率是一项综合的经济技术指标，线损的统计、计算和分析涉及环节多、数据多、工作量大、人为因素也较多，靠手工计算己不能适应现代企业管理的要求。本文以保证线损计算的准确性、降低网损为目标，给出了电网网损分析系统总体方案。对网损计算基本理论从网损计算数据、影响、以及发展趋势和优缺点进行了分析。并针对平均网损分摊法、边际网损分摊法、潮流追踪法这三种典型的网损计算方法，进行了细致的介绍、计算和分析。对这三种方法进行比较，选出其中最优的计算方法潮流追踪法。提出了一系列降损措施，通过对潮流追踪法的改进从而得到降低网损的效果。关键词：电网，网损计算分析，降损措施AbstractThe rate of energy losses in the power system is one of the important. The calculation and analysis of energy losses is too complex, because it always involved with artificial factors and other factor. So manual computation is impossible to adapt the modern management.This line loss calculation in order to ensure the accuracy and reduce the net loss as the goal, given the Hubei Dongfeng Power Loss analysis system program. Net loss calculation of net loss from the calculation of the basic theory of data, impact, and trends and the advantages and disadvantages are analyzed. And the average loss allocation method for the marginal loss allocation method, the three typical flow tracing method net loss calculation method, for a detailed description, calculation and analysis. Compare the three methods to select one of the best method - Flow Tracing Method. A series of loss reduction measures through the improvement of the current tracking method to get the effect of reducing net losses.Key words： power, loss calculation, reduction measures目录第一章 绪论11.1 选题背景与选题意义11.2 国内外现状21.3 网损计算及降损措施研究的意义31.4 所作工作4第二章 网损计算基本理论分析52.1 线损分析的主要内容52.2 电力系统网损计算的范围62.3 电力系统网损计算需要的原始数据72.4 电力系统各因素对网损的影响72.5 电力系统网损计算和分析的常用方法92.6 网损计算的发展趋势102.7 传统电力系统网损计算分析系统的缺陷12第三章 典型网损分摊方法介绍143.1 平均网损分摊法143.2 边际网损系数法153.3 潮流追踪法概述173.3.1 基本原来与分摊原则173.3.2 潮流追踪法的分类18第四章 电网网损实例分析224.1 实例分析224.2 实用性分析25第五章 潮流追踪法的改进285.1 潮流追踪法的两种思路285.1.1 基于拓扑网络矩阵的潮流追踪法285.1.2基于图论算法的潮流追踪法305.1.3 两种思路的算法的比较305.2 潮流追踪图论算法的改进315.2.1 图论理论与线性方程组相结合的自环流处理方案325.2.2 自环流网络算例34第六章 结论38致谢40参考文献41第一章 绪论1.1 选题背景与选题意义 随着电网建设的不断加强，省间电网乃至区域电网之间的联系不断加强，为了合理有效的利用外部资源，克服本地区资源相对劣势，最大程度上实现经济效益，各省网之间的功率交换日趋频繁，大量的转运业务随之出现。 转运就是提供输电设备，为其他的电力供、用方输送电能。转运费计算的基础是转运成本，因此承担转运的电网必须全面、合理地确定转运成本。转运成本指承担转运业务的输配电网在提供转运服务时所花费的成本，具体计算时主要分为输电设备的投资回报、输配电设备的折旧和网损三部分，另外还有重新安排发电计划和经济调度的费用、可靠性成本、维修费、行政管理费和税收几部分。 可见，转运所造成的网损是转运费用计算的基础之一，而转运为电网带来巨大经济效益的同时对中间提供转运服务的电网（转供网）的网损的影响也是很大的。由于输送电力在输电线路中产生的损耗大约占总发电量的4%，不同的计算和分摊方法会造成不同电网用户间分摊比例的很大的差异，因此如何进行公平合理的分摊成为转运费用的计算依据，事关各市场主体的经济利益，也是电力市场良性发展的关键问题之一。 传统中的电力企业通常用统一的方式来考虑系统损耗，将系统损耗按一定比例分配给系统成员，或者将其计入电价统一回收，而并不规范地考虑网损的归属问题，对转运的收费比较模糊。例如某省网按照如下公式计算转供330KV线路网损率： (1.1)其中，Lossrate是转供330KV线路网损率，Pin和Pout分别是上网电量和下网电量。 网损率与用电量的乘积即作为转运双方应承担的网损。这种方法采用同一网损率近似分摊电能损耗，理论依据不充分，由于各节点在电网中所处的位置不同，网损率会有很大差异，因此它体现不出电网的具体结构，无法满足市场的要求。因此规范严格地对过网网损进行合理分摊非常有必要。 针对网损的合理分摊这一问题，目前所提出的方法已有很多种，例如平均网损分摊法、边际网损系数法、短期边际成本法、潮流追踪法和潮流增量法等，研究内容非常丰富，但是由于各种方法的理论基础和分摊结果不同，各自有其优缺点，因此方法的研究仍然存在很大争议。而潮流追踪法由于其思路清晰，形象直观，十分符合人的常规思维，因此一经提出便得到广泛关注，其对于损耗机理细致的剖析以及丰富的市场信号等特点也对电力系统领域产生了巨大反响。但是这种方法在实际电网的应用上仍然存在一些问题。为此，研究各种分摊方法，得出不同市场模式下比较适用的方法，并探求其在电网中的实际应用性具有非常重要的意义。这也是本论文试图做出努力的方面，并试图为网损分摊这一问题的争议提供一个参考。1.2 国内外现状 对于线损计算，国外现在研究的重点是对线损的分析和降损措施与方法的研究，如以降损为目标的网络重构、无功优化、补偿电容投放位置的确定等问题，其中涉及到的线损计算问题大都转化为功率损耗问题，以潮流方法来求解。随着电力场研究与实践的不断深化，网损分摊成为了研究的热点，对基础性的网损计算问题，多是用潮流理论来进行分析。近年来提出的一些新方法，主要有模糊理论逼近法、人工神经元法、负荷统计学方面的聚类法等，都是将别的学科的一些新方法引入到线损计算，虽然在线损计算方法上有所创新，但是这些方法并不是很适合于实际系统的线损计算，它们大都停留在理论研究阶段，没见到推广应用的先例。国内电网线损理论计算按电力网电能损耗计算导则的规定，针对电网的不同特点，对35kv以上输电网和10kv-6kv配电网分别采用不同的计算方法。总体说：输电网线损计算，有比较完善的制度要求；配电网基本上没有专门的线损计算工具，甚至以手算为主。因为缺少负荷数据，配电网的线损计算主要是采用各种简化、近似的计算方法。这些方法包括：均方根电流法、平均电流法、最大电流法、最大负荷损失小时法、分散系数法等。近年来出现的理论线损计算方面的新方法有：各种回归分析法、图论方法、动态潮流法(包括各种差值、拟合法)等；以及一些不同于传统思想的新方法的引入，如遗传算法、人工神经网络算法，分群算法等。图论方法通过对电网的等效，将有损网转化为无损网，只用于特定的场合，未见推广使用。人工神经网络方法、分群算法、遗传算法等，虽然提供了一种全新的思想，在一定程度上有所进步，但效果不是很明显，并且需要更为庞大的数据样本，所以现在只是处于理论研究阶段，还没有见到成功应用于实际的先例。从实际应用来看，功能上的改进也是近年来线损计算与管理软件追求的目标之一。从以前的DOS版程序到现在的windows版程序，从简单的线损计算到线损计算管理系统，从单一的线损管理系统到作为DMS和EMS(能量管理系统)的一个组成部分的高级应用软件，从单机程序到网络数据交换，从离线计算到结合数据库系统的在线计算，从交互式文本数据方式到可视化数据图形一体化管理方式，与前几年相比有了飞越性的发展。这些主要得益于计算机技术、网络技术和电网监控自动化的高速发展。它代表了今后发展的方向。1.3 网损计算及降损措施研究的意义电网形成较早，由于历史原因，电网布局不是十分合理，随着城乡电网及农业电网改造工程的不断深入，电网结构正趋于合理。在这种情况下，对电网进行网损的分析和计算具有重要意义，能及时发现影响电网经济运行的问题，为十堰的城、农网改造指出方向，进一步摸清电网线损构成和电压无功状况，优化无功潮流，提出降低网损的措施，实现无功功率分层分区平衡，确保电网的安全经济运行。本次网损计算和经济分析利用线损理论计算和分析，对电网正常运行方式进行分析计算，分析线损构成和全网无功电压情况，提出存在的问题和应采取的措施，为降低网损措施提供理论依据。1.4 所作工作本文以保证线损计算的准确性、降低网损为目标，对电网系统进行了分析，提出了网损的计算分析及优化措施。具体如下：（1） 对网损计算基本理论从网损计算数据、影响、以及发展趋势和优缺点进行分析和解释。（2） 主要提出了三种典型的网损计算方法：平均网损分摊法、边际网损分摊法、潮流追踪法，并进行了细致的介绍、计算和分析。（3） 对上述的三种算法进行比较，选出其中最优的计算方法潮流追踪法。（4） 提出了一系列降损措施，通过对潮流追踪法的改进从而得到降低网损的作用。第二章 网损计算基本理论分析线损是指电能在供电过程中的电量损失，线损电量包括电厂主变压器一次测送出电能，经输电、变电、配电直至客户电表上的全部电能损失。电力网的损耗率是电力系统运行中的一项重要经济指标，同时也是衡量供电企业管理水平的一项重要标志。在此，先讨论各种网损计算分析方法相关的共同问题。2.1 线损分析的主要内容 根据理论线损计算和实际线损计算提供的数据资料，查阅相关的运行记录，营业帐目和技术档案材料等，重点地去实地进行检查对照，而后进行全面、具体的对比分析。主要内容如下 (1)实际线损与理论线损的对比。多数情况是实际线损率接近或略高于理论线损率；当实际线损率远大于理论线损率，则说明管理线损过大；即由于“偷、漏、差、误”四方面原因造成的不明损失过大。 (2)固定损耗与可变损耗所占比重的对比。经济合理情况是两者基本相等：当前者大于后者时，则说明该线路和设备处在轻负荷运行状态(此种情况对农电线路较为突出)。结果是造成实际线损率和理论线损率都较高而未达到经济合理值。 (3)可变损耗与固定损耗所占比重的对比。当可变线损大于固定线损时，则说明该线路和设备处在超负荷运行状态(此种情况对工业线路或在用电高峰季节较为突出)。其结果也是造成实际线损率和理论线损率都较高而未达到经济合理值。 (4)线路导线线损与变压器铜损的对比。一般线路导线上的损耗与配电变压器铜损之和占1Okv配电网总损耗的50%为经济合理。其中，当线路上的配电变压器的综合实际负载率达到或接近综合经济负载率时，造成变压器的铜损及其所占比重为经济合理，那么，与导线线损之和的50%所余部分，即为合理的线路导线线损。显然，线路导线线损与变压器铜损分别各为多少、各占多大比重较为合理，一般没有一个固定的数值，是由具体电网的结构与运行两参数所决定的。 (5)此外还要进行线路在不同用电季节的线损率的对比，企业线损率的实际值与考核指标(计划线损率)的对比，本年、季度线损率的实际值与上年同期线损率的实际值的对比，不同供电区线路线损率的对比，不同用电负荷线路线损率的对比等等。2.2 电力系统网损计算的范围 网损是特指110kv及以上电压等级的电网产生的电能损耗，是整个电网线损的一部分。电网网损计算的范围是：从发电机出口装设的电度表处开始(但不包括厂用电)到各11Okv及以上电压等级的降压变电站的主变压器中、低压电度表处为止。在这一范围内，一切输电、变电元件中各种形式的电能损耗均应计入电网网损中。网损计算的元件包括： (1)各11Okv及以上电压等级的降压变电站的主变压器； (2)各110kv及以上电压等级的输电线路； (3)各11Okv及以上电压等级的降压变电站内的各种一次及二次运行设备，包括串联、并联静电电容器和电抗器，调相机，电流、电压互感器，各级电压母线，保护、测量、控制、信号回路等二次设备； (4)各11Okv及以上电压等级的变电站的自用电(不含变电站生活用电、扩改建时的施工用电、设备大修时检修用电等)；在上述元件中，导线电阻的发热损耗、铁芯损耗、调相机的机械损耗、电缆和电容器的介质损耗，架空输电线路的电晕损耗和绝缘子漏电损耗等均在网损计算范围内。2.3 电力系统网损计算需要的原始数据网损计算的原始数据分为两类：一为有关电力系统结构的元件参数及拓扑图；一为有关电力系统运行的数据，包括电流、电压、功率因数、有功和无功功率或计算时段内的有功和无功电量等。其中，前者通常是不变的，而后者变化很大且具有实时性、随机性。原始数据的准确性、网损计算依据的数学模型及数学方法等方面的精确与否，决定了电力系统网损计算的误差大小，设总误差为100%，则有： (1)原始数据不准确造成的误差为8284%； (2)数学模型不精确造成的误差为1415%； (3)数学方法不精确造成的误差为23%。显然，主要误差由原始数据的不准确造成，原始数据(主要是负荷资料)的是否准确与是否齐备极大的影响着网损计算的精确性。应当指出，对于全电力系统的网损计算，其要求的原始数据的收集整理工作量极大。所以网损计算的方法应考虑使用尽可能少的必要的运行和结构数据，而又满足计算的精度要求。发展对主要负荷的直接监控和测量系统及计算机网的数据处理系统，可以更有效的解决网损计算所要求的原始数据问题。2.4 电力系统各因素对网损的影响 网损计算中，掌握负荷变化的规律是进行较准确网损计算的关键。而电力网中负荷是随时间变化的，表示负荷随时间变化的曲线称为负荷曲线。负荷曲线的高峰和低谷相差越小越好，这样可使电气设备得到更充分的利用，利于电力系统调压调频，电网的运行也经济些(即相同供电量情况下网损最小)。 输电线路导线的电阻值与导线的温度有关，同时导线的温度由通过该导线的负荷电流及环境温度决定。为考虑这些因素，可把导线电阻看成以下分量： (l)线路每相导线在20时的电阻值； (2)电流通过导线时由于发热使导线温度升高导致的导线电阻增加的那部分电阻值； (3)当环境温度不是20时导线电阻变化的那部分数值。 于是，考虑温度影响后，输电线路导线电阻为三个分量之和。不过，一般说来，月平均气温在12一28范围内，不修正导线电阻造成的线路电阻中的月，电能损耗的计算误差不超过3%。 对于110kv及以上的架空输电线路，其损耗还包含电晕损耗。电晕损耗的大小，与导线表面的电场强度、导线表面的状况、线路通过地区的网损计算时段内的气象条件、海拔高度等因素有关，而导线表面电场强度又和电压等级、实际运行电压、导线间距、导线对地高度、导线半径及分裂情况等有关。由于影响的因素很多，电晕损耗的计算相当复杂，通常根据实验数据所导出的近似计算方法估算。对若干电力系统进行的网损计算表明，电晕损耗约占全电网损耗的0.62%。 在电力系统各级电力网中，运行的变压器总容量是相当大的，其大小和电力网电压等级及变压层次的多少、电网结构、电源布局(水电比重)、负荷性质等因素有关。一般在电力部门所属的各级电力网中，变压器总容量可以达到电力系统总负荷的510倍。这些变压器基本上都是全年投入运行的，因而变压器铁芯中的电能损耗全年累计值很大。对于负荷率较低的电力网，变压器铁芯有功损耗可以占电网总损耗的3040%左右。由此，网损计算中如何正确合理的计算各级电压变压器铁芯的电能损耗应注意。 调相机的电能损耗包括主机的铜耗、铁耗、激励损耗和机械损耗，又可分为基本损耗(基本铁耗、基本铜耗和激励损耗)、附加损耗(转子表面损耗、转子磁场中高次谐波在定子上产生的附加损耗、定子齿内的脉振损耗、定子绕组导线中的附加铜耗和定子的谐波磁势磁通在转子表面产生的损耗)和机械损耗(轴承、电刷的摩擦损耗和通风及风摩擦损耗)，其辅助设备的用电量由专用电度表计量。电容器的有功功率损耗比调相机相应的值小得多，并联电容器的损耗仅决定于绝缘介质中的损耗，串联电容器则决定于绝缘介质损耗和两端的电压(非定值，与通过的电流成正比)。电抗器的电抗值远大于电阻值，计算时将其作为一个元件(阻抗支路)列入等值图，可直接计算出损耗值。变电站的二次回路中，单相电度表的各项损耗等仪表、继电器的损耗、电流互感器和电压互感器可近似为定值。其总损耗约为电力网总损耗的0.10.40k，一般可忽略不计。2.5 电力系统网损计算和分析的常用方法 如前所述，电力系统的网损计算方法有基于电量的统计网损计算和基于电网运行数据的理论网损计算两种。统计网损的计算方法相对单一，无非是对电量数据采用统计的方法进行计算分析；而网损理论计算的方法复杂且多种多样。以下就对理论网损的计算方法进行详细介绍。 电力网规划、电力网接线方案的比较、变电所的设计以及电力系统日常的运行都需要进行网损理论计算。网损理论计算，可用于对一些降损技术措施的效益进行预计，通过技术经济比较来选择合理的降损方案。比较全面细致的网损理论计算，可以确定网损量的大小及其构成，可以揭示技术网损电量与运行的电压水平、负荷率、平均功率因数等因素之间的关系，从而能比较科学地制定降损的技术措施；全面的网损理论计算结果，还可以与统计所得到的统计网损电量相比较，从而估计出管理损耗电量的大小，为降低管理损耗电量提供依据。通过理论网损计算，可以基本知道电力网中损耗的构成情况，如理论网损占多少、不明损耗占多少、电力网中各级电压电网的损耗占多少、各元件损耗是多少、变压器及其绕组和铁芯中损耗是多少等等，以便掌握总的情况，以利于网损的分级、分压、分区管理。尤其在对于需要增加投资的降损措施进行各种方案的技术经济比较时，更应该进行较准确的网损理论计算。由此可见，网损理论计算对于网损管理工作可以起到指导和促进的作用。可以分为以下几类： 平均网损分摊法边际网损系数法潮流增量法潮流追踪法 后两种方法广泛运用于负荷的经济分配计算，较好的反映了电力系统电能损耗的总体情况。还有在电网中应用的动态潮流法、节点电压插值/拟合法、损耗功率插值/拟合法等。电网的电能损耗不仅耗费一定的能源，增加供电成本，而且还占用一部分发电供电设备容量。例如，一个年供电量为100亿kwh的中型电力系统，以网损率为10%计算，全年损失电量达10亿kwh。将网损降至9%，则一年可节约1亿kwh电量，相当于节约4万吨标准煤(以煤耗400g/kwh计算)。这1亿kwh相当于20MW发电设备的年发电量。由此可见，降低网损是电力系统节约能源，提高电网经济效益的一项重要工作。降低网损的措施很多，大体上可分为两类：技术措施和组织措施。技术措施又可分为建设性措施和运行性措施两类，就是对电网结构进行改造，配备足够和必要的设备，例如：电容器、调相机等，在提高电网输电能力、改善无功潮流分布和电压质量的同时，降低整个电网的损耗；其次就是加强电网的运行管理，依靠合理安排运行方式达到降低整个电网损耗的目的。2.6 网损计算的发展趋势电力市场逐步建立，电力系统的运行与控制水平要求越来越高，对电力系统网损计算的准确性、实时性也提出了越来越高的要求，研究精确的网损计算方法和开发相应计算系统是大势所趋。 网损管理目前主要环节主要包括：数据的收集、线损计算、结果分析。(1)数据收集是指收集分析网损所需的数据，需要跨越调度中心、用电部和信息中心三个部门收集数据。(2)网损计算需要手工输入各项数据，包括设备的初始数据和运行数据，工作量也是十分巨大。(3)结果分析是根据运算结果给实际的网损管理提供合理化的建议，正确的理论网损计算分析能促使相关部门提出切合实际的节能措施，有效降低网损。 网损计算分析工作，除对加强网损管理及制定合理网损考核指标有重要的作用之外，对降低损耗的各种技术措施方案进行技术经济比较和考查各种降低损耗措施的实际效果等，也是很重要的。通过计算，可以基本上知道电力网中损耗的构成情况，如理论网损占多少，不明损耗占多少，电力网中各级电压电网的损耗占多少，各元件中损耗是多少，变压器及其绕组和铁芯中损耗是多少等等，以便于掌握总的情况，有利于网损的分级、分压、分区管理。尤其在对需要增加投资的降损措施进行各种方案的技术经济比较时，更应该进行较准确的理论网损计算。此外，经验表明，通过计算还可以发现和改进技术管理工作中的薄弱环节，如表计计量工作和技术档案管理工作是否经常化和制度化等。由此可见，理论网损计算对于网损管理工作可以起到指导和促进作用。网损计算方法也随着数据实时采集传输技术的发展，要求更快捷，更准确。由于实时数据的采集存储周期越来越短，已可小于10-1，秒数量级，则网损计算分析处理方法在保证其准确性的前提下，要求在较短时间内完成对相当大规模的电力系统的网损计算分析。相应的，包含友好人机界面的网损实时精确计算系统的开发，特别是在220kV及以上输电系统中，越来越迫切。2.7 传统电力系统网损计算分析系统的缺陷传统的电力系统计算分析应用软件是采用面向过程的FORTRAN或C语言编写，自上而下地完成体系设计来实现电网的各种计算分析功能，使用输入输出数据文件进行数据的管理，在DOS环境下运行。网损管理是整个用电业务中极为重要的一个环节，电力行业网损管理自动化程度较高，对于实际网损管理有一套远程超表系统，它可以按年、季、月统计实际线损和线损率。而理论网损是一面镜子，它不但能反映电网结构和运行方面的合理性，而且可以反映电力企业的技术和管理水平。对于理论网损的管理有专门的软件来计算理论网损，一般以年为单位进行理论网损的计算。但是随着对线损管理水平要求的提高，当前的网损计算中存在以下问题：(1)手工输入数据、工作量大利用人工作业，必须要手工输入数据，不仅运行人员工作量大，而且由于数据繁杂极易出错。随着信息化水平的不断提高，调度所安装上了SCADA系统、用电部安装上了远程抄表系统，但是网损计算不能自动从这两个系统中取数，很有必要开发网损计算分析系统。(2)每隔一定时间计算一次，实时性很差对于网损的管理来讲，以前采用每年计算一次网损的管理方法。由于网损率是供电企业的重要经济考核指标，河北省电力公司对网损的计算提出了很高的要求，由于目前电力体制的改革，各级供电企业必须重新调整经营的策略，提高企业的经济效益，求计算理论线损，从而达到企业经营的要求。(3)实际统计网损的计算是通过输入端电量和输出端电量的差值来求取，在实际统计网损的计算中主要存在：l 关口表抄表问题。l 工作人员在抄表的过程中有误差，从而导致了网损率的误差。l 抄表时间不一致的问题。l 对于某个时段，计量的时间不一致，从而导致网损率的大幅度升高和降低。随着计算机技术的飞速发展， MicrosoftWindowS操作系统早己被广大用户所熟悉，其友好高效的图形界面己成为PC机的标准，而DOS操作系统下的应用程序已不能满足用户的需求。而且伴随电力系统规模的扩大，运用面向过程的方法(自顶向下)编写应用软件的弊端就日益显露出来：(l)随着国民经济的快速发展，我国电力系统的规模迅速增长，其结构和运行方式日趋复杂。无论是电力系统的分析和应用软件，还是管理、监视和控制系统都越来越复杂，计算分析的工作量也日趋庞大。用传统的面向过程的方法编写软件，其整体结构必须随着软件功能的改变而改变，随着软件功能的不断扩充，电力系统的开发、修改和扩充越来越困难，不必要的重复也越来越多，生产效率很难提高。(2)面向过程程序设计方法中，系统由各功能模块组成，界面和功能操作运行在DOS环境下，造成界面不友好，功能操作不方便。(3)数据的输入输出以及存储采用数据文件的形式。用户需要花费大量的时间和精力来熟悉和掌握这类软件的使用以及准备和填写所需的数据文件。这些缺陷给调度人员对电网的运行分析和监控带来很大不便。因此开发一套可视化的、易学易用的电力系统网损分析计算系统，使运行调度人员能在良好的人机界面下，实现快速准确的数据录入、计算分析和结果显示具有重要的意义。 第三章 典型网损分摊方法介绍在这一章中，本文分别介绍了平均网损分摊法、边际网损系数法和潮流追踪法等三种分摊方法其分摊原理及各自的优缺点。3.1 平均网损分摊法平均网损分摊法实质是一种“邮票法”，是最早被电力联营市场所采用的模式，西班牙、英格兰和威尔士电力市场采用的就是这种分摊方法。该方法算法简单，不考虑输电网的结构、输电线路的距离和输送功率的收发点位置,在全网范围内按相同的网损系数进行分配，即无论转运路径如何，损耗分摊量总由转运功率量决定。网损系数： （3.1） 其中，i为节点号，Pi为第i个节点的有功出力（将网损分摊给负荷时为该节点的有功负荷），Ploss为全网网损。则节点i的有功出力或有功负荷应该分摊的网损量为： （3.2）这种网损分摊法既直接又透明，可以通过事前计算、事后计算、实时计算或三者之间组合来完全回收输电损耗成本。仅需在总需求与总供给之间做一简单的比较，而且其差值相对稳定，有利于维持电力交易的同一性和流畅性。这种分摊方法以减少网损分摊量的意外波动,从而降低了独立发电厂投资的风险性。但是平均网损分摊法不能提供电网短期经济运行的经济学信号,缺乏强有力的电力市场的经济激励机制,可能会向用户提供不正确的损耗成本信号，如：用户就近买电与向离其电气距离较远的发电厂买电相比所承担的输电损耗并无减少，尽管就近买电降低了整个系统的功率损耗。所以这种分摊法正面临逐步淘汰的命运。3.2 边际网损系数法 边际网损系数法实际上是灵敏度分析法的一种GSDF法，它根据节点注入功率的单位变化引起全网网损变化量的大小来对各节点进行网损的分摊，并且这种方法同时考虑到了有功和无功对网络损耗的影响。 全系统总网损公式为： （3.3） 式中，N为系统节点数；,分别对应节点i，j的电压幅值；、节点i，j的电压相角；为节点ij之间的电导；L为全系统总网损。 对式（3.3）求偏导，得： （3.4） （3.5） 又，网损是各节点注入功率的函数，记为，i=1，.，N。其中，、其中，分别为注入节点i的有功功率和无功功率。所以， （3.6） （3.7）将式（3.6）和式（3.7）写成矩阵形式，有： （3.8）即 (3.9)式中，为潮流方程的雅可比矩阵。由式（3.9）可以得到 (3.10) 式中,可由式（3.4）和式（3.5）求得，和分别为各节点的有功、无功边际网损系数矢量。平衡节点和PV节点除外。平衡节点的电压幅值、相角和PV节点的电压幅值不受其他节点注入功率的影响，保持不变。 对于PV节点i，该节点无功功率的变化量将全部由该节点进行补偿，不会引起额外的网损，因而该节点的无功边际网损系数为0，即.同理，对于平衡节点S，其节点有功边际网损系数和无功边际网损系数均为0，即,。 由式（2.10）可得节点i所分摊的网损量为： （3.11）由于功率损耗实际上是电流平方的函数，完全的边际网损系数法将造成损耗成本的过度回收。这种情况可以通过对原边际网损系数作进一步的调整，使分摊的总网损等于实际总网损量。 （3.12） 式中L即上文中的总网损；为分摊到各个节点的网损量的总和。所以，调整后的第i个节点所分摊的网损为： （3.13） 这种调整后可以保证各节点分摊的网损之和等于总网损，但是调整的结果会弱化网损微增成本信号。 边际网损系数法依次考虑各电厂或负荷由于所处的电气位置和输送距离等原因所造成的对于系统总损耗的不同影响向各节点分摊损耗。各电厂或负荷的功率增加使系统损耗增加的幅度越大，则其对系统损耗的影响越大，所承担的网损也应该越大；如果各电厂或负荷的功率的增加使系统损耗减少，则说明该电厂或负荷对减少系统网损有贡献，因此其不承担网损。因此，它能反映各节点造成全网网损的微增成本信息，从而能够提供很好的经济信号，通过市场的手段促使潮流向网损减少的方向流动，达到优化潮流、提高经济效益及指导用户投资决策的目的。由于其理论研究比较成熟，边际网损系数可以通过雅可比矩阵求取，比较方便，目前国外力市场的网损分摊方法大多是基于边际网损系数法。但是其缺点是显而易见的，例如不能分配平衡节点的网损，以及最初的分摊结果往往与电网实际总网损不相等，造成网损费用的过度回收等等。3.3 潮流追踪法概述3.3.1 基本原来与分摊原则 潮流追踪法的基本原理是：假定输电节点是个理想的潮流混合器，潮流在各个节点上依据节点功率等比例分配原则分布，从而计算输电线路的功率组成和发电机与负荷间的实际功率传输关系，根据各用户功率对各输电元件的利用份额确定其应承担的损耗。 比例共享原则：mji40MW70MWl30MWk60MW图3.1比例分配原则如图2-1所示，节点i与4条支路相连，j、k支路为注入流，m、l支路为输出电流。流经节点i的总功率为pi=40+60=100MW，其中40%由支路ji提供，60%由支路ki提供。由于电力是不可区分的，每一条输出支路的功率只取决于节点电压差和线路阻抗。但我们假设每一输出支路的潮流构成与输入支路具有相同的比例。即im支路的70MW功率中有7040%=28MW由注入支路ji提供，有7060%=42MW由注入支路ki提供。同理,il支路的30MW功率中有3040%=12MW由注入支路ji提供，有3060%=18MW由注入支路ki提供。其实质是认为连接点是输入功率的“混合器”，认为输出支路的潮流由各输入支路的潮流混合而成，且其比例与输入支路潮流占总输入潮流的比例相同。 尽管等比例分摊原则还没有得到证明，但是其原理基于公平的思想，容易让人接受，特别是由于其清晰直观的思路、丰富的市场信号等特点，使该原则的应用似乎已经得到共识。3.3.2 潮流追踪法的分类对于潮流追踪法的研究有很多分支，我们从不同的方面将其分类介绍。3.3.2.1 按照所追着的方向分类 分为顺流跟踪和逆流跟踪两种。 顺流追踪用于计算发电机对线路潮流的贡献，逆流追踪用于计算各发电机实际供应哪些负荷，为哪些负荷服务。追踪顺序主要取决于市场中对于网损承担方的认定。 具体的计算方法有很多，文献运用拓扑网络矩阵的方法，按有功功率比例共享的原则，形成顺流分配矩阵和逆流分配矩阵，通过矩阵求逆的方法进而求得拓扑发电分配因子和拓扑负荷分配因子，由此得到发电机和负荷在输电线路上的功率传输的关系。但是该方法需要进行求逆，在计算实际大系统时要消耗大量时间，所以不能很好的满足实际系统的要求。因此，一些文献提出基于图论的方法：文献提出按照节点电压的幅值与大小的下降方向作为顺流追踪的依据，分别对无功功率和有功功率进行追踪，并且考虑了线路上有功、无功功率方向相同与不同两种情况。文献提出一种基于图论的潮流追踪的快速计算方法，该方法不用求逆，计算速度快，但是它首先需要将网络等效成无损网，这与系统实际的网络结构是不符的，而且图论方法本身不能处理系统中有自环流的情况。3.3.2.2 按照所追踪的量分类分为电流追踪、有功功率追踪、有功无功功率联合追踪和复功率追踪。.电流追踪电流追踪方法是通过研究网络中支路电流的组成及其对网络损耗的影响来进行全网网损的分摊。一种分摊方法认为线路功率与电流幅值的平方成正比，因此节点各出线按电流幅值的平方分摊该节点的网损，这一原则是基于损耗与电流平方成正比的物理现象，因此普遍为人们所接受；但是另一种方法证明了“利用份额”采用电流比值与采用功率比值等价，提出各出线分摊节点网损时按电流幅值的比例进行分摊，认为按电流幅值的平方比例分摊可能使全局网损和电源分摊的网损二者的增加趋势出现矛盾的情况，即在某种运行方式下，当增加某一转运时，该转运功率引起系统功率损耗的增加愈大，其承担的损耗反而愈小；并且这种分摊将使电源对线路的“利用份额”在首末端不再保持一致。.有功功率追踪有功功率追踪忽略了有功和无功的联动的影响，直接对有功潮流和无功潮流进行解耦，而不考虑节点无功对有功功率损耗的影响，按照有功功率比例共享的原则，进行有功跟踪和网损分摊。这种解耦的方法使计算大为简化，特别是由于实际电网中对于无功功率的处理尚不完善，因此只针对有功功率进行追踪似乎成为人们的首选。但是事实上，各发电厂在实际的运行当中，由于电压控制等原因，其功率因数将不可能相等。而当功率因数较差且不相等时，有功跟踪方法在确定输电设备利用份额及分摊的网损时会引起较大的误差。而且我们也可以从损耗方程中得知，有功功率损耗不仅与节点有功有关，而且与节点无功有关。因此单纯的只对有功功率进行追踪与实际情况的差异是比较大的。.有功、无功联合追踪这种方法在跟踪有功功率的同时对无功功率进行跟踪，并考虑了节点有功对无功损耗的影响及节点无功对有功损耗的影响，所以这种追踪方法能减少上述方法的简化所引起的误差，而且可以对输电线路上的无功功率进行跟踪。提出了基于严格数学推导公式的潮流追踪算法，依据损耗公式对各部分损耗进行剖解、分析，将各用户引起的有功、无功损耗严格归属，并指出应将各用户共同引起的交叉损耗按功率比例由所有用户共同承担。这种追踪方法遇到的困难之一是线路上的有功无功功率流动方向往往不相同，即有功无功往往不通路。尽管文献提出了一种迭代的算法，但是这种方法的计算过程比较繁琐。.复功率追踪利用复功率追踪，按照复功率等比例共享的原则，得到某一特定的发电机或负荷复功率在所有线路上的潮流组成，按潮流功率占线路总潮流的比例进行网损的分摊。复功率跟踪的方法不将有功无功解耦，综合考虑有功功率和无功功率对全网网损的综合影响，所采用的简化少，理论上最接近电网中的实际情况，因此比有功功率跟踪方法更趋于公平合理，理论上更易被用户接受。但是，这种方法涉及大量复数运算，包括复数矩阵的求逆，因而计算十分复杂，对于复杂电力系统中的实际应用，还有待进一步的研究。不管潮流追踪采用哪种追踪方式，由其所基于的比例共享原则可以看出，其分摊的思想是将所有用户平等对待，所有用户都按照同一种原则分摊网损。第四章 电网网损实例分析本章主要是对实例用平均网损分摊法、边际网损系数法、潮流跟踪法三种方法对数据进行分析和比较，然后针对不同的方法分析其优缺点。4.1 实例分析以IEEE14节点为例，电网接线如图1，具体数据见高等电力网络分析。首先，利用电力系统分析软件得出潮流计算结果和总网损，然后分别应用上述3种方法进行网损分摊，以1节点为平衡节点，且只对有功功率进行分摊。 图4.1 IEEE4节点图表4.1 边际网损系数法网损分摊结果节点号注入有功/MW调整前边际网损系数调整前网损分摊量/MW调整后边际网损系数调整后网损分摊量/MW1232.390000218.30-0.0593-1.0852-0.0292-0.53393-94.20-0.137912.9902-0.06786.39144-47.80-0.10895.2054-0.05362.56125-7.60-0.09130.6939-0.04490.34146-11.20-0.09711.0875-0.04780.535170-0.10890-0.0536080-0.10890-0.053609-29.50-0.10883.2096-0.05351.579210-9.00-0.10850.9765-0.05340.480511-3.50-0.10350.3622-0.05090.178212-6.10-0.1060.6466-0.05220.318113-13.50-0.10421.4067-0.05130.692114-14.90-0.11591.7269-0.05700.8497总和13.3927.22013.393表4.2 潮流跟踪法网损分摊结果 分配到各个节点的线损支路 i j 线路损耗 1 2 3 . 13 14 1 1 2 4.29 0 0.7193 1.4586 . 0.1428 0.0741 2 1 5 2.76 0 0.4627 0.9384 . 0.0919 0.0477 3 2 3 2.33 0 0.4332 0.8592 . 0.0630 0.0361 4 2 4 1.68 0 0.3124 0.6195 . 0.0454 0.0260 5 2 5 0.91 0 0.1692 0.3356 . 0.0246 0.0141 6 3 4 0.37 0 0.0303 0.2483 . 0.0049 0.0032 7 4 5 0.51 0 0.0500 0.1329 . 0.0124 0.0111 8 4 7 0 0 0 0 . 0 0 9 4 9 0 0 0 0 . 0 0 10 5 6 0 0 0 0 . 0 0 11 6 11 0.05 0 0.0041 0.0088 . 0 0 12 6 12 0.08 0 0.0065 0.0141 . 0 0 13 6 13 0.21 0 0.0170 0.0369 . 0 0 14 7 8 0 0 0 0 . 0 0 15