基于結(jié)點(diǎn)等效功率法的地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)損計(jì)算及分析

王 凱 張 霞

摘 要:利用結(jié)點(diǎn)等效功率法簡(jiǎn)化電網(wǎng)網(wǎng)損的計(jì)算,可以把能量損耗的計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)楣β蕮p耗的計(jì)算問(wèn)題,從而計(jì)算出地區(qū)電網(wǎng)的損耗。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,有針對(duì)性地?cái)M定了降損方案,對(duì)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式進(jìn)行修改,并再次進(jìn)行地區(qū)電網(wǎng)的網(wǎng)損計(jì)算。通過(guò)兩次網(wǎng)損計(jì)算結(jié)果的比較,驗(yàn)證了降損方案的可行性,為地區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行降損改造和電網(wǎng)規(guī)劃提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞:結(jié)點(diǎn)等效功率;地區(qū)電網(wǎng);網(wǎng)損;降損方案

中圖分類號(hào):TP274

0 引 言

電網(wǎng)網(wǎng)損是指電能在輸送和銷售過(guò)程中自發(fā)電廠出線起至客戶電度表止所產(chǎn)生的損耗,產(chǎn)生損耗的元件主要包括變壓器、輸/配電線路、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、電流/電壓互感器及二次回路、接戶線及電能表等。電力網(wǎng)的網(wǎng)損率是網(wǎng)損電量占總供電量的百分?jǐn)?shù),是國(guó)家考核供電企業(yè)的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),是電力企業(yè)完成國(guó)家計(jì)劃和企業(yè)考核的主要內(nèi)容之一;同時(shí),地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)損計(jì)算也是地區(qū)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、無(wú)功優(yōu)化及技術(shù)改造等的基礎(chǔ)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)當(dāng)前電網(wǎng)綜合線損率與國(guó)外先進(jìn)水平相比差距甚大。同時(shí),電力市場(chǎng)化正逐步在我國(guó)實(shí)施,電能已作為商品進(jìn)入市場(chǎng),各級(jí)供電部門,尤其基層供電部門的經(jīng)濟(jì)效益直接與電網(wǎng)運(yùn)行網(wǎng)損和運(yùn)行費(fèi)用相關(guān),電網(wǎng)網(wǎng)損直接關(guān)系到電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此,降低網(wǎng)損已成為電網(wǎng)企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的最重要途徑。

在電力網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中,用電度表計(jì)量統(tǒng)計(jì)出的供電量和售電量之差得到的網(wǎng)損電量稱為統(tǒng)計(jì)網(wǎng)損電量。統(tǒng)計(jì)網(wǎng)損電量中一部分稱為技術(shù)網(wǎng)損電量,主要包括在變壓器、輸電線路、電容器等中產(chǎn)生的損耗;另一部分稱為管理網(wǎng)損電量,主要包括各類電度表的綜合誤差、抄表的不同時(shí)、漏抄、抄錯(cuò)以及線路漏電和竊電造成的損失電量。本文計(jì)算的損耗電量是指技術(shù)網(wǎng)損電量。

這里所計(jì)算的地區(qū)電網(wǎng)主要由110 kV和35 kV的輸電線路組成,對(duì)于35 kV的輸電線路可以忽略其電暈損耗,而對(duì)于110 kV線路,根據(jù)文獻(xiàn)[10]在以LGJ[CD*2]120[CD*2]95 mm2截面為主的電網(wǎng)中年電暈損耗只占線路電阻中年損耗的0.01~0.02,而對(duì)于150 mm2以及185 mm2以上截面的線路,電暈損耗可以忽略不計(jì)。因此,對(duì)于該地區(qū)電力網(wǎng)的網(wǎng)損計(jì)算主要指計(jì)算其電流平方成正比的變壓器繞組和輸電線路導(dǎo)線中的電能損耗。

1 結(jié)點(diǎn)等效功率法

1.1 等效功率法的基本原理

當(dāng)電力網(wǎng)中的元件通過(guò)電流(單位:A)表示時(shí),其電能損耗(單位:kW? h)為:

當(dāng)用功率(kW)和電壓(kV)表示時(shí),其電能損耗為:

式中:通過(guò)該元件的P(t),Q(t),U(t)和I(t)的有效值平方等于變量P,Q,U和I的二階原點(diǎn)距E(P2),E(Q2),E(U2)和E(I2),即計(jì)算網(wǎng)損時(shí)使用的等效值平方P

在電力網(wǎng)中,結(jié)點(diǎn)電壓的變化范圍通常較小,可以用平均運(yùn)行電壓U┆玜v近似代替U(t),г蚴(1)可寫為:

從式(2)可以看出,計(jì)算損耗時(shí)需要用計(jì)算時(shí)段內(nèi)的均方值(也稱有效值),即等效功率P┆玡q和Q┆玡q。如果僅用電度表讀數(shù)推導(dǎo)出的平均值P┆玜v和Q┆玜v來(lái)計(jì)算網(wǎng)損,不僅其結(jié)果偏小,還需要考慮方差對(duì)網(wǎng)損的影響。計(jì)算等效功率值時(shí),可以利用平均功率P┆玜v和Q┆玜v加上方差得到,或者利用等效系數(shù)修正出平均功率P┆玜v和Q┆玜vУ玫?。?/p>

[BT3+*3]1.2 利用等效系數(shù)計(jì)算等效功率

電網(wǎng)中各負(fù)荷結(jié)點(diǎn)的有功功率P(t)和無(wú)功功率Q(t)都是時(shí)間t的函數(shù),并且P(t)和Q(t)的變化規(guī)律很難用解析函數(shù)表達(dá),因此一般將它們當(dāng)作隨機(jī)變量來(lái)處理?？紤]到等效功率要比平均功率大,因此可以用┮桓霆大于1的系數(shù)K去修正平均功率,以得到等效功率,即P┆玡q=K1P┆玜v,Q┆玡q=K2Q┆玜v。式中:K1,K2分別為負(fù)荷曲線P(t)和Q(t)的等效系數(shù)。

這樣,在用通過(guò)電度表得到的平均值計(jì)算電能損耗時(shí),應(yīng)先用平均功率乘以大于1的等效系數(shù)得到等效功率后,再計(jì)算電能損耗。將等效P,Qе蕩入電能損耗公式可得:

圖1給出了包括各種可能出現(xiàn)的典型日負(fù)荷曲線和相應(yīng)的持續(xù)負(fù)荷曲線。圖1中,曲線1為二階梯負(fù)荷曲線;曲線2為按π~3π/2范圍內(nèi)正弦曲線變化的負(fù)荷曲線;曲線3為先按π~3π/2范圍內(nèi)正弦曲線變化,后按0~π/2范圍內(nèi)余弦曲線變化的負(fù)荷曲線;曲線4為按直線變化的負(fù)荷曲線;曲線5為按0~π范圍內(nèi)余弦曲線變化的負(fù)荷曲線;曲線6為按0~π/2范圍內(nèi)余弦曲線變化的負(fù)荷曲線。

在圖1中取最大負(fù)荷標(biāo)么值И㏄┆玬ax*=1,相應(yīng)最小負(fù)荷和平均負(fù)荷的標(biāo)么值為P┆玬in*=α(最小負(fù)荷率)和P┆玜v*=f(負(fù)荷率)。對(duì)二階梯負(fù)荷曲線,取計(jì)算時(shí)段T的標(biāo)么值T=1。計(jì)算得出等效系數(shù)1≤K≤(1+α)/(2α),取最大等效系數(shù)和最小等效系數(shù)的均方根值作為平均等效系數(shù),可得到:

由于網(wǎng)損電度數(shù)與等效系數(shù)的平方成正比,因此將平均負(fù)荷乘以等效系數(shù)K┆玜vё魑等效負(fù)荷時(shí),計(jì)算出的網(wǎng)損最大誤差小于下式:

將不同的Е林蕩入式(3)分別計(jì)算后,可以得到當(dāng)最小負(fù)荷率α>0.4時(shí),計(jì)算網(wǎng)損的最大誤差小于10%。由于地區(qū)級(jí)電網(wǎng)的負(fù)荷率一般均滿足α>0.4,因此采用此方法對(duì)地區(qū)級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)損的計(jì)算是可行的。并且,在各種典型負(fù)荷曲線中,當(dāng)α的值相同時(shí),二階梯負(fù)荷曲線的平均等效系數(shù)最大。因此,對(duì)于不同類型的負(fù)荷曲線,按二階梯負(fù)荷曲線的系數(shù)取值時(shí),其最大可能誤差均低于相應(yīng)的實(shí)際誤差值。И

2 算例分析

利用結(jié)點(diǎn)等效功率法可以簡(jiǎn)化電力網(wǎng)網(wǎng)損的計(jì)算。因?yàn)榻Y(jié)點(diǎn)等效功率是表示二階原點(diǎn)矩的均方根功率,根據(jù)等效功率求出的功率損耗乘以計(jì)算時(shí)段玊就是T時(shí)段內(nèi)的網(wǎng)損電度數(shù)。這樣,求電能損耗問(wèn)題就變?yōu)楫?dāng)網(wǎng)絡(luò)各結(jié)點(diǎn)功率用相應(yīng)等效功率代替時(shí)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的功率損耗問(wèn)題,對(duì)此可用潮流計(jì)算的方法進(jìn)行計(jì)算,得出相應(yīng)的結(jié)果。

[BT3]2.1 計(jì)算結(jié)果

除┮恍┆特殊支路外(如存在功率交換的聯(lián)絡(luò)線)。對(duì)于本次計(jì)算地區(qū)的電力網(wǎng),包括從220 kV變電站的110 kV,35 kV母線起始到110 kV變電站的35 kV,10 kV母線為止的電力網(wǎng),其各結(jié)點(diǎn)的負(fù)荷率和最小負(fù)荷率均比較高,各結(jié)點(diǎn)負(fù)荷曲線形狀較接近,根據(jù)結(jié)點(diǎn)等效功率,用潮流計(jì)算方法算出的支路功率與支路的實(shí)際等效功率基本一致。

該地區(qū)共有220 kV變電站7座,將其記為㏕1~T7。計(jì)算網(wǎng)損時(shí)對(duì)這7座220 kV變電站分別計(jì)算,該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)損耗現(xiàn)狀的計(jì)算結(jié)果如表1所示。

2.2 技術(shù)降損措施

(1) 增加無(wú)功補(bǔ)償。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,增裝必要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的合理分布。通過(guò)網(wǎng)損計(jì)算發(fā)現(xiàn),各供電區(qū)域的無(wú)功損耗均比較大。根據(jù)網(wǎng)損計(jì)算結(jié)果和各供電區(qū)的具體情況進(jìn)行分析,通過(guò)增加必要的無(wú)功補(bǔ)償裝置,既可提高功率因數(shù),做到無(wú)功就地平衡,又可以有效降低網(wǎng)損。增加無(wú)功補(bǔ)償前后的網(wǎng)絡(luò)損耗如表2所示。

[HJ0]降損前有すλ鷙 /%1.6412.1453.3371.9701.6083.9023.0702.624

降損后有すλ鷙 /%1.3441.7172.5751.5981.3033.0492.5442.078[HJ][HT5SS]

(2) 優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

改造和優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu),保證電壓合格率,縮短供電距離,簡(jiǎn)化電壓等級(jí),是降低網(wǎng)損的重大措施。

玊4區(qū)域電網(wǎng)主供負(fù)荷有兩個(gè)110 kV變電站,供電區(qū)域跨5個(gè)縣,負(fù)荷分散,分布著13個(gè)35 kV變電站;17條35 kV線路供電,線路總長(zhǎng)近290 km。因此可以考慮在玊4區(qū)域新建設(shè)220 kV變電站,能使原網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)端的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有明顯改善,運(yùn)行方式更加合理,從而降低玊4區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)損耗。T5變電站為單臺(tái)變運(yùn)行,可以增容2號(hào)主變,通過(guò)兩臺(tái)主變的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,降低該區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)損耗。因玊6區(qū)域中一條110 kV的供電線路過(guò)長(zhǎng)(80 km),可考慮通過(guò)將其輻射型網(wǎng)絡(luò)供電改為環(huán)網(wǎng)供電,以減小損耗。玊7區(qū)域電網(wǎng)主供負(fù)荷有三個(gè)110 kV變電站,負(fù)荷分散,供電半徑長(zhǎng),造成線路損耗很大, 因此考慮在該區(qū)域附近新建設(shè)220 kV變電站,主供其中兩個(gè)負(fù)荷較重的110 kV變電站,可以降低區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)損耗。優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)前后的地區(qū)網(wǎng)損耗率如表3所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

利用結(jié)點(diǎn)等效功率法簡(jiǎn)化電網(wǎng)網(wǎng)損的計(jì)算,將求解電能損耗問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榍蠼夤β蕮p耗問(wèn)題,利用潮流計(jì)算的方法進(jìn)行網(wǎng)損計(jì)算。在對(duì)該地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)損進(jìn)行理論計(jì)算之后,根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)該地區(qū)電網(wǎng)的理論網(wǎng)損進(jìn)行了進(jìn)一步分析,找出有較大降損潛力的組成部分,有針對(duì)性地?cái)M定了降損方案,并按降損措施修改電網(wǎng)參數(shù)后再次進(jìn)行了網(wǎng)損計(jì)算。通過(guò)對(duì)降損前、后的網(wǎng)損計(jì)算結(jié)果的比較,驗(yàn)證了降損方案的效果。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介 王 凱 男,1975年出生,博士研究生,講師。主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行分析和分布式發(fā)電的研究。