（电气工程专业论文）地区电网在线线损统计分析和降损决策支持系统.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文地区电网在线线损统计分析和降 损决策支持系统，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行 的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：壅些蠢 日 期：丝1 7 ：蔓粒 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 作者签名：塞癌。霆 日期：递】：f 9 导师签名：地 日期：2 芝望2 ，生，f 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 1 1 1 概述 中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议中指出：要 把节约资源作为基本国策，发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、 环境友好型社会，促进经济发展与人口、资源、环境相协调。推进国民经济和社会 信息化，切实走新型工业化道路，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，实现可持 续发展。 电能作为普遍使用的能源，在生产、传输、转化、应用当中都会存在损耗，其 耗能部分主要是在输电线路、变压设备。电力系统在发、供、用电过程中，其自身 的电能损耗是相当大的。1 9 9 7 年全国电力系统的线损率为总发电量的8 7 3 【1 1 ，是 国际上线损率较高的国家之一。因此，节约电力，在电力部门提高输电效率和效益， 其产生的经济效益非常客观，也是当前我国能源紧张、建设“节约型”社会的背景 条件下的要求，也符合国家大政方针政策。 线损率是表征供电企业节约资源效率的最重要的指标。是考核供电企业的一项 重要综合技术经济指标，线损率的高低，反映了电力网的规划设计、生产技术和运 营管理水平，直接影响电力的使用效率和电力企业的经济效益，利用科技含量高的 技术手段降低线损率是实现企业效益最大化的重要措施之一。从6 0 年代开始，在 各供电部门相继开展理论线损的计算工作。由于线损率的成分比较复杂，以往的理 论线损率，只能用近似方法估算。计算机的出现，对当时的理论线损计算，只解决 了速度问题，在计算方法与计算精度上并没有什么改变。随着社会的不断发展， 电力能源发挥着越来越重要的作用，我国的电力事业也取得了长足的进步。电力系 统的结构日趋复杂，也对电力理论和技术提出了更高的要求。在这个过程中，如何 正确的分析系统的电能损耗并在此基础之上采取相应的降损措施，让宝贵的电能更 有效的发挥作用，成为一个重要的课题。目前电能量损耗的计算分析管理主要采取 两种方式：一种是人工计算；另一种是计算机计算。但这两种方法最大的问题是工 作量大，统计和分析计算的工作只能定期进行，并且电能损耗的影响因素又复杂多 变，难以用准确的数据进行度量，一般的计算方法采用典型时段的计算数据来代表， 其准确度和可靠性都难以保证。 随着计算机、通信技术的发展，调度自动化系统( s c a d a ) 、e m s 系统、电量采集 系统、负控系统的实用化，直接从调度自动化系统中获取相关的历史数据和实时数 据，数据采集系统中获取仪表统计数据，实现自动数据采集，电量、线损数据在线 1 华北电力大学工程硕士学位论文 监测、在线统计、在线分析、在线生成报表、在线降损决策成为可能，实现线损在 线管理，为电力企业生产经营提供强有力的数据分析支持，最终制定降损节能的措 施，有效的降低电网的损耗，从而成为电力企业实现从粗放型管理向集约型管理转 换，提高企业经济效益的关键环节，完全符合国家政策。 1 1 2 电网损耗在线分析计算和降低网损的意义 2 0 0 5 年国家电网公司组织公司系统开展了负荷实测及线损理论计算与分析工作 【2 】。2 0 0 5 年4 月2 0 0 6 年3 月，国家电网公司系统分别按照大负荷方式、一般负 荷方式和小负荷方式进行了3 次典型日负荷实测和线损理论计算与分析，摸清了公 司所属电网在不同负荷水平下的技术线损率和技术线损的构成及其分布情况，为优 化电网运行和有针对性地提出节能降损措施奠定了基础。 图卜1 线损分压构成 由图卜1 可知，5 0 0 ( 3 3 0 ) k v 电网的损耗电量较低，占总损耗的8 2 ，这表明超 高压电网损耗一般较低。2 2 0 k v 电网的损耗电量占总损耗的2 3 2 ，明显高于 5 0 0 ( 3 3 0 ) k v 电网，这是由于2 2 0 k v 电压等级较低，供电量较大( 既有本级的上网电量 又有上一级电网的下供电量) 造成的。另外，目前我国的5 0 0 ( 3 3 0 ) k v 电网不够坚强， 当供电可靠性要求较高时，不少地区2 2 0 k v 电网尚不具备分网运行条件，存在迂回 供电现象，从而造成了2 2 0 k v 电网损耗电量增加。1 1 0 ( 6 6 ) k v 电网的损耗电量占总损 耗的1 7 ，低于2 2 0 k v 电压等级，这是由于该层供电量低于2 2 0 k v 电网，且有部分趸 售和直供用户。3 5 k v 电网损耗电量占总损耗的6 7 ，在各电压等级电网中最低，这 是由于该层供电量少，并存在相当比例的趸售和直供用户。1 0 ( 6 2 0 ) k v 电网损耗电 量占总损耗的2 4 7 ，在各电压等级中最高，说明该等级电网是重损层。造成这种 现象的原因较多，如高损耗设备多、供电半径大、线径小、无功补偿不足和配电变 压器中的“大马拉小车”等。3 8 0 v 电网损耗电量占总损耗的2 0 2 ，也是一个重损 层。造成其重损原因主要是供电半径大、线径小、功率因数低、三相负荷不平衡、 接户线和户表老旧等。 因此，提高电网经济运行水平，以安全经济运行为目标，根据负荷变化规律及 时调整电网运行方式，通过合理分配潮流及主变负载率，停运部分轻载变压器，使 2 华北电力大学工程硕士学位论文 系统处于经济运行状态；降低配网技术线损为重点，加强配网运行管理，提高配网 经济运行水平“1 。依据负荷变化情况，适时调整负荷分布和配变运行方式，减少不 必要的损耗；技术降损的空间非常大，而且产生的效益非常客观。 1 2国内外研究现状 近年来，电力系统的发展越来越快，所包含的信息量也不断膨胀，管理好运用 好这些信息，就是电力部门各级人员的职责，实现对其的计算机监控和调节己成了 必然的趋势。可以认为，电力系统的相当大一部分工作都是依赖于对信息的收集和 处理。电力系统的电能损耗指标是考核供电企业运营状况的一项重要的技术经济指 标，电能损耗的计算是确定电力系统规划、运行方式，网络技术改造及设备维修的 重要依据”1 。但总的来看，电能损耗的分析管理的发展速度和水平还远远跟不上电 力系统的要求。 传统理论计算都是基于典型日方法的离线理论线损计算”8 。以往的理论线损 电量，只能用近似方法估算，如一般要假定：负荷的负荷率相等、负荷的功率因数 相等，并忽略了各负荷点的电压差，这与实际相差较大；另外，以往的理论计算方 法不论应用什么工具，其所选用的运行参数大都是采用变电站出口某一典型典型日 ( 或月) 的电量、电流、电压等等。由于负荷的特点，季节性强，使典型日的负荷情 况与月( 或年) 实际负荷情况的差异较大，造成理论计算的误差增加。另外，由于一 些人为的因素，典型日( 或月) 的数据很难保证百分之百的准确，这样又增加计算结 果的误差。另外，传统的计算方法，其计算结果，往往滞后于当时电网损失现状一 段时间也就失去了对线损分析工作的指导意义”1 。正是由于上述种种原因，线损分 析和理论计算工作的开展受到限制。因此计算机的出现，对理论线损计算，只解决 了速度问题，在计算方法与计算精度上并没有什么改变。只有建立了电力实时监控 系统后，将实时数据用于理论线损计算后，这种局面才能够改变。因为5 m i n 或l o m i n 存储一次的实时数据，完全可以代表电力系统运行状态( 包括各种运行曲线) ，从而 使得理论线损的计算结果与实际的线损率可以基本上保持一致，真正指导线损管 理。 国内外学者对线损在线计算、统计、分析作了大量研究”1 “。文献 9 针对现有 理论线损计算方法的不足，较为系统的研究了实时监测系统对提高理论线损计算精 度的重要意义，指明只有建立了实时电网监测系统并利用实时系统中的数据和信息 才能从根本上解决现有理论线损分析计算方法的不足，但没有开发和具体实施。文 献 1 0 3 在考虑电网中各发电厂上网电价的前提下，通过引入费用流的概念，提出了 一种实时监测和统计网损的方法，用有功费用损耗替代有功损耗。文献 1 1 提出了 线损在线监测、自动生成、分析生产经营指标，并可通过w e b 浏览方式查询。文献 1 2 介绍采用v i s u a ls t u d i o n e t 多语言平台基于s y b a s e 网络数据库的配网线损实 3 华北电力大学工程硕士学位论文 时分析系统的设计开发，重点阐述n e t 的框架及w e bs e r v e r s 构建方案，并阐述系统 运行环境、软件结构、数据处理流程、线损计算方法以及系统的主要功能及特点。 文献 1 3 对京津唐电网1 l o k v 及以上系统的计算结果进行了不同典型日的对比分析， 针对目前存在的主要问题，提出了相应的措施和建议。文献 1 4 阐述了建设电力企 业线损管理信息系统的必要性和重要性，介绍了基于网络数据库开发的电力系统线 损计算、分析及降损决策管理信息系统的设计思路、基本结构、应具备的功能等。 文献 1 5 通过对天津电网电量与线损管理的基础条件、业务流程的调研和分析，在 对现状进行了深入探讨和研究后，提出了建设天津电网电量监控和线损分析系统的 可行性及建议方案，并对整体方案做了详尽的阐述。文献 1 6 针对湖南电力系统设 计开发了一套电网线损管理系统，它以电网各关口点的电量信息为基础，计算分析 全网的线损构成和线损率，以此指导现场人员提高电网运行的经济性。文献 1 7 开 发了基于网络技术的电力网电能损耗在线管理系统，实现电能量集中采集和计费， 实现电力网电能损耗在线自动生成，通过w e b 服务器发布电能量及信息查询。文献 1 8 以线损理论计算为基础，并充分考虑站用电、低压配网损耗、管理线损，给出了 计划线损率的计算公式，并提出利用计划线损率与实际完成线损率之间的最小方差 来衡量其科学性。文献 1 9 根据地区电网的特点和实例分析，采取电网计算和分析 方法，在运行方式、经济调度、电网改造和线损管理等方面提出了降低地区电网线 损的一些措施，如优化运行方式，加强经济调度、加强设备和电网改造、加强线损 管理等。文献 2 0 描述了综合线损分析系统的应该具有的功能和技术方案，介绍了 该系统实现中的注意事项和和实现方法。文献 2 1 结合电力企业电能损耗计算分析 管理的特点，在对现有相关理论和技术进行广泛分析的基础之上，提出了适合电力 系统电能损耗计算分析的实时理论和技术，并通过编制完成一套实际的“电能损耗 实时计算及其分析系统”，验证了实时理论和技术的有效性和实用性。文献 2 2 利 用d e l p h i 开发了可视化的配电网线损实时分析计算软件，对西安地区4 0 0 多条l o k v 线路进行分析计算。 1 3鹤壁电网现状 鹤壁电网共有变电站1 5 座，主变2 7 台，变压器容量为1 3 2 3 7m v a 。2 2 0 k v 变电 站2 座，变压器总容量为6 6 0 m v a ；1 l o k v 变电站1 l 座，主变1 9 台，变压器总容量为 6 3 2 5 m v a ；3 5 k v 变电站2 座，共4 台主变，主变容量为3 1 2m v a 。目前，鹤壁2 2 0 k v 电网以鹤壁电厂为主供电源，通过i 、i i 桃茶线、i 、i i 鹤汤线、汤灵线、桃官线与 安阳供电区相联系，通过北灵线与新乡供电区相联系。 2 0 0 5 年鹤壁地区全年售电量为1 5 4 0 7 4 万千瓦时，l o k v 母线以上主网线损率指标 计划1 5 ，完成1 3 7 。2 0 0 6 年全年售电量为1 6 6 7 4 8 万千瓦时，l o k v 母线以上主 网线损率完成1 3 2 ，总体来说，鹤壁电网负荷较轻，变压器容量和线路容量存在 4 华北电力大学工程硕士学位论文 一定的冗余，因此还有一定的降损空间，可以通过技术降损来进一步降低网损率。 目前，鹤壁电网线损管理工作比较复杂，线损率的计算、统计、分析和管理主 要以手算为主，工作难度大，精度低、数据维护复杂且容易出错。线损电量的统计 由电量采集系统获得，但没有另外的比较精确的数据与之进行横向对比，因此，有 些异常的数据只能凭经验去判断，难免挂一漏万。理论线损计算的方法主要是采用 只用某一典型目的线损率略加调整或者用某一阶段的平均电量与形状系数k 来估算 该阶段的线损率，其结果不能令人满意，此结果和电量采集系统统计数据相比有时 相去甚远，也无从比对分析来指导降损节能工作。 从生产实践来说，只靠一年几次理论线损计算很难发现线损管理中的技术问题 和管理问题。( 1 ) 准确的理论线损率必须要有实时监控系统作为技术支持；理论线 损计算对实时监控系统又起监督、维护作用。大部分数据运行人员通过人机界面与 之打交道的只占极少，其中绝大部分是被储存起来被备用的。尽管系统通过安装、 调试，在运行过程当中会出现许多合法但又不合理的数据。这些坏数据与白噪声不 一样，不是运行中生成的，而是在安装过程中，甚至在检修过程中留下的隐患，在实 时监控系统中常处于稳定状态，它们与前、后、左、右的数据不发生冲撞，因此即使 有状态估计这种高级应用软件，也有可能鉴别不出来。而如果能在线进行理论线损 计算把所有的运行数据都要利用起来，其中任何一个参数发生问题，在线损率中都 会反映出来，不是在计算过程中警告出错，就是在最后的报表中被鉴别出来。比如有 一个l l o k y 变电站，运行人员偶然在发现有一条出线在4 月的某几天线损率上升幅度 极不正常。经检查，每当这个时候它的有功功率p 出现负值。这是因为过负荷，符 号位处理不当之故，验收中没有发现这一点。如果能做在线线损计算与监测，则可 以方便并且一目了然的发现异常的数据并报警。( 2 ) 在线理论线损除了经常所说的 可对各种元件的损失电量进行分类从而找出网络结构上的薄弱环节以外，对一些所 谓疑难问题，利用实时监控系统可快速地诊断出来。例如当发现统计线损率与理论 线损率相差悬殊而一时又难以判断时，可利用实时监控系统进行空载试验( 限电前、 后和检修前、后都是试验机会) 。( 3 ) 对一些偷、漏电的因素，也可以通过在线线 损计算结果和电量采集数据进行横向比较，可以简便并快速的分析问题。( 4 ) 另 外从线损管理来说，有在线线损计算系统可以方便的生成各种报表，曲线和报表比 较容易在局m i s 系统发布。 1 4本文主要工作 电力系统线损计算、线损分析、降损节能的研究、工程实践一直以来都是电力 系统工作者研究的热点，本文研究了地区电网在线线损统计分析系统，主要包括以 下内容： ( 1 ) 介绍了本系统研究国内外研究背景，描述了鹤壁电网的概况和加强线损管 5 华北电力大学工程硕士学位论文 理的必要性； ( 2 ) 分析和建立了在线理论线损计算的元件计算模型、分析并选择了潮流计算 方法，介绍了线损计算方法； ( 3 ) 介绍了在线理论线损计算系统的电网模型，描述了该系统的系统结构、功 能模块、设计原理，计算流程、线损计算和分析功能； ( 4 ) 重点介绍了该系统在鹤壁电网的运行实例和计算数据，详细描述了2 0 0 6 年 该系统运行以来鹤壁电网的线损数据和报表； ( 5 ) 线损分析计算最重要的目的是提出降低线损的技术措施，本文描述了变压 器经济运行分析模型，线路经济运行分析方法，无功补偿设备优化配置方 法： ( 6 ) 文章最后总结了该系统的应用的意义和今后的展望。 6 华北电力大学工程硕士学位论文 2 1引言 第二章电能损耗计算模型和计算方法 电能损耗统计分析的目的在于鉴定网络结构和运行合理性，供电管理的科学 性，找出计量装置、设备性能、用电管理、运行方式、理论计算、抄收统计等方面 存在的问题，以便采取降损措旌。 理论线损电量是下列各项损耗电量之和“：变压器的损耗电能；架空及电缆线 路的导线损耗电能；电容器、电抗器、调相机中的有功损耗电能、调相机辅机的损 耗电能；电流互感器、电压互感器、电能表、测量仪表、保护及远动装置的损耗电 能；电晕损耗电能；绝缘子的泄漏损耗电能( 数量较小，可以估计或忽略不计) ；变 电所的所用电能；电导损耗。 2 2 定义“” 统计线损率是各网、省、地市供电部门对所管辖( 或调度) 范围内的电网各供、 售电量计量表统计得出的线损率。 统计线损率= 竺掣掣l 。 供电量= 厂供电量+ 输入电量一输出电量+ 购入电量了；统计线损电能= 供电 量一售电量。售电量是指所有用户的抄见电量，发电厂、供电局、变电所，供电所、 等的自用电量及电力系统第三产业所用的电量均不在其中。凡不属于厂用电的其他 用电，不属于所或站用电的其他用电，均应由当地电力部门装表收费。为了分级统 计的需要，一次网把输往本局各地区电网的电量视为售电量。 为了分级分压管理，统计线损率又分为：一次电网的统计线损电量和一次电网 的供电量之比的百分率称为一次网损率或主网损失率；一个地区电网的统计线损电 量和该地区电网的供电量之比的百分率称为该地区( 市) 局的线损率。 理论线损率是各网、省、地区供电局( 电业局) 对其所属输、变、配电设备根据 设备参数、负荷潮流、特性计算得出的线损率。 理论线损率= 墨譬喾l 。 2 3单个元件线损计算模型 2 3 1 导线计算模型 导线应考虑负荷电流引起的温升及周围空气温度对电阻变化的影响，进行如下 华北电力大学工程硕士学位论文 修正：r = r 2 0 ( 1 + p l + 屁) ( q ) ( 2 1 ) 展= o 2 ( q 2 1 y x ( 2 - 2 ) p 2 = a ( t a v 一2 ( 2 3 ) 式中：尼。一每相导线在2 0 c 时的电阻值，q ； p ，一导线温升对电阻的修正系数； 厶一当周围空气温度为2 0 c 时，导线达到容许温度时的容许持续电流，其值 可由有关手册查取，如手册给出的是相当于空气温度为2 5 c 时的容许持续电流，则 厶应乘以1 0 5 ，换算成2 0 c 时的容许持续电流，a ； 鼻：一周围空气温度对电阻的修正系数； 忍旷一典型日( 或计算期) 的平均气温，； a 一导线电阻的温度系数，对铜、铝、钢芯铝线，a = 0 0 0 4 。 一般当月平均气温在1 2 c 2 8 c 范围内时，可不进行口。的修正。 对电缆线路，除按线芯电阻计算线芯中的电能损耗外，还应计及绝缘介质中的 电能损耗。电缆介质损耗电能( 三相) ： a 爿。= t 1 2 c t g 占t l x l 0 。( k w h ) ( 2 4 ) 占 l 2 1 8 i n r 。( p f k m ) ( 2 - 5 ) ，i 式中：u 一电缆运行线电压，k v ； 6 ) - - - - 角速度，= 2j r f ，为频率( h z ) ； c 一电缆每相的工作电容，由产品目录查得，也可由式( 2 5 ) 求得，1 1f k m ； t g 万一介质损失角的正切值，可以由产品目录查得，或按表2 1 选取，或按 实测值； l - - 电缆长度，k m 。 表2 - 1 电缆常用绝缘材料的f 和t g 艿值 电缆型式 占 f 9 6 油浸纸绝缘粘性浸渍不滴流绝缘电缆 4o 0 1 压力充电电缆 3 50 0 0 4 5 丁基橡皮绝缘电缆 40 0 5 聚氯乙烯绝缘电缆 8o 1 聚乙烯电缆 2 30 0 0 4 交联聚乙烯电缆 3 50 0 0 8 注：t 9 8 值为最高允许温度和最高工作电压下的允许值。 8 华北电力大学工程硕士学位论文 式( 2 5 ) 中：f 绝缘介质的介电常数，可由产品目录查得，或按表2 - i 选取，或 取实测值： t o - - 绝缘层外半径，m m ； 1 - 。一线芯的半径，m m 。 2 3 2 变压器计算模型 变压器的电能损耗应包括空载损耗( 固定损耗) 及负载损耗( 可变损耗) 。负载损 耗与通过该绕组的负荷电流的平方成正比。 ( 1 ) 双绕组变压器损耗电能的计算 1 ) 空载损耗电能 屿= 蝎( u 彳，) 2 r ( 2 6 ) 式中：4 一铁芯的损耗电能，k w h ； r 一变压器空载损耗功率，k w ； t - - 变压器运行小时数，h ； u f - - 变压器的分接头电压，k v ； u 。，一平均电压，k v 。 用潮流方法计算时采取接地支路等值的方法。 2 ) 负载损耗电能 幽。= & ( 1 ) 2 r ( 2 7 ) 式中：a 压一负载损耗电能，k w h ： r 一变压器的短路损耗功率，k w ； i - - 变压器的额定电流，应取与负荷电流同一电压侧的数值，a 。 因j 2 夕如) 所以式( 2 7 ) 可以改写为： 鲥。= 最( 。) 2 r ( 2 8 ) 式中：s f - - - - 变压器典型日负荷( 以视在功率表示) 的均方根值，k v a ； s 一变压器额定容量，k v a 。 3 ) 变压器的损耗电量 a 爿= a 西+ a 瓜( 2 9 ) ( 2 ) 三绕组变压器损耗电能的计算 空载损耗电能计算与双绕组变压器相同，采用式( 2 - 1 0 ) 。负载损耗电能的计算， 应根据各绕组的短路损耗功率及其通过的负荷，分别计算每个绕组的损耗电能，再 相加而得三绕组变压器绕组的总损耗电能。 9 华北电力大学工程硕士学位论文 鲥t = 卜- c 争+ + c 乏灿哦，c 净2 卜。圳， 式中：r 。、ar z 、只。分别为三绕组变压器高、中、低压绕组的短路损耗 功率。五。、五：、五，一分别为三绕组变压器高、中、低压绕组的额定电流，a ；厶。 五。与f 3 - - - - 分别为三绕组变压器高、中、低压绕组典型日负荷电流的均方根值，a 。 必。：些虻冬进i 二 屹= l _ 2 ) 一吃 = 磁i _ 3 ) 一咒l j ( 2 1 1 ) 式中：咒( 。) 、a 只 o 5 时，按直线变化的持续负荷曲线计算k 2 ( 2 一 口+ 1 3 ( 1 一口) 2 1 一7 1 1 2 ( 1 + a ) 2 当f a 时，按二阶梯持续负荷曲线计算k 2 k 2 = 【f ( 1 + 口) 一, x f 2 式中：f 为典型日平均负荷率，f = 如k ，k 为最大负荷电流值， 电流值；a - 典型日最小负荷率，厂= ，。j 一，。为最小负荷电流值。 损耗计算的公式也可以写为： a a ：兰t 笪置：皿1 0 。 u 二， ( 2 - 4 3 ) ( 2 - 4 4 ) 厶为平均负荷 f 2 4 5 ) 式中：群和为典型日的有功和无功电量；为典型日的平均电压。 2 5 3 最大电流法， 当只具有最大电流的资料时，可采用均方根电流与最大电流的等效关系( 损失 因数法) 进行能耗计算，令均方根电流平方与最大电流的平方的比值为f ( 亦称损失 因数) ，2 。”。一，则典型日的损耗电量为： a a = 3 f r ：t 1 0 。( k w h ) ( 2 4 6 ) 式中：f 为损失因数，k 为典型日最大负荷电流；f 的取值根据负荷曲线、平均 负荷率f 和最小负荷率a 确定。 当f o 5 时，按直线变化的持续负荷曲线计算f ： f = 口+ 1 3 ( 1 一口) 2( 2 - 4 7 ) 当f + 吃，以2 z 晶e o s q ，2 e o z + 彪z 吃，所以式( 4 1 4 ) 可简化为： 而p o z + p r z2 瓦p o z 忑+ f l 面：2 zp x z = _ h _ 1 5 ) s _ c o s 妒2l 2 z s ，c o s 缈2 、7 对式( 4 - - 1 4 ) 求解，可得到变压器综合功率经济运行区的负载系数的下限值见：的 计算式： 成：。= 罟= 彪 ( 4 1 6 ) r l 【z 有功功率经济运行区 与综合功率经济运行区相同，有功经济运行区上限值亦取变压器额定负载c l2 1 。 华北电力大学工程硕士学位论文 同理可以导出变压器有功经济运行区下限值尻：，计算式： 尻：，= 库 ( 4 - 1 7 ) 无功功率经济运行区 无功经济运行区上限值亦取变压器额定负载尾。= l 。同理可以导出变压器无功经济 运行区下限值尾：。计算式： 尻2 0 = 岛 ( 4 一1 8 ) ( 2 ) 变压器最佳运行区 g b t 1 3 4 6 2 9 2 中规定：变压器最佳运行区的负载系数的上限值，= 0 7 5 。 与上面推导经济运行区下限值的方法相同，可推导出与最佳运行区上限值等效损耗 率的综合功率最佳运行区下限值厉： 几2 z = 1 3 3 3 f l ；z ( 4 - 1 9 ) ( 3 ) 变压器运行区间的划分 由上述变压器经济运行区和变压器最佳运行区的确定，我们将变压器的运行区间划 分为最佳经济运行区、经济运行区、最劣运行区。并绘制成图4 2 所示的运行区间划分 图。 ( o ，7 5 )( 1 ) 图4 2 变压器综合功率运行区间划分图 由图4 2 可知：综合功率的运行区间范围是： ( 1 ) 最佳运行区( 优选段) 1 3 3 3 p ；z 口o 7 5 ； ( 2 ) 经济运行区彪1 ； ( 3 ) 最劣运行区( “大马拉小车”运行区) 0 d 。i ，则变电站c 应该由乙端供电a 4 3 3 线路经济运行举例 1 1 0 k v 两回专用线路淇海线( 淇滨变电所和海河变电所之间) ，输送负荷 s = 1 4 2 0 0 k v a ，线路的参数为r 。= 1 1 3 5 2 ，x a = i 6 8 5 2 ，r 口= 5 3 5 2 ，x a = 6 6 4 5 2 两 回线路间负载自然分配系数d 。= o 1 8 ，风= 0 8 2 。 由式( 4 - 3 4 ) ( 4 - 3 7 ) 可以算出： d l = o ，1 8 ；d 嚣舯= o 6 1 ；d a - 柚= 0 - 5 ；d 乞。= o 5 2 2 d 均比后三者小，所以单回线路a 运行为经济运行方式。 4 4无功补偿优化 4 4 1 概述 电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件，对保证电力系 统的安全稳定与经济运行起着重要的作用“。 电力系统最优无功功率补偿和运行涉及无功补偿地点的选择、无功补偿容量、 变压器分接头的调节和发电机机端电压的调节配合等，是一个多约束、离散的非线 性规划问题。 文献 4 4 - 4 5 从单个变电所的角度、根据功率因数、电压、无功潮流等状态量 分析无功补偿计算及在线投切的判据，不适合无功补偿设备的规划。文献 4 6 定性 和定量分析了无功补偿技术降低线损的效益分析。文献 4 7 建立无功补偿优化规划 的数学模型，采用年电能损失费用与折合为等年值的新增无功补偿设备的投资费用 之和最小为目标，具体求解方法采用非线性规划中的梯度法，该文描述方法程序编 制复杂。文献 4 8 在电力系统o p f 的最优无功研究中引入经济压差算法，将大规模 电力系统的无功功率优化计算分解成按电压等级的分层计算，但是该方法要求无功 源为连续可调无功源，无法对电容器等离散型无功补偿设备的进行优化配置。 5 1 华北电力大学工程硕士学位论文 4 4 2 适合地区电网的厂站无功损耗梯度补偿法 4 4 2 1 原理 本系统在线接收实时数据、2 4 小时不间断运行，所以，实时数据以3 分钟为一 个周期存入到历史数据库中，因此，历史库中有足够的有功、无功、电流等历史数 据。变压器的无功损耗可以由变压器不同电压侧开关上的无功量测值相加减得出 ( 当没有历史数据时可以用空载损耗近似代替) ；变电所馈线的无功负荷数据均有 量测。因此，由历史库数据中可以得出某个变电所的每一天的总无功损耗曲线。那 么，最佳无功补偿的效果，就是让总无功损耗曲线的值为零。当然，这个推论只适 合地区配电网“环网设计、开环运行”的特点。 变压器无功损耗有如下函数关系： 酝= 0 s e + 孥去) 2 ( 4 - a t ) q 为变压器无功损耗，厶为空载电流，为额定容量，p 为有功负荷，c o s q 为 功率因数，玑为对应馈线侧的额定电压。 设变电所的无功负荷为： a q = 绕+ q l ( 4 - 4 5 ) 式中：q 为变电所无功损耗，幺为变压器无功损耗，q 为线路无功负荷。 馈线线路无功损耗为： 吼= x + x h ( - - 。) + + 1 0 一( 4 - 4 6 ) 式中：c o s # 为馈线功率因数，石为馈线单位电抗，厶为馈线长度 考虑到现在馈线设计要求，可以设定如下条件： 舅= 最= = 只；c o s # , = c o s # 2 = _ c o s 九 纠警+ 1 x * , o 产- z l , ，南1 ( 4 - 4 7 ，拈琶+ _ 而 p 硒 ) c = l o s 。 ( 4 4 8 ) 式中：n 为馈线条数，c o s # 为馈线功率因数，彳为馈线单位电抗，丘为馈线长 度。 于是，式( 4 - 4 5 ) 可以写为： p = 比p 2 + c( 4 4 9 ) 式( 4 - 4 9 ) 可以解释为：在系统结构和负荷利率确定的条件下，对于任一负荷p 都存在确定的总无功损耗q ，两者在数值上符合二项式关系。 华北电力大学工程硕士学位论文 图4 6 无功补偿分析 如图4 6 示，当k 值一定时，在q = f ( 力关系曲线上，对于任一点a ，必然有 固定的只和幺，设选择补偿电容器组的容量9 等于总无功损耗绒，则幺达 到全部补偿，称a 为完全补偿点，仍为完全补偿容量。 随着变压器负荷由只升至b ，p = 岛一只所产生的总无功损耗增量( q 。一 q 。) 不能获得补偿，称此b 点为欠补偿点，图上形成欠补偿区；当只降至时， p = 只一只所产生的总无功损耗负增量( q 一q ) ，使以的容量有剩余，此 剩余容量将补偿负荷只的力率，其补偿能力为级一q o = 只( t a n 由一t a n 中) ，图 上形成过补偿区，称c 点为过补偿点( 其中巾，巾分别为补偿前后的功率因数角) 。 一般c o s 巾不能超过0 9 5 ，故以后的计算分析取c o s 由= o 9 5 。如果过补偿点 c 处刚好达到q 一q = 只 t a n 由一t a n ( a r c c o s o 9 5 ) ，则称c 点为电容器组色的临 界切除( 或投入) 点，q 为临界切除( 或投入) 负荷。 由以上分析，可以在实际工作中选择补偿电容总容量q 等于变压器带额定负荷 n 时系统的总无功损耗q ，使总无功损耗( 额定时) 获得完全补偿，如图4 7 所 示。以q 所对应的临界切除点q l 作为第1 组分组电容的容量q l ，再以q ，所对应 的临界切除点之q 2 作为第二组电容的容量q ，如此下去，电容器组容量逐级下 降，其在图上形成的过补偿区组成梯级形态。 图4 7 梯度法选择原理图 华北电力大学工程硕士学位论文 4 4 2 2 无功补偿优化配置举例 选择袁庄变电所l o k v i 号母线进行无功优化配置，主变为国产s f z 。型，3 1 5 0 0 k r a ， 1 l o k v l o k v ，其低压侧接有1 0 条l o k y 架空线路，每条线长度均为8 k m ，带有相同 负荷异，c o s 由，= o 9 ，且当只变化时，c o s