（高电压与绝缘技术专业论文）配电网线损计算与无功优化.pdfVIP

沈阳二业大学硬士学位论文 摘要 理论线损计算和无功优化控靠4 是配电自动化系统的重要组成部分。在电力市场化环 境下，降低线损是电力系统经济运行所面临的重要问题，配电网无功优化控制是解决配 电网实际运行中线损高、电压低的有效方法。本文在系统学习相关知识的基础上，结合 我国配电自动化发展的实际情况，对这两项内容进行了深入研究和探讨。 本文针对i o k v 配电网，对传统线损计算方法和一些新提出的理论进行了研究、比 较，在此基础上提出了采用基于区间算法的电量法进行配电网理论计算。这种方法将区 问数学理论运用到线损计算方法中来，由于采用这种方法所计算出来的结果是考虑了影 响线损计算的一些因素后的一个区间值，所以比点值更合理。这给实际运行人员提供了 一个采取有效措施降低系统线损的更合理的考虑空间。并将这种线损计算方法运用到沈 阳沈河供电局实际系统中，验证了它的实用住、有效性和确切性。 网络拓扑是进行系统等值电阻计算和潮流计算的基础。本文尝试着将数据结构中的 链表查询方法运用到其中，这种查询方法只需简单输入线路的首末节点号就可形成线路 层次和节点队列。针对配电网无功优化控制对潮流计算的要求，将上述这种节点链表查 询法运用到交替迭代潮流计算方法中来，这种经过节点链表查询的潮流计算方法不需要 进行特殊的线路编号，而且任意增减节点数对程序没有影响。该算法收敛性好、计算速 度快、迭代次数不会因为节点数的增加而有显著增加，适合于配电网无功优化控制系统 的调用。 最后，在上述工作的基础上，本文从经济运行角度出发，建立了以线损最小为目标 函数的无功优化控制策略数学模型。运用系统日负荷预测的数据，尝试性地进行无功优 化控制的理论分析，并进行了实例计算。 关键词：配电网，线损，区间算法，节点链表查询法，潮流计算，无功优化控制 鲨里三些查堂堡堂生笙壅 l i n el o s s e sc a l c u l a t i o na n dr e a c t i v e o p t i m a l c o n t r o lo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k a b s t r a c t l i n el o s s e sc a l c u l a t i o na n dr e a c t i v eo p t i m a lc o n t r o la l e i m p o r t a n tc o m p o n e n t s o f d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m ( d m s ) i n t h es i t u a t i o n o f e l e c t r i c p o w e r g e n e r a la d o p t i o n o f t h em a r k e t p r i n c i p l e ，r e d u c t i o n l i n el o s si sa l li m p o r t a n tf a c t o rt h a te l e c t r i cp o w e r o p e r a t e s e c o n o m i c ，a n dr e a c t i v eo p t i m a lc o n t r o li sa ne f f i c i e n tm e t h o dt os o l v eh i 曲l i n el o s sa n dl o w v o l t a g ep r o b l e mi nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k i nt h i sp a p e r , d e p t hr e s e a r c hh a sb e e nd o n ea b o u tt h e s e p r o b l e m sb ys t u d y i n gc o h e r e n tk n o w l e d g ea n dc o m b i n a t i o nr e a ls i t u a t i o ni no u rc o u n t r y i nt h i sp a p e r , t r a d i t i o n a lm e t h o d sa n ds o m en e wt h e o r i e st oc a l c u l a t i o nl i n el o s s e sh a v e b e e n c o m p a r e da c c o r d i n gt oa c t u a ls i t u a t i o no f 1 0 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r k f i r s t l y an e w m e t h o dn a m e d e n e r g ym e t e r m e t h o db a s e do ni n t e r v a la l g o r i t h mi sa d o p t e d i nt h i sm e t h o d ， i n t e r v a lm a t h e m a t i c s t h e o r yi su s e d t oc a l c u l a t el i n el o s s e s b e c a u s et h ef a c t o r sw i l le f f e c tt h e a c c u r a t eh a v ec o n s i d e r e d ，t h er e s u l ti sn o tan u m b e rb u tar e a s o n a b l ei n t e r v a ln u m b e r s t h e s e i n t e r v a ln u m b e r sw i l lg i v eo p e r a t o r sm o r e a p p r o p r i a t er a n g e t oa d o p te f f e c t i v em e a s u r e st o r e d u c el i n el o s s e s u s i n gt h i sm e t h o dt os h e n h ep o w e r s u p p l y b u r e a u s h e n y a n g ，t h i s m e t h o d h a sb e e n p r o v e da c t u a l ，e f f e c t i v ea n d a c c u r a t e n e t w o r k t o p o l o g y i sb a s et oc a l c u l a t es u b s t i t u t i o nr e s i s t a n c ea n dp o w e rf l o w i nt h i sp a p e r , l i s ti n q u i r yo f d a t as t r u c t u r ei su s e d t h i si n q u i r ym e t h o di sv e r ys i m p l y ，i f i n p u th e a da n de n d n u m b e r so f al i n e , t h es e q u e n c eo f a l ln o d e sw i l lb ea r r a n g e d d e p e n d i n go r lt h er e q u i r e d r e a c t i v eo p t i m a lc o n t r o la s kf o r p o w e rf l o w , t h i si n q u i r y m e t h o di su s e di na l t e r n a t ei t e r a t i n g a l g o r i t h m t oc a l c u l a t ef l o w b yt h i sm e t h o d ，t h e r ei sn o ts p e c i a ln e e dt od e a ln u m b e r i n gn o d e s o f l i n e , a n dt h e r ei sn o te f f e c tt op r o g r a m i f a d do rr e d u c en u m b e ro f n o d e s t h i sa l g o r i t h mh a s a d v a n t a g e o f f a s t c o m p u t a t i o ns p e e d ，h i g h a c c u r a c yc o n v e r g e n c e a n d t h e i t e r a t i n g t i m e s w i l l n o t i n c r e a s eo b v i o u s l y w i t h t h e n u m b e r o f n o d e s a d d t h i s m e t h o d i ss u i t a b l e f o rr e a c t i v e o p t i m a l c o n 虹0 1 2 沈阳j 二业大学硕士学位论文 b a s e do na b o v e c o n t e n t ，c o n s i d e r i n ge c o n o m i c ，a m a t h e m a t i c sm o d e lo f r e a c t i v eo p t i m a l c o n l r o lw h i c ho b j e c tf u n c t i o ni sr a i nl i n el o s s e si sf o r m e d u s i n g d a t a o f d a i l y l o a dp r e d i c t i o n ， t h e o r ya n a l y s i sa n d c a l c u l a t eo f r e a c t i v eo p t i m a lc o n t r o lh a v eb e e nt r i e d k e y w o r d 8 ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k , l i n el o s s e s , i n t e r v a la l g o r i t h m , p o w e r f l o w ， r e a c t i v eo p t i m a lc o n t r o l 3 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：奎兰兰堑 日期： ! ! ! ：! ! ! 生 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 签名：奎三煎 导师签名： 沈阳工业大学颤士学位论义 1 1 配电网线损计算及渤优| ，控制的意义 随着我国经济发展和国际化能源紧张局势的加剧，改善电能质量和节约损耗的管理 已经成为国家政策中的重要内容。电力网电能损耗率( 简称线损率) 是国家考核电力部 门的一项重要经济指标，也是表征电力系统规划设计水平和经营管理水平的一项综合性 技术经济指标。中华人民共和国节约能源法】已在1 9 9 7 年产生通过，并与1 9 9 8 年1 月起正式执行。该项法规的制定是为了推进全社会节约能源，提高能源利用率和社会经 济效益，保护环境，保障国民经济和社会的可持续发展以满足人民的生活需要。而电力 是该法规中所包括的一项重要能源。可见，降损节能是国家发展经济的一项长远战略方 针。 从发电厂出来的电能，在电力网输送、变压、配电各环节中造成的损耗，称为电力 网的电能损耗，简称线损。即电力网的线损是发电厂( 站) 发出来输入电网的电能量与 电力用户用电时所消耗的电能量之差。线损在理论上的特点，是电能以热能和电晕的形 式消失在电网元件的周围空间。即电力网的线损是一种自然的物理现象。但是，线损电 量中还有可以避免和不合理的部分，因此，各个电网的线损大小是有区别的，只要管理 部门采取适当措施，就可以把它降低到合理值或控制在国家规定范围之内。配电网线损 是指配电网运行时供电线路和电气设备的电能损耗，其中包括配电网中的配电线路、配 电变压器，并联或串联电容器、并联电抗器和同步调相机等的电能损耗。在电力网的实 际运行中，用电能表计量统计出的供电量和售电量之差得到的线损电量，称为统计线损 电量；在统计线损电量中，有一部分是电能在输、变、配过程中客观必须消耗掉的，是 不可避免的，其量值的大小是由相应时段内运行参数和设备参数所决定。这部分损耗电 量可以通过理论计算得出，所以又称为实际线损电量或理论线损电量；统计线损的另一 部分是由于管理上的原因或不明损失造成的，这部分习惯上称为管理线损电量。它可以 采取必要的组织措施和管理措簏予以避免或减少。 加强线损管理工作的意义主要体现在以下六个方面【2 l ：( 1 ) 降低电网电能损耗， 节约发电中所需要消耗的煤炭和燃油等燃料，为国家节约主要能源； ( 2 ) 减少电网线 沈阳工业大学硕士学位论文 损电量，为国家和电力企业节约由其占用的发、供电设备( 包括电力线路) 容量的投 资：( 3 ) 减少工矿企业用电单位的电费开支，降低生产成本，提高电能的利用效率和 社会效益：( 4 ) 降低线损就是节约电力，每节约1 千瓦时的电能就相当于节约0 4 干 克的标准煤，即可冶炼优质钢2 于克，多织布7 米，可多灌溉农田0 1 5 亩；( 5 ) 促进 节能高效新技术，新设备，新工艺的推广应用，迫使现有高能耗老设备的更新改造，从 而有利于电力企业能较好地完成上级电力部门下达的线损率考核指标；( 6 ) 对某些电 力短缺、供需矛盾紧张的地区，加强线损管理，降低损耗，在一定程度上对其可起缓解 作用，为国民经济建设提供“充足、可靠、合格、廉价”的电力，促进国民经济持续、 稳定、协调地发展。 配电网是连接发、输电系统与用户的重要环节，它作为电力网的末端直接与用户相 连接，是供电部门对用户服务的窗口，敏锐地反映了用户对电力的安全、经济、优质等 方面的要求。配电网无功控制就是在保证配电网安全可靠运行的前提下，根据不同负荷 水平，控制配电网中已有无功补偿设备，合理调整配电网中无功功率。配电网无功的合 理分布对提高电网的电能质量和节能损耗的影响十分重要，配电网无功优化可以有效降 低网络有功损耗，提高系统的电压合格率，从而降低网络运行费用，提高供电质量。 长期以来，由于我国“重发轻输”，电网建设落后于电源建设；重视有功调度闯题 而忽视无功调度问题，尤其是忽略配电网无功调度，导致大量无功功率在配电网中流 动，既增加了配电网有功损耗，又影响了电压质量。特别是近年来，随着国民经济的快 速发展，配电网的负荷不断增加，增大了配电网的无功消耗，降低了配电网运行效率。 同时，由于忽视了对配电网运行中无功优化控制策略的科学管理，增加了配电网有功损 耗，从而进一步降低了配电网电能质量。配电网无功优化控制不但能向用户提供可靠、 高质量的电能，而且降低配电网损耗的效果很是显著，研究配电网无功优化控制对提高 配电网功率因数、改善电压水平、降低配电网有功损耗及提高电力系统经济效益有很重 要的现实意义；配电网无功优化控制是现代配电网自动化的一项重要课题1 3 】。 1 2 国内乡 发届目昵状 国外在配电网建设q 方面的发展相比于国内要先进得多。在配网自动化以及高级应 用软件方面，国外研究的热点是网络化、集成化、智能化。对于线损计算，国外现在研 沈阳工业大学硕上学位论史 究的重点多是对线损的分析和降损措施与方法研究，如：以线损为目标的配电网网络重 构”1 6 1 ，无功优化、补偿电容投放位置的确定等问题【 s l ，其中涉及到的线损问题大都转 化为功率损耗问题，以潮流计算的方法来求解。从计算方法看，因为缺少负荷数据，配 电网的线损计算主要还是采用各种简化、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、近年来提出的一些新方法主要有 模糊理论逼近法 9 1 ，动态潮流法( 包括各种差值、拟合法) 【l o l h 1 1 2 1 ，负荷统计学方面 的聚类法等【1 3 1 。都是将别的学科的新方法引入到线损计算，虽然在线损计算方面有所 创新，但这些方法并不是很适用于实际系统的线损计算，它们大都停留在理论研究阶 段，没有推广应用的实例。因此实际意义上的线损计算方法的研究仍是一项不容忽视 的课题。 由于目前配电网存在的电压质量问题是多种多样的，因此，必须采取多种措施进行 “综合治理”，做好城市电网无功电源配制规划，在规划基础上实现无功一电压优化控 制，并制定严格的管理制度等，从规划到运行管理，层层重视，电压质量必定会大大改 善。对于无功优化这样一个多变量、多约束条件的非线性规划问题，其操作变量既有连 续变量( 如节点电压、发电机的无功出力) ，又有离散变量( 如变压器分接头位置，补 偿电抗器和电容器的投切容量) ，使得优化过程十分复杂。长期以来，国内外的许多专 家对此做了大量的研究、探索工作，提出了多种方法，在一定程度上为电网的调度和运 行提供了一定的参考依据。但由于无功优化计算受潮流计算等因素的影响一直没有一种 成熟完善的方法。在国外，对配电网无功优化的工作已经展开了近十年，在我国，配电 网无功优化计算工作爿n i l 日1 起步，很多地方在此项工作上至今仍是一片空白。一般采用 的方法就是在配变低压侧按配变容量的百分比( 一般为所连接配变容量的2 0 3 0 ) 进行持续的无功补偿。 在功能上的改进也是近年来线损计算、无功优化控制管理软件追求的目标之一，从 简单的线损计算到线损计算管理系统；从简单的根据运行经验投切电容器到结合潮流计 算进行无功优化控制；从单一的线损管理系统到作为d m s 和e m s ( 能量管理系统) 的 一个组成部分的高级应用软件；从单机程序到通过网络交换数据，从离线计算到结合 s c a d a 系统的在线计算；从交互文本数据方式到可视化数据图形g i s ( 地理位置信息 沈阳工业大学硕1 + 学位论文 系统) 【1 4 l 在电力系统的应用。所有这些飞越性发展均得益于计算机技术、网络技术、 配电自动化的发展。尽管其中一些功能现在还没有得到很好的实现和应用，但是它代表 了一种今后的发展方向。 1 3 课题研究内容 本文提出了配电网线损计算新方法及适应于配电网无功优化的潮流计算方法，并对 无功优化方法进行了理论分析。因为我国配电自动化系统还不够完善，自动化设备还触 及不到用户终端，因此，传统的线损算法仍适用于现场。针对于这种情况，本文提出了 种简单快速的基于区间算法的电量法计算配电网线损，并尝试运用“节点链表查询方 法”即运用数据链表访问、排列节点顺序来计算等值电阻和潮流计算。这种方法不需要 进行特殊的分层，并可以增删任意节点，因此很适用于无功优化控制的潮流计算。本文 还进行了无功优化控制策略的研究。主要内容可分为以下几点： ( 1 1 采用基于区间算法的电量法进行配电网理论线损计算并用c + + 语言编制相应的 程序。其中，计算等值电阻时运用数据结构中的链表查询方法，这种“节点链表查询方 法”只需简单输入线路的首末节点号就可形成线路层次和节点队列。 ( 2 惭究配电网线损与无功优化之问的关系，研究配电网电容器优化控制对降低配 电网有功损耗损和提升节点电压的效果。 ( 3 1 针对配电网无功优化控制对潮流计算的要求，将“节点链表查询方法”运用到 交替迭代潮流计算方法中，并用c _ h 语言编制相应的程序。 ( 4 1 根据配电网无功优化控制原则，建立配电网无功优化控制的数学模型，尝试用 动态规划法进行无功优化理论分析和数值计算，并用c + + 语言编制相应的程序。 1 4 课题难点 课题的难点在于： f 1 ) 进行理论线损计算时，都应考虑哪些因素才能在现有配电网自动化程度下比较 准确的计算出线损值。 f 2 ) 如何选取潮流计算方法，以满足无功优化控制对潮流计算需陕速、准确、甚至 实时性的要求。 沈m = i = 业大学硕士学位论文 ( 3 ) 在确定了无功优化控制策略后，如何用程序去实现无功优化控制。对其中电容 器的投切次数的确定，负荷预测数据如何正确运用等应采取何种措施。 f 4 ) 程序的编写和调试也是本课题的一个难点，程序编写得好坏直接影响着计算速 度和计算结果。 沈阳工业大学硕士学位论文 2 1 线损基本含义 2 1 1 线损及理论线损计算的定义 在输配电过程中，电能传送和电磁能量转换都是通过电流实现的，电流通过导线时 会产生损耗，而且在电网运行时大量输配电变压器、电容器、开关、仪表等设备本身也 要消耗一定的能量。因此，工程上把给定时段内电网中所有元件产尘的电能损耗称线损 电量，简称线损。理论线损计算，是指从事线损管理的工作人员根据掌握的电网结构参 数和运行参数。运用电工原理和电学理论，将电网元件中理论线损电量及其所占比例、 电网的理论线损率、最佳理论线损率和经济负荷电流等数值计算出来，并进行定性和定 量分析。 2 ，1 2 理论线损计算的作用 理论线损计算具有指导降损节能，促进线损管理深化、科学化的作用。具体地说， 它的作用有以下几点： ( 1 ) 计算出来的理论线损率，可以为实际线损率提供一个“对比”，从而可以知 道仓业管理水平是高是低，其实际线损率的统计是否合理。 ( 2 ) 计算出来的最佳线损率，可以为理论线损率提供一个“对比”，从而可知电 网的运行是否经济，电网的结构和布局是否合理。 ( 3 ) 计算出来的各种线损电量所占比重，可以为线损分析提供可靠依据，进而寻 找出电网的薄弱环节，确定线损的主攻方向，采取有针对性的措施，获取事半功倍的节 电效果。 ( 4 ) 理论线损计算所提供的各种数据，是合理下达线损考核指标、按照线路或设 备的分解指标，推行降损承包经济责任制的基础。 ( 5 ) 理论线损计算所提供的各种资料，是企业的技术管理和基础工作的一个熏要 组成部分，因此理论线损计算是推动企业做好这两项工作的一个重要环节性工作。 沈阳工业大学硕士学位论文 2 1 3 理论线损计算的要求 理论线损计算的方法目前有很多，不同的方法适用于不同的场合或电网( 城市电网 和农村电网、配电网和输电网、高压电网和低压电网) 。但不管采用哪种方法进行计 算，都应达到下列要求： ( 1 ) 所采用方法不应过于复杂，应较简便，易于操作，计算过程也应简洁清晰。 ( 2 ) 计算用的数据在电网中应易于采集，而不应再装设昂贵的特殊仪器、仪表。 ( 3 ) 采用一种方法所计算出来的结果应能达到足够的精确度和实际工作的需要， 其误差也应在允许范围内。 2 2 配电网理论线损计算基本原理 根据愣次定律和电工原理可知，当配电网三相流过的是恒定负荷电流时，电能损耗 是按下式计算确定的： 鲋：3 ，2 m x l o ：s 2 = m 1 0 3 u ： ( 2 1 ) 式中：爿电路中的电能损耗或电能消耗，单位为k w h ； ，一一通过电路的负荷电流，单位为a ： r 一一组成电路导线的电阻值，单位为q ； ，电路通电所历时间，单位h ； u 。线路额定电压，单位为k v 。 实际运行中，线路的电流或功率是随时间变化的，因此并不能简单的用上面公式表 示，由于线路电阻中产生的损耗随负荷的变化而变化，应由下面的积分式来表示： 5 a = 3 r x l 0 - 3 j 1 2 d t = r x l 0 - 3 蛙灿 晓z ， 对于实际的电力网，出于线长面广，用电设备和分支线较多，是由众多元件构 成的电路，这样复杂网络的线损计算比一般单一元件电路计算繁杂得多。为使线损计算 沈阳工业大学硕上学位论文 方便，在此引入一个新概念，即，“线路等值电阻”。今设有一个简单电力网( 或线 路) ，电力网首端总负荷电流为一定值，并等于，：，实际运行时i 日j 为f ，电网接线如图 2 1 所示，其中，负荷点由配变表示。 囤 图2 1 线路等值电阻计算示意图 根据电能损耗原理，这个电网的电能损耗是各分支线路( 线段) 电能损耗之和。设 各分支线的负荷电流分别为，、o ，3 、，。，且电流和为：，则 爿= 3 ( ，? 月1 + ；矗2 + ，；b + + ，。2 r 。) ，1 0 ( k w h ) ( 2 3 ) 因为各分支线路一般不装设电流表，故其负荷电流不易测得，但各负荷点一般装设 电能表，其电量容易测得，则根据电流与电量的关系，将( 2 3 ) 式改写成： h a = 3 1 i c 互a t ，2 r ? + 哮，2 + c 乏蛐；”州丢，2 川旷c k w 恤， ( 2 4 ) 令 = ( 罢心1 2 + ( 乏朋；+ ( 丢肿；+ 一一+ ( 丢心”2 沈阳工业大学硕士学位论文 则： 鞣熊黼簿( k w h ) ( 2 6 ) 在此计算式中，r 。即为电网线路的“等值电阻”，或称“等效电阻”。有了电网 线路等值电阻这一参数后，就可以用它来代替复杂的电网线路，使复杂的网络简化，使 线损计算表达更加直观，从而有利于线损计算。 2 3 经典线损计算力牲觋状与分析 国内外传统配电网理论线损计算方法很多，在实际线损计算中应用的也比较多。 这些计算方法有适于城市电网的，也有适于农村电网的，有适于输电网的也有适于配电 网的。 一、最大负荷损耗时间法 最大负荷损耗时间法的物理概念为：计算时段r 内的最大负荷电流在r 这段时间内 产生的电能损耗相当于实际负荷在计算时段内所消耗的电能。计算式为： a a = 3 i ：a r d f 1 0 3 ( 2 7 ) 式中：一电力网理论线损( 可变损耗) 电量，单位为k w h ； j 。，电网线路首端最大负荷电流，单位为a ； r 。线路总等值电阻，单位为q ； t 一_ 线路最大负荷损耗时间，单位为h 。 式( 2 7 ) 中各参数可按下面方法获取： ( 1 ) 线路首端最大负荷电流：可从变电站运行记录中查取，但不能取偶尔出现的 最大值，应取经常出现或多次出现的最大值。 ( 2 ) 线路总等值电阻：是线路导线等值电阻与变压器绕组等值电阻之和。计算方 法即为式( 2 5 ) 。 ( 3 ) 最大负荷损耗时间：首先根据式( 2 8 ) 确定最大负荷利用时间，即 沈阳工业大学烦i 学位沦文 乙= 瓦瓦a p g 面 ( 2 8 ) 式中：乙一一线路最大负荷利用时间，单位为h ： 玑一线路额定电压，单位为k v ； c o s # 线路负荷功率因数( 亦称负荷利率) ； a 。在计算线损期间，线路有功供电量，单位为k w h 。 然后根据f = ，( ，c o s # ) 曲线或者数表查取最大负荷损耗时间。文献【2 】对此进行 了深入分析。由于线路首端最大负荷电流取值和预测难以足够准确，最大负荷损耗时间 法的精确度也有一定局限性。因此，它的使用场合一般常见于电网规划的线损测算。 二、负荷损失因数法 计算式为： 爿= 3 1 ：d f r d f 1 0 3 式中：，线路实际运行时间，单位为h ； f 负荷损失因数。 其它符号如上面所述。负荷损失因数按下式计算确定 f = o 2 f + 0 8 f 2 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) 式中：厂线路负荷翠。 线路负荷率等于平均负荷与最大负荷的比值。损失因数法是利用日负荷曲线的最大 值与均方根之间的等效关系进行线损计算的方法，由于负荷损失因数是对当地电i ；司负荷 进行取样测算，经数理统计得到的一个系数，所以它在电网规划及3 5 k v 以上电压等级 的电网线损计算中应用较多。 三、均方根电流法( 代表日负荷电流法) 一婆塑三些查兰堡圭篓笙奎 计算式为 址”孤，( 焘) 2 x 3 泣 式中： ，。线路首端代表日的均方根电流，单位为a ； 彳。线路某月的实际有功供电量，单位为k w h ； 爿。代表日平均的有功供电量，单位为k w th ； f 线路某月实际投运天数，= t 2 4 。 其它符号含义同前面所述。 均方根电流法的物理概念是线路中流过的均方根电流所产生的电能损耗，相当于实 际负荷在同一时间内所消耗的电能。由于均方根电流计算式中各电流值取自变电站电流 表，而这种表记存在精确度差等诸多弊端。因此，代表同均方根电流法的适用于供用电 较为平衡，负荷峰谷差较小，日负荷曲线较平坦的电网线损计算。 四、电量法( 电能表取数法) 计算式为： 址2 。懈每圳。 ( 2 1 2 ) 式中：a 。线路首端有功供电量，单位为k w h ： 如，一一线路首端无功供电量，单位为k v a r _ h ； k 负荷曲线特征系数 u 。线路平均运行电压，为方便计算，一般取u 。= u 。，单位为k v ； 其它参数如前面所述。电量法就是利用电能表的有功供电量和无功供电量进行线损 计算的方法。当线路有功供电量和无功供电量均取值于电能表时，由于电能表记录的是 一一个时间累积量，没有随机性的变化，且表记的精度要高于一般的电流表，因此它的采 沈阳工业大学碗十学位论文 抄值有很高的精确性。这一点是以往的平均电流法和均方根电流法所不可比的。电量法 的精确度主要取决于负荷曲线形状系数，它与负荷的起伏变化关系很大，负荷曲线发生 变化时，系数也将发生一定的变化。但为了计算方便，一般不考虑负荷的昼夜变化，而 只考虑季节性变化的差异，因为后者对系数的影响比自u 者较为明显。显然，这会给计算 带来一定的误差。 2 4 线损计算新理论的不断提出 配电网由于线路的r i x 值较高，节点支路数目庞大，运行时一般丌环运行，多为 辐射状等特点，致使传统的潮流计算方法，如牛顿法、j ) q 分解法、高斯塞德尔法等 不适于进行配网的潮流计算。近年来，出现的线损计算方面的新方法有：回归分析法、 图论方法、动态潮流法( 如三次样条插值、拟合法) 等；或者是将一些不同于传 统思想的新方法引入，如遗传算法、人工神经网络算法等。这些方法虽然提供了一种全 新的思想，有一定程度的进步，但效果并不是很明显，且需要庞大的数据样本来作为支 持，而在实际中这并不现实，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【1 8 j 。下面介绍一下其中的两种线损计算方法。 一、前推法 前推法针对辐射状配电网的特点，以支路网损为状态量，已知首端节点电压，进行 前推求解各节点电压和各馈线段功率损耗。并且假设三相平衡辐射状配电网可以用单相 等值模型来代替，接地并联电容可以忽略不计。 以1 ) 计算公式为 图2 2 支路潮流 兕( 2 ) + q 正( 2 ) 沈阳工业大学硕士学位论文 j ( 1 ) = 踹 ( 2 1 3 ) p ( 2 ) 一j q ( 2 ) = v ( 2 ) 1 0 ) ( 2 1 4 ) y ( f + 1 ) = i f ( p ( i + d r o ) + q ( i + 1 ) _ ( f ) 一0 5 v 2 ( f ) ) 2 一( 月2 ( f ) + 。r 2 ( f ) ) ( p 2 ( i 十1 ) + 1 1 q 2 ( + 1 ) ) 】j 一( p ( f + d r ( i ) + q ( f + 1 ) x ( f ) ) + o 5 v 2 0 ) 2 ( 2 t 5 ) 如果配电网首端电压y ( 1 ) 是已知的，我们就可以得到全网的各节点电压。由图2 2 通过节点2 的总有功注入功率和无功注入功率分别为： p ( 2 ) = p l ( i ) + l e ( i ) r = 21 = 2 bh b - i 9 ( 2 ) = 舛( f ) + l q ( i ) 其中：p 上( j ) 为第j 节点所带负荷的有功功率： q 吐( f ) 为第f 节点所带负荷的无功功率； 三j p ( f ) 一为第f 条线段上的有功功率损耗： 上q ( f ) 为第f 条线段上的无功功率损耗。 分支线( 1 ) 的有功、无功线路损耗分别为： = 业铲 = 婴铲 ( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) ( 2 1 9 ) 沈阳工业大学硕十学位论文 最后，以各条分支线路的线损在前后两次迭代后差值最大值小于事先给定的条件为 判断依据，进行潮流计算。这种方法的特点是进行了线路分层和编号，使整个系统清 晰。但是，这种编号法同时也必须遵循一些规则，这些规则反过来束缚了潮流计算。尤 其是当系统变得复杂，层数增多，节点数也增多时，编程变得复杂且不容易修改，当随 意增加一条支路时需要进行重新分层和编号。因此，这种方法不适用于进行无功优化这 种需要随时增减节点数的潮流计算。 二、人工神经网络方法 随着人工神经网络的大量开创性应用，有人也提出了将此方法1 9 1 应用于线损计 算。人工神经网络( 简称a n n ) 是由多个神经元连接组成，用以模拟人脑行为的网络 系统，是一种区别于传统计算方法的信息处理工具。它是通过学习和训练来获得参数， 用来映射任意复杂的非线性关系。它不需要任何数学模型，只是靠经验来学习并进行训 练。 丑 而 输出层 随含层 输入屡 图2 3 人工神经元模型图2 4 b p 型神经网络模型 人工神经元模型是基于模拟人脑神经元信息的传递特性。典型的人工神经元模型如 图2 。3 所示，该神经元模型的输入和输出关系为： n o = t 一口，= w 一 ( x 。= q ，w ，。= 一1 ) f _ l i = 0 y ，= 厂( 0 ) ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) 沈阳工业大学 丹学位论文 式中：工，是输入，目，称为闽值，w 。称为权值，y 。是输出。 假设某配电网内己知n 条典型配电线路的运行参数( 如：有功供电量、无功供电 量、线路总长度及配变容量等) 及其线损值，则将线路的运行参数作为神经网络的输 入，线损值作为神经网络的输出。同时，把n 条线路看作n 个学习样本，然后根据这 n 个学习样本，通过不断调整各网络间的权值使神经网络的输出值与样本的实际线损值 的误差最小，经过这种学习和训练就可以建立线损模型。常用的b p 型神经网络模型如 图2 4 所示。模型建立之后，就可以运用这个模型对未经过线损计算的线路进行快速 计算。神经网络方法可以比较精确的映射线损特征参数与线损之间的关系。而且，由于 a n n 是面向数据的，因此不论配电网的结构如何复杂，都可以建立a n n 模型。用 a n n 计算线损的方法，在理论上是严密的，但是出于神经网络的拓扑结构( 网络层 数、各层神经元数、神经元之间的互相连接方式以及传递函数等) 和算法中的具体参数 等，都是对某一特定的群组进行反复试验确定的，没有系统的舰则可循。必须经过反复 试验确定这些参数，既浪费了大量时间，又不能保证设计出的线损计算模型是最佳的。 此外，由于是对一个特定群组进行学习和训练，因此，设计出的模型移植性不强也是 a n n 神经网络计算线损的一个局限性。因此，很多研究人员已经在从事用其它方法来 祢补神经网络的不足，如遗传算法与神经网络相结合的应用等，但仍处于理论研究阶 段。 2 5 本文提出的薪力祛 从上述分析中可以看出，理论线损计算方法的研究仍然是一项不断发展的研究课 题，在配电自动化程度还不够高的情况下充分利用现有条件进行配电网线损计算是很有 意义的一项工作。针对与此，本文提出了基于区i 剐算法的电量法进行理论线损计算。 沈阳丁业人学硕上学位论文 3 1 概述 线损率是电力系统运行经济性的一项非常重要的指标线损的分析计算是电力系统 规划、设计和实际运行管理的重要依据。由于我国的配电网自动化设备还没有普及到用 户终端，很多数据不能够实时采集，仍是以人：亡采集为主，而且有些负荷点的数据甚至 采集不到即使是配电变压器低压侧出1 3 的数据也不能够完全实现实时采集。因此，以 往的方法计算结果误差比较大，并不能实际满足电网管理中高效性和精确性的要求。可 见，如何运用现有的计算机等工具进行线损分析和计算仍是电力部门所面临的一项现实 意义很强的问题。根据线损计算的必要性，在分析以往计算方法的不足及对新领域的探 索、尝试，本文提出了基于区间算法的电量法来计算配电网理论线损。摆脱了以往对线 损计算的结果只限制在一点的局限性，而是将结果限制在一个区间内，给电力工作人员 一个更合理的考虑空间，而不是仅仅以一点为参考依据。这样，工作人员才能够提出更 符合实际的有效措施，采取技术方法如无功补偿或必要的行政管理措施有针对性的减少 线路损耗。 配电网系统在实际运行中存在着大量的不确定因素，这些因素有些是随机性的，有 些是模糊性的。随机性因素如负荷的随时变化，使实际负荷曲线和代表日负荷曲线之间 存在差异。对于随机性的信息，可以利用概率理论来处理。但对于那些含糊不清。不完 全、不准确的信息，模糊理论就是一种很好的处理工具。当原始数据不能够被精确确 定，只知道它包含在某个给定范围时，区间数学就是很好的计算工具。本文引入区间数 学理论，将它应用于计算电量法中的负荷曲线形状系数。力争简化运算的同时更精确地 反映实际运行情况，本文对沈阳市某供电局的i o k v 供电线路进行了实际计算，结果表 明了算法的有效性、简洁性和实用性。 3 2 电量法基本公式 公式( 3 i ) 是电量法计算公式，式中各变量船释同公式( 2 1 2 ) 。 沈阳工业大学硕上学位论文 址。瑙。) 等圳3 ( 3 1 ) 电量法就是利用电能表的有功供电量和无功供电量进行线损计算的方法。当线路有 功供电量和无功供电量均取值于电能表时，由于电能表记录的是一个时间累积量，没有 随机性的变化，且表记的精度要高于一般的电流表，因此，它的采抄值有很高的精确 性。这一点是以往的平均电流法和均方根电流法所不可比的。由公式( 3 1 ) 可以看 出，负荷曲线形状系数对电量法的精确度有很大影响。而对于一个庞大的配电网络来 说，能够快速方便地计算出系统等值电阻也是衡量计算方法好坏的一个关键问题。本文 对负荷曲线形状系数的求取和快速计算等值电阻均提出了新的方法。 3 3 负荷曲线形状系数 3 3 1 负荷曲线形状系数基本概念 负荷曲线t 2 0 1 指的是在某一时间段内描述负荷随时间的延续而变化的规律。通常有以 f 分类：按负荷性质可绘制有功与无功负荷曲线；按负荷持续时问可绘制曰和年的负荷 曲线；按负荷在电力系统内的地点可绘制用户、变电所、发电厂和电力系统的负荷曲 线。一般来说，将这几方面负荷曲线综合在一起就可以表明整个系统发电与供电的全部 特性。线路首端负荷曲线特征系数，是描述线路首端负荷起伏变化特征的个参数，它 描述了线路首端负荷曲线的陡急程度和平缓程度。它在数值上等于线路首端负荷电流的 均方根值对平均值之比，故又称为负荷均方根系数。显然它是一个大于1 或等于1 的系 数。又因为只有线路平均负荷电流乘以它之后才等于线路均方根电流( 实际负荷电流的 代表者) ，故称之为线路负荷电流的等效系数，还有的称之为负荷曲线形状系数。依时 序记录变化的负荷，可得到通常的负荷曲线。在某一时段内，不按时序而是按负荷大小 及其持续时间排列的派生曲线称之为持续负荷曲线。 3 3 2 形状系数计算方法 线路负荷曲线形状系数彪的表达式为： k = ，目 ( 3 2 ) 洗阳工业大学顾j 学位论文 式中， ，一一代表月负荷电流的均方根电流值，单位为 ； ，。一一代表日负荷电流的平均值，单位为a 。 形状系数通常通过月代表日负荷曲线求取，即利用典型代表日2 4 点电流值计算平 均电流值和均方根电流值： ( 3 3 ) ( 3 4 ) 现场实际中，足的计算方法般有两种。第一种是采用“电量确定法”，这是一种 较为方便的方法，即只要计算确定线路用电高蜂季节月份的k 值和线路用电低谷季节月 份的k 值，就可满足工作需要了。因为其它用电季节月份的k 值介于上述两个k 值之 间，可直接查取。线路在用电高峰季节，由于变压器的负荷率和线路的负荷率都较高， 供用电量较大，供用电负荷较为平衡，故存在一个较小的丘；反之，线路在用电低谷季 节，线路负荷起伏变化较大，一日形成多次明显的峰谷负荷，峰谷差较大，供用电量较 少，供用电负荷极不平衡，故存在一个较大的k 值。这两个世值可通过选取代表日的 电流值，运用公式( 3 2 ) 来计算确定。将线路用电高峰月份的较大有功供电量和相对 应的较小值，以及线路用电低谷月份的较小的有功供电量和相对应的较大k 值同绘 制于一坐标图中，则其它月份的有功供电量( 一般在上述的最大值与最小值之间) 从图 中可直接查取。这就是线路负荷曲线形状系数的“查殴”法，也叫“电量确定法”。如 图3 1 所示。 其中：k ，一一线路用电低谷月份的形状系数值； k ，一一线路用电高峰月份的形状系数值； 一。一一k 。对应的用电低谷月份的有功电量值： 爿。一一墨对应的用电高峰月份的有功电量值； 爿。，一一代表某月有功供电量； 1 8 4 一正z 户一彤 ， 一， ， 。p m 辱 j i l i 乇 0 沈闭 业大学硕上学位论文 k ，一一某月查取的形状系数值 k h k = k 图3 1 某条线路的k = 厂( 一。) 坐标图 第二种方法就是取用每月的负荷代表日线路首端的2 4 个整点电流值根据公式 ( 3 2 ) 计算k 。这两种