（电力系统及其自动化专业论文）基于参数辨识的电力网线损理论计算与分析.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文结合某电网实际情况，选取线损理论计算代表日。取当日2 4 整点负荷实 测数据，搜集电网结构参数。首先用电能损耗近似计算方法求出该电网的初步理论 近似值。对3 5 k v 电压等级输电主网采用潮流法，对配电网采用等值电阻法做近似 计算，得初始值。对3 5 k v 输电网络，引入状态估计并利用快速p q 分解状态估计算 法对原始数据进行加工。对于配电网，由于实测数据相对匮乏，本文采用数据插值 以及数据最小二乘法拟合的办法，对可疑数据及坏数据首先进行数据插值分析，若 无法达到计算要求，则继而再次进行数据的最小二乘拟合。对其进行重新评估，加 以校正，并将相关数据的辨识值重新代入理论线损计算过程，结合本课题所选实际 电网做实际算例的验证，说明本方法的有效性。最后给出了基于参数辨识的电力网 理论线损计算程序设计总体思想，具体介绍了线损计算分析软件系统的设计方法。 关键字：线损计算，参数辨识，数据处理 a b s t r a c t c 0 m b i i l eo faa c t u a lp o w e r 鲥d ，w es e l e c tt h el i n el o s sc a l c u l a t j 彻0 nb e h a l fo ft h ed a y t a k e t h ee n t i r cl o a dm e a s u r c m e n td a t ao f2 4p o i n t sa n dc o l l e c t 鲥ds 仇l c t u r ep 猢e t e r s f i r s to fa ， l o 辐o fe l e c t r i c i t y 伽b ca p p r o x i n i a t e i yc a j c i l i a 斓a c c o r d i n gt 0t h ep r e l i m i i l a r ) ，t h e o r y a p p r o x i i n a t i o n t 03 5 k vv o i t a g c 仃锄s m i s s i o nm a i nn e t w 咄u s et h el a wo fp o w c r 仃c n d t 0 d i s m b u t i o nn e t w o r k 惦i n ge q u i v a l e mr e s i s t a | 1 c ea p p r o x i m a l ec a l c i l l a t i o nm e t h o dt od 0t 0g e t t h ei n i t i a lv a l u e 3 5 k v 仃a n s m i s s i o nn e t w o r ki si n t r o d u c e ds t a t ee s t i m a t i o nt 0 ic a l c u l a tt h e v a l u em a l 【i n gu o fr a p i dd e c o m p o s i t i o no fp qs t a t ee s t i m a t i o no f 砧9 0 r i t l l l n sf o rp 眦s s i i l g r a wd a t a t bd i s t r i b u t i o nn e 锕o r k ，d u et 0t h er e l a t i v el a c k 0 fm e a s u r e dd a t a ，u s i i 喀d a t a i n t c r p o l a t i o no rd a t al e 笛ts q u a r c sf i t t i n gw a yf b r 鲫s p i c i o u sd a t ap o i i l t s 锄db a dp o i n t s i ft h c f j r s td a t a 锄a l y s i so ft h ed a t ai n t e 咖1 a t j o nc 卸n o ta c h j e v et h er c q u i r e m e n t ，t h e na g a i nt h e l c a s t s q u a r e sf i t t i n gd a t a t h i st o p i cs e l e c t e daa c t u a lp o w e r 鲥d t 0i l l u s t r a t et h ee f 佗c t i v e n e 豁 o ft h i sa p p r o a c h f i n a l i y ，t h eo v e r a l lp r o 伊a m m i n go fp 猢e t e ri d e n t i f i c a t i o nb a s e do nt h e o r ) r o fp o w e r 伊i dl i n el o s sc a l c u l a t i o ni s 西v e n i nm el a s tt h ed e s i g no fas p e c i f i cl i n el o s s c a l c u l a t i o na n da n a l y s i ss o 脚a r es y s t e mi si n t r o d u c e d z h a oy o n g ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i c ) d i r e c t e db yp r o f c h a n gx i a n r o n g k e yw o r d s ：c a l c u i a t i o no fl i n el o s s ，p a r a m e t e re s t i m a t i o n ，d a t ap r o c e s s i n g 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于参数辨识的电力网线损理论计 算与分析，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。 寸 学位论文作者签名：盔蜀 日期： 学位论文作者签名：鉴黏 日期： 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。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：垃 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 研究的目的和意义 第一章绪论弟一早三：酉y 匕 电力网的线损率是电力工业的重要技术经济指标。电力市场已逐步在我国实 施，电能作为商品走入市场，各级供电部门尤其基层供电部门的经济效益直接与电 网的运行费用相关。长期以来，我国电力建设一直重发轻输，致使电网建设滞后、 网架结构薄弱、设施老化、供电半径过长，导致电网线损率居高不下，降低线损是 电力部门在节约能源方面的重要任务。准确简便的线损计算和分析方法有利于拟定 出合理的降低线损的措施并考察措施的实际效果，也便于制定适当的线损考核指标 和规划，从而对线损管理工作起指导和促进的作用。 在一个供电区域内，电能通过电力网的输电、变电和配电的各个环节供给用户。 在电能的输送和分配过程中，电网中各元件( 包括变压器、输电线路、补偿和调整 设备以及测量和保护装置等) 都要耗费一定的电能。一个供电地区或电力网在给定 时段( 日、月、季、年) 内，输、送、配各环节所损耗的全部电量即为线损电量，它 通常是根据电能表所计量的总供电量和总售电量相减而得出的。电力网元件中所损 失的电量，一部分与电力网元件通过的功率或电流直接相关，如变压器绕组电阻和 导线电阻损失的电量，这类损失称可变损失；另一部分与通过电力网元件的负荷功 率或电流之间的关系不大，而主要与电力网元件上所加的运行电压有关，例如变压 器铁芯、电缆和电容器的绝缘介质中所损失的电量以及电晕损耗电量( 即线路空载 损耗) 等，这类损失称为固定损失。这两部分损耗电量习惯称为“技术线损电量 ， 它可以通过理论计算得出，所以又称为理论线损电量( 相应的线损率称为理论线损 率) ，它可以通过技术措施予以降低。另外，在电网的实际运行中，还有各种不明 损失，如对计费表的漏抄错算、计费表的负误差、带电设备由于绝缘不良而漏电以 及无表用电和窃电等。这些是由于管理的原因造成的，这部分损耗电量习惯称为“管 理线损电量刀，它应该而且可以采取必要的组织措施和管理措施予以避免或减少。 在降损工作中，既要重视降低“技术线损电量 ，也要重视避免或减少“管理线损 电量 。 电力网在规划、接线方案比较和变电所设计时，都要进行理论线损计算。供电 部门对运行的电网进行线损理论计算，并与实际统计的线损比较分析，从而估计出 损耗的构成情况，为降低管理损耗电量提供依据。通过理论计算可以达到：( 1 ) 鉴 定电网结构及运行方式的经济性；( 2 ) 查明电网中损失过大的元件及损失大的原因； ( 3 ) 考核实际线损是否真实、准确、合理及以统计线损和理论线损的差值确定不明 华北电力大学硕士学位论文 损失的程度，来衡量经营管理的好坏；( 4 ) 分析确定技术降损的方向；( 5 ) 为制定年 度、季度、月度线损指标和降损措施提供科学依据；( 6 ) 为电网的发展、改进及规 划提供科学依据。可见，精确的线损计算是非常重要的。 本文结合某县电力网负荷实测数据进行理论计算与分析。该电力网主网架电压 等级为3 5 k v ，负荷实测日选择2 0 0 7 年5 月9 日为代表日，测得该代表日2 4 整点实 时数据。对于3 5 k v 各变电站及相关线路，由于调度自动化s q 狮a 系统量测设备 相对健全，远动数据采集面较广且准确度高，因此对于3 5 k v 主干网电能损耗的计 算可以采用潮流计算并引入电力系统状态估计的方法来精确求取该电压等级各电 气元件的损耗。然而我国配电系统的自动化程度还不是很完善，对1 0 k v 及以下配 电网，由于用户众多，分布广泛，且线路结构呈辐射状、负荷数据不全，线路刚x 比值较大等因素影响，这就使得全面的实时负荷数据不可能测到，决定了其线损计 算方法不同于输电网( 输电网可以完整的负荷数据进行潮流计算得到网损结果，且 输电网的潮流计算方法并不同样适用于配电网) 。因此，如何充分利用现有数据， 比较精确的估算网络的理论线损，就成为一个难点。一般而言，配电网多采用对负 荷数据或网络结构数据的简化，来解决数据不全的问题。本文引入参数辨识的方法， 对电力网线损理论计算中数据的匮乏及所测量数据的可能误差进行辨识，力求提高 线损理论计算的精度。 根据河南某地电力网输配电网络的结构特点和数据特点，本文研究相应的理论 线损准确计算方法，寻求最佳的理论线损计算方案。显然，本文的研究不仅具有重 要的理论意义，而且具有重要的实用价值。 1 2 理论线损计算的现状 对于线损计算，国外现在研究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、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，以潮流的方法来求解，专门 研究传统意义上的线损计算方面的文章并不多。 国内电网线损理论计算按管理应分为省市局和县区级两部分，按照电网的不同 特点，对3 5 k v 及以上输电网和6 1 0 k v 配电网分别采用不同的计算方法。总体来 说，省市局电力部门线损计算较正规，有比较完善的制度和软件方面的保证；县一 级电力部门则基本上没有专门的线损计算软件，有的以手算为主。从计算方法看， 目前，电力网理论线损计算方法主要可分为2 类模型：一类是依据网络主要损耗元 件的物理特性建立的各种模型；另一类是根据馈线数据建立的各种统计模型和神经 网络模型等。由于电网结构、计量设备和计算平台等各方面的原因，目前计算的基 2 华北电力大学硕士学位论文 本思路是在原始的结构和运行数据信息不足的情况下，进行合理的近似计算，为了 提高精度需要从数学模型的准确性、数学方法的精确性以及算法上改进计算精度。 传统的理论线损计算的方法正在逐步发展成熟，一些智能性的建模方法被引入，例 如遗传算法、人工神经网络算法等。 众多电力工作者探讨了适合于配电网理论线损计算的各种等值模型算法。因为 缺少负荷数据，配电网的线损计算主要采用各种简化、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。其简化主要是网络简化和负荷简化，如各种电流法中，都要求计算网络的等 效阻抗，就是对网络进行简化；负荷简化是指按照某种假定的负荷规律对不确定的 计算负荷进行分配或统计，以完成计算。其中，以均方根电流法为基础的等值电阻 法是最常用的一种方法，等值电阻法将辐射结构的配电网络等值成根节点处的电阻 进行计算。实践证明它满足了一定的精度要求且输入工作量大大减小，工程上常用 于线损的计算和分析。进行配电网规划和线损测算时，对线损的计算精度要求不高， 可用损失因数法、最大负荷损耗小时法等。损失因数法将变化的负荷用最大负荷表 示，用小于l 的损失因数乘最大负荷时的功率损耗得到电能损耗。最大负荷损耗小 时数r 的意义是：在r 这段时间内，如果用户始终保持最大负荷s 。不变，此时的电 能损耗等于一年中实际负荷引起的电能损耗。这种方法只要知道最大负荷利用时间 和功率因数就可以求得电能损耗。 这些传统的线损计算方法虽然有其实用性，但也存在这样或那样的缺点。例如 在计算配电线路首端负荷曲线形状系数时，未直接采用代表日实际负荷曲线的形状 系数，而是依据其负荷率和最小负荷率以相近的典型负荷持续曲线的形状系数来取 代，这虽可减少计算工作量，但却影响了计算的精确度。 线损的理论计算还有许多比较成熟的计算方法，如：“改进迭代法 ，它以一种 新的完全反映配电网络结构特征的动态链表一“节点双亲孩子兄弟链表 为网络结 构的基础，以“前推回代 潮流迭代算法为理论基础，适用于目前各种复杂配电网 ( 辐射状、环状或网状) 线损理论计算的实用方法。另外还有“动态潮流法 ，较好 地解决了实际配电网运行状态时变性对网损计算精度影响的问题，在一定程度上， 反映了实际系统状态( 节点注入功率、潮流分布、损耗功率) 的时变性，通过与常规 网损算法在计算量、计算精度、灵活性等方面的比较和分析，证明了算法的有效性 和实用性。 针对多个小电源的配电网也提出了新的线损理论计算的方法。该方法以两条假 定为基础：1 、假定各节点负荷的功率因数相等；2 、假定网络中各节点的负荷曲线 形状相同。这种方法和传统等值电阻法相比，去掉了“节点电压相等 的假定，考 3 华北电力大学硕士学位论文 虑了无功功率和线路电压损失对损耗的影响，有利于进行配电网的降损分析计算。 针对配电网络及低压配电台区可能出现的各种情况还有相应的线损计算方法。 对不同的配电网络负荷数据采集方式，可用不同的线损计算方法，以提高线损计算 的精度。当配电网中无综测装置时采用等值电阻法，有部分综测装置时采用改进等 值电阻法，当配电网中可获得全部实测数据时采用以三相快速牛顿分解潮流为基础 的电量法，同时，还有将基于电阻系数的等值电阻法用于低压配电台区的线损计算 方法。基于三相快速牛顿分解法的线损计算方法经过系数矩阵的简化用于配电网络 在收敛性、计算速度和存储量方面均有较好的效果，准确度高，速度快。将配电网 等值电阻法应用于低压电网的线损计算，计算表明对典型台区效果较好，与电压损 失法的计算结果和连续数月实抄统计的结果相比较，精度大大提高，尤其是对主干 线、分支线区分不十分明显的低压网来说更为适合。 配电网实际运行中，代表日各个时段的功率因数是不尽相同的，要想准确获得 不太可能。一种可行的方法是根据统计规律大致确定功率因数随时间的变化，然后 根据其变化规律将配电网的供电量分配到各个时段，以提高计算精度。针对传统简 化的配电网线损理论计算方法的不足，应该考虑无功功率和线路电压损失对线损的 影响，采用改进前推回代法。该方法使得对配电网中小电源的处理更加容易，且易 于进行降损分析计算，同时考虑各节点负荷曲线的不同，对计算结果进行修正，进 一步提高计算精度。 近年来出现的线损计算方面的新方法还有：各种回归分析法、网络最大流法( 图 论方法) 、等效节点功率法( 潮流方法) 等，在所有这些方法中，以潮流计算为基础 的结果理论上要更精确一些。但精确的原因是计算中考虑的准确因素更多了，这也 导致了有的方法计算量和处理的数据量都较大。 供电部门对运行的电力网进行理论线损计算，并与实际统计所得的线损比较分 析，从而估计出管理线损电量的大小，为降低管理损耗电量提供依据。这是供电部 门线损管理工作的重要内容。通过线损理论计算，除对加强线损管理及制定合理线 损考核指标有重要作用外，对降低损耗的各种技术措施方案进行技术经济比较和考 察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 力网损耗的构成情况，如理论线损占多少，不明损失占多少，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，变压器和线路的损耗各占多少等等，以便 掌握总的情况，有利于针对性地对线损分级、分压、分区管理。尤其在对需增加投 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线损理论计 算。通过计算，还可以发现和改进技术管理工作中的薄弱环节，如计量方面的工作 等。由此可见，供电部门进行线损理论计算对线损管理工作能起到指导和促进的作 4 华北电力大学硕士学位论文 用。 线损的理论计算在不断改进、不断完善。而不同地区的电网结构特点不同，负 荷性质不同，可能获得的数据也不同，因此很难找到一个普遍实用的精确线损计算 方法。本文研究的电力网是一个供电距离长，供电量小，农村用户多，用户性质比 较稳定的电力系统。根据长期运行的经验和对实际系统的了解，我们来研究合适的 理论线损计算方法，应该能够取得较好的成果。 1 3 本文的主要工作 理论线损计算是一项繁杂的工作，要计算一个地区各级电压电网、各个单位的 线损电量其工作量是很大的。根据实际工作的需要和地区特点，本文主要研究3 5 k v 输电主网和1 0 k v 及以下配电网的理论线损计算方法，具体工作如下： 1 ) 介绍所研究电网情况及代表日的选取、资料搜集、负荷实测等相关问题； 2 ) 详细介绍电网计算中相关数据的获取以及电力元件电能损失的基本计算方 法，为系统的电能损失评估提供一定的依据； 3 ) 针对不同电压等级电力网的各自特点和各种计算方法优、缺点，主要采用 潮流法和等值电阻法对所选电网代表日的分级、分压网损进行了计算，得到代表日 全网线损情况的一个近似值，基本掌握全网损耗分布构成情况； 4 ) 对于3 5 k v 及以上等级输电主网，引入了电力系统状态估计的方法。首先研 究分析了电力网的实时结线，并对s c a d a 系统所测量数据做不良数据的辨识与检 测；引入状态估计并利用快速p q 分解状态估计算法对原始数据进行加工，进而计 算得到更为准确的理论线损值； 5 ) 对于配电网，由于部分配网实测数据的相对匮乏，本文采用一种缺失数据 插值与数据最小二乘法拟合的办法，对于可疑的数据点及坏数据点首先进行数据插 值分析，若无法达到计算要求，则继而再次进行数据的最小二乘法拟合。对其进行 重新评估，加以校正，并将相关数据的辨识值重新代入理论线损计算过程，运用配 电网的潮流计算求得理论线损值。 6 ) 结合本课题所选实际电网做算例的验证，说明所提算法的有效性。 7 ) 给出了基于参数辨识的电力网理论线损计算程序设计总体思想，介绍了线 损计算分析软件系统的设计，并给出了程序设计结构框图。 5 华北电力大学硕士学位论文 第二章传统线损理论计算的原理和方法 2 1 线损的分类和构成 全网的电能损耗计算建立在每一电网元件的电能损耗计算基础上，电网电能损 耗是电力网同一时段内各元件电能损耗的总和。电能损耗按能否进行理论计算分为 两类：第一类是可以计算的技术损耗，这类损耗可以通过理论计算求得其数值，所 以也称为理论线损，它主要包括电阻发热损耗，还包括介质磁化损耗、介质极化损 耗及电晕损耗等；第二类是难以计算的不明损耗，包括不明管理损耗和不明技术损 耗，后者如线路绝缘不良引起的泄漏损耗、设备接地或短路故障的电能损耗。本文 主要研究和分析的是第一类损耗。 2 2 理论线损的概念 l 、理论线损电量 理论线损电量由下列损耗电量构成：( 1 ) 变压器的损耗电能：( 2 ) 架空及电缆线 路的导线损耗电能；( 3 ) 电容器、电抗器、调相机中的损耗电能、调相机辅机的损 耗电能；( 4 ) 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；( 5 ) 电晕损耗电能；( 6 ) 绝缘子的泄漏损耗电能( 数量较小，可以估计或忽 略不计) 。 2 、理论线损率 理论线损率是供电部门对其所属输、变、配电设备根据设备参数、负荷潮流、 特性等计算得出的线损率，其计算方法如下： 理论线损率一里紫1 0 0 式中：供电量= 输入电量+ 购入电量 2 3 电力网线损理论计算的范围 结合实际电力网特点，线损理论计算主要包括： 1 ) 3 5 k v 及以上输、变电网损计算与分析： 2 ) 1 0 k v 及以下配电网网损计算与分析； 主要有以下元件损失电量的计算：1 ) 各级变电所的降压变压器：2 ) 配电变压器； 3 ) 电容器；4 ) 各级电压的输电线路和电缆；5 ) 高压配电线路和电缆；6 ) 低压配电线 6 华北电力大学硕士学位论文 路；7 ) 接户线；8 ) 用户电度表及其它相关仪表设备。 下列损耗暂不列入计算范围： 1 ) 电晕损耗及绝缘子的泄漏损耗，其损耗量的大小与地理环境、气候重要数 据有关，目前缺乏成熟的计算方法，不列入； 2 ) 谐波对线损的影响比较复杂，目前尚无简捷准确的方法来计算，不列入。 2 4 代表日的选定、负荷实测及线损理论计算所需的资料和参数 2 4 1 代表日的选定 为了使线损的理论计算具有相当的代表性，代表日的选择应遵循以下原则： 1 ) 电网的运行负荷及运行方式均为正常情况( 无较大故障及突发事件) ，具有 代表性，原则上不安排大的停电检修工作； 2 ) 各用户的用电负荷比较典型； 3 ) 日供电量和日售电量接近于全月或全年的日平均水平； 4 ) 代表日的气候应为当地正常气象条件( 温度、湿度等均接近计算期的平均 值) 。 2 4 2 负荷实测 代表日选定后，就进行负荷的实际测量。线损理论计算结果的准确性很大程度 上取决于代表日负荷实测数据和设备参数的准确性。所以在实测前，要对测量表计 ( 主要是电流互感器、电压互感器、电流表、电度表等) 进行校核，以使测量数据准 确。 代表日负荷实测记录，对3 5 k v 及以上电压等级输电网络，电网运行参数直接 由s c a d a 历史数据库中读取；而配电网的实测记录则有以下几种： ( 1 ) 大用户专用高压配电线路、专用配电变压器高压侧和低压侧的2 4 小时负 荷电流抄表记录；或是电压、功率、功率因数等抄表记录；或是电压、有功电度、 无功电度的抄表记录； ( 2 ) 对典型的配电变压器进行代表日负荷实测。选择占公用配电变压器比重最 大的各种容量级别的配电变压器作为各典型配电变压器的容量。然后在这些典型容 量的配电变压器中，根据它们供给不同负荷( 照明、动力、照明与动力合用等) 的特 点，再考虑实测的可能性，对它们进行负荷实测。 7 华北电力大学硕士学位论文 2 4 3 资料的搜集 资料的搜集主要包括设备参数资料和运行参数资料。其中设备参数资料有： 1 ) 代表日当天供电地区系统运行接线图； 2 ) 各台主变压器、电容器组、电抗器的参数资料( 铭牌或试验数据，如没有上 述资料可参照同类型设备的参考资料) ； 3 ) 高压输电线路的阻抗图和高压配电线路的单线图，包括导线型号、线路长 度、线路电阻( 高压输电线路还需线路电抗) 的实际有名值；一条线路有几种不同型 号线段的情况下，应分别标注各线段的长度参数； 4 ) 低压配电线、接户线总长度的统计资料，各配电变压器的低压配电线路数， 相线和中性线的型号等资料； 5 ) 公用配电变压器平时的运行记录； 6 ) 电容器在代表日投入运行的有关资料； 7 ) 接户线不同导线型号的总长度、每公里每月平均损失电量( 统计值) ： 8 ) 单相电度表和三相电度表的统计资料。 运行参数资料主要有： 1 ) 电网关口表计代表日整点从相邻电网输入和向其他相邻电网输出的有功功 率、无功功率、电压、电流以及连续2 4 h 累计有功、无功电量； 2 ) 3 5 k v 及以上变电所变压器各侧、各级电压输电线路和中、高压配电线路始 端代表日各整点电流、有功功率、无功功率以及连续2 4 h 累计有功、无功电量； 3 ) 3 5 k v 及以上电网代表日停运的变压器和线路，并绘制电网整点潮流图； 4 ) 3 5 k v 及以上用户代表日各整点的电压、电流、有功功率、无功功率( 或者有 功功率和功率因数) 和连续2 4 h 累计有功、无功电量； 5 ) 1 0 k v 各公用和专用配电变压器代表日各整点的电压、电流和连续2 4 h 累计 出口电量；如果有1 0 k v 支路计量设施，应读取连续2 4 h 累计电量； 6 ) 代表日的温度、湿度、气压等。 2 5 常用电力网线损理论计算方法 2 5 1 均方根电流法 均方根电流法是电网理论线损计算的基本方法，也是最常用的方法。均方根电 流法的基本思想是，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 8 华北电力大学硕士学位论文 同一时间内所产生的电能损耗。其计算公式如下： 鲋一珥r f 1 0 。3 ( 2 1 ) 式中：鲋为损耗电量( k w h ) ；r 为元件电阻( q ) ；t 为运行时间( h ) ；b 为均方根 电流( a ) 。 均方根电流0 计算公式如下： ， l 棒| 式中：为代表日整点负荷电流( a ) 若实测为号、q ；、q ，均方根电流0 可以使用以下公式计算： i | ( 2 2 ) ( 2 3 ) 式中：只为代表日整点时通过元件电阻的有功功率( k w ) ；q ： 为代表日整点时通过元 件电阻的无功功率( k v a r ) ；q 为与e 、q 同一时刻的线电压( k v ) 。 相应的电能损耗计算公式如下： 冬只2 + 砑 鲋。鱼翌一瓜1 0 4 ( 2 4 ) z 4 若实测为有功电量、无功电量和电压，均方根电流可以使用下式计算： i i f | ( 2 5 ) 式中：以为代表日整点有功电量( k w h ) ；a 为代表日整点无功电量( k v a r h ) ；为 与4 。、4 同一时刻的线电压( k v ) 。 相应的电能损耗计算公式如下： 继 鲋：鱼蟹殿1 0 4 ( 2 6 ) 式中：4 ，为代表日整点时通过元件电阻的有功电量( k w h ) ；4 为代表日整点时通 过元件电阻的无功电量( k v a r h ) 。 9 华北电力大学硕士学位论文 2 5 2 平均电流法( 形状系数法) 平均电流法也称形状系数法，是利用均方根电流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。平均电流法的基本思想是，线路中流过 的平均电流所产生的电能损耗相当于实际负荷在同一时间内所产生的电能损耗。其 计算公式如下： 4 3 j 三k 2 j “1 0 3 ( 2 7 ) 式中：鲋为损耗电量( k w h ) ；r 为元件电阻( q ) ；t 为运行时间( h ) ；l 为平均电 流( a ) ；k 为形状系数。 形状系数k 的计算公式如下： ， k 。卫 ( 2 8 ) l 式中：，矿为代表日均方根电流( a ) ：l 为代表日负荷平均电流( a ) 。 若实测为有功电量、无功电量和电压，平均电流也可以使用以下公式计算： i | ( 2 9 ) 式中：4 为代表日的有功电量( k w h ) ；4 为代表日的无功电量( k v a r h ) ；为代表 日的电压平均值。 电能损耗计算公式如下： 鲋等k 2 府1 0 。3 ( 2 - 1 0 ) v 口 式中：4 为代表日通过元件电阻的总有功电量( k w h ) ；4 为代表日通过元件电阻的 总无功电量( k v a r h ) ；为平均线电压( k v ) ；r 为元件电阻( q ) ；f 为运行时间( h ) 。 形状系数k 根据负荷曲线的负荷率厂及最小负荷率口确定，较为复杂。 2 5 3 最大电流法( 损失因数法) 最大电流法也称损耗因数法，是利用均方根电流与最大电流的等效关系进行电 能损耗计算，由均方根电流法派生而来。最大电流法的基本思想是，线路中流过的 最大电流所产生的电能损耗相当于实际负荷在同一时间内所产生的电能损耗。其计 算公式如下： m = 3 j r 孟职f 1 0 。3 ( 2 1 1 ) l o 华北电力大学硕士学位论文 式中：鲋为损耗电量( k w h ) ；r 为元件电阻( q ) ；t 为运行时间( h ) ；k 为最大电 流( a ) ；f 为损耗因数。 损耗因数f 的计算公式如下： f 。善( 2 1 2 ) 二- i 式中：，矿为代表日均方根电流( a ) ；k 为代表日负荷最大电流( a ) 。 损耗因数f 值的大小随电力系统的结构、损失种类、负荷分布及负荷曲线形状 不同而异，特别是与负荷率，密切相关，分析表明：损耗因数f 与负荷率厂的关系 应介于直线和抛物线之间，即： f = 卢厂+ ( 1 一卢) ，2 ( 2 1 3 ) 式中：卢是与电力网负荷曲线形状、网络结构及负荷特性有关的常数，通常介于 o 卜o 4 之间，在不同网络结构下，卢值不同，负荷率。 对于损耗因数f 有三种计算方法，第一种是利用理想化的负荷曲线推求f ( 厂) 关系，第二种是采用统计数学方法来求取f ( 厂) 的近似公式，第三种是数学积分方法 求取f ( ，) 的近似公式。 对损耗因数f 第一种计算方法，采用以两级梯形的理想化负荷曲线作为极限状 态，分析得到如下损耗因数f 计算公式： ，- 世笋+ 帮厂2 ( 2 1 4 ) 式中：f 是损耗因数；厂是负荷率；卢是常数。 对损耗因数f 第二种计算方法，采用二项式公式和三项式公式近似求取。 在二十世纪七十年代，我国上海地区采用： ，一o 1 7 5 ，+ 0 8 2 5 ，2 ( 2 1 5 ) 式中：，是损耗因数；厂是负荷率。 使用三项式求取损耗因数f ，求取的计算公式如下： ，一( 0 1 2 4 + o 8 7 6 厂) 2 ( 2 1 6 ) 对损耗因数f 第三种计算方法，采用双动点形成的四折线代表持续负荷曲线 族，利用分段积分方法求取如下计算公式： f = 0 6 3 9 ，2 + 0 3 6 1 ( ，+ ，卢一声) ( 2 1 7 ) 式中：f 是损耗因数；，是负荷率；卢是常数。 华北电力大学硕士学位论文 2 5 4 等值电阻法 等值电阻法的基本思想是，在配电线路首端，假想一个等值的线路电阻凡，通 过线路首端的总电流( ) 产生的损耗，与线路各段不同的分段电流通过分段电阻 r 产生的损耗总和相等。一条1 0 k v 配电线路代表日电能损耗计算公式如下： m a 玎吃r 1 0 3 ( 2 一1 8 ) 式中：鲋为电能损耗( k w h ) ；z 为代表日计算时段，取2 4 ；矿为第f 段线路上时间 z 内的均方根电流( a ) ；r 第f 段线路导线电阻( q ) ；以为该条线路导线的总段数。 上式也可以写成如下表示： 鲋。丁窆销1 0 习 ( 2 - 1 9 ) 钮u 1 式中：最矿为第f 段线路上代表日计算时段r 内的均方根有功功率( k w ) ；q 为第f 段 线路上代表日计算时段r 内的均方根无功功率( k v a r ) ；为代表日对应于只、q ：f f 处的电压( k v ) 。 设该条配电线路首端等值电阻心在通过线路出口的总均方根电流为，一，或总均 方根功率岛、q 咖在时段丁内产生的电能损耗，与各段不同的分段均方根电流矿或 均方根号、q f r 在时段z 内产生的电能损耗总和相等，则可以写成如下表示： 鲋一3 r r 1 0 一一3 赡1 0 习 ( 2 2 0 ) 式中：为第f 段线路上代表日计算时段z 内的均方根电流( a ) ；r 。为线路等值电 阻( q ) ；l 为线路首端代表日计算时段r 内的总均方根电流( a ) 。 上式也可以做如下表示： 鲋= z 砉岛枷。3 一丁簪删。句2 ， 如掣；棼 2 2 ， 1 2 华北电力大学硕士学位论文 瑶哦 凡一争1 0 4 ( 2 - 2 3 ) 式中：为额定电压( k v ) ；哦为第f 台配电变压器额定短路功率损耗( k w ) ；为 该条线路全部配电变压器的额定容量总和( k v a ) ；朋为线路上配电变压器数量。 配电线路总的等值电阻计算公式如下： = 吃+ 疋 ( 2 2 4 ) 式中：屯为配电线路总等值电阻( q ) ；尺c ，为配电线路等值电阻( q ) ；屯为配电线 路上的全部配电变压器等值电阻( q ) 。 配电线路代表日电能损耗计算方法如下： 排r 薹战+ 铮2 0 - 3 ( 2 - 2 5 ) 式中：鲲。为第f 台配电变压器空载损耗( k w ) ；4 为代表日有功电量( k w h ) ；如为 代表日无功电量( k v a r h ) ；为线路总的等值电阻( q ) ；代表日平均电压( k v ) ； k 为配电线路负荷曲线形状系数。 2 5 5 潮流法 潮流法是电网理论线损计算中精度较高的计算方法。某一个月( 或某个时间段) 的电能损耗计算可以归结为日电能损耗计算。日电能损耗计算方法主要有两种： 1 ) 功率法。根据每小时发电机的有功、无功( 电压) 数据、负荷的有功、无功( 电 压) 数据、网络拓扑结构及元件阻抗参数进行潮流计算，得出各节点电压，然后计 算各条支路的损耗。将所有支路的损耗相加，即是全网一小时的损耗；将2 4 小时 的损耗相加，即得出一天的线损。 2 ) 电量法。由于电能表的精度比功率表的高，人们往往希望电量数据参与线损 计算，其基本思路是首先将电网各节点一天2 4 小时的负荷折算成以相应2 4 小时的 总功率为基准的负荷或出力分配系数，再将代表日电量( 有功电量和无功电量) 乘以 相应负荷或出力分配系数，形成2 4 小时各个节点负荷的有功功率和无功功率，进 行潮流计算，其余计算与功率法相同。在实际应用过程中，如果能够完整获得一个 月的详细数据，那么就对区间进行精细划分，将一个月分解为3 l 2 4 = 7 4 4 个时间段， 并对每个时间段分别进行潮流计算，即选定的代表日数为3 1 天，我们称这种做法 为完整潮流算法。如果不能完整获得一个月的详细数据，则可以采用代表日潮流算 法，其计算过程为：1 ) 将该月( 或某个时间段) 分解为m 个代表日，第i 个代表日在 1 3 华北电力大学硕士学位论文 一个月( 或某个时间段) 出现的天数为t i ：2 ) 用牛顿一拉夫逊潮流计算方法，分别计 算每个代表日的电能损耗a p i ；3 ) 该月( 或某个时间段) 的电能损耗为： a p = m i a p i t i 。配电网潮流计算以馈线作为基本单元，基本任务是求解出系统的状 态变量，即馈线上的各母线的电压或功率。随着电网网络结构复杂化，负荷节点数 量多，运行数据无法全部收集等因素，传统的计算方法已经不再实用，必须进行改 进和创新，研究出新的潮流算法。新的潮流算法主要有改进迭代法、匹配潮流法、 基于区间算法的配电网三相潮流计算方法等，新的计算方法需要进一步深入研究， 逐步实用化。潮流法的优点是计算精度高，缺点是由于配电网需要收集的数据资料 多，若表计不全或运行参数收集不全，或者网络的元件和节点数太多，运行数据和 结构参数的收集整理困难，则无法采用潮流方法。 2 5 6 最大负荷损耗小时法 最大负荷损耗小时法的意义是，在一段时间内，若用户始终保持最大负荷不变， 此时在线路中产生的损耗相当于一年中实际负荷产生的电能损耗。最大负荷损耗小 时法的优点是：通过计算出最大负荷损耗小时数t ，能够计算出电能损耗，计算需 要资料少，计算简单。缺点是：最大负荷损耗小时法计算精度较低，一般用来估算 年度配电网理论线损，不宜进行精确计算。 2 5 7 电压损失法 对于低压配电网理论线损计算， 以时，要用最小误差平方法来确定口。 定义一误差向量e ，有： p = 【气，乞，r 则量测向量方程为： y ：西臼+ 按照误差平方准则，建立目标函数厂( 又称代价函数) ，则 ，= 孑一( y 一日) ( y 一中p ) ( 3 6 ) 选择一组占使目标函数j 为最小。用矩阵矢量微分，将j 对日求导，并令其为零， 则有： 乱跏协岫一。 解上式可得 占= ( r 西) 1 r y 上式即为最小二乘法的估计公式。 3 3 电力网结线分析及对原始数据做不良数据预处理 3 3 1 对应于遥信与遥测一致性检测的电网结线分析 ( 3 7 ) ( 3 8 ) 全网的线损理论计算是基于电力系统的潮流计算，而潮流计算结果随网络结线 的变化而变化。电网结线分析就是根据遥信量与遥测量一致性的检测，实时判断线 损理论计算条件是否符合电网实时结线方式。具体方法如下： 2 4 、l，、l，、l， 3 4 5 一 一 一 3 3 3，j，-、，f 华北电力大学硕士学位论文 线路开关断开时，线路功率量测应接近于0 。若二者不一致，则配合对侧线路 状态判断。若对侧开关断，则认为遥信可信，线路功率记为坏数据或置为伪量测o ； 若对侧功率与本侧线路功率量测匹配，则认为遥测可信，线路开关遥信记为坏数据。 线路开关闭合时，用类似方法处理。 3 3 2 不良数据的预处理 由于量测设备的逐步完善，系统中不良数据的存在毕竟是少数。考虑到不良数 据辨识的快速性，采用逐个厂站进行不良数据的辨识检测： ( 1 ) 限值检测：对任一量测量做肘m i n 吩j i f m x 验证，超出限值范围的数据直 接记为不良数据； ( 2 ) 母线注入量基尔霍夫检测：对某一母线的所有注入功率量测做基尔霍夫定 律检测，即至曰 f 。其中：是母线上所连的支路数；占是预定的阀值。若不满足 该约束，则相关数据记为可疑数据； ( 3 ) 对端遥测匹配检测：线路对端功率量测应满足极性相反、数值接近的关系， 首先判断数值接近i 弓l i e i n ，并且量测量实际上存在误差， 因此，利用最小二乘法求解出使加权残差平方和最小的状态向量x ，从而达到用拟 合的办法求出系统状态在某种估计准则意义上的最优估计值的目的。建立目标函数 2 5 华北电力大学硕士学位论文 为： ，o ) 。【z 一| l ( x ) r 尺_ 1 【z 一 o ) 】 ( 3 一l o ) 使j ( x ) 达到最小的状态向量x 即为所求。 由于h ( x ) 是x 的非线性向量函数，无法直接计算x ，故采用与牛顿法类似的迭 代算法解算，首先对h ( x ) 进行线性化假设，令而是x 的某一近似值，可以在附近 将h ( x ) 进行泰勒展开，忽略二次以上的非线性项之后，得到： j i i o ) 一 ) + 日) 睑 ( 3 1 1 ) 式中：缸z 一而，h ( x ) 是佃甩) 阶量测矢量的雅可比矩阵，日) ；丝婴l 。最后 瓤l l 咖 有迭代格式： x 7 ) - 【日r g m ) 尺一1 日o p ) 1 1 日r o u 皿1 【z 一 o u ) 1z 。“= 工7 + x ( 3 1 2 ) 在约定的精度要求下，经过若干次迭代，x 将收敛到最优估计z 。 求得满足精度要求的状态估计向量z 后，根据各电气设备的参数，利用网络理 论进一步计算出完整、精确的运行参数，其中主要包括：各线路的方向有功功率和 无功功率，变压器各侧绕组通过的功率以及各节点电压幅值、节点注入有功、无功 功率等。 3 4 2 快速p 0 分解状态估计法 快速p q 分解状态估计算法计算速度快、收敛性较好，是一种优良实用的算法。 由于高压电网中有功和电压、无功和功角是弱耦合，采用快速p q 分解状态估计 法简化计算过程： ( 1 ) 将有功和无功解耦进行计算； ( 2 ) 雅可比矩阵的常数化。 首先，将状态矢量x 分为电压相角0 和幅值v 两类： 扣吲 ( 3 1 3 ) 式中：口为o ，x 1 ) 阶节点电压相角矢量；v 为( 1 ) 阶节点电压幅值矢量o pa ，l 。) 。 对应地，将量测矢量z 也分为有功、无功两类，式( 3 9 ) 可写成： z 一 乏】。 乏箸：3 】+ ：】 c 3 一4 ， 式中：z ，为伽，1 ) 阶有功量测矢量，在高压环网中计及有功功率的流向，包括支路有 华北电力大学硕士学位论文 功潮流弓、巳及节点注入有功功率置的量测量；为沏吁1 ) 阶无功量测矢量，在高 压环网中计及无功功率的流向，即包括支路无功潮流鳞、q f 以及节点注入无功功率 q 的量测量：口为加，1 ) 阶电压相位矢量；y 为魄1 ) 阶电压幅值矢量；w p 为对应 于z p 的o ，1 ) 阶随机量测误差矢量；为对应于毛的o 。1 ) 阶随机量测误差矢量。 利用以上两项简化假设，可以推导出快速p q 分解法的第1 次迭代格式如下： 瑶心坷妒- 瞎心埘眩以妒，咖 ( 3 15 ) 瑶y 碍心d k 心y 碍k 一，妒) 1 ( 3 16 ) 式中：日、日分别为0 p 1 ) 阶节点电压相角矢量及其变化量；v 、y 分别为(