电气工程高电压与绝缘技术论文非线性不平衡负荷下1004kV配电网理论线损计算方法研究讲解

1、第1章绪 论第1章绪 论电能作为一种优质、清洁、方便、高效的能源，被广泛应用在动力、冶金、 化学、纺织、照明、通信、广播等各个领域，是科学技术发展、国民经济飞跃 的主要动力。自 20 世纪 90 年代起，我国就明确地说明能源工业的发展需要同 时重视能源的开发和节约，并且现阶段更要注重能源的节约。当前，随着改革 开发的不断深入，我国不再单方面的追求经济发展，更注重环境的保护和资源 的充分利用。电能作为全社会工业、农业等各个领域的基本能源形式，降损节 点就成为能源节约的一个重要手段。假设全国线损率降低一个百分点，则节约 的电力相当于新建了数十座百万容量的火电厂， 因此电网降损工作潜力巨大 1,21

2、.1 配电网线损研究背景及意义电能经电网传输到用户端一定会产生电能的损耗。在保证电网安全运行的 前提下，各供电和用电企业都以尽可能降低电网损耗为最终目标，从而使电能 更大程度地服务于用电企业和居民用户。电力网的规划和改造、最优网络的布局和接线方式的选取以及电网无功装 置的最优配置，都需要对电网的理论线损进行计算和分析。另外，通过对线损 进行详细计算，可以确定配电网各电气元件产生线损的多少以及其所占电网总 损耗的比重，明确配电网线损与电压运行水平、负荷、功率因数、无功补偿水 平等因素的内在联系，进而寻找出电网损耗主导因素，合理采取降损措施，从 而达到降损节电效果。第三，将理论线损计算结果与统计线

3、损进行比较，通过 两者的差值，可以了解电力企业的管理水平。如果两者相差较多，说明统计线 损中管理线损所占比重过重，供电企业的管理水平丞待提高。第四，通过理论 线损计算得到的线损相关数据，可以合理地制定线损的各个考核指标，也为降 损承包责任制的实施提供了依据。电网的理论线损计算对于各供电部门和有独 立供电系统的工业企业都是需要的，因此，对线损理论计算问题进行全面深入 的探讨是非常必要的。近年来，随着国家对于民营个体小企业的扶持以及人民生活水平的提高， 中低压配电网负荷用电量迅猛增长；另外，由于中低压配电网多采用辐射状接 线方式，供电半径大，并且存在变压器 “大马拉小车”的情况，导致中低压配 电网

4、线损在全网线损中所占比重较大。电力电子技术在家用电器中的应用也越来越普及，如节能灯、变频空调、 计算机等。这些非线性设备虽然单个对电网影响较小，但由于其在居民用户的 大量使用，给电网带来的谐波污染也需要引起关注。特别是低压配电网，负荷 不平衡已经使中性线有电流流过，而谐波电流中 3 的倍数次谐波电流的存在， 更加剧了中性线电流，很容易使中性线由于超过其载流能力而发生故障。另外， 谐波存在时，还会对电网中节点电压和无功补偿容量以及位置造成影响。1.2 配电网理论线损研究现状1.2.1 配电网理论线损传统计算方法自二十世纪三十年代起，配电网理论线损计算方法就已经被国内外学者研 究，它通过对网络中各

5、电气元件产生损耗原理分析后建立数学模型，并以所建 立的数学模型来计算实际配电网所损耗的电能。伴随着科技的快速发展，计算 机技术以及数学等其他领域的一些新方法被应用配电网理论线损的计算中，加 快了配电网理论线损研究和发展的步伐，使计算精度也达到了较高的水平，并 应用于实际工程中。目前，配电网理论线损计算方法的相关文献数量众多，将 这些文章进行分类汇总以后，基本上可将其分为两大类：传统算法和潮流算法。 这两大类方法分别适用于不同的配电网情况，下面对其分别介绍。（1）传统配电网理论线损计算方法均方根电流法 1-4均方根电流法计算配电网线损公式如下：23A 3I j2f Rt 10 3（1-1）式中，

6、 A表示损耗电量， kW h； I jf表示线路流过的均方根电流， A ； R 表示线路电阻， ； t 表示运行时间， h 。式（ 1-1）中均方根电流可由公式（ 1-2）计算得到：第1章绪 论Ijf24 A2A2APtAQt2t 1U t224(1-2)式中， I t表示整点时刻负荷电流， A ；APt 表示整点时刻有功电量， kW h ； AQt表示整点时刻无功电量， kvarh ； Ut表示整点时刻的线电压， kV 。均方根电流法作为配电网理论线损其它几种方法的基础，计算方法简单， 只要测量出代表日各配电线路的负荷电流或者通过测量表计测出各支路有功、 无功电量以及线电压等实际数据计算出代

7、表日均方根电流，就可以算出网络损 耗。但是，通过代表日均方根电流计算出的线损率不一定能真是地反映配电网 实际运行时段内的线损率，所以代表日的选取也会影响到线损的计算结果。另 外，在计算配电网主干线路电流时，将与主干线路相连的各支路电流代数相加， 没有考虑到三相电流之间的相角差，这也会引起线损计算的误差。最后，计算 过程中，始终认为负荷平衡，而中低压配电网中特别是低压配电网中三相负荷 不平衡现象非常常见，所以不平衡负荷对线损的影响也会造成计算的不精确。 文献4采用均方根电流法对低压配电网线损进行计算，将不平衡度对线损的影 响应用于负荷不平衡的配电网线损计算中，但是仍未解决代表日以及干路均方 根电

8、流采用支路均方根电流直接求和而引起的线损误差。最大电流法 2,3 最大电流法也被称作损耗因数法，其实质仍然是均方根电流法，只是通过 损耗因数将线路均方根电流和最大电流联系起来，用最大电流来计算配电网线 损。最大电流法计算损耗公式可表示为：A 3I m2axFRt 10 3 (1-3)式中， A 表示损耗电量， kW h ； Imax 表示线路流过的最大电流， A ；F 表 示小于 1 的损耗因数； R 表示线路电阻， ； t 表示运行时间， h 。文献 4给出负荷率 f 已知的情况下，损耗因数 F 的近似求法，如式( 1-4) 所示：F 0.3f 0.7f 2 (1-4) 最大电流法相较于均方

9、根电流法，在计算电能损耗的时候所需要的资料少， 不需要测得代表日一天内整点时刻均方根电流，仅需统计代表日内出现的最大 电流，减少了工作量。但是线路首端最大负荷电流取值或预测难以足够准确， 损耗因数不容易计算，并且损耗因数大小受网络结构以及负荷变化影响，而不 是一个固定不变的值。除此以外，和均方根电流法一样，代表日的选取也会影 响到计算结果，而且配电网三相电流是否平衡没有被考虑入内。平均电流法 平均电流法又被称为形状系数法，它和最大电流法计算线损类似，实质也 是均方根电流法，通过形状系数 K 表示平均电流和均方根电流之间的等效关系， 以平均电流计算配电网线损。此时，用平均电流法计算的电能损耗可表

10、示为：A 3I p2j KRt 10 3 (1-5)式中， I pj 表示线路流过的平均电流， A ；K 表示大于 1 的损耗因数； R表 示线路电阻， ；t 表示运行时间， h。采用平均电流法计算配电网线损时，只要测量到代表日 24 小时整点电流值 对其取平均值便得到了平均电流，参数容易获取；但是形状系数同最大电流法 中的损失因数相同，也不是固定值，而是与负荷曲线有关。实际情况中为了简 化计算，都是通过线路的负荷曲线计算 K 值，这便导致了计算的不准确性。文 献3采用平均电流法对线损进行计算，为了克服平均电流法未考虑负荷不平衡 影响的问题，引入表征线路总损耗与负荷平衡时单相线路损耗之间关系的

11、负荷 不对称线损系数。电压损失法 1-3 在对低压配电网进行理论线损粗略估算时，电压损失法由于在计算过程中 所需要的数据较少而经常被用到，它主要依据配电网线路功率损耗率和电压损 耗率之间的联系来计算线损，两者关系可表示为式( 1-6)所示：nIl2RlKP/U n l 1 100% (1-6)I I l Rl cos2 ll1式中， I l表示配电线路各支路电流， A ； Rl表示配电线路电阻， ； l表 示配电线路功率因数； I 表示线路首段电流， A ； n 表示配电网支路数。特别地，当负荷采用集中分布方式全部接于配电线路末端时，式( 1-6)可第1章绪 论简化为：(1-7)(1-8)K

12、P(%) 1K P/U 2P/U U (%) cos2K P /UP(%) 2U(%) 3cos2当负荷平均分布于整条配电线路时，式( 1-6)可简化为：电压损失法只需要各节点的电压运行数据，避免了电网其它运行参数的收集和整理，方法简单，主要用于低压配电网线损的计算。通过上面的分析可知， KP/U 的取值与负荷在配电线路上的分布方式密切相 关。为了简便起见， KP/U 一般近似取为 0.754。通过计算得到 KP/U 之后，就可以按以下步骤对电网损耗进行计算：计算配电网首端到末端的电压损耗率：U1 U 2U% 1 2 100% (1-9)U1式中， U1表示配电网首端线电压， kV ；U 2表

13、示配电网末端线电压， kV 计算配电网的功率损失率，计算公式如下式所示：P% K PU %(1-10)因此，配电网运行时间内损耗可表示为：A A F P%(1-11)式中， A表示配电网总有功电量， kW h ；F表示配电网的损耗因数； f 表 示配电网首端负荷率。等值电阻法 1-3 等值电阻法同平均电流法、最大电流法一样，其实质仍然是均方根电流法， 它将所有配电线路损耗和变压器铜耗以配电网首端电流流经等值电阻时所引起 的损耗来代替，而没有分别计算各条线路以及变压器损耗，简化了计算。另外， 等值电阻的计算可以依据实际配网中负荷情况来重新计算，而不是一个固定数 值，提高了计算结果的准确性。对于等

14、值电阻法的具体见第 3 章。(2) 潮流法 潮流法一般都是建立配电网各电气元件模型之后通过对具体配电网结构进行分析，然后选择合适的潮流法进行线损计算。文献 5 以前推回代潮流算法作 为基础，通过考虑计量方式对线损的影响，对数学模型进行修正。文献 6 同样 前推回代法为基础，将二叉树理论应用与潮流计算中，通过二叉树理论来寻找 网络中各节点之间的关系，解决了原来前推回代法中节点编号问题。文献 7 为 了描述配电网的结构，采用动态链表来存储配电网节点信息，便于网络结构的 拓扑，最后结合前推回代法对配电网潮流进行计算。采用潮流法对线损进行计 算时，需要获取各个节点的运行参数，而中低压配电网现阶段还无法

15、做到获取 各节点参数，特别是低压配电网，只能保证每个居民用户安装一个电度表，而 无法确定其电流、电压等参数。因此，潮流法计算配电网线损主要用于电压等 级较高、运行数据较齐全的电网。1.2.2 新方法新进展 近年来，随着各种新理论的不断发现、学科之间的相互融合，越来越多的 新理论新方法被应用到配电网的线损计算中，主要有以下几种方法：（1）遗传算法与人工神经网络算法 8,9 人工神经网络在二十世纪九十年代开始就被国外学者应用到配电网的线损 计算中，为配电网理论线损计算方法提供了新的途径。它通过大量的试验让人 工神经网络拟合配电网线损与线损影响因子、运行参数之间的关系，但是样本 的训练需要花费大量的

16、时间，没有规律性可循；而且如果样本空间选取不够大， 无法保证得到的人工神经网络模型是否能反映配电网实际情况。考虑到人工神经网络存在的不足，人们在算法上对其改进，并将其改进后 的新算法融入到人工神经网络中， 如 Kohonen 模型和 BP 模型的融合、分群算法 和 BP 模型的结合、免疫算法和 BP 模型的结合等，克服了人工神经网络存在的 缺陷，使其更加适用于配电网线损的计算。（2）基于区间算法 在配电网线损计算中，负荷随时波动，具有一定的随机性，代表日某时刻 获取的负荷数据不一定反映整个运行时段负荷情况，这必然给线损的计算带来 局限性。为了能满足计算结果的准确性，就要求尽可能多的记录不同时刻

17、负荷 情况，这必然导致计算量的增加，而区间算法能够在简化计算的情况下还反映第1章绪 论配电网的实际情况，具有一定的实用性。文献 8 采用区间算法对配电网线损进 行计算，通过区间算法计算负荷曲线的形状系数以及整个电网、各分支线路有 功损耗的区间值，对传统平均电流法进行了修正。（3）模糊识别算法在传统的线损计算方法中，对于支路电流和干路电流之间的关系，一般都 是认为干路电流为支路电流的代数相加，认为线路电流和经线路输送的有功电 量成正比关系，没有考虑相角以及负荷率对电流的影响作用。模糊识别算法通 过模型识别技术合理分配配电网各分支电流，从而使其更好地模拟配电网实际 情况。但是在识别过程中，变压器是

18、否处于运行状态需要由负荷率的大小来判 断，而此问题现在仍然尚待解决，这便限制了模糊识别算法在线损计算中的应 用。通过对以上几种方法的分析可知，传统配电网线损计算方法在满足工程要 求的条件下，考虑到中低压配电网运行参数不完善的因素，主要是通过对实际 电网设定假设条件，简化计算模型，从而达到计算线损的目的。潮流法虽然能 够较为精确地计算配电网线损，但是需要知道网络中各个节点的运行数据，而 中低压配电网测量表计不齐全，而且线路结构复杂多样，限制了潮流法在中低 压配电网中的应用，因此潮流法主要用于高压配电网线损的计算以及无功优化 等方面。而近几年来一些新方法新理论在配电网线损中虽然得到了应用，但这 些

19、方法还主要是在理论上的应用，在实际应用中还不成熟，需要加深对其的研 究。1.3 本文主要工作本文主要内容包括以下几个方面： （1）对配电网理论线损计算和分析的基本理论以及常用计算方法进行研 究，并分析各方法的特点以及使用范围；分析了配电网理论线损计算的影响因 素；（2）采用改进结构系数的等值电阻法计算配电网理论线损。针对传统等值 电阻法中结构系数采用经验取值带来的计算结果不精确，将负荷不平衡对理论 线损的影响考虑入内，改进了三相三线制以及三相四线制线路的结构系数，提出了不平衡负荷下中低压配电网理论线损的改进等值电阻法。 最后通过 10kV 和 0.4kV 配网实例验证了改进方法的有效性；（3）

20、给出考虑集肤效应的配电网线损计算方法。分析了谐波对配电网及其 电气元件的影响，对配电网谐波情况进行调查。配电网存在谐波时，各电气元 件的参数会相应的发生改变，因此首先建立各电气元件的谐波模型，给出整个 配电网的谐波网络结构，以配电网的谐波网络结构为基础对配电网线损进行计 算，最后通过一个算例比较了负荷三相平衡不存在谐波分量、负荷不平衡不存 在谐波分量、负荷平衡存在谐波分量以及负荷不平衡存在谐波分量四种情况下 的线损。第2章 配电网理论线损计算研究第2章 配电网理论线损计算研究2.1 10/0.4kV 低压配电网构成与特点10/0.4kV 配电网作为电力网的一个组成部分，既有一般输电网和配电网传

21、 输电能的共性，也有其作为最低电压等级电网的特性。 10/0.4kV 配电网 也被称 为中低 压配电网 ，其主要组成部分包括：电缆 线路 、架空 线路 、户外 环网 柜、 电缆分接箱、配电所、柱上 变压 器、柱上 开关 、开闭所、 接 户线、居民用 户、 计量装置及配电 自动化装置等9。长期以来，作为电网稳定安全运行的重点， 人们将 35kV 及以上高压配电网 及输电网的规划建设作为电网规划工作的重点， 而 10kV 以下的中低压配网规划 工作的研究在一定程度上被忽略。 10kV 配电网 ，主要特征表现在： （1）10kV 配电网线路主要采用辐射状供电网络，较少采用环状电网网供电方式，联络数

22、也比较少，造成配电网网络的联络性较差； （2）变电站电源点数量少，配电线 路压降明显；（3）线路连接方式多样，辐 射半 径大，线路长，负荷多且散。有 的 10kV 线路长 5070km，甚至有 100km 以上。 0.4kV 配电网的主要特点表现在 以下三个方面：（1）一般采用辐射状供电网络，供电方式较为复杂，与配电网 线路结构以及所接负荷密切相关； （2）虽然在设计时尽量要求三相负荷尽量平 衡，但由于用电负荷的随机性导致了三相负荷不平衡现象比较严重； （3）电能 的计量仪器不齐全，通过配电网的改造工作，基本上达到一户一表，其他电能 监测设备很少用于 0.4kV 配电网中。2.2 配电网理论线

23、损计算和分析的基本理论2.2.1 配电网线损计算基本含义配电网的电能损耗率作为电网的一项 综合 技术指标 ，综合反映了电网 运行 水平、电网布局合理性、电力设备 使用状况以及管理 水平等。电网的电能损耗 是指在一定时间内， 电流 流经电网各电气元件而引起的电能 损耗 ，简称为 线 损 或 线 损电 量 。用公式可表示为：T3A P（t）dt 10 3 （2-1） 实际运行的电力网，线损电量的计算，一般是通过测量表计获取电网供电 量和售电量，然后以二者差值表示显示电量。由于这个差值是由测量表计的统 计得到，所以也被称为 统计线损 电量，表示为：统计线损电量 =供电量售电量 统计线损电量由两部分构

24、成，其中一部分是电能传输过程中必然产生的， 即电流流过电网中各电气元件引起的电能损耗。其中主要包括：变压器一二次 绕组所消耗的铜耗、线路损耗、变压器励磁绕组引起的铁耗以及电容器和电缆 的绝缘介质损耗等 3。将这部分电能损耗称为技术线损电量（技术线损） ，它可 以根据电网的运行参数和设备参数计算得到，因此也被称为理论线损。技术线 损电量始终是存在的，只要电网处于运行状态便会产生，无法避免，只能通过 对现有不合理电网进行改造或通过无功补偿等措施使其降低。统计线损电量的另一组成部分和技术线损电量有很大区别，无法通过计算 求得，是由 管理 疏忽以及表计长时间使用 老化 或受损等原因而引起的，主要包 括

25、以下两个方面： （1）由外界恶劣环境造成的 测量装置 老化以及故障、工作人 员操作不当造成 计量 装置接线错误、抄表时 漏抄错抄 造成的统计数据不精确；（2）由绝缘 受损造成的带电设备 漏电 以及用户 窃电 等造成的 损失 电量1 。习 惯上，将这部分 线损电量 叫做“ 管理线损 电量”。统计线损除了如实的反映配电网中无法避免的技术线损以外，还包括由于 操作不当、表计老化等因素造成的管理线损，所以不能真实地反映电网由于电 流经各电气元件而引起的电能损耗情况。为了掌握电网技术线损各组成部分以 及所占比例从而指导电网降损节能工作的开展，一般通过电网的理论线损计算 来计算实际电网中理论线损，然后将其

26、与统计线损电量进行比较，若两者相差 较小，说明电网中由管理方面引起的电量损耗较小，管理中的疏漏少；反之就 说明管理工作中疏漏较多，需要健全管理体制，堵塞堵漏。2.2.2 10/0.4kV 配电网理论线损计算范围根据实际需要， 10kV 配电网理论线损计算主要包括配电网线路电能损耗、 配电变压器铁损以及铜损。除此以外，其它损耗，如电容器、计量仪器等的损第2章 配电网理论线损计算研究失，其值相对于配电线路损耗以及变压器损耗来说微乎其微的，一般不做详细 计算。0.4kV 配电网理论线损一般以台区为单位来计算， 计算范围包括：台区总表 （装设于配变低压侧）到用户的配电线路损耗、用户电能表损耗以及低压线

27、路 至用户电能表的接户线损耗。2.3 10/0.4kV 配电网理论线损计算步骤2.3.1 配电网运行资料的收集和分析为了对理论线损进行计算，在明确配电网理论线损计算范围的前提下，首 先要对计算过程中所需要的资料进行收集，主要包括：网络接线图、运行方式、 网络中各电气元件结构参数以及运行参数等，并且要求这些资料尽量完善。由 于各方面因素，如抄表时的误抄、测量表计的老化等，收集到的资料可能不能 真实的描述网络运行状况，因此需要对收集到的数据进行分析，将不符合运行 情况的数据剔除，使收集到的资料完整而准确地反映电网情况，从而降低了在 资料收集过程中引起的线损计算误差。2.3.2 计算方法的选取在配电

28、网的理论线损计算中，综合考虑配电网的结构、运行方式、负荷类 型以及收集到的原始资料可以选择不同的线损计算方法，合理选择计算方法是 配电网理论线损计算中至关重要的一步。对于同一配电网或台区，不同的假设 条件下，选用不同的计算方法，所得到的计算结果不同，误差大小也各不相同， 特别是所选方法与电网实际运行情况有较大差别时，误差非常严重，计算结果 就不能代表实际情况。在绪论中对于配电网现有理论线损的计算方法以及发展 前景已经做了说明并对各种方法的优缺点进行了分析，给出了各种方法的使用 范围，因此有必要根据配电网的实际情况选择合适的计算方法，必要时也可以 选择多种计算方法，通过对不同方法的计算结果进行对

29、比，从而选择最符合实 际电网运行情况的计算方法。2.3.3 计算结果的分析配电网理论线损计算结果未必与实际线损完全一致，因为所选线损计算方 法中计算模型是对实际电网运行状况模拟，为了简化计算，引入了许多假设条 件，这必定造成计算模型和实际配电网的不一致，从而导致线损计算结果无法 真实地描述电网实际理论线损。另外，计算初期资料收集不齐全、计算精度的 选取等方面也会造成线损计算的误差。因此，为了确保计算结果能够如实描述 电网实际状况，确保其可靠性和真实性，理论线损计算结果进行分析就成为必 不可少的一个环节。2.4 配电网理论线损影响因素在保证配电网安全稳定运行的前提下，尽量减少运行过程中电能的损耗

30、是 世界各国电力企业永远追求的目标。理论线损不仅标志着电力企业运行和管理 的好与坏，也为配电网的降损节能奠定了理论基础。为了降损节能，就需要明 确哪些因素会对配电网的线损造成影响。影响配电网理论线损的因素有多方面， 下面对其分别说明。2.4.1 电网接线方式不同的运行方式下，电网的网损率各不相同，将损耗较小的运行方式称为 经济运行方式。配电网采用何种接线形式以及运行方式选取是否合理，不仅影 响到电力网络的安全运行，而且对网络线损有很大的影响。闭环运行方式由于增强了网络间各个节点电气联系，提高了供电的可靠性 和经济型，但是网络间复杂的联系使继电保护之间的配合变得复杂，降低了供 电的可靠性。所以有

31、时也可以运行在开环状态下，但要求采用手动或自动切换 等方式。以降低 线损 为出发点，对于 均一 网络中，电压等级相同的 环网 ，线路 功率 按与线路 电阻 成反比关系分布，即 功率经济 分布1 。这时，电网采用闭环 运行方式有利于降损节能。对于 非均一 程度较大的网络，如由 电缆 和 架空线 组 成的环网或环网中存在变压器情况下，功率按照阻抗成反比分布，即功率自然 分布 1。在这种情况下，通过对负荷分布进行合理调整，开环运行也可以起到降 损节能的效果。第2章 配电网理论线损计算研究就目前来看，国内多数电网主要将系统安全稳定性放在首要位置，经济运 行尚未收到应有的重视。因此，为了响应国家节电降损

32、的号召，在保证电力系 统安全可靠供电的前提下，应尽可能确保电网运行在经济运行方式下。2.4.2 负荷（1）负荷率及负荷曲线形状 负荷率是指在运行时间内平均负载有功功率与最大负载有功功率的比值， 用公式可表示为：K Pp /Pmax 100% （2-2）式中， Pp 表示运行时间内平均有功负荷， kW ； Pmax 表示运行时间内最高有 功负荷， kW 。由公式（ 2-2）可知，负荷率恒为小于或等于 1 的数，它是衡量运行时间内 用电波动程度以及电气设备利用率的指标，负荷率低标志运行时间内用电波动 大，在负荷曲线上表现为波动明显；负荷率越高表明运行时间内用电量越平稳。 当负荷率接近 1 时，负荷

33、用电基本稳定，保持在平均值附近，表现在负荷曲线 上基本上趋于平直的线段，此时负荷用电设备的利用率也非常高，相应的线损 也较小。有资料表明，负荷率提高 10%，线损可降 2%。下面给出相同供电量情况下，不同负荷率及不同负荷曲线形状对线损的影 响：图 2-1 给出两条不同的负荷曲线，假定这两种情况下，用电量相同，电力网 络的电阻为 R ，分别计算两种不同情况下的线损。图 2-1a,情况下，负荷平稳， 负荷率为 1，线损为 7200 R ；图 2-2b 情况下，负荷波动，负荷率为 55%，线损 为 7776 R 。通过计算，可以得到，当输送相同的电量时，电力网络的负荷曲线 形状越平稳时其损耗越小，而

34、随着负荷曲线波动情况越来越严重，电力网络的 损耗也不断增大。因此，为了降低损耗，负荷曲线越平稳越有效。A/a） 平稳负荷曲线图 b） 波动负荷曲线图 图 2-1 不同负荷曲线线损对比图为了使负荷曲线尽量平稳，采用削峰填谷、分时电价等措施减小负荷峰谷 差，从而达到降损的目的。所谓削峰填谷，就是通过发电侧或用电侧的调度， 将负荷曲线中尖峰时段内的部分负荷安排到低谷负荷时段，即要求用户按负荷 变化规律，让部分用电设备躲过系统负荷高峰，在系统低谷时段运行，从而增 加系统的低谷负荷，提高负荷率。（2）负荷分布 负荷的分布也影响着电力网络的损耗，假设配电变压器供电量保持一定， 负荷可以均匀的分布在配电线路

35、上，也可以不均匀的分布在配电线路上或集中 地分布在配电线路上。不同的负荷分布情况下，配电网的损耗也存在这差异性， 若负荷全部集中在配电网络末端，全部负荷反馈回网络的电流将流经整个配电 网，此时线损最大；若负荷集中在配电网络首段时，负荷反馈给网络的电流只 流经较少的供电线路，线损最小；其他分布情况下线损处于两者之间。为了降 损节电，通过对不同负荷分布情况下线损进行计算分析，可以为配电网的建立 提供经济性依据。文献 14 在假定首端输送功率相同、导线各处电阻率相同和电 压沿线相同的条件下，分析了负荷采用不同分布方式下线路损耗表达式及其对 线损的影响。（3）不平衡负荷 配电网在运行过程中，如果三相负

36、荷不平衡，会引起输电线路以及配电变 压器损耗的增加， 并且影响配电变压器的效率。 特别在 0.4kV 配电网中， 居民用 户用电设备一般都为单相负荷以及单相负荷使用的不同时性，使得三相负荷不第2章 配电网理论线损计算研究平衡的现象非常常见。三相负荷不平衡时，导致了三相电流不对称，为了平衡 由于负荷不平衡引起的电流，中性线中有电流流过，而中性线在设计的时候其 横截面积一般为相线的一半，因此中性线电阻较相线大了一倍左右，当中性线 有电流流过时，同样也造成线路损耗。另外，负荷三相不平衡时， Y/Yn0 接线方式的配电变压器其一次侧由于没 有零序电流通路而没有零序电流，而二次侧采用星接地方式，零序电流

37、可以经 中性线构成闭合回路，可以在二次侧流通。这个电流为励磁电流，产生的零序 磁通无法在铁心闭合，需要通过油箱壁闭合，导致变压器铁箱等附件发热产生 铁损，使变压器附加损耗增多 16 。（4）非线性负荷 随着现代科学和技术的不断进步，各种整流、调压、逆变等非线性设备被 接入电网，导致电网中谐波分量的不断增加，电网谐波污染变得日益严重。这 些非线性设备产生的谐波不仅会影响到电网电能质量，也会引起更多的电网损 耗，加剧了热应力，导致配电线路或设备绝缘应力升高而引起绝缘击穿，最终 造成设备故障，电网无法正常工作。非线性负荷是指对其施加电压后，电压和电流的波形不再是简单的幅值大 小或相移变换，表现为电流

38、和电压有不同的频谱图。例如，只在一小部分工频 期内用以导通负载电路的电子开关的动作将在电路中产生非线性负荷。电力系 统中常见的非线性负载包括广泛应用于功率变流器、功率源、不间断电源等中 的各种整流设备和各种电弧设备，如电炉、荧光灯等。电网接有非线性负荷时，非线性负荷反馈给电网的电流中就含有谐波分量。 谐波电流流过电网中电阻特性元件时，便会产生谐波功率。谐波功率主要以热 能的形式表现，它除了作为电热的一种来源以外，其余的部分便以发热的形式 消耗在电网中，导致设备绝缘变差和损耗的增加。因此谐波功率根本上就是因 为谐波产生的损耗。倘若电网的负荷都是线性负荷，这时就不存在谐波损耗。 所以非线性负荷的存

39、在增加了电网的损耗。特别是对于采用三相四线制接法的 线路， A、B、C 相线中三的倍数次谐波基本可以认为是同方向的，那么中性线 中三的倍数次谐波为三相线中三的倍数次谐波的数量和，而中性线是在认为只 有较小电流流过的情况下选取的，所以其电阻值要较相线大，因此由谐波引起的中性线损耗，特别是三的倍数次谐波损耗是不可忽略的2.4.3 变压器为了适应变电站变电容量分期建设以及提高供电可靠性的需要，通常变电 站两台变压器并列运行， 一般安装 2-3 台主变压器， 保证在主变压器检修或故障 的情况下，通过负荷转移，连接到其他变压器上，从而保证电网的正常运行。 而正常情况下如何安排变压器的运行方式，怎样才能减

40、小运行变压器的损耗是 我们所关心的问题。 当变电站装设有两台或多台变压器时， 如果负荷属于 季节性 变化负荷 ，可以在轻负荷 季节让一台或两台 变压器 退出正在运行的电网， 而在 重负荷 季节将所有 变压器 投入使用。因此季节性负荷通过这种措施来降低损耗 是可行的 2 。但对于昼夜变化较为频繁的负荷，采用上述办法就有失合理性。因 为频繁变化的负荷采用重负荷投入、轻负荷切除方法需要经常性对断路器操作， 增加了断路器的检修次数。另外，配电变压器与负荷中心的远近以及二次侧出线数量多少也会对线损 造成影响。配电变压器离负荷中心越远则线损越大；二次侧出线越少线损越大。 因此，合理的安排配电变压器的容量、

41、分布以二次侧出线数量也是降低线损的 重要决策之一。2.4.4 配电网电压为了达到降损节能的效果，在电网输送电量不变的情况下，可以通过提高 节点运行 电压 的方法使 负荷电流 减小，从而达到降低 线损 的目的。2Rt 10 3假设配电网等效电阻为 R ，其可变损耗为：(2-3)2 3 P 2 Q P 3I 2Rt 10 3 2U2若将电压提高 a% ，此时配电网可变损耗如式( 2-4)所示：P 3I2Rt 103 P Q2 2 Rt 103(1 a%)2U 2因此由提高运行电压而减少的可变损耗为：( P) P P (a%) 2a2% P 2Q Rt 10 3(1 a%)2U 22(2-4)(2-

42、5)第2章 配电网理论线损计算研究国家电能质量标准 GB12325-90中规定， 10kV 及以下电压等级配电网其供 电电压允许偏差不允许超过或低于额定电压的 7%16。因此，如果将配电网电压 提高 7%，配电网的可变损耗可降低 13%左右。配电网固定损耗可由式( 2-6)计算得到：P0 P0( f ) (1.21.3) (U )2(2-6)50 U1式中， P0表示变压器额定空载损耗， kW ；U 表示变压器的实际运行电压， kV ； U 1表示变压器分接头电压， kV 。不考虑谐波影响情况下，认为频率波动范围较小，所以可近似认为配电网 固定损耗只与施加电压的平方成正比，并且不受负荷变动的影

43、响。即：U2P0 P0 ( )2 (2-7) 0 0 U 1由式(2-5)和式(2-7)可得，通过适当提高电压水平，电网可变损耗减少， 但固定损耗却相应增加。因此要综合考虑提高配电网电压对可变损耗和固定损 耗的影响才能确定最佳的电力网运行电压，从而降低配电网损耗。2.4.5 无功补偿配电网中诸多设备都属于阻感负载，它们在消耗有功功率的同时也需要消 耗无功功率来建立磁场，比如变压器、电动机等。所以电源在提供有功功率的 同时也要保证无功功率的需求。而当配电网中无功电源所提供的无功功率和负 荷所消耗的无功功率不平衡时，就会造成无功功率在电网中的循环流动，造成 电能的损耗。为了避免这种现象的发生，就需

44、要装设无功补偿装置。无功补偿遵守的原则是：分区就地平衡。阻感负载无功功率不足时，需要 从电源侧远距离传输无功功率，输送过程中无功电流在配电网中流动，这便导 致了电流有效值的增大。由无功功率的传送引起的有功损耗表达式为：PQ I Q2R 10 3 (Q)2 R 10 3 (2-8)U式中， PQ 表示电网输送无功时引起的有功损耗， kW ；IQ 表示电网中流动 的无功电流， A ； Q表示电网给负荷输送的无功功率， kvar； R表示线路电阻，。由式（ 3）可见，对于一个已经建设或改造完毕的配电网，其电网结构基本 固定，负荷所消耗功率的一定时，送端向负荷侧输送的无功功率，由无功输送 引起的线损和

45、送端向负荷侧输送的无功功率的平方成正比，也就是经线路传输 的无功功率越多引起的损耗就越大。无功补偿装置的容量以及位置也会影响到配电网的线损。无功装置容量配 置不同时，电网中无功电流的改变也不同，从而影响线损；采用不同的补偿方 式对线损所产生的影响也各不相同。就目前来看，无功补偿主要分为固定补偿 和自动补偿 16。固定补偿对于电网电流大小的改变是恒定不变的，只受无功补 偿装置处电压的变化影响，一般情况认为其电压基本稳定；而自动补偿是可以 根据配电网负荷的变化而改变其无功补偿量，以此来改变电网中电流的大小， 从而影响线损。另外，无功补偿装置安装位置的选取也对线损有影响。以低压 补偿为例，当无功补偿

46、装置安装在配电变压器二次侧出口处时，低压线路的电 流不受其影响，仅对配电变压器以上系统产生影响；而当无功补偿装置安装在 用户侧时，低压线路的电流就会减小，并且会对无功补偿装置往上的电网产生 影响，从而对线损产生影响。2.5 本章小结本章首先分析了 10/0.4kV 配电网的特点和构成，对配电网理论线损计算和 分析的基本理论进行了说明，明确了论文研究内容；给出了配电网线损计算的 一般步骤；分析了配电网理论线损的主要影响因素，给配电网线损计算的深入 研究提供了理论依据。第3章 基于改进等值电阻法的配电网线损计算方法第3章基于改进等值电阻法的配电网线损计算方法10/0.4kV 配电网与 35kV 及

47、以上电压 等级配电网相比具有以下三个特点： （ 1）节点多、元件多、分支线多； （2）配电线路支路和干路线型、接线方式不 同；（ 3）配电 变压器 参数和 运行 数据各不相同。 由于这三个特点，对 10/0.4kV 配电网中各电气元件的电能损耗进行精确计算是比较困难的，限制了潮流法在 中低压配电网理论线损计算的应用，而只能选用传统计算方法，通过估计计算 尽量与实际电网相符。 等值电阻 法作为传统方法之一，以均方根电流法为理论 基础，但却在中低压配电网线损计算方法中更胜一筹。它只需要获取到配电网 中各变压器的 额定容量 以及线路电阻 就可以对配电网 线损 进行计算，故目前中 低压配电网普遍采用此

48、方法。本章在对传统 等值电阻 法介绍的基础上，分析了 传统等值电阻法存在的不足并对其进行改进，使 等值电阻 法计算精度提高，更 符合配电网实际情况。10/0.4kV 配电网电网结构一般采用辐射状，导致了配电网 线长面宽 ，而且 用电 设备量 大、配电线路分支较多且型号不同，造成了线损计算的复杂性。等 值电阻 法通过引入整个配电网线路的“ 等值电阻 ”这一概念，使线损计算模型 变得直观明确，也简化了计算。3.1 10kV 配电网等值电阻法及方法改进3.1.1 10kV 配电网等值电阻法10kV 配电网由配电 线路 、变压器、无功 补偿装置 、各种测量 表计 等电气 元件构成，而配电 线路 和配电

49、变压器所消耗的电能占到了整个配电网损耗的绝 大部分，因此在计算 10kV 配电网理论线损时， 主要考虑配电 线路 损耗以及变压 器损耗两部分。10kV 配电网等值电阻法基本思想是：在 10kV 配电 线路 首端假想一个等值 电阻 Rel ，线路 首端的总电流 I 流经此电阻所产生的电能损耗， 等于配电网各分 支 线路 电流 I l 流经各分支线路电阻 Rl 所产生的电能损耗的总和。下面以一个简单的 10kV 配电网对 等值电阻 法进行说明。其结构如图 3-1 所示。假设此配电网共有 n条分支线路，各分支线路电阻为 Rl(l 1,2,3,.,n) ，配电 网首端总负荷电流为 I ，给出各个负荷节

50、点在运行时间内的有功电量，实际运 行实际为 t 。A图 3-1 等值电阻法计算结构例图由电工理论基本知识可得，此配电网络电能损耗可由各支路电能损耗求和得到 ，表示为：n23A 3 Il2Rl t 10 3 (3-1)l1按照 等值电阻 法思想，将整个电网线路损耗以 等值电阻 Rel所产生的损耗来 表示，即：A 3I p2j Relt 10 3 (3-2)将式( 3-1)和( 3-2)联立，得到等值电阻的表达式为：nIRel( l )2 Rll 1 I；I 表示配电网首端测量点处总 电流 ， l 1,2,3,.,n ； Rl 表示配电网各支路电阻， n表示配电网支路数。(3-3)式中， Rel表

51、示配电线路等值电阻，A ； I l表示配电网各支路 电流 ，A ，；t 表示配电网实际运行时间， h； 可以用测量到的配电变压器有功电量以及无功电量表示式( 阻：3-3)的等值电Pl2 Ql2nUl2Rel l 1 P2 Q2 RlU2Ul2(3-4)第3章 基于改进等值电阻法的配电网线损计算方法式中， Pl，Ql表示第 l 条配电支路的 有功功率 ，kW ； Ql表示第 l 条配电 支路的 无功功率 ，kvar ；Ul表示相应处电压， V ；P 表示配电线路首端有功功 率， kW h；Q 表示配电线路首端 无功功率 ， kvarh ；U 表示配电线路首端电 压， V 。由式( 3-4)可知，

52、为了计算等值电阻，一方面需要收集配电网结构和线路参数，另一方面还需要测量各个节点的 有功 电量 、无 功电量 以及节点 电压 ，增加了数据收集以及整理工作， 为了简化计算，给出以下假设：负荷按 变压器 额 定 容量 正比关系分配；各负荷点 功率 因数、负荷 系 数 相同 ；近似认为整个电 网电压 大小相 等，无电压降 9。假设后，式( 3-4)可简化为：n P2 Q2 Rel l 1 P2 Q2 Rln(l122APl AQl2 2 )Rl AP2AQ2 l(3-5)式中， APl 表示经第 l条配电支路所输送的有功电量， kW h；AQl 表示经第 l 条配电支路所输送的无功电量， kvar

53、h ；AP 表示整个配电网所输送的有功电量， kW h； AQ 表示整个配电网所输送的无功电量， kvarh 。配电网中变压器等值电阻可由其铭牌上短路损耗求出，计算公式如下：U N2 m3Ret2Npki 10 3 (3-6)SN i 1整个配电网等值电阻可表示为：Req Rel Ret(3-7)配电网电能损耗就可以表示为等值电阻消耗的电能和配电变压器短路损耗 之和，用公式表示为：mA (NK 2I p2j Reqp0i)t 10 3 (3-8)i1式中， p0i表示第 i台配电变压器的空载损耗， kW ；N 表示配电线路首端 结构系数，它表征配电线路总损耗为单相损耗的倍数， 10kV 配电网

54、主要采用三 相三线制， N 取 3。下面对公式( 3-8)中线路首端负荷 平均电流 以及负荷 曲线形状 的计算进行 说明a配电网首端出口处 平均电流 的确定配电变压器的额定容量 100kVA 时，在配电变压器二次侧出线端装有有功 电能表以及无功电能表，此时 Ipj 可由下式计算得到：(3-9)31 ( AP2 AQ2 )I pj 3 Ut若配电变压器的额定容量 100kVA ，一般在其二次侧出线端装有有功电能 表以及功率因数表，可以测得配电线路首端有功电量和功率因数，此时I pj计算公式如下：(3-10)I pjPpj 3Ut cos式中， AP表示配电网首端总 有功功率 ，kW h；AQ 表

55、示配电网首端总无功 电量， kvarh ； U 表示配电网首端线电压， V ； cos 表示配电网负荷功率因数； t表示配电网实际运行时间， h 。b配电网线路首端负荷 曲线形状 系数的计算为了计算 K ，需要通过配电线路首端负荷曲线求的最小负荷率和负荷率， 然后结合配电网运行时间内用功电量来计算，具体步骤如下：计算最小负荷率 ：(3-11)IminPminI maxPmax计算负荷率 f ：fAP(3-12)tPmax式中， Imax ， Imin表示配电线路首端负荷最大电流和最小电流， A ；Pmax， Pmin表示配电线路首端最大有功功率和最小有功功率， kW ； AP表示经配电线路 首

56、端传输的有功电量， kW h ； t表示配电网实际运行时间， h 。K 值的计算可以根据负荷率 f 分为以下两种情况计算：第3章 基于改进等值电阻法的配电网线损计算方法K2f (1 )213(1 )2(1f 0.5(3-13)f 0.5在 10kV 配电网的等值电阻法推导过程中，由于其采用三相三线制，认为配电网线路总损耗为单相损耗的 3 倍。虽然在配电网是按三相负荷尽可能平衡来 规划设计的，但是由于负荷的不同时性以及其它因素，负荷不平衡的现象是普 遍存在的，上面的推导过程没有考虑负荷不对称引起的配电网线路损耗的增加 因此，为了考虑负荷不平衡对等值电阻计及配电网线损的影响，将原有方法进 行改进。3.1.2 不平衡负荷下 10kV 配电网等值电阻法为了对等值电阻法进行修正，首先引入负荷电流不平衡度 3,9-11(I IAV )/IAV (3-14) 1其中， I 指相电流， I AV 13(IA I B IC)假定三相三线制线路 A、B、C 各相电阻分别为 R 且负荷功率因数相同。那 么当负荷不平衡时， A、B、C 三相相线功率总损耗为：P (3 A2 B2 C2)I 2AV