（电气工程专业论文）新型电网线损理论计算及降损分析系统开发研制.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 在电力系统中，输电、变电、配电和营销各环节中都会产生电能损耗 和损失，如何对线损进行管理，是供电企业成本管理的一项重要内容。市 场经济的发展要求供电企业以经济效益为中心，同时节能减排的宗旨，又 要求最大效率的利用资源，减小能源消耗，因此，准确合理的配电网线损 理论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。 随着电网结构的提取复杂，线损管理与计算的技术难度和工作量越来 越大。以往电网线损理论计算和分析系统相对落后，无图形录入部分，不 直观，需要根据绘制线路图自行编制节点编号，进行数据录入分析。数据 输入繁琐，计算过程抽象，有些线路参数需要在表格内输入，没有实现严 格意义上的可视输入。而且损耗是与负荷电流的平方成比例关系，随着用 电水平逐步提高，这些弊端也就会越来越突出，增加了供电企业的管理难 度。因此，随着计算机技术的提高及在科研领域内的普及，开发一种更加 实用的线损管理系统，已经成为一种发展趋势。 本文首先分析了目前国内外电网线损计算的现状和发展趋势，并结合 不同电压等级电网的结构和用电特点，分析了各级电网线损的构成，阐述 了电力网电能损耗计算的基础知识，对常用的几种传统线损理论计算方法： 均方根电流法、平均电流法、最大电流法、等值电阻法等进行分析比较。 其次，本文通过分析电网的拓扑结构、设备参数、实时信息，进行潮 流计算，对数据进行分析，来解决主网、配网的理论线损，统计线损计算。 通过各部门的线损计算结果逐层，逐级形成汇总报表，提供有效合理的降 损方案。针对设计的目的和方案，利用现代电网提供的自动化信息平台与 计算机网络技术，开发出准确、可靠、实用的新型电网线损计算与分析系 统。为各级供电企业降损节能、线损管理工作提供理论依据。 最后，利用新型电网线损理论计算和降损分析系统，对工程实例( 邹 城供电公司1o k v 公园线) 进行线损分析，通过调整某片区电压、改变线路 型号、变压器经济运行校验，得出降损策略，并给出节能降损和无功优化 方案。 关键词：线损、配电网、理论计算、降损分析 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h el i n el o s so fp o w e rn e t w o r ki sc a u s e di ne v e r ys t e pi nt h e p r o c e s so ft r a n s m i s s i o n ，d i s t r i b u t i o n ，a n du t i l i z a t i o no fe l e c t r i c a l e n e r g y m a n a g e m e n tl i n e l o s si sa ni m p o r t a n te l e m e n ti nc o s to f p o w e rs u p p l ye n t e r p r i s e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm a r k e te c o n o m y ， i t r e q u e s t s t h e p o w e rs u p p l ye n t e r p r i s et ot a k et h ee c o n o m i c e f f i c i e n c ya s ac e n t e r ，a tt h es a m et i m et om a k eu s eo ft h er e s o u r c e m o s te f f i c i e n t l y t h e r e f o r em o r er e a s o n a b l ea n dp r e c i s ec a l c u l a t i o n o ft h et h e o r e t i c a ll i n el o s si sap o w e rt o o lf o rp o w e rd e p a r t m e n tt o a n a l y z et h el o s sc o m p o n e n t ，a n dt oc o n s t i t u t em e a s u r et or e d u c et h e l i n el o s sr a t e i ta l s oh a sag r e a ti m p o r t a n c ei na c c e l e r a t i n gt h ep o w e r e n t e r p r i s et or e d u c ee n e r g yc o n s u m i n g ，d r a wo u tp o t e n t i a l ，i n c r e a s e e c o n o m i c e f f i c i e n c y ，o p t i m i z ep r o j e c td e s i g n s ，a n ds t r e n g t h e n o p e r a t i o nm a n a g e m e n t a l o n gw i t hp o w e rs y s t e m si n c r e a s i n g l yc o m p l e x i t y ，t e c h n i q u e d if f i c u l t ya n dw o r k l o a di nt h em a n a g e m e n ta n dc a l c u l a t i o no fl i n e l o s sb e c o m eg r e a t e r f o r m e rt h e o r e t i c a ll i n e l o s sc a l c u l a t i o na n d a n a l y s i ss y s t e m sa r ec o m p a r a t i v e l yd r o pb e h i n dw i t h o u tg r a p h i c si n p u t s e c t i o n i tr e q u e s t su st on u m b e rt h en o d e sa c c o r d i n gt ol i n eg r a p h i c s ，a n di n p u t t h ed a t af o ra n a l y s i sm a n u a l l y t h ed a t ai n p u ti sf u s s y , a n dt h ec a l c u l a t i o ni s a b s t r a c t al o to fl i n ep a r a m e t e r sa r en e e d e dt oi n p u ti nt a b l e s ，u n a b l et or e a l i z e s t r i c ti n t u i t i o n i s ti n p u t t h el i n el o s si sp r o p o r t i o n a lt ot h el o a dc u r r e n t ss q u a r e a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i c a le n e r g yu t i l i z a t i o nl e v e l ，t h e s e d r a w b a c k sw i l lb e c o m em o r ea n dm o f ge v i d e n t ，i n c r e a s i n gt h em a n a g e m e n t d i f f i c u l t yo f p o w e rs u p p l ye n t e r p r i s e t h e r e f o r ei t sat r e n dt oe x p l o r e am o r ea p p l i e dl i n el o s sm a n a g e m e n ts y s t e mw i t ht h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e rt e c h n o l o g y a n di t s p o p u l a r i z a t i o n s c i e n t i f i cr e s e a r c h d o m a i n t h i sp a p e rf i r s t l ya n a l y z e st h ea c t u a l i t ya n dd e v e l o p m e n tt r e n do f p o w e rn e t w o r kl i n el o s sc a l c u l a t i o ni n s i d ea n do u t s i d e ，a n a l y z e sa l l l e v e lsp o w e rn e t w o r k sl o s sc o m p o n e n tb a s e do n c o n f i g u r a t i o na n d u t i l i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tv o l t a g el e v e l sg r i d t h ep a p e r e x p a t i a t e sa tb a s i ck n o w l e d g eo fp o w e rn e t w o r kl i n el o s sc a l c u l a t i o n ， 山东大学硕士学位论文 a n dc o m p a r e st h em a i na l g o r i t h mm e t h o d su s u a l l yu s e ds u c ha st h e r o o t m e a n s q u a r ee l e c t r i cc u r r e n tl a w ，t h em a x i m u mc u r r e n tl a w ，t h e m e a nc u r r e n tl a w ，t h ee q u i v a l e n tr e s i s t a n c el a wa n ds oo n t h e n ，t h i sp a p e re x e c u t e sp o w e rf l o wc a l c u l a t i o nb ym e a n so fa n a l y z i n gt h e n e t w o r k ss t r u c t u r e ，e q u i p m e n tp a r a m e t e ra n dr e a lt i m ei n f o r m a t i o n t h er e s u l t d a t ai s a n a l y z e dt os o l v et h el i n el o s so ft r a n s m i s s i o n a n dd is t r i b u t i o n n e t w o r k t h es u b m i tr e p o r tf o r mi sf o r m e da tt h es a m et i m e ， s u p p l y i n gs o m er e a s o n a b l em e a s u r e st or e d u c et h el i n el o s sr a t e t h e d e s i g na i m sa te x p l o r i n gp r e c i s e ，r e l i a b l ea n da p p l i e dp o w e rn e t w o r k l i n el o s sc a l c u l a t i o na n da n a l y s i ss y s t e mb y t a k i n ga d v a n t a g e so f a u t o m a t i z a t i o ni n f o r m a t i o na n dc o m p u t e rn e tt e c h n o l o g yp r o v i d e d b yt h em o d e r np o w e rn e t w o r k ，i no r d e rt op r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i si n l o s sr e d u c i n g ，m a n a g e m e n ta n de n e r g ys a v i n ga n df o ra l ll e v e l so f p o w e rs u p p l ye n t e r p r i s e s a tl a s t ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ez o u c h e n gp o w e rs u p p l yc o m p a n y s 110k vg n g y u a nl i n eu s i n gt h en e ws y s t e mi n t r o d u c e da b o v e ，e d u c e s l o s s r e d u c i n gm e a s u r e s s u c ha s a d j u s t i n gv o l t a g eo fs o m ez o n e ， c h a n g i n gt y p e o f l i n e ，v e r i f y i n g t r a n s f o r m e r s e c o n o m i c a l l y o p e r a t i o na n ds oo n k e yw o r d s ：l i n el o s s ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n ， l o s s r e d u c i n ga n a l y s i s 5 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 薹奎重日期：坦璺：垒圣! 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：扭导师签名： 驭日 期：! 皇：垒堑 山东大学硕士学位论文 1 1 研究的目的和意义 第一章绪论 电力网电能损耗( 简称线损) 是电能从发电厂传输到客户过程中，在 输电、变电、配电和营销各环节中所产生的电能损耗和损失。线损电量包 括从发电厂主变压器一次侧至用户电能表的所有电能损失，是用供电量与 售电量相减计算出的。线损电量占供电量的百分比称为线路损失率，简称 为线损率。计算公式如下： 线损率= 等川o = 訾川。 线损率是综合反映电力网规划设计、生产运行和经营管理水平的主要 经济技术指标。线损率根据管辖范围和电压等级可分为一次网损率和地区 线损率，地区线损率还可分为地区网损率和配电线损率心3 。其分网( 级) 、 示意图见图卜1 _ 一地区网： 一次网损 i 叫一 地区线损 图卜1 电力网线损分网( 级) 示意图 线损理论计算是根据电正常运行方式，计算电网中每一元件的实际有 功功率损失、无功功率损失和在一定时间内的电能损失。配电网理论线损 计算的主要目的是通过对电能在输送和分配过程中各元件产生的电能损耗 及各类损耗所占比例的计算，来确定配电网线损的变化规律；从而可分析 存在的问题，以采取改善电网结构及降低能耗的技术管理措施，将电能损耗 降低到一个比较合理的范围之内。准确合理的配电网线损理论计算是电力 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 山东大学硕士学位论文 要意义阳1 。目前，由于配电网结构的复杂性、参数多样性和资料不完善以及 缺乏实时监控设备，准确计算配电网理论线损比较困难。但是其电能损耗 却几乎占整个电网电能损耗的一半。因此，随着我国配电网自动化程度的 不断提高，深入研究配电网理论线损计算的方法有重要的意义。 1 2 课题研究的现状 目前，我国的线损率管理在世界上处于中等水平，与世界上发达国家 相比还有不小的差距，节能降损潜力比较大。运用现代化管理手段，摒弃 粗放管理，更好地应用定量的、可操作的，可考核的科学管理方法，把不 合理的电能损耗减少到最小，提高线损率水平，对于提高电网的经济运行 水平有着重要的意义。 配电网理论线损计算方法，主要分为两类：一类是依据网络主要损耗 元件的物理特征建立的各种等值模型算法；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算法。传统计算方法，如均方根电流法、 平均电流法等，计算结果精度不高，不便于降损分析。针对这种情况，近 几年来，部分学者将遗传算法( g a ) 、人工神经网络( a n n ) 和模糊识别等理论 应用于配电网理论线损计算，研究计算速度快、计算结果精度高的数学模 型，丰富和发展了理论线损计算方法，拓宽了研究思路h 3 。 针对本课题系统的研究了本单位目前使用的线损理论计算软件，发现 其已明显表现出软件平台落后、程序可移植性差、功能难以满足要求等弊 端，迫切需要研发功能强大、实用性好、易于推广应用的新型的电网损耗 计算与降损分析决策系统软件，以提高电网线损理论计算工作的自动化水 平并有效减轻线损管理工作人员的工作量。 当前理论线损计算与分析系统存在的几个问题，总结如下： ( 1 ) 电网线损理论计算与分析系统是在w in d o w s 9 8 操作系统上研制的， 对目前高速发展的计算机时代，已明显落后。 ( 2 ) 无图形录入部分，不直观，需要根据绘制的线路图自行编制节点编 号，进行数据录入分析。数据输入繁琐，计算过程抽象，有些线路参数需 要在表格内输入，没有实现严格意义上的可视输入。 ( 3 ) 重复输入线路数据，为数据的更新维护造成了困难。 8 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 配电线损计算部分模块不完善，采集的数据不具代表性。 ( 5 ) 当前的线损理论计算软件在计算时一般是以三相负荷平衡为基础 进行的，这只是假设，负荷不论怎么调整也不可能平衡，所以在这一假设 基础上的理论线损计算，其结果也是不准确的，导致线损理论计算结果要 远低于实际的损耗1 。 ( 6 ) 根据设备容量分摊电量；这一理论线损计算方法存有很大的弊端； 因为设备容量大用电量并不见得大，而容量小的用电量也不见得就小，导 致理论线损计算的结果不准确。 ( 7 ) 理论线损计算时未考虑线路补偿电容的影响，没有指出补偿电容安 装的最佳位置了。 ( 8 ) 没有给出进一步降低线损的技术措施；我们平时要求一线管理者在 进行管理时，低压三相负荷应尽量平衡，施工或改造时要求变压器及线路 补偿电容应该安装在最佳位置( 俗称负荷中心) ，线路结构要合理；我们只 是提出了定性的要求，而没有给出具体的、可操作的方法或工具。 ( 9 ) 虽然提供多种理论线损计算方法，但由于都是根据简化模型进行近 似计算，每种计算结果互不相同。 针对以上问题，在计算工具比较落后、用电水平也比较低、对理论线 损计算结果要求不高的过去，这些理论线损计算软件还能说得过去。但是 损耗是与负荷电流的平方成比例关系，随着用电水平逐步提高，这些弊端 也就会越来越突出，增加了供电企业的管理难度。这就需要加强对原理论 线损计算方法的研究，对软件系统的进行整改。 1 3 本课题的主要工作 本课题的主要作了如下几个方面的工作： ( 1 ) 在查阅大量文献的基础上，分析了目前国内外电网线损计算的现状 和发展趋势，并结合不同电压等级电网的结构和用电特点，分析了各级电 网线损的构成。 ( 2 ) 阐述了电力网电能损耗计算的基础知识，对常用的几种传统线损理 论计算方法：均方根电流法、平均电流法、最大电流法、等值电阻法等进 行分析比较。 ( 3 ) 基于现代电网提供的自动化信息平台，利用计算机网络技术，以电 o 山东大学硕士学位论文 网的拓扑结构、设备参数、实时信息为依据，开发准确、可靠、实用的新 型电网线损计算与分析系统。为各级供电企业降损节能、线损管理工作提 供理论依据。 ( 4 ) 利用工程实例( 邹城供电公司1o k v 公园线) 进行线损分析，并给出 节能降损方案。 l o 山东大学硕士学位论文 第二章电网的线损理论计算 电力网的电能损耗是电网内各元件电能损耗的总和，按与电网中负荷 电流的关系可分为可变损耗、固定损耗、其他损耗：按产生在电网元件的 部位，又可分为线路导线线损、变压器铜损、变压器铁损、电容器介质损 和计量表计中的损失等。 2 1 电能损耗的理论计算的基础 2 1 1 两个前提 ( 1 ) 整个电网的电能损耗计算建立在每一个电网元件的电能损耗计算 基础上。电网的电能损耗是网内各元件电能损耗的总和拍3 。 ( 2 ) 各元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。 2 1 2 数据资料 计算电能损耗时一般应收集下列资料： ( 1 ) 发电厂、变电所和电网的运行接线图。 ( 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) ( 3 ) 电力网中各元件的负荷、电压等参数。 2 1 3 代表日选定 代表日的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 ) 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 小时正点的发电、供电、输出、输入的电流，有功功率和无功功 率，电压及全天的电量记录。根据代表日正点抄录的负荷，并认为每小时 山东大学硕士学位论文 内负荷不变，绘制日负荷曲线。 2 2 基本计算方法 2 2 1 均方根电流法 均方根电流法的物理概念和意义：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产生的电能损耗。 设元件电阻为只心) ，通过此元件的电流为j 0 ) ，则该电力网元件于一天 内的电能损失值鲋按2 1 式计算： ：3f1 2 r d t 1 0 3 (：24aa d t1 0t 2 4 ) ( 2 1 ) = 3l 。 i = )( 2 1 ) 由于负荷曲线的解析表达式i = 厂o ) 不易获得，上式的积分难以求得。 一般是通过对该元件进行代表日2 4 小时负荷电流的实测，得出阶梯形负荷 曲线，然后按小时进行分段理论线损计算，在每一小时内可以近似的认为 负荷保持不变。 设代表日2 4 ：j 、时的负荷电流实测值为j 。、厶、，、1 2 。，则上式 变为 鲋= 3 + ，；+ + ，三j r 1 0 3 = 3 髟尺2 4 x 1 0 。 ( 2 - 2 ) 护殍= ( 2 - 3 ) 式中，乃代表日的均方根电流( a ) ；鲋代表日全天的线损电量( k w h ) 。 如果配电网元件的代表日2 4 t j , 时实测记录是有功功率p ( k w ) 、无功功率 q ( k v a r ) 和测量功率处的线电压u ( k v ) ，则该元件电阻r 中的日损耗电量为 a a ：乏2 4 学p 2 + n 2 r 1 0 。3 ( k w h ) ( 2 4 ) i = i u i 由于电力网中节点电压变化范围较小，可以近似的认为节点电压的方 差为零，则上式变为 山东大学硕士学位论文 2 4 ( 只2 + 岔) 创= 气 r 1 0 3 ( k w h )( 2 5 ) 如果配电网元件的代表日2 4 小时实测记录是每小时的有功电量a p ( k w h ) 、a q 无功电量( kv a f h ) 和测量点的平均电压u a v ( k v ) ，则该元 件电阻r 中的日损耗电量近似为 彳= 圯 r x1 0 3 ( k w h 、 ( 2 - 6 ) 均方根电流法是基本计算方法。该方法在实际应用中存在很多限制条 件： ( 1 ) 确定日均方根电流需要对各元件进行2 4 小时负荷电流实测，工作量 太大，并且实测数据的收集和整理也很费事； ( 2 ) 如果负荷电流实测时是从准确等级低的板式指示性电流表或钳型 电流表读取数据，误差较大，从而造成计算所依据的原始数据不全和不够 准确； ( 3 ) 在计算支线或干线的均方根电流时，只能用各负荷的均方根电流直 接代数相加减方法，没有考虑到负荷曲线形状的差异和各负荷功率因数不 同的影响。 由于这些原因，直接影响了计算结果的准确性和这个方法的推广使用。 2 2 2 平均电流法 平均电流法也称形状系数法，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。平均电流法的物理 概念是，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。 ，p k = 立：丝 ( 2 7 ) 。只， 式中，i ；，、p ；，为代表日均方根电流、均方根功率；i 。，、p 。，为代表日 平均电流、平均功率；k 为形状系数。 如果测得了2 4 小时的电流值，则不难算出2 4 小时的平均电流i 。， 1 3 山东大学硕士学位论文 即 i 科=互坐k 翌 ( 2 - 8 ) 2 42 4 形状系数k 的大小与负荷曲线形状有关，可根据负荷率f 和最小负荷率 b 确定k 的大小。 当f 0 5 时，可按直线变化的持续负荷曲线计算k2 值，即 卢+ ( 1 一3 ) 2 2 蕾 曲 当f 0 5 时，可按二阶梯持续负荷曲线计算k2 值，即 k ：丛害比 ( 2 1 0 ) 如此，可将电能损失aa 写成 鲋= 3 k 2 厶2 。犬丁1 0 。3 ( k u 7 0 ( 2 一l1 ) 平均电流法的优点是：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。 2 2 3 等效功率法 等效功率法由准确级别高的电能表读数求取平均功率，通过将负荷曲 线梯形化或查负荷曲线形状系数的方式获取节点等效功率，将电能损失的 计算问题转化为功率损失的计算问题，将计算时段内随时间变化的各节点 注入功率处理为节点等值功率，用一次潮流计算来确定系统各项损耗电量。 将线损计算问题转化为潮流计算问题，在负荷功率变化幅度不大的场合下 可得到较为满意的结果。与均方根电流法相比，等值功率法所依据的数据 主要是从准确级别较高的电度表中读取的，考虑了负荷曲线形状的差异和 各负荷功率因数不同的影响，降低和简化了对数据收集、整理的要求。其 计算原理如下： 根据均方根电流法，若用均方根功率替代均方根电流，代表日配网元 件r 中的电能损耗可表示为 1 4 山东大学硕士学位论文 彳= ( p 2 + q 2 ) 吒 r 1 0 ：笠竖x r x l 0 - 3 ( k 砌) ( 2 - 1 2 ) u ：v 。 式中，a 代表日配网元件r 中的电能损耗( k w h ) ； p ；，、q ；，为通过该元件的有功功率( k w ) 和无功功率( k v a r ) 的均方根值； u 。为功率测量点的平均电压( k v ) 。 均方根功率( 等效功率) 与平均功率p a y 、q a v 之间的关系可用式下式表 示： p 旺= k p 气= k p 易= 名= 鲁 ( 2 1 3 ) 其中k ，、k 。的大小与负荷曲线的形状有关，所以称之为负荷曲线的形状 系数，它们反应了负荷的平均值和均方根值之间的关系。而平均功率可以 方便地由准确级别高的电能表读数来求取，由此有： p 呼= k p 气= k p 易= 屹只，= 饧鲁 ( 2 1 4 ) 其中a a 。分别为代表日的有功电量( k w h ) 和无功电量( k v a r ) 。形状系 数的大小和负荷的负荷率f 、最小负荷率1 3 的大小有关： 鲋：3 兰雩墼j t x l 0 一，( k w h ) ( 2 - 1 5 ) i = l v o 式中，p 、p 。，、p m 为日负荷曲线的最大值、平均值和最小值。 有功功率形状系数可按下述公式计算： 当f 0 5 时 当f 0 5 时 k ；= 4 卢+ ( 1 一卢) 2 3 ( 1 + f 1 ) 2 k ；= 【厂( 1 + 卢) 一3 j 3 2 ( 2 1 6 ) ( 2 17 ) 对于无功功率，其日负荷曲线较有功功率曲线平坦，形状系数更加接 近于1 。 山东大学硕士学位论文 在实用中为简化计算，可取k ，= k o 。至此，可由平均负荷率求得等效 功率，用此等效功率作为各发电机的等效输出功率或负荷节点的等效负荷 功率，便可进行配电网潮流，再按潮流求得的全网等效功率损失乘以2 4 ， 即得代表日全网的电能损失。 文献 3 讨论了几种类型有功负荷曲线的形状系数之间的关系，指出二 阶梯曲线的形状系数是典型曲线中的最大值。当最小负荷率b 在0 2 0 3 以下时，等效功率法的误差能达到5 - - 10 。这时候可按最小负荷率分段进 行，减计算误差。 等效功率法也称最大电流法，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，由均方根电流法派生而来。最大电流法的优点 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。 2 2 4 等值电阻法 与平均电流法相同，等值电阻法的理论基础仍然是均方根电流法阳3 。 ( 1 ) 导线的等值电阻 在额定电压为6 1o k v 的输电线路导线电阻中，计算典型日时段t ( 年、 季、月、日) 内产生的电能损耗可表示为： 鲋= 3 噎 j f ，1 0 。3 = 3 善圮r r e q t t l o - s ( 七形功( 2 - 1 8 ) 或 警( , r ) x l o - s + t 郴 ( 2 _ 1 9 ) 中，、只、q ，分别为第i 段线路上在典型日内的均方根电流( a ) ，均方 根有功功率( k w ) 、均方根无功功率( k v a r ) ；j 为第i 段线路导线电阻( q ) ； m ，为该条导线的总段数；u 。为对应于只、处的电压( k v ) 。 设配电线在变电站出口处( 即首端) 的线路总均方根电流为， ，矿0 ) ， 在典型日内由出线电度表记录的电量折算的等效功率为， 龟。矿 ) 及， 山东大学硕士学位论文 呸，矿( 七v a t ) 、出口处电压( 即变电站6 lo k v 母线电压) 为u o y ) ，并令 鲋= 3 2 r e q t t 妒3 = 3 善咒r r e q t t 1 0 - 3 ( 胍乃) ( 2 屯o 或 鲋= 毪竽j tx 1 0 - 3 = 3 艺t = l 铅- - i ，枷弋删2 ， 成立，则可得 j 2 w ，：， 如，l = 卫广( q ) ( 2 2 2 ) 1 ，上厂 或 兰华 ，z ，2 专菏( 2 - 2 3 )1 。y u 2 0 上式中r , q i 称为该输电线导线的电能损耗等值电阻。它表示出由变电站记录 的线路总均方根电流( 或由出线电度表的电度数折算的等效功率) 在等值 电阻上产生的电能损耗，等于全部线段中实际的电能损耗。实际上，用上 式求等值电阻不仅要求知道网络结构参数，还要求知道运行数据，w 、 p ，、q ，等。收集和整理这些数据资料的工作量也是相当大的。在计算准 确性要求不太高的情况下，可进一步简化。假设负荷的分布按负荷节点装 设的变压器额定容量成正比( 即认为各变压器的负荷率相等) ，各负荷的 功率因数c o s ( p 和各节点电压均近似相等，全部负荷的负荷曲线形状相同， 则上公变为： ，= m i ( p ：+ 醵) _ ，：，s 2 1 f f c ，& = 型万一= 号r ( q ) ( 2 2 4 ) s 2 p 叫 ”。 式中s 、s ，厂为第i 段线路通过的均方根视在功率和线路出口处均方 根视在功率( k v a ) ：s 枷为通过第i 段线路供电的配电变压器的额定容量的总 和( k v a ) ；s u , y ，为该条配电线路全部配电变压器的额定容量总和( k v a ) 。 1 7 山东大学硕士学位论文 用上式计算等值电阻的优点是不要求收集运行数据，等值电阻r 训仅与 结构参数s 。和，有关。在一般情况下，各变压器的负荷率、功率因数、负 荷曲线形状都不相同，故计算的线损值偏小。实践证明，对一般城市电网 其误差可达到2 0 以上。 ( 2 ) 配电变压器绕组的等值电阻 配电变压器绕组中的等值电阻足吼r 可按求r 驯方法求得 s ，：，r 足。t = 号广一( q ) ( 2 2 5 ) o ， 式中，r 为第i 号负荷节点连接得配电变压器绕组的电阻( q ) ；m r 为 该条线路上连接的变压器台数；s 为第i 号负荷节点上连接的配电变压器 的额定容量( k v a ) 。 配电变压器等值电阻可直接由短路损耗求出，对于同一级电压的等值 变压器，其等值电阻可以写成 r a r 峨群峨， ，t = 一1 0 3 ( q ) ( k s ，) s = l ( 2 - 2 6 ) 式中，墨，峨。分别为第i 个节点上连接的变压器额定容量( k v a ) 和短 路功率损耗( k w ) ；k 为第i 个节点上连接的变压器的负荷曲线形状系数； u 为配电变压器额定电压( k v ) 。 假设配电变压器的均方根负荷曲线形状系数相同，则上式变为 碥叱，呒叱， k t = 卜x 1 0 3 = 卜1 0 3 ( q ) ( 2 2 7 ) ( s ) 。| s = l 计算出导线和配电变压器的等值电阻，则配电线路在时间t 内的总损耗 按下式求取 a a - - a r ，( ，+ 7 ) 1 0 。3 + t a p o ( k w h ) 鲋：丁华( ，+ r ) x l o - 3 + t 纰( k 砌) ( 2 - 2 8 ) ( 2 - 2 9 ) 或 略 山东大学硕士学位论文 式中z e o 为配电线路上全部配电变压器的空载损耗之和。 2 3 小结 本章主要叙述了配电网线损计算的基础。 首先对电网线损的构成进行分析，然后给出了电网线损计算时的基本 依据和所需的参数等条件，再次阐述了电网线损理论计算的几种基本方法： 均方根电流法、平均电流法、等效功率法和等值电阻法的原理及计算流程 作相互比较。为下一章节新型电网线损理论计算及降损分析系统开发研制 给出理论依据。 1 9 山东大学硕士学位论文 第三章新型电网线损理论计算及降损分析系统研制 对于输电网的线损计算，基本上是基于各种潮流算法的计算。对于1o k v 及以下配电网分支线多，连接元件多，负荷点多，结构复杂等原因造成配 电网理论计算比3 5 k v 及以上电网理论线损计算要繁杂，但是电能损耗却几 乎占整个电网电能损耗的一半。而且配电网各元件的运行数据具有一定的 随机特征，收集这些运行数据( 负荷资料) 和结构参数要耗费大量的人力、 物力，即便如此也不能保证数据的绝对完整与准确。因此，配电网理论线 损计算都以尽可能地减少原始资料收集范围为指导思想，通过合理的简化 和近似来计算配电网中各元件的损耗以及总损耗。 3 1 系统开发设计理念 3 1 1 解决的问题及目标 ( 1 ) 本设计方案，旨在解决下述问题： a 主网、配网的理论线损，统计线损计算 b 各管理部门线损计算结果逐层，逐级形成汇总报表 c 提供有效合理的降损方案 ( 2 ) 综合分析上述功能的实现环境，系统应具有如下特点： a 数据和信息复杂：有实时的、非实时的，自动采集的、人工维护的， 设备的，运行的等。 b 计算方法多样性：对于不同网络，不同类型的运行数据需要选择最 适合的计算方法，以期得到合理正确的线损结果。 c 对于主网，可以采用对数据要求严格的潮流计算，也可以采用量测 冗余较大的状态估计方法，可以使用典型日整点数据，也可以接入实时数 据进行在线计算。 d 对于配网，除必须的统计线损，在量测一定情况，也可进行配电潮 流计算等。实时性要求不高。 ( 3 ) 鉴于上述功能要求及系统特点，目前系统主要实现下述目标： 2 l 山东大学硕士学位论文 a 接线图管理 b 主网线损计算 c 配电网线损计算 d 降损策略分析线损 e 结果逐次自动汇总 f 同时支持多种数据形式接入，实时的，非实时的运行数据 g 历史数据查询比较 3 1 2 设计依据及标准 ( 1 ) 电力行业标准d l t 6 8 6 19 9 9 ，电力网电能损耗计算导则 g b 8 5 6 6 - 8 8 ，软件开发标准。 ( 2 ) 严格按照国家标准开发。 ( 3 ) 数据库采用通用流行商用数据库。 3 2 系统技术特色 ( 1 ) 采用简单易用的m ic r o s o f ta c c e ss 数据库。 ( 2 ) 图形与数据相融合的电网模型 图形数据平台采用面向对象程序设计方法，每一种元件都作为一个独 立的对象供用户调用。每一类元件的属性中都有四类参数： a 描述元件在电网模型中的形状及位置的几何参数； b 反应元件特性的结构参数； c 应用于线损计算的运行参数； d 标识用户管理规则的属性参数。 同时，对上述属性中与用户无直接关系的部分，如几何特性、厂站编 号与连接等，均由系统自动生成。 ( 3 ) 集建模、拓扑、计算、分析、管理、决策于一体的设计模式 在建立起电网模型后，系统通过对现场不同原始数据源( 如：s c a d a 系 统、关口量测、输电网、配电网、及各类m is 等) 的分类采集，自动提供 了三种适应不同对象的线损计算格式和方法：即统计线损、理论线损、实 时线损。 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 计算结果自动转入无功优化的格式，为降损策略的提出提供依据。 线损计算结果和降损策略也将自动转入管理模块，针对系统提供的线 损计算结果和降损策略按规定要求自动汇总，为用户自动提供最终的各类 报表及综合报告。 ( 5 ) 自动汇总功能 整个电网通过电气元件的物理连接构成一个整体，但从管理角度出发， 人为将一个整体划分成多个空间上相互独立的片区，每个空间片区在纵向 上按不同电压等级又划分为多个层，在汇总过程中实现： a 各空间独立的区域可独立进行线损计算，形成自己的汇总数据； b 下层管理单位的汇总数据自动递交后，在上一层汇总时，自动形成 新的独立空间，并在新的电压等级分层上进行数据自动闭环： c 各层汇总数据在逐级汇总后，在最高一层形成电网的管理属性和物 理属性双重统一的完整数据分析结果。 3 3 系统的体系结构及设计原理 3 3 1 体系结构 线损理论计算及分析系统可分为图形平台、数据库平台、线损计算模 块和汇总模块等四个部分。 如图3 1 所示： 山东大学硕士学位论文 3 3 2 设计原理 图3 1 结构模块图 ( 1 ) 首先以数据库平台为基础，完成对图形、数据的准备。 ( 2 ) 将各种准备的数据送入线损计算模块中。 系统提供两种网络的线损分析：主网线损和配网线损。 并提供多种线损计算途径：传统离线潮流计算、实时统计线损计算、 实时状态估计下的线损计算。 ( 3 ) 将计算得出的线损及潮流结果，送入分析模块。 ( 4 ) 同时，将计算及统计结果送入数据库以便自动生成汇总结果。 分析模块提供两种单元件损耗计算及无功优化计算两种工具。 ( 5 ) 无功优化可以将计算结果与前面根据实际数据测算出的线损进行 对比。两种分析工具得出的结果将作为降损策略分析的依据，为现场降低 线损提供建议。 ( 6 ) 汇总模块包含两部分功能：对本级线损统计汇总结果并生成报表， 同时，生成上级单位需要的汇总数据。 综上所述，在该系统中，图形平台和数据库平台是基础，线损计算模 块是核心，节能降损策略是目的，汇总上报是结果。 如图3 - 2 所示： 山东大学硕士学位论文 降损策略 图3 - 2 理论线损综合分析系统设计框图 3 4 基础平台设计 所谓基础平台，用以处理整个系统数据所依赖的载体，也是软件开 发的支撑平台。它主要包括各种电网元件的属性信息，拓扑信息，量 测信息以及处理这些信息的模型。 本系统采用面向对象的思想描述客观存在元件，以图形方式描述网 络结构，自动进行拓扑连接。对于与元件相关的各种运行数据，作为 对象的属性进