（计算机软件与理论专业论文）农网降损节能效益评估系统的研究与实现.pdf

摘要 目前，我国农村电网的电能损耗率与发达国家相比较要高出2 一3 ，因此在我国研 究农网的降损节能意义重大。论文在研究我国农村电网降损节能改造现状的基础上，设 计了农网降损节能效益评估系统。实现了网损计算分析功能；同时在分析农网网损率偏 高的典型问题基础上，给出了各种改造方法相结合的综合降损节能改造方案的制定功 能；并对改造方案进行了网损分析评估；最后研究了降损方案的效益评估方法，对降损 方案的经济效益进行评估。其中在网损计算方法上选用了前推回代算法，并对算法进行 了改进和实现，提高了算法速度和收敛精度。 关键词：农村电网，降损节能，网损计算，效益评估 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h ep o w e rl o s sp e r c e n t a g eo fr u r a ld i s t r i b u t i o n n e t w o r ki no u r n a t i o ni st w oo rt h r e eb i g g e rt h a nt h a t i nd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，w h i c hm a k e si t v a l u a b l et or e s e a r c ho nt h eu r a lp o w e rl o s sr e d u c t i o n b a s e do nt h et h es t a t u so f c h i n a sr u r a lp o w e rl o s sr e d u c t i o n t h ep a p e rd e s i g n e d t h eb e n e f i c i a le v a l u a t i o n s v s t e mo fp o w e rl o s sr e d u c t i o n f i r s t ，t h i ss y s t e mc o m p l e t e dt h ef u n c t i o no fl o s s c a l c u l a t i o na n da n a l y s i st or u r a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k s t h e nb a s e do nt h ea n a l y s i so f t h ep r o b l e m st h a tc a u s e dh i g hp o w e rl o s sr a t i o ，w h a t s m o r et h i sp a p e rg i v e sa f u n c t i o no fp r o j e c te s t a b l i s h m e n t ，w h i c hc o m b i n eav a r i e t yo fp o w e r l o s sm e t h o d s a tl a s t ，t h i sp a p e rh a sar e s e a r c ho ne v a l u a t i o ns y s t e m ，a n dg i v e sa ne v a l u t i o nt ot h e e c o n o m i cb e n e f i t so ft h ep o w e rl o s sp r o g r a m w e c h o o s et h el a y e r b y 。l a y e r b a c k f o r w a r ds w e e pm e t h o da sap o w e rl o s sc a l c u l a t i o nm e t h o d i na d d i t i o n ，t h i s p a p e rg i v e sa ni m p r o v e m e n ta n dr e a l i z a t i o nt ot h et h el a y e r - b y l a y e rb a c k f o r w a r d s w e e pm e t h o d ，t h i si m p r o v e m e n tn o to n l ye n h a n c e dt h ec o m p u t a t i o ns p e e db u ta l s o r e f o r m e dt h ec o n v e r g e n c ea c c u r a c y h ej i y a n ( c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yv i c ep r o f w a n gy i n g k e yw o r d s ：r u r a l d i s t r i b u t i o n n e t w o r k s ，p o w e r l o s sr e d u c t i o n ，l o s s c a l c u l a t i o n ，e c o m o n i c a lb e n e f i t se v a l u t i o n 一 1 2 国内外研究现状1 1 3 论文主要工作2 1 4 本章小结3 第二章农网降损节能效益评估系统概述。4 2 1 系统需求4 2 2 系统开发环境介绍5 2 3 系统设计一5 2 4 本章小结6 第三章农网降损节能效益评估系统设计7 3 1 功能模块设计7 3 2 数据库设计8 3 3 系统详细设计一1o 3 3 1 登录系统1o 3 3 2 数据管理1 1 3 3 3 网损计算1 4 3 3 4 典型方案制定1 6 3 3 5 效益评估18 3 4 本章小结2l 第四章网损算法研究2 2 4 1 配电网线损计算方法研究2 2 4 2 配电网编号2 3 4 3 潮流算法理论基础2 4 4 4 算法设计与实现2 5 4 4 1 网络信息录入2 6 4 4 2 节点一支路矩阵的建立2 7 4 4 3 节点层次矩阵、支路层次矩阵的建立2 7 4 4 4 前推回代过程实现2 8 4 4 5 与已有的前推回代算法比较3 0 i i 华北电力大学硕士学位论文 4 5 网损计算算法31 4 5 1 输电线路损耗计算公式31 4 5 2 变压器损耗计算公式31 4 6 本章小结3 2 第五章农网降损节能效益评估3 3 5 1 效益评估的目的3 3 5 2 效益评估模型3 3 5 3 体系介绍3 8 5 3 1 节电量估计3 8 5 3 2 降损节能效益评估对象及评价指标4 0 5 4 本章小结4 2 第六章应用实例4 3 6 1 登录系统4 3 6 2 线路数据录入4 3 6 3 网损计算4 7 6 4 方案定制示例5 2 6 4 1 负荷波动大问题方案定制5 2 6 4 2 长线路问题方案定制5 3 6 4 3 改造方案经济参数添加5 4 6 5 效益评估分析5 4 6 5 1 改造方案节省电量估计及经济指标值计算5 4 6 5 2 单条线路多个方案效益评估示例5 8 6 5 3 组合改造方案的定制，评估5 8 6 6 本章小结6 0 第七章总结与展望6 1 7 1 论文总结6 l 7 2 进一步的展望6 l 参考文献6 2 致 射6 4 在学期间发表的学术论文和参加科研情况6 5 论文情况6 5 科研情况6 5 i i i 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题的背景及意义 第一章引言 电力工业是我国国民经济的基础产业，供电的安全、稳定和充足事关国家经济 发展和社会稳定大局。电力工业发展水平的高低不仅会对其它行业有巨大的影响， 还涉及到一次能源消耗、国有资产投入与可持续发展等战略问题。因此，电力系统 的合理改造和规划事关供电稳定性和安全性，以及国家的经济效益。 统计结果表明，电力系统中1 3 的电能损失发生在配电网中，8 0 的用户停电 是由于配电网故障引起的【1 1 。对配电网改造和规划问题进行深入研究，在降低电能 损失的同时大幅度提高供电质量和可靠性对促进发展、提高电力部门的经济效益与 竞争能力具有重大的现实意义【2 l 。 在配电网改造中，农网的降损节能改造是重点，也是一个难点。随着我国社会 主义新农村建设的深入，农村的用电量、电力消耗在快速增长，降损节能成为我国 农村电网研究的重要课题。但目前，我国农网的节能措施和科技水平相对较低，尤 其是农村电网线路长、负荷波动大、电压质量差等特点，决定了降低农网的损耗需 要采用比城网更多的方法、设备和技术。但是，在众多的农网改造方法中，选择怎 样的方法来进行降损节能的改造，不仅需要对改造方法的技术可行性进行合理的评 价，而且由于我国农村电网规模大、范围广，农网的改造投资巨大，需要对农网的 降损节能改造在实施之前对其可能产生的经济效益进行评估，为资金的合理投资提 供依据。 目前，在农网降损节能改造中，存在着投入大量的资金进行改造，但降损效果 甚微，造成资金严重浪费的问题。其原因在于没有对农网网降损节能改造方案在实 施之前进行一个很好的评估。因此，本文提出农网降损节能效益评估系统来对降损 节能改造项目预期产生的经济效益进行合理的评估算，分析，这对于提高供电企业 的经济效益具有重要意义。 1 2 国内外研究现状 国内外对于农网降损节能的研究包括：降损节能改造方法的研究，网损计算方 法的研究和效益评估的研究三大部分。 常用的降损节能改造方法包括：改善网络结构、无功优化和采用非晶合金变压 器、电容变压器、有载调容变压器等高效节能设备是实现配电网整体降损节能的主 要手段。但目前，对这些综合节能技术的研究，国内外均处于分项研究、开发及应 l 华北电力大学硕士学位论文 用状态，尤其是对这些技术的应用效果缺乏分析、评估手段。 目前，国内有关配电网网损计算的方法，基本上可分为以下几类【3 1 ：1 、最大负 荷损耗时间法，适用于电网规划；2 、损失因数法【4 】，多用于3 5 千伏及以上电压等 级电网的线损计算；3 、均方根电流法和平均电流法，都适用于供用电较为平衡， 负荷峰谷差较小的电网的理论线损计算；4 、电能表取值法，适用于农村配电网的 理论线损计算；5 、等值电阻法，适用于l o k v 配电线损计算；6 、电压损失率法 钉，适 用于网络结构复杂、负荷分布不匀，资料亦不全的低压网；7 、潮流法，高压系统 主要通过潮流计算来进行网损分析。 关于网损计算的研究，国外主要是针对高度自动化配电网的。例如：( t e c h n i c a l l o s s e si np o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 【6 】提出了一种利用远程监测系统的数据，计算网络 中各元件技术有功损耗的方法。 p o w e rf l o wa n a l y s i so ns i m p l i f i e df e e d e rm o d e l i n g ) ) 7 1 介绍 了确定自动调压器在农网中最优配置的优化算法。( j o i n to p t i m i z a t i o nf o rp o w e rl o s s r e d u c t i o ni nd i s t r i b u t i o ns y s t e m s ) ) f 8 j 提出了以网络重构和无功补偿为优化目标的遗传与分 支交换组合算法。 目前，对于农网降损节能改造虽然进行了一定程度的经济效果评价，但是大多 是针对电网改造实施之后的评价，在基于多种降损节能方法、技术的改造方案中， 到底哪种方案更符合实际，有更好的经济效益，国内外目前关于这方面的讨论还不 是很多【9 l 。在农网的降损节能改造改造中已有很多节能设备、装置用于配电网的改 造之中【io 】，但对于降损节能的改造实施之后是否能达到预期的降损效果和经济效 益，没有一个预期的评估，改造具有盲目性。 在农网改造项目中还存在着很多的问题，如对于改造项目的可行性研究，往往 只注重于解决用户的需求问题，而忽视其经济效果，只注重于农网改造解决农民的 用电问题，但忽略了投资的经济性问题，致使很多的电网改造项目的经济效益较差， 使电力系统背上了较大的包袱，造成了一定的经济损失。 1 3 论文主要工作 论文针对农村电网现状，认真研究了农网综合降损节能改造中的各种方法，开 发了农网降损节能改造评估系统。主要工作如下： l 、查阅、学习了大量文献和资料，并对配电网相关知识以及电力工程评价知 识进行了详细研究。提出了农网综合降损节能效益评估系统的需求报告。 2 、针对农网改造需求及现状提出并设计了农网降损节能改造评估系统的总体 架构。 3 、详细研究了配电网潮流计算的各种算法，对不同算法进行了比较分析，确 定选择了前推回代算法来完成系统中的潮流计算功能。并在实现前推回代的过程 2 华北电力大学硕士学位论文 中，对已有的分层潮流前推回代算法进行了改进和实现。 4 、研究了现有农网的综合现状及已有的降损节能改造方法，设计实现了典型 降损方案的制定功能。其中包括：串并联无功补偿，加调压变压器，更换老旧变压 器，更换导线等方法设计。 5 、在提出了降损节能效益评估体系中，实现了对单条线路不同改造方案的效 益评估和在一定资金条件下多条线路组合改造方案的效益评估。 1 4 本章小结 本章简要介绍了开发农网降损节能效益评估系统的重要意义，并从降损节能改 造方法，网损计算方法和农网改造效益评估三个方面总结了国内外研究现状，提出 了课题研究的目的和意义。同时，介绍了在课题中所做的工作和研究的主要内容。 3 华北电力大学硕士学位论文 第二章农网降损节能效益评估系统概述 通过实地调研分析之后，确定了系统的需求及功能模块设计，同时通过对网损 计算的分析，系统在潮流计算方法做出了改进和实现。本章就这三方面内容作了简 要介绍。 2 1 系统需求 本文针对冀北地区农村电网改造的现状做了较系统的调研分析，得出农村电网 由于其线路长、负荷波动大、电压质量差等问题一直是电网降损节能改造的难点。 在降损节能的改造技术和设备的投入上虽然有一定的力度，投资相对较大，但收效 甚微 其主要原因有【1 1 】： l 、长线路问题 农村电网分布范围广，线路较长，为保证线路末端电压水平，农网通常采用升 高线路首端电压，造成变压器空载损耗增大；末端电压低，照明和动力负荷都受影 响，特别是恒功率负荷，其电流的增大会使线损和变压器的铜损升高。 2 、负荷波动大 排灌、季节性旅游等负荷波动大，导致配电线路、变压器等设施( 备) 的利用 率过低( 网损比例大) ，以及电压波动大，电网投资的经济效益低，网损大。负荷 波动造成网损主要表现在变压器铁损起主要作用。 3 、三相不平衡问题 农网低压线路长，低压线损比重大。对于三相四线制系统，三相负载不平衡不 仅使相线铜损升高，同时产生和增大零线损耗。三相负载的不平衡度越大，其损耗 也越大，因此农网低压系统中的损耗问题比较严重。 4 、高耗能变压器问题 近年农网负荷增长快，部分老旧变压器，几乎接近满载运行，损耗率很高。因 此，更换这些高耗能、性能落后的变压器，以适应负荷增长的需要，是农村电网面 临的重要问题。 针对以上问题，丰宁电网中目前已经使用了一些降损节能改造方法，但都只是 单项技术方法的使用，降损效果并不明显。同时，由于改造资金的限制，并不是所 有技术合格的降损节能改造方案都能投入实施，对于如何进行改造方案的选择目前 还没有一个合理的依据。 通过以上研究，确定了系统要实现的功能包括：对改造线路结构数据和运行数 4 华北电力大学硕士学位论文 据等的管理；线路改造前后网损的计算；针对损耗较大的不同问题，定制综合多种 技术方法的改造方案；对定制的改造方案进行经济效益的评估，并在一定资金限制 下，给出农网改造的较合理方案。 2 2 系统开发环境介绍 本系统在n e t 平台上使用c 撑语言进行了开发。数据库的设计选用s q ls e r v e r 2 0 0 0 进行数据库的维护和管理，并采用a d o n e t 技术实现数据库的操作。 a d o n e t 是与c 撑和n e t f r a m e w o r k 一起使用的类集的名称，用于以关系型、面向 表格的格式访问数据。其中包括：m i s c r o s o f ta c e s s 和s q ls e r v e r ，以及其他数据 库和非关系数据源。系统选用a d o n e t 对s q ls e r v e r2 0 0 0 所创建的数据库进行管 理的优点如下： 首先，s q ls e r v e r2 0 0 0 与w i n d o w s 操作系统兼容性良好，具有良好的可靠性。 其次，a d o n e t 技术基于n e t 框架结构，介于数据访问层与底层数据库系 统之间，可方便地与多种异构类型的数据库系统相连接；使应用程序和数据库系统 相对独立，数据库系统的改变不反映在上层的应用程序逻辑中。 使用a d o n e t 步骤如下： 第一步：引用s y s t e m d a t a 命名空间； u s i n gs y s t e m d a t a ； 第二步：引用s q ls e r v e r n e t 数据提供者； u s i n gs y s t e m d a t a s q l c l i e n t 第三步：创建数据提供者对象； 连接对象( s q l c o n n e c t i o n ) ，提供到数据源的基本连接； 命令对象( s q l c o m m a n d ) ，给数据源发出命令，如“s e l e c t 宰f r o mc u s t o m e r s ” 查询c u s t o m e r s 表中的数据； c o m m a n d b u i l d e r 对象( s q l c o m m a n d b u i l d e r ) ，用于构建s q l 命令，在基于单 一表查询的对象中进行数据修改； d a t a r e a d e r 对象( s q l d a t a r e a d e r ) ，可以从数据源中读取仅能前向和只读的数 据流。 2 3 系统设计 系统以农网3 5 k v 变电站系统为基础，分析、评估在农村电网改造中，采用改 善网络结构、控制电网电压、安装无功装置和采用有载调容变压器、更换高耗能变 压器等措施的节能效果和效益，给出农村电网综合降损节能的较优改造方案，为农 5 华北电力大学硕士学位论文 村电网的工程建设和降损节能改造效益、效果的评估分析提供依据。 系统主要功能包括：数据管理，网损计算，典型降损方案制定，效益评估及系 统维护等五大部分。 数据管理，完成了整个系统所需数据的添加、查询、删除和修改。其主要功能 为：元件添加，信息查询，信息删除，结果打印等。 网损计算，研究了根据实际运行情况计算损耗情况，以及模拟各种改造方案运行情 况，为3 5 k v 变电站和1 0 k v 配电线路改造后的经济运行提供参考。 典型降损方案制定，主要给出了更换导线，更换变压器，改变线路结构，加调 压变压器，串联无功补偿，并联无功补偿等改造方法的实现。通过各种改造方法的 组合来实现农村电网的综合降损节能。 效益评估，实现了对单条线路不同改造方案同一经济指标下的比较、评价，以 及一定资金限制下不同线路多种组合改造方案之间的比较、评价，从而为农网改造 提供最经济有效的方案。 系统维护，包括系统用户的管理，及软件升级管理等。 2 4 本章小结 本章通过对丰宁电网的实际进行研究，提出了系统的功能需求，并给出了农网 降损节能效益评估系统的总体设计和各功能模块的划分。同时，介绍了系统所采用 的开发平台、语言，及数据库的设计等环境选择。 6 华北电力大学硕士学位论文 第三章农网降损节能效益评估系统设计 第二章对农网降损节能效益评估系统做了简要介绍。本章将详细介绍系统功能 模块设计、数据库设计以及各模块功能和主要流程。 3 1 功能模块设计 系统主要功能包括：数据管理，网损计算，典型降损方案制定，效益评估及系 统维护等五大部分。其功能结构图如图3 1 所示： 图3 1 系统功能结构图 7 华北电力大学硕士学位论文 3 2 数据库设计 通过调研分析，查阅资料，依据农网降损节能改造项目调研的具体需求为对象， 归纳得出系统的主要数据对象包括：线路，节点，支路，改造方案，导线，变压器 等。这里的节点是指电网单线图中可以看到的，包括变压器节点和线路分支节点的 实体。支路是指电网单线图中，两节点之间的线路。其中： 线路( 线路名，线路编号，节点总数，支路总数，改造方案) 。 节点( 堇壶缠曼：逝届友塞曼，节点类型，节点标记，变压器类型，变压器参 数) 。 支路( 童整绳曼三逝届友塞曼，首节点号，末节点号，导线类型，支路长度， 支路物理参数) 。 改造方案( 绫堕缠墨! 友塞缠昱，方案经济参数，方案经济指标) 。 导线( 型号，长度，电阻，电抗，电导，电纳) 。 变压器( 型昱，额定容量，有功功率，无功功率，额定电压，空载电流，空载 电流百分率，短路电压，短路电压百分率，空载损耗，额定负载损耗) 。 各实体之间的关系如图3 2 所示： 图3 2 实体关系图 系统中部分关系表的结构如下表3 1 ，表3 2 ，表3 3 ，表3 4 所示： 8 华北电力大学硕士学位论文 表3 1 线路表 名称字段名类型长度 线路编号 p r o j e c t l d c h a r2 0 线路名称 x n a m ec h a r 2 0 节点数u mi n t8 支路数 z n u mi n t8 改造方案 f a n g a n l d c h a r2 0 表3 - 2 节点表 名称字段名类型长度 所属方案号 f a n g a n l d c h a r2 0 节点编号 j i dc h a r8 节点类型 j t y p e c h a r8 变压器型号 b t y p e v a r c h a r5 0 节点电压j ud e c i m a ll o 节点标记 j t a g c h a r8 节点功率 j sd e c i m a ll o 节点有功 j pd e c i m a ll o 节点无功 j q d e c i m a l1 0 表3 3 线路运行数据表 名称字段名类型长度 线路编号p r o j e c t l d c h a r1 2 测量时间c t i m e t i m e s t a m p 2 0 首端电压uc h a r2 0 首端有功功率 pd e c i m a l1 0 首端无功功率 q d e c i m a l1 0 首端功率冈数 p d e c i m a l l o 首端电流 s id e c i m a l1 0 末端电量 ad e c i m a l l o 9 华北电力大学硕士学位论文 表3 _ 4 支路表 名称字段名类型长度 所属方案号 f a n g a n i d c h a r 2 0 支路编号 b i d i n t 8 首节点号 s j i dc h a r8 末节点号m j i d c h a r 2 0 线路类型 x t y p e c h a r2 0 支路长度 b l d e c i m a l1 0 支路电阻 b rd e c i m a l1 0 支路电抗 b x d e c i m a l1 0 线路损耗功率 b s d e c i m a l1 0 线路损耗有功功率 b pd e c i m a l1 0 3 3 系统详细设计 农村电网综合降损节能效益评估系统中，数据管理部分通过给定e x c e l 模板， 将计算中所用到的线路结构数据和线路运行数据导入到s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库中。 网损计算采用改进的分层潮流前推回代法，利用每个节点最多只能是一条支路末节 点的特点，构造支路层次矩阵、节点层次矩阵以及支路首末节点矩阵。通过对支路 层次矩阵的遍历，完成前推计算，遍历节点层次矩阵来完成回代计算。效益评估中 完成了方案多种经济指标的计算，并给出方案经济指标的查询，单条线路多个方案 的评估比较，以及多条线路综合方案的效益评估比较，进而给出一定资金限制下的 最佳改造投资方案。 3 3 1 登录系统 正确安装软件并运行后，首先进入登录界面，在该界面中输入正确的用户名， 密码，进入系统。如输入的用户名或密码出错，则系统会提示：用户名不存在，密 码错误等信息。 登录功能流程如图3 3 所示： 1 0 登录界面如图3 - 4 所示： 图3 - 3 登录流程 蠢瞅瑗罐是。么曩i 塞爨笺l 荔囊铂凌荔爨藏l 墨羲；璧鋈疆鬓毛；荔熬撬爹毗鹰髓静毛；凄巍l 黪；缘i 叛自自磁盔o 。菇嘲落蕴糍i 磊施；瀚 毒罐、一 3 3 2 数据管理 图3 4 系统登录界面 数据管理部分，其主要功能为：元件添加，信息查询，信息删除，结果打印等。 其中元件添加是指：线路结构数据添加、线路运行数据添加，变压器类型和导 线类型的添加。线路结构数据分为节点数据和支路数据两部分。节点数据包括：节 华北电力大学硕士学位论文 点编号，节点标记( 包括：“首节点 和“非首节点”) ，节点类型( 包括“分支点 和“变压器”) ，变压器节点属性( 电阻，电抗) 以及节点功率( 包括：有功功率和 无功功率) ；支路数据包括：支路编号，线路属性( 包括电阻、电抗) ，首节点编号， 末节点编号，支路损耗( 包括有功损耗和无功损耗) 等信息。此处节点编号、支路 编号采用与线路结构无关的随意编号法，这一方面简化了数据录入人员对单线图编 号的工作，另一方面，方便实现改进的潮流前推回代算法，算法详见第三章。线路 的运行数据：线路编号，代表日期时间，首端电压，首端有功功率，首端无功功率。 变压器数据包括：变压器型号，变压器有功功率，额定电压，空载损耗，电阻，电 抗，电导，电纳，空载电流等。 信息查询功能包括：线路信息查询，方案信息查询，方案排序结果查询，变压 器参数查询，导线参数查询等。 信息删除功能包括：线路删除，方案删除等。 结果打印功能包括：改造方案排序结果打印，线路各节点、各支路损耗数据打 印等。 其中，数据管理部分所需数据如下： 数据管理流程如图3 5 所示： ( 开始) 上 登录成功 数据管理 土；土 兀信信结 件息息果 添删查打 加除询印 - i - -弋。- v 山 完成 上 r 返l 口| 系统、) 图3 5 数据管理流样 其中，元件添加流程图如图3 - 6 所示： 1 2 图3 - 6 元件添加流程 线路结构数据和运行数据添加模板如表3 5 ，表3 - 6 ，表3 7 所示。打开模板后， 选择单元格，即可显示相应的数据格式要求，同时，如果该单元格对应的列为可选 项即可出现下拉列表供选择。 表3 5 节点录入模板 节点冀号 节点券记j 节点麦矍，l 节点名称， 节点基号 交压善节点对应岛( 伍) 压自簧号i ， 叠 k 下嘲隘菱霞屡聪笛翳需 ) 播式说明， 一。j j 。 、一一 非笠2 芷蟊p 熹 1 3 华北电力大学硕士学位论文 表3 - 6 支路录入模板 支凳籀号节f 支盛类型v 1 支貉旋度恤) v l 曾节点号丫l 拳节点号i _ _ 米 | ： l 甲_ _ i i t l i i 盱2 5 时3 5 吁5 0 一一一_ 专 。一。+ ，二i i + ? j j f | 。j ：堍j ， 表3 7 线路运行数据录入模板 3 3 3 网损计算 网损计算模块功能包括：根据实际运行情况计算损耗情况，以及模拟各种改造方案 运行情况，为3 5 k v 变电站和l o k v 配电线路改造后的经济运行提供参考。 本文中潮流计算采用“前推回代法”。根据某一时刻的实测数据，计算出线路 上的潮流分布和各节点的实际电压。由于变压器的铁损与实际电压密切相关，在计 算全天电能损失时，需要将变压器铁损、变压器铜损和线路损耗分别计算。系统中 首先分别计算2 4 个整点时刻的潮流及电压数据，然后对变压器铁损进行累加求和； 变压器铜损和线路损耗根据负载波动损耗系数【l5 】计算，从而使计算结果更接近实 际。 计算结果包括变压器铁损、铜损、和线路损耗、不同变压器的负荷率【i6 】等。网损计 算功能可以针对某条l o k v 线路，进行同首端电压不同负荷率或同负荷率不同首端电压 两种情况进行分析。运行人员利用网损计算的结果，来分析、确定线路的最佳运行状态。 具体算法详见第三章网损计算算法研究。 网损计算模块流程如图3 7 所示： 1 4 ： ，一 ，一忡戎i 一 _ 网损计算窗体如图3 8 所示： 图3 7 网损计算流程 图3 - 8 网损计算窗体 1 5 华北电力大学硕士学位论文 3 3 4 典型方案制定 根据对现有农村电网尤其是冀北地区农网的调研，我们得出农村电网降损节能的重 点在于解决：长线路、负荷波动大、三相负荷不平衡和更换节能变压器等四个主要问题。 通过对以上问题的分析和解决方案方案讨论。该模块主要完成更换导线，更换变压器， 改变线路结构，加调压变压器，串联无功补偿，并联无功补偿 1 7 】等改造方法的实现。 通过各种改造方法的组合来实现农村电网的综合降损节能。不同的组合就构成了农网改 造的多种改造方案，然后对不同的改造方案进行损耗模拟分析，从而为效益评估部分提 供基础数据。 以下为针对不同问题，制定改造方案的分析1 1 8 j ： l 、长线路问题。主要解决方案：加装电压调节器和无功补偿装置。电压调节器的 损耗相对1 0 k v 线路的损耗而言非常小，可以忽略，损耗分析时只需关注其电压调节的 效果。加装电压调节器后线路末端的电压及负荷情况都是未知的，该方案实施后的损耗 分析是本项目的难点。 2 、负荷波动大问题。负荷波动大问题的解决方案是将原来的单台变压器或母子变 压器更换为有载自动调容变压器。损耗分析计算时只需依据调容条件将调容变压器看成 两台独立的变压器即可进行计算。 3 、三相负荷不平衡问题。该问题的解决方案为采用平行集束架空导线或调节三相 不平衡功率因数补偿装置。由于3 8 0 v 低压台区的线路结构非常复杂且线路首、末端实 时数据未知，不能用“前推回代法进行计算。但低压台区的损耗主要是线路损耗和表 计损耗。本系统采取的方案为：首先对低压线路的首端和主要支线进行数据测量，然后 依据测量结果计算线损，最后再对方案实施后的降损效果用三相不平衡度系数进行估 算。 4 、更换节能变压器问题。利用损耗计算分析模块中的变压器负荷率的计算结果， 可以找出接近满载的或处于非经济运行区的变压器。新的变压器容量的选择要满足两个 条件，一是对于现在负荷，让新变压器处于其经济运行区的下限；二是1 0 年或2 0 年后 的负荷使变压器处于经济运行区的上限或满载。更换变压器后的损耗分析方法仍为“前 推回代法。 典型方案制定模块还包括改造方案经济参数的录入。方案经济参数是方案各项经济 指标计算的基础。该参数包括：初期投资，基准收益率，项目寿命和分析周期。参数含 义详见5 3 节。 图3 - 9 所示为改造方案制定窗体，典型方案制定流程如图3 1 0 所示： 1 6 华北电力大学硕士学位论文 目前所选改造方案力： 节点复撼 ：二：坦墼：二爹。j ：尊点，魅；节点共登二土名_ 掺一乙兰净 1 th c 埘变压嚣节点l 大净主窆i 亏一 2 n o h e d分支点 二：3n o h e l d分支点l 4 r , c - c a d空压】：5 芎皇车山寿 u _ 一 t , f - x t - _ _ _ _ j 目瞄j 柚e 暖l 玉口_ 一 一一，一一一、 一心 l 一， j睾j 置蓐薮据 支蓐长度 蕾节点兰 支路域号五蓐典型 ( 时 lg3605 5 0l 一；2l g j - 5 03 ，56 ， l g j j 口 9 7 52 i l c j - 5 03 2 s，l ，7 ，l g j 5 d6 0 03 ， = 射g够#一霄 对改造方素璃号： 二： 改造方毒 国立换变压摹 口加调压变压嚣 口乏长导线 口馥吏结构 口蔗电霉嚣 口并鬟电窑暑 图3 - 9 方案制定窗体 图3 1 0 典型方案制定流程 1 7 华北电力大学硕士学位论文 3 3 5 效益评估 降损节能的改造方案投资巨大，将其应用于实际之后能否达到预计的经济效 果? 这就需要对方案实施后预计达到的经济效果进行一个合理的估计，从而决定选 择怎样的方案来进行降损节能的改造。针对农村电网损耗大不同原因，可以相应制 定多种降损节能改造方案。本文完成了对单条线路不同改造方案同一经济指标下的 比较、评价，以及一定资金限制下不同线路多种组合改造方案之间的比较、评价， 从而为农网改造提供最经济有效的方案。 该模块功能主要包括单条线路效益分析和多条线路组合效益评估及优选两部 分。 1 、单条线路效益分析。单条线路效益分析是指针对某一线路的损耗问题采取 不同的降损方案中的一个。效益分析是以该降损方案实施前后损耗的变化情况为基 础的评估。首先需要输入基础参数，如：方案初期投资、计算期、项目基本收益率、 电价等。然后计算降损方案的各种经济指标，如：净现值、净年值、净现值率、内 部收益率等。 2 、多线路组合效益评估。多线路组合效益评估也称混合方案优选，它是以单 线路效益分析为基础。在备选的降损方案中，首先排除技术指标不合格的方案；在 剩余方案中，根据约束条件，将各种方案进行互斥化处理，依据评价指标得出方案 的优选结果。 效益评估流程如图3 1 1 ： 登录成功 效益评估 0 选择方案 上 指标计算 i 方案经济指标单条线路多方多条线路组合 查询 案效益评估 方案效益评估 上 完成 图3 i i 效益评估流程 1 8 华北电力大学硕士学位论文 其中，单条线路多个方案效益评估流程如图3 1 2 ： 单条线路多个方案评估 选择项目号( 线路号) + 选择评估指标 + 选择多个方案 比较 图3 1 2 单条线路多方案评估流程 单条线路多个方案比较如图3 1 3 ： 图3 1 3 单条线路多个方案评估 多条线路组合方案评估流程如图3 1 4 所示： 1 9 华北电力大学硕士学位论文 图3 1 4 多条线路组合方案评估流程 多线路组合改造方案效益评估窗体如图3 1 5 所示： 3 4 本章小结 本章对系统的设计做了详细的介绍，分别从功能设计、数据库设计和模块划分 三个方面做了具体的阐述。通过对功能需求的分析，设计了系统的主要功能模块， 详细介绍了每个模块的功能内容。并给出了数据库表的设计以及各功能模块的详细 流程介绍。 2 l 华北电力大学硕士学位论文 第四章网损算法研究 配电网网损是电能在配电网的输送、分配过程中，直到用户电能表为止的所有 电能损耗，以及其它电气设备( 如变压器、高压开关) 上的损失。网损中配电网在 输送、分配过程中的损失叫做线损，这部分损失是网损计算中较复杂的部分。配电 网线损率是电力部门一项综合性的经济、技术指标。在当前城乡配电网改造中，配 电网线损率的计算尤其有现实意义。它是配电网经济运行、无功优化及电网技术改 造等的基础。准确合理的配电网线损计算是电力部门分析线损构成、制定降损措施 的有力工具，对促进供电企业降低能耗，内部挖潜，提高经济效益，优化电网规划 设计方案，加强运行管理具有重要意义。由于配电网中元件数和节点数众多，数据很 难收集其全，其理论线损计算一般采用简化方法；随着计算机技术的发展以及供电企 业对线损管理要求的提高，计算方法的精确性和输出结果的丰富性成为线损计算的 新要求，准确计算配电网理论线损比较困难，一直是个难题【l9 1 。 4 1 配电网线损计算方法研究 针对配电网的结构特点，人们进行了大量的研究，提出了许多模型和算法。目 前，配电网线损计算的方法一般包括：等值电阻法、均方根电流法、潮流法、平均 电流法、最大电流法等【2 0 】。 均方根电流法是基本计算方法，其优点为：方法简单，按照代表日2 4 小时整 点负荷电流或有功功率、无功功率或有功电量、无功电量、电压、配电变压器额定 容量、参数等数据计算出均方根电流就可以进行电能损耗计算，易于计算机编程 计算。缺点是：代表日选取不同会有不同的计算结果，计算误差较大。 等值电阻法的理论基础是均方根电流法。其优点是：适合于1 0k v 及以下配电 网理论线损计算，易于计算机编程计算。缺点是：需要假设计算条件，影响计算结 果精度；对没有实测负荷记录的配电变压器，假设负荷分布按与配电变压器额定 容量成比例，各节点负荷率相同，这种计算不完全符合实际负荷情况；假设各负荷 点功率因数、类别系数和电压相同，但一般情况下，实际系统各个负荷点的功率 因数、类别系数和电压都不相同，计算出的电能损耗值偏小。 平均电流法【2 i 】也称形状系数法，是利用均方根电流法与平均电流的等效关系进 行电能损耗计算的，由均方根电流法派生而来。其优点是：用实际中较容易得到并 且较为精确的电量作为计算参数，计算结果较为准确，计算出的电能损耗结果精度 较高；按照代表日平均电流和计算出形状系数等数据计算就可以进行电能损耗计 华北电力大学硕士学位论文 算，易于计算机编程计算。缺点是：对没有实测记录的配电变压器，形状系数不 易确定，计算误差较大。 最大电流法也称损失因数法，是利用均方根电流法与最大电流的等效关系进行 电能损耗计算的。其优点是：计算需要的资料少，只需测量出代表日最大电流和计 算出损失因数等数据就可以进行电能损耗计算，易于计算机编程计算。缺点是： 损失因数不易计算，不同的负荷曲线、网络结构和负荷特性，计算出的损耗因数不 同，不能通用，使用此方法时必须根据电网实际情况计算损耗因数；计算精度低， 常用于计算精度要求不高的情况。 潮流计算方法【2 2 】大都基于网状结构的输电网设计。这些方法往往不能直接用于 配电网的潮流计算。这是因为配电网网络结构与输电网相比，有明显的差异。正常 运行的配电网具有辐射状网络结构，负荷节点数量很多，线路刚x 很高。因此，配 电网潮流计算必须采用不同于输电网，且适合配电网特点，有效的、鲁棒性好的计 算方法。配电网潮流计算以放射状网络为研究对象。其基本模型是：已知量是首端 电压和各负荷功率，待求量是各线路潮流和各负荷点的电压。 针对配电网潮流收敛困难的特点，人们进行了大量的研究，提出了许多模型和 算法，这些算法基本上可以分为4 类：l 、母线功率法；2 、母线电流法；3 、支路 功率法；4 、支路电流型。目前，用于配电网潮流计算的主要方法有前推回代法、 基于回路电流法改进牛顿法和改进快速解耦法等。但这些方法在使用上大都要求 假设各节点电压相等，这样一来就不能反应各变压器的实际铁损，而在实际损耗中 变压器铁损所占比例较大。考虑到前推回代潮流分析方法可求得各节点的实际电 压，且配电网中实际能够测得的数据基本满足前推回代法的数据需求。本