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1、第 1 章 绪 论第第 1 1 章章 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1,2
2、。1.1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损进行比较，
3、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，导致中低压配电网线损在全网线损中所占比重较大。
4、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，第 1 章 绪 论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，它通过对网络中各电气元件产生损耗原理分析后建
5、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：(1-1)32103RtIAjf式中， 表示损耗电量，； 表示线路流过的均方根AhkWjfI电
6、流，；表示线路电阻，； 表示运行时间， 。ARth式（1-1）中均方根电流可由公式（1-2）计算得到：(1-2)24242412222412 ttQtPtttjfUAAI I式中，表示整点时刻负荷电流，；表示整点时刻有功电tIAPtA量，；表示整点时刻无功电量，；表示整点时刻的hkWQtAkvarhtU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
7、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第 1 章 绪 论加，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
8、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：(1-3)32 max103FRtIA式中，表示损耗电量，；表示线路流过的最大电流，AhkWmaxI；表示小于 1 的损耗因数；表示线路电阻，； 表示运行时AFRt间， 。h文献4给出负荷率已知的情况下，损耗因数的近似求法，fF如式（1-4）所示：(1-4)27 . 03 . 0ffF最大电流法相较于均方根电流法，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
9、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，通过形状系数表示平均电流和均方K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示为：(1-5)32103KRtIApj式中，表示线路流过的平均电流，；表示大于 1 的损耗pjIAK因数；表示线路电阻，； 表示运行时间， 。Rth采用平均电流法计算配电网线损时，只要测量到代表日
10、 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值，这便导致了计算的不准确性。文献3采用平均电流法K第 1 章 绪 论对线损进行计算，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
11、示：(1-6)%100 cos1212/ nllllnlllUP RIIRI K 式中，表示配电线路各支路电流，；表示配电线路电阻，lIAlR；表示配电线路功率因数； 表示线路首段电流，； 表示配lIAn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）可简化为：(1-7)2/cos1 (%)(%)UPKUP当负荷平均分布于整条配电线路时，式（1-6）可简化为：(1-8)2/cos32 (%)(%)UPKUP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，的取值与负荷在配电线路上的
12、分布UPK/方式密切相关。为了简便起见，一般近似取为 0.754。UPK/通过计算得到之后，就可以按以下步骤对电网损耗进行计UPK/算：计算配电网首端到末端的电压损耗率：(1-9)%100%121UUUU式中，表示配电网首端线电压，；表示配电网末端线电1UkV2U压，kV计算配电网的功率损失率，计算公式如下式所示：(1-10)%UKP UP因此，配电网运行时间内损耗可表示为：(1-11)%PfFAA式中，表示配电网总有功电量，；表示配电网的损耗AhkWF第 1 章 绪 论因数；表示配电网首端负荷率。f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
13、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
14、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
15、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。第 1 章 绪 论（2）基于区间算法在配电网线损计算中
16、，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，变压器是否处于运行状态需要由负荷率的大小来判断，
