（电力电子与电力传动专业论文）实时线损计算系统研究.pdf

江南大学硕士学位论文 2 在基于实时的电力网线损计算方法会遇到的采集数据不完整和数据中存有 不良数据的问题，本文采用一种有效的状态估计方法进行了解决，着重对算法实时 性的要求。 3 最后基于前面所做的工作，利用i e e e 一1 4 节点验证了该线损计算方法的可 行性。 关键词：电力系统电网线损计算在线监测状态估计不良数据检测 论文类型：应用研究 l i a b s t r a c t a b s t r a c t t h e m e ：r e s e a r c ho fr e a l - t i m e1 i n el o s sc a l c u l a t i o ns y s t e m a u t h o r ：w uz h e s u p e r v i s o r ： z o ub i n s p e c i a l t y ：p o w e re l e c t r o n i c sa n dd r i v e s p o w e ri n d u s t r yi sb a s i ca n dp u b l i ci n d u s t r y ，a n di ti sp r o d u c t i o nm a t e r i a la sw e l la s l i f em a t e r i a la tt h es a m et i m e i ti sv e r yi m p o r t a n tt ot h ep r o g r e s so fs o c i e t ya n dt h e d e v e l o p m e n to fp r o d u c t i o na n di m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d s t h u si ta b s t r a c t sl o t so f a t t e n t i o n s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a 。sn a t i o n a le c o n o m y ，t h ep o w e ri n d u s t r y h a sa l s ob e e nd e v e l o p e dq u i c k l y a tp r e s e n t ，t h ep o w e rg r i de n t e r p r i s e sf a c et w om a j o r p r o b l e m s ：f i r s t ，h o wt oe n s u r et h eo p e r a t i o n a ls a f e t ya n ds t a b i l i t yo ft h ec r o s s - r e g i o n a l p o w e rg r i d sa n dt h el o c a lo n e s ；s e c o n d ，b a s e do nt h es a f eo p e r a t i o no fp o w e rg r i d s ，h o w t om a k ei te c o n o m i c a la n dr e a s o n a b l e ，a n dt or e d u c et h ep o w e rl o s sd u r i n gt h eg r i d s o p e r a t i o na n dt h ep r o d u c t i o nc o s to fp o w e rg r i de n t e r p r i s e s l i n el o s sr a t eo fp o w e rg r i d si sac o m p r e h e n s i v ee c o n o m i ca n dt e c h n i c a li n d i c a t o r w h i c hc a l lr e f l e c tt h ep o w e rs u p p l ye n t e r p r i s e p l a n n i n g a n dd e s i g n ，p r o d u c t i o n t e c h n o l o g y ，a n dt h em a n a g e m e n tl e v e l r e d u c el i n el o s sr a t ei st oi m p r o v et h ee c o n o m i c e f f i c i e n c yo fe n t e r p r i s e su n d e rt h ec o s to fp r o d u c t i o nu n c h a n g e di nt h ee n t e r p r i s e ，a n di t i so fg r e a ts i g n i f i c a n c e m e a n w h i l e r e d u c i n gl i n el o s si st h ek e yp o i n ti nt h ec o u n t r y s ”1lt hf i v e - y e a rp l a n ”a st oa c h i e v e m e n to f2 0p e r c e n tr e d u c t i o na n da l s oa l li m p o r t a n t p a r to f t h es t a t ea p p r a i s a l p o w e rl o s sc o v e r sav e r yw i d en e t w o r ki n c l u d i n gp o w e rg e n e r a t i o n ，s u p p l y ， t r a n s f o r m a t i o na n du t i l i z a t i o nw h i c ha r ec l o s e l yl i n k e d s ol i n el o s ss t a t i s t i c s ，c a l c u l a t i o n a n da n a l y s i si n v o l v es om a n yl i n k si n c l u d i n gh u m a nf a c t o r st h a tt h et r a d i t i o n a lm a n u a l c a l c u l a t i o nh a sb e e nu n a b l et om e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h em o d e r ne n t e r p r i s e m a n a g e m e n t o nt h eo t h e rh a n d ，t h ep o w e rs y s t e mh a se s t a b l i s h e ds c a d as y s t e m ，p o w e re n e r g y b i l l i n gs y s t e mw h i c hm a k e sf a s ta n da c c u r a t ea c c e s st ot h ep o w e rs y s t e mo p e r a t i n g p a r a m e t e r sp o s s i b l e ，a n dt h ec o n d i t i o n so fd e v e l o p i n gm a n a g e m e n to fp r a c t i c a ll i n el o s s b a s e do nt h e s er e a l t i m ed a t ah a sb e e nm a t u r e t h eo b j e c t i v eo ft h i sp a p e ri st os t u d yt h em e t h o d so fr e a l t i m ec a l c u l a t i o no ft h e p o w e rn e t w o r ki nd e t a i la n dt oe x p l a i nt h ec a l c u l a t i o nc o n d i t i o n s ，c h a r a c t e r i s t i c sa sw e l l a st h em e t h o d so fr e a l - t i m eg r i dl i n el o s s ，e s p e c i a l l yt oa n a l y z ea n dp r e s e n tt h ec a s e s i n c o m p l e t ed a t aa n d b a dd a t ai nt h ec o l l e c t i o nw h e nc a l c u l a t i n gt h er e a l t i m el i n el o s s t h ew o r k p r i m a r yc o v e r a g ei s a sf o l l o w s ： 1 i n t r o d u c et h ec o m m o nm e t h o d so f g r i d l i n el o s sc a l c u l a t i o na n dt h e i r n l 江南大学硕士学位论文 s h o r t c o m i n g s ，a n dp r o p o s et h er e a l - t i m eb a s e dg r i dl i n el o s sc a l c u l a t i o nm e t h o da n d a n a l y z ei t sa d v a n t a g e s ，r a p i d i t ya n de f f e c t i v e n e s s ，a n dg i v ea ne x a m p l et ov e r i f yt h e c o r r e c t n e s so ft h em e t h o d 2 b a s e do nt h er e a l - t i m eg r i dl i n el o s sc a l c u l a t i o nm e t h o d ，w i t ht h ep r o b l e m so f d a t ai n t e g r i t ya n dt h eb a dd a t ai nt h ec o l l e c t i o n s ，w eu t i l i z ea ne f f e c t i v es t a t ee s t i m a t i o n m e t h o d ，a n df o c u so nt h er e q u i r e m e n t so fr e a l - t i m ea l g o r i t h m 3 f i n a l l y ，w i t hi e e e - 14n o d e s ，w ec a l lp r o v et h a tt h el i n el o s sc a l c u l a t i o nm e t h o d i s f e a s i b l e k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ；e l e c t r i cn e t w o r k ；l i n el o s sc a l c u l a t i o n ；o n l i n em o n i t o r i n g ； s t a t ee s t i m a t i o n ；b a dd a t ad e t e c t i o n t y p eo ft h e s i s ：a p p l i e dr e s e a r c h i v 独创性声明 本人声哽所呈交的学位论文是拳人在导师指导下进行姆研究工诈及取 得的研究成果。尽我所知，除了文争特别加以标注和致谢娉地方外，论文 中不包含- j t - 他人已经发表或撰写过翡研究成果，也幂包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书面使罔过砖材料。与我一同工锋酶同志 对本研究所做的任钶贡献均已在论文中作了明确盼说明并表示谢意。 签名：缤孕日 期：b 葛妙内，11 3 l 关于论文使用授权的说明 本学位论文榨者完佥了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向萄家有关部门或机构送交论文骑复印件和磁盘，允 许论文被查阂和借阏，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采月影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容争纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：凌诒导炜签名： e t 期： 第一章绪论 第一章绪论 电力系统线损与节电技术是一项复杂的系统工程，包括城市电网、农村电网、 电力用户等，构成了线损技术管理体系及节能用电的系统理论和方法。 长期以来，为了确保电网的安全、可靠和高效运行线损管理和节电技术一直 是电力系统高度重视的一项重要工作。在当前严重缺电的形势下，除要求加快电力 建设和改造工作的进程外，结合城乡电网的建设和改造，努力降低电能损失和功率 损耗、努力降低线损率倡导和实施节能用电，就能够有效提高电力能源的综合利 用率，改善我国电力能源日益紧缺的局面，向全社会提供更多的优质电力资源，促 进社会的经济建设和发展。因此，做好线损与节电工作是电力企业提高供用电水平， 提高社会效益和经济效益，增强企业实力，开展优质服务的一项重要举措。 1 2 课题的研究意义与价值 电力网的电能损耗率简称线损率，它是电力系统的综合性技术经济指标，也是 国家考核电力部门的一项重要经济指标。为检查电力网的能耗情况，分析论证能耗 是否合理，提出改善电网结构降低能耗的措施，合理制订线损率指标，各级电力部 门都必须开展电力网的能耗计算和分析。 线损计算是供电部门的主要技术工作之一。降低线损是供电部门降低成本、增 产节约的主要内容。降低线损不仅可以多供少损耗、节约能源，而且能降低成本， 增加积累。通过线损计算，可以鉴定网络结构及运行方式的经济合理性，为供电网 络发展和改进网络规划提供可靠数据，为制定月、季、年度线损率，提供理论依据。 线损计算，既不同于网络设计中的功率损耗计算，也不同于调度运行中的功率损耗 计算。网络设计中的功率损耗计算是以技术经济比较为宗旨，负荷依据是规划中的 最大负荷；调度运行中的功率损耗计算是以潮流分析为目的，负荷依据是运行中的 最大负荷及最小负荷。这两种计算简化比较多，计算结果近似程度大。而线损计算 完全不同于上述两类计算，线损计算是根据网络的实际负荷及网络正常运行方式来 计算每一单元电气元件的有功功率损失、无功功率损失以及一定时间内的电能损耗。 因此，线损计算要求以网络中每个电气元件实际运行的电压、电流、功率因素等作 为计算依据，并且还要计及由于网络负荷的不断变化、导线通过电流引起的温升以 及周围空气温度等因素对功率损失的影响。从主观上来说，希望线损计算尽量精确， 江南大学硕士学位论文 但由于负荷变化和网络接线错综复杂，不得不采取一定的假定和简化。因此，计算 结果仍然带有一定的近似性，而这种近似性是运行所允许的。线损计算不但涉及面 广，而且一些参数在不断变化。线损计算的目的，就是要从这些繁杂和变化之中得 出比较接近实际的结论。随着信息化和现代通信技术的不断应用，使得基于在线实 时线损的研究成为可能，实时线损计算将带给线损管理系统如下三个作用： 1 从总体上可以将线损中的技术线损和管理线损区分开来，以便确定降低 线损的管理措施。 2 将线损按照电压等级，线路，变压器和管辖区域进行分类统计为管理考 核提供数据支持，并与现行管理机制相适应。 3 能够给出各种线损统计，指导确定降损方案的制定，并给出降损措施的 效果分析。具体包括： ( 1 )分析2 2 0 k v ，1 i o k v 运行方式对线损的影响。 ( 2 )无功补偿对线损的影响。 ( 3 )线路改造的线损影响。 1 3 线损管理的研究状况和存在的问题 线损分级管理体系，就是实行县级供电单位局所两级管理机制，以制度规范线 损管理的各项工作局、所两级定期召开线损管理分析会，提出解决问题的措施和办 法责任到人就是在两级管理体制中，局长和所长要亲自抓线损管理指标分解、各负 其责是将线损指标进行分解，实行分线路、分电压、分用电村、分配电台去考核，指 标到人，考核到人目前，供电企业在线损管理方面存在许多急待解决的问题首先， 在技术管理方面部分地区系统的接线方式和运行方式不合理，损失了不少的电量， 严重影响了线损指标的完成变压器的经济运行问题，变压器要按能耗最小的方式安 排运行，达到最经济的目的无功功率平衡问题，通过提高功率因数的方法来实现计 量装置调校的一致性问题，对不同用电量计量装置的综合范围有规定标准三相功率 的平衡问题，其次，在组织管理方面行销管理有待加强运行管理科学性还有待提高 反窃电工作异常艰巨。 目前，通过对配电网的技术改造，电网线损的管理水平有了一定的提高，并且 也在不断地进行完善，但存在的问题仍需引起高度重视 从调研的情况看，文献【1 】提出了一种任意自动化装置的配电网理论线损计算方 法。分析了传统方法的假设条件对结果的影响后，指出合理地获取符合和基于该负 荷的潮流计算是准确计算线损的关键。首先将配电网负荷和支路信息分为5 种类型， 通过支路信息可以将原网络分解为若干个等效网络，从而降低负荷获取的复杂性， 提高获取精度；其次为无自动化量测的负荷用户设置的假设条件也最大限度地满足 2 第一章绪论 工程需求，最后将所有获取负荷的计算统一为期望负荷分配因子和期望负荷的计算。 根据不同置信度的期望负荷为配电网匹配潮流提供负荷数据，在进一步利用冗余信 息修正负荷的基础上，得到了理论线损计算结果。文献 2 】提出了计算以区段为计算 单位的配电网理论网损的回路电流法和电流电压法，这两种方法的主要优点在于充 分利用了现场监控终端采集的数据，不需要网络的设备参数，又可以不计网络复杂 的拓扑结构，计算简单方便。并通过比较两种方法，认为回路电流法计算较精确， 电流电压法计算较粗糙。文献 3 】针对集抄系统多量测的特点来研究潮流问题的新算 法，首先假设所有变压器二次侧的电压、电流功率全部可测，把传统潮流计算的非 线性问题转化为线性问题进行求解，然后考虑网络中存在无观测点时的线性潮流计 算方法。由于其方法不需要迭代，不存在收敛问题。所以对电力系统有重要的意义。 鉴于全网整体式状态估计条件要求苛刻，运行调试过程中经常出现不收敛的问题， 文献【4 研究了存在不良数据和部分厂站注入量测信息不完整情况下的线损计算，该 文对全网进行了状态检测，对有可疑数据厂站进行单个厂站的模糊聚类不良数据辨 识，对缺少注入量测的厂站根据其实际情况进行由对端量测量估计或部分电网状态 估计。为潮流计算提供初始条件，提高估计速度。并利用算例证明部分电网状态估 计能得到精确的结果，保证理论线损的计算精度。文献 5 】和文献 6 】通过充分利用现 场监控单元上传的三相检测数据，提出了按馈线段进行理论线损计算的准确度，了 解线损在系统中的分布情况，能够为配网规划设计、降损技术措施选择制定、网络 运行方式优化选择以及在线防盗窃电等提供有力证据。 随着配电自动化系统的发展，特别时基于现场终端( f t u ) 的配电系统的实施，为 新的配电网状态估计提供了可能。配电网状态估计作为配电网自动化系统网络分析 的基础，在配电自动化系统中占有极其重要的地位。文献 7 提出的基于馈线段的分 段状态估计克服以往状态估计程序计算量大，存在数值稳定性问题和不够准确的等 缺点，具有快速、准确、收敛性好等优点，有较高的实用价值。文献 8 】综述了电力 系统动态状态估计的d e s 的研究现状，对目前常用的d e s 算法作了简明对比。描 述了基于扩展卡尔曼滤波的e k f 算法的d e s 算法模型，并介绍了三类改进算法模 型，用以提高e k f 算法的自适应性，鲁棒性和准确性。针对不良数据的检测和辨识， 在简要分析传统量测量残差检测和突变检测方法优缺点的基础上，介绍了一些新的 理论。总结了外部网络模型等值的一些观点。并提出了d e s 研究中的几个方面的构 想已供参考。文献【9 】在当前状态估计计算中广泛应用的p q 分解法的基础上，应用 抗差估计理论中的极大似然型估计( m 估计) ，构造出一组权函数，从第二次迭代计 算开始，根据每次迭代计算后，各量测量残差与量测量自身之比的大小，对相应加 权值进行修正，使不良数据的权值越来越小，达到弱化不良数据对后续迭代过程影 响的目的。并证明该方法的正确性，提出该方法的重点在于构造出功能强，且修正 合理的权函数。文献 1 0 将用于运行控制的过程状态估计和用于在线检测的断面状 3 江南大学硕士学位论文 态估计相结合，提出了面向过程的状态估计的概念和模型，通过估计系统在某一分 钟级运行时段上的过程特征断面的状态，准确、全面地描述系统在该运行时段的运 行工况，解决了测量快速与决策慢速之间的矛盾。同时提出了变化量测的触发方式 的断面状态估计，由量测量的变化引导断面状态估计的触发，获得了良好的在线监 测效果，并给出了自愈电网中完整的状态估计模式。并通过比较过程状态估计和传 统状态估计的计算结果，验证该模型的正确性和优越性。文献 1 1 1 4 系统地介绍了 电力网线损计算的概念、规程和标准，详细记录了线损计算中的各种参数。文献 1 5 】 考虑到状态估计残差法无法考虑遥信信息损失的特点，将m i l 状态估计理论应用到 网络拓扑错误辨识当中，提出了具有严格数学基础的m i l 拓扑检错新方法。在总体 信息损失最小的目标下，对遥信和遥测实施统一最优估计，降低拓扑验错的错误率。 文献【1 6 】得出了量测量的量测时延差别对状态估计精度的影响很显著的结论，提出 当负荷变化率或者量测时延增加时，估计误差总方差以比线性更快的方式增加。通 过按量测时延期望值来选择各量测量的取用时刻，可以基本消除量测时延差别对估 计精度的影响的观点。并且由于估计精度与实时性之间的非线性关系，还提出可以 根据具体情况折中选择状态估计的滞后时间来协调估计的精度和实时性。 1 4 本文的主要研究工作 由于电力工业是事关国计民生的基础产业，而电能损耗率是国家考核电力部门 的重要经济技术指标，合理准确的电网损耗计算是各级电力部门能耗计算，统计、 分析及降损的基础。因此为了提高电网建设、运行、管理的综合水平，必须研究一 种准确、合理的电力网线损计算方法。 本课题是针对由于电力部门在进行线损理论计算时一般离线收集各种数据，手 动输入，经常会出现潮流不收敛，且当运行方式改变时，很说数据需要重新输入的 情况而诞生的，对电力系统中电网理论线损计算的问题进行了一系列的研究。首先， 通过分析电力网线损理论计算的研究历史，比较了不同线损理论计算方法的不同点 和优劣性，得出了目前国内外在该领域研究的主要方向和研究热点。其次，根据目 前信息技术大量被引入电力系统，特别是s c a d a e m s 系统和电量采集系统等的应 用，提出了一种实时线损理论计算方法，该方法简单、快速，实用性强。能为电力 网线损计算提供一些方法上的指导。接着，在基于此方法的基础上，对采集数据不 完整和采集数据中有不良数据两种情况，进行了分析。并提出利用一种有效的状态 估计的方法，予以解决。最后，本文以i e e e 一1 4 节点系统为例，通过与传统常用 方法的比较，验证本文方法( 包括实时线损计算方法和状态估计方法) 的正确性。 全文的具体安排如下： 4 第一章绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 绪论： 电力网线损计算相关理论： 基于实时的电力网线损计算模型； 状态估计算法在实时线损计算中的应用； 不良数据的检测与辨识； 算例及结果分析 结论与展望。 5 第二章电力网线损计算相关理论 2 1 引言 第二章电力网线损计算相关理论 在电力系统中，关于线损计算方法的研究已经进行了很多年，如何尽可能准确 地计算出电网中的线损，以及把它控制在一个合理的范围是每个电力系统都必须面 对的问题，目前仍处在不断研究探索和完善之中。电力系统线损计算的理论知识包 括了很多方面，本章阐述了和本课题相关的一些电力系统线损计算的基本理论知识， 为后面的课题研究做知识准备和理论铺垫。 2 2 电力网线损计算的规程 电力网线损率是国家考核电力公司的一个重要经济技术指标，因此，每个电力 公司都想尽量准确地计算出该地区的线损率，以便把它很好地控制在一个合理的范 围，关于线损计算，在文献 1 1 】中，明确提出了线损计算的相关规程及概念，现介 绍如下： 2 2 1 线损的定义 在输配电过程中，电能的传送和电磁转换皆是通过电流来实现的，电流通过导 线时要产生损耗。此外，运行在网络中有大量的输配电变压器、电容器、开关、仪 表等设备，这些设备本身也要消耗一定的能量。因此，工程上把给定时间内，电网 中所有元件产生的电能损耗称线损电量，简称线损。 线损按其特点可分为三类： ( 1 ) 可变损耗 所谓可变损耗是指与电网中的负荷电流有关的且随其大小变化而变化的损耗。 其中包括导线中的损耗、变压器绕组中的铜损、电流表和电能表电流线圈中的损耗 鸳、 守o 、 ( 2 )固定损耗 所谓固定损耗是指与电网中的负荷电流无关且不随其变化而变化的一种损耗。 其中包括变压器的铁损、电容器介质损耗、电压表和电能表电压线圈中的损耗、电 晕损耗等。 ( 3 ) 不明损耗 所谓不明损耗是指实际线损与理论线损之差的一种损耗。该种损耗变化不定、 数量不明，难以用仪表和计算方法确定，只能由月末的电量统计确定，其中包括用 7 江南大学硕士学位论文 户违章用电和窃电的损失、漏电损失、抄表以及电费核收中差错所造成的损失、计 量表计量误差所形成的损失等。 2 2 2 有关线损计算的其他概念 1 损失电量和损失率 ( 一) 技术线损电量 技术线损电量又称理论线损电量。成为技术线损电量的原因是因为这种损失电 量可以通过技术措施予以降低；称为理论线损电量的原因是因为这种线损电量可通 过计算得出。技术线损电量包括变压器的铁损、铜损，输配电线路中的损耗，电容 器的介质损耗和电晕损耗等。这部分损失与网络的构成、网络运行的技术状态、运 行方式、电气设备的质量等有关。 ( - - ) 管理线损电量 所谓管理线损电量是与网络管理水平有直接关系的一种电量损失，其可以通过 用电管理予以降低，其中包括各种计量电能表的综合误差，抄表不同期、漏抄、错 抄、错算所产生的误差，电气设备绝缘不良所引起的漏电、无表用电和窃电所引起 的损失电量。 ( 三) 统计线损电量 所谓统计线损电量是指电能表计量的总供( 购) 电量如和总售电量4 相减而得 出的损失电量，即 a a = 如一4 ( 2 - 1 ) 统计线损电量包括技术线损电量和管理线损电量，因此统计线损电量不一定反 映电网的真实损耗情况。并且，由于电网结构、电源的类型和电网的布局、负荷性 质和负荷曲线均有很大的不同，所以各地区电网的损失也是不同的，有时其差别很 大。因此一般不能像考核电器设备那样同类型的设备采用相同的考核指标，这就给 各电力网线损的可比性带来困难。为了克服这种困难，在电网中一般只好通过线损 理论计算来求得电网的理论线损电量，然后与电网的统计线损电量进行比较。如果 两者接近，说明管理线损电量小，管理工作中疏漏少；如果两者差别大，说明管理 工作中疏漏多，应督促加强管理，堵塞疏漏。 ( 四) 统计线损率 统计线损率由下述公式来定义 a a ：鱼二生1 0 0 ( 2 2 ) 如 一 ( 五) 理论线损率 设理论计算所得出的损失电量为a ，则 r 第二章电力网线损计算相关理论 a a ，：z m lx 1 0 0 ( 2 3 ) 如 除了统计线损率和理论线损率以外，各类损耗占整个损耗中的比例，对考查网 络的负荷状态，寻求降损的主攻方向有重要的指导意义。有用途的线损比例包括： 线路导线的线损比例、变压器损耗的比例、变压器铁损比例、变压器铜损比例等。 线损率是国家考核供电企业的重要技术指标，是电力企业升级的主要标准之 一。这项指标牵动着电网的发、供、变、用等各环节的运行情况，是企业管理水平 的综合反应，也与企业的经济效益直接挂钩。国家考核电力企业的线损情况，是通 过定额线损的方法，所谓定额线损是根据电力网的实际损失，结合下一考核期内电 网结构、负荷的变化以及降损措施安排所制订出的损失，是电力企业为减小损失而 努力争取的目标。我国国家标准评价企业合理用电技术导则( g b 3 4 8 5 8 3 ) 中规定， 降低企业受电端至用电设备间的线损，线损率应达到下列指标： ( 1 ) 一次变压：3 5 以下； ( 2 ) 二次变压：5 5 以下； ( 3 ) 三次变压：7 以下。 2 2 3 线损计算的目的 ( 1 ) 提供评价电力系统电网结构及运行方式经济性的依据。 ( 2 ) 确定电网中损耗过大的元件和设备，并找出损耗大的原因。 ( 3 ) 考核实际线损是否真实、准确、合理，根据实际线损与理论线损的差值确 定管理线损的多少，以衡量营业管理的水平，以便采取措施，把线损降低在一个比 较合理的范围内。 ( 4 ) 根据理论线损中导线的损失电量和变压器损失电量所占的比重，以固定损 耗和可变损耗所占的比重，可找出电网中的某些薄弱环节，以确定技术降损的目标， 以采取有效措施不断降低线损。 ( 5 ) 为制定线损计划指标、采取降损措施、总结节能用电成果提供理论依据。 ( 6 ) 为电网的发展规划、改进计划提供科学依据。 2 2 4 电力网理论线损计算的要求 线损理论计算是根据实际负荷或电量，按着电网的正常运行方式，计算电网中 各元件的有、无功功率损失和一定时间内的电能损失。因此线损理论计算要求： ( 1 ) 线损理论计算前要注意积累线路、设备参数和运行负荷变化情况等资料。 技术数据和运行参数要准确、完备、符合计算要求。准备的资料越实际、越丰富， 计算的结果也就越精确。 ( 2 ) 计算理论线损率，将其与实际线损率作一对比，确定实际线损率与理论线 损率的差值，如此可知不明损耗的大小，并以此来衡量企业的管理水平以及用电量 9 江南大学硕士学位论文 统计的是否合理。 ( 3 ) 计算电网的最佳线损率，其可与理论线损率作一对比，以确定电网结构、 布局合理性，运行的经济性，并借此来确定电网的降损潜力。 ( 4 ) 确定可变损耗、固定损耗、分支损耗占总损耗的的比重，以确定降损技术 的主攻方向。 ( 5 ) 对于低压网损耗计算要求计算低压线路中的损耗，同时要计及负荷分布和 负荷不对称的影响。 ( 6 ) 线损理论计算要制度化，为了使线损理论计算正常的开展，并进行定期的 分析和考核，因此要求制定规章制度，以保证线损理论计算工作逐步达到规范化和 标准化。一般来说，6 - - l o k y 配电网每月要进行一次计算，同时要形成线损报表， 逐月上报；输电网可在3 6 个月进行一次计算，有些数据要妥善保存，以便形成年 度均值。 2 2 5 线损计算的设备资料和运行资料 线损理论计算所需的技术资料包括与电网运行设备的技术参数及电网运行参数 两部分。 ( 1 ) 设备技术参数资料 1 发电厂和电网的主接线图； 2 高压输电线路的阻抗图和高压配电线路接线图，图上标明导线型号、长度、 线路阻抗( 高压输电线路还应有电抗值) 等技术参数； 3 电力设备中，各台变压器、调相机、电抗器、电容器、互感器等参数资料， 原始记录，铭牌参数或实测功率( 如没有铭牌或实验数据，可参照同类设备的参数资 料) ； 4 用户三相和单相电能表的统计资料； 5 电源接户线的长度、规格、型号等。 ( 2 ) 电网运行参数资料 1 代表日符合完整的记录，一般应包括发电厂、变电所、线路等0 - - 一2 4 h 正点运 行时发供电输入、输出的电压、电流、有功功率、功率因数以及全天( 月) 有功与无 功电量的记录。 2 根据代表日正点抄录的负荷所描绘制的日负荷曲线； 3 运行方式，包括潮流、负荷等技术资料； 4 测试期间，有关设备的实际运行小时数，首端抄见供电量及配电二次侧总表 抄见电量或负荷测试记录； 5 用户大户中的专用高压配电线路、专用配电变压器的高压侧或低压侧2 4 h 负 荷电流、电压、电量、有功功率、功率因数及全天( 月) 有功与无功电量的抄表记录。 1 0 第二章电力网线损计算相关理论 2 2 6 理论线损计算的范围 ( 1 ) 输变电损失 13 5 k v 及以上输电线路； 23 5 k v 及以上变电所变压器，包括发电厂升压变压器； 3 调相机的实测值，电容器的估算值，电抗器及互感器的数值可忽略不计。 ( 2 ) 配电损失 16 l o k v 配电线路； 26 l o k v 配电变压器，包括变电所所用变压器； 3 低压配电线路( 可按估算值) ； 4 高低压电容器、接户线( 可按估算值) ； 5 电能表( 可按估算值) ，互感器及其他仪表设备一般可忽略不计。 2 2 7 理论线损计算的作用 线损计算的作用主要在与以下两点： 1 线损理论计算是制定年、季、月线损指标的依据，是推行降损承包经济 责任制的基础。 2 线损理论计算可为网络规划、改造以及电容补偿、网络调压、经济运行 提供技术信息，以便在制定上述技术策略时有可靠的科学依据。 线损理论计算应具有准确和实用的数学模型。线损指标是衡量企业管理水平和 与经济效益直接关联的一个重要指标，因此准确性应该是线损理论计算的头等要求， 误差过大，将会贻误工作。其次就是实用性，也就是说，线损理论计算应有效地为 考核现行网络的合理性，为网改技术措施的形成，为电容补偿的优化提供足够的技 术信息。 2 3 电力网理论线损计算方法 2 3 1 理论线损计算的前提 电力网理论线损计算方法是建立在以下两个前提下的： ( 1 )整个电网的电能损耗计算是建立在每一电网原件的电能损耗计算基础 上。电网的电能损耗是网内各原件电能损耗的总和。 ( 2 )各原件的负荷及运行电压等参数是从代表日的实际测录取得的，即每一 个元件及整个电网的潮流及电压是已知的。 计算能耗时，一般应收集下列资料： ( 1 )发电厂、变电所和电网的运行结线图； ( 2 )变压器、线路、调相机、电容器、电抗器等的参数资料( 铭牌资料或实测 损耗功率) ； 1 1 江南大学硕士学位论文 ( 3 )电力网中各元件的负荷、电压等参数。 代表日一般按下列原则选定： ( 1 )电网的运行方式、潮流分布正常，能代表计算期的正常情况； ( 2 )代表日的日供电量，接近计算期( 月、季、年) 的平均日供电量； ( 3 ) 绝大部分用户的用电情况正常； ( 4 )气候情况正常，气温接近计算期的平均温度。 代表日负荷记录应完整，能满足计算需要，一般应有电厂、变电所、线路等2 4 小时 正点地发电、供电、输入、输出的电流、有功功率和无功功率、电压以及全天电量 记录，根据代表日正点抄录的负荷，并认为每小时内负荷不变，绘制日负荷曲线。 线路、变压器绕组、串联电抗器等元件的电能损耗，应按个元件的日负荷曲线计算。 2 3 2 理论线损计算的常用方法 传统的计算线损的方法有以下三种： ( 1 ) 均方根电流法： 代表日的损耗电量 a a = 3 1 ；r t x l o ( k w h ) ( 2 - 4 ) 式中：r 元件的电阻( q ) ； t 运行时间( 对于代表日t = 2 4 ) ( h ) ； ，矿均方根电流( a ) ； i 扩= ) 式中：各正点时通过元件的负荷电流( a ) ； 当负荷曲线以三相有功功率、无功功率表示时 i 西= 似) ( 2 5 ) ( 2 6 ) 式中、q 一分别为正点时通过元件的三相有功功率( k w ) 、无功功率( k v a r ) ； u 一与z 、q 同一测量端同一时间的线电压值( k v ) 。 ( 2 ) 平均电流法 是利用均方根电流与平均电流的等效关系进行能耗计算的方法。 令均方根电流与平均电流的等效关系为k ，并称之为形状系数。 1 2 第二章电力网线损计算相关理论 尺：生 i 嘲 式中，厶一代表h 负荷电流的平均值( a ) 。 代表日的损耗电量 a , 4 = 3 k 2 i ；j r t x1 0 七( k w 办) 或 m ：k 2 鸶阜r 1 0 ( k w 啪 嵋f 。 式中，4 、4 代表日的有功电度和无功电度； ( 2 - 7 ) ( 2 - 8 ) ( 2 - 9 ) 一代表日的首端电压平均值( k v ) 。 式( 2 - 8 ) ( 2 - 9 ) 中的k 2 应根据负荷曲线的负荷率及最小负荷率确定。负荷率 为： 厂= 芒 ( 2 - 1 0 ) 最小负荷率为： 口：量( 2 1 1 ) j m “ 式中l 证、k 代表日负荷电流的最小值、最大值( a ) 。 当f 0 5 时，按直线变化的持续负荷曲线计算k 2 值，即 如寄( 半) 2 ( 2 1 2 ) 当f a 时，按二阶梯持续曲线计算k 2 值，即 k z ：翘粤二竺 ( 2 1 3 ) ，z ( 3 ) 最大电流法( 损失因数法) ： 是利用均方根电流与最大电流的等效关系进行能耗计算的方法。 均方根电流的平方与最大电流的平方的比值为f ，称之为损失因数。 ，2 f ：墨 ，上 m 醛 ( 2 - 1 4 ) 江南大学硕士学位论文 代表日的损耗电量 m = 3 巳r f t x l 0 一( k w h ) ( 2 1 5 ) 当p 0 5 时，按直线变化的持续负荷曲线计算f 值，即 1 f = 口+ 妄( 1 + 口) 2 ( 2 1 6 ) j 当f 0 5 且今a 时，按二阶梯持续负荷曲线计算f 值，即 f = f ( 1 + 口) 一a ( 2 1 7 ) 2 3 3 理论线损计算常用的方法的比较 ( 1 ) 根据最大负荷损耗时间t 计算电能损耗的方法和根据用电损失因数f 计算电 能损耗的方法与其他线损计算方法相比最为简单，但计算的准确度不高，一般只适 用于在电网规划设计时对电能损耗进行计算。 ( 2 ) 均方根电流法计算线损的方法原理简单，易于掌握，是一种普遍采用的手 算方法，适用于局部电网和个别元件的电能损耗计算，特别对线路出口处仅装设电 流表时的线损计算相当有效，对0 4 1 0 k v 配电网的电能损耗计算，采用均方根电 流法易于推广和普及。 ( 3 ) 节点等效功率法的本质是把电能损耗的计算问题转化为功率损耗的计算。 其优点是计算时的数据取自于电能表的数据，由于电能表的准确度等级一般比电流 表高，又有严格的定期校验制度，使计算线损的原始资料能够比较准确。同时，收 集和整理原始资料的工作也大为简化。因此，可适用于任意电力网络线损的手算或 机算。 ( 4 ) 低压电网线损电量的准确计算非常困难，一般可采用最大电压损耗百分数 的方法进行估算。 ( 5 ) 过网电量电能损耗的计算方法较为简便，计算公式比较简单，使用方便、 还可用于电网网损的计算。 ( 6 ) 利用三相电流不对称度计算三相负荷不平衡时三相供电系统线损率增加百 分数的方法，计算公式简单，使用也比较方便。 2 3 4 国外线损计算方法的改进 国外，电力系统线损的计算方法已在2 0 世纪2 0 年代末由美国电力公司( g e n e r a l e l e c t r i cc o ) 的布勒( b u l l e r ) 和伍德罗( w o o d r o w ) 推导出来。他们第一次引出了负荷率 与“等值损耗系数 之间的关系，其关系通过一些特定的系数以等式表示。历史资 料标明，他们当时仅依据一天内2 4 h 的负荷资料确定等式中的有关系数，并且假定 该等式可适用于全年的线损计算。由于一天和全天负荷曲线的差异，因为，这种假 定须做必要的调整。 2 0 世纪2 0 年代以后，由于空调器及其他家用电器的出现，负荷特性已发生了很 1 4 第二章电力网线损计算相关理论 大变化。由于计算机的应用，提高了电力系统线损计算和分析大量数据的能力。 1 负荷率和等值损耗系数的计算 当线损是负荷的函数时，负荷率三，是某期间的平均负荷对该期间的负荷峰值( 最 大负荷) 的比率。如果各小时的负荷用厶表示( 取相对峰荷的百分值) ，则一年内的负 荷率可用下式计算： 驴纛鬟墅黑( 2 - 1 8 ) 1 峰值负荷( m w ) x 8 7 6 0 ( h ) 。= 志善置 ( 2 - 1 9 ) 2 等值损耗系数 等值损耗系数岂- 是某期间的平均负荷功率损耗与该期间峰荷时的功率损耗之比。如 果一年内各小时的负荷值是已知值，年等值损耗系数可通过下式计算： 乞2 赢委薯( 2 - 2 0 ) 3 基本方程式 匕= 码+ ( 1 一x ) 弓 ( 2 - 2 1 ) 或 乞= l f a ( 2 - 2 2 ) 线损计算时，各元件上每小时的负荷系数a 未必可知，需选其他快速而准确的方法 计算等值损耗系数。下式方程中，x 被称为常系数，x 的取值是o 3 。 式5 中a 的取值是1 6 。如果不用各小时的负荷值通过式( 2 1 8 ) 或式( 2 - 1 9 ) 及式( 2 - 2 0 ) 计算其系统的等值损耗系数，则相应于式( 2 2 1 ) 中的x 可用o 0 8 ，式( 2 2 2 ) 中的a 可 取1 9 2 1 。这些系数是通过对美国北部电力系统目前一系列负荷曲线的测算得出的。 各系统的负荷率在4 3 8 到8 4 5 之间，计算结果的平均误差小于0 5 。在式( 2 2 1 ) 和式( 2 2 2 ) q b ，采用新推算的系数与采用布勒和伍德罗给出的系数相比，用原系数计 算出的等值损耗系数的误差高达2 8 。 2 4 本章小结 在前人研究的基础上，本章介绍了关于线损及线损计算的定义、相关概念以及 线损计算的三种方法，通过比较三种线损计算方法，得出了它们之间的优劣性和实 江南大学硕士学位论文 用范围，