配電網(wǎng)損耗的計(jì)算方法和意義

浦春龍，丁偉光，蘇日那

1國網(wǎng)遼寧省電力有限公司沈陽供電公司；2國網(wǎng)赤峰供電公司；3國網(wǎng)克什克旗供電公司

配電網(wǎng)損耗的計(jì)算方法和意義

浦春龍1，丁偉光2，蘇日那3

1國網(wǎng)遼寧省電力有限公司沈陽供電公司；2國網(wǎng)赤峰供電公司；3國網(wǎng)克什克旗供電公司

由于配電網(wǎng)的地理位置比較復(fù)雜且在配電網(wǎng)當(dāng)中存在各種器械，在整個(gè)過程中其輸電線路所用的導(dǎo)線的材質(zhì)和設(shè)備的型號等對于配電網(wǎng)電損的計(jì)算都有很大的影響。在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)損耗計(jì)算中需要耗費(fèi)巨大的人力對其各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，工作的時(shí)效性比較低，而應(yīng)用自動(dòng)化裝置對配電網(wǎng)進(jìn)行電損計(jì)算能夠解決計(jì)算方法面臨的問題，但是其自動(dòng)化的測量系統(tǒng)對測量的客觀環(huán)境要求又比較苛刻，所以在實(shí)際工作中應(yīng)用具有非常好的收斂性的潮流計(jì)算方法被廣泛應(yīng)用到各個(gè)地區(qū)。本文對其進(jìn)行詳細(xì)的分析和討論，首先闡述了配電網(wǎng)損耗分析的目的和意義，然后討論了多種關(guān)于配電網(wǎng)損耗的計(jì)算方法。希望本文論述能夠?yàn)橄嚓P(guān)的工作者提供一些參考和借鑒。

配電網(wǎng)；損耗；計(jì)算

亞太經(jīng)合會(huì)議再度在中國召開，這讓21世紀(jì)初期的中國的經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定增長。對外經(jīng)貿(mào)的增加，對國民生產(chǎn)提出了新的要求，但是一切生產(chǎn)的根本動(dòng)力源是電力。沒有電能很多生產(chǎn)都必須被迫停產(chǎn)，同時(shí)生產(chǎn)數(shù)量的增加也要求電力能源與生產(chǎn)量相匹配，這就對電力生產(chǎn)能力提出了更好的要求。電力生產(chǎn)總量其實(shí)是比較大的，但是電力系統(tǒng)本身設(shè)備等問題也消耗了很多電能，尤其是配電網(wǎng)中的線損在總發(fā)電量中占有很大的比例。所以，目前電力企業(yè)發(fā)展的首要問題是通過自身系統(tǒng)的優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能環(huán)保提高供應(yīng)效率。

一、配電網(wǎng)損耗分析的目的和意義

在配電網(wǎng)損耗管理工作當(dāng)中，關(guān)于將配電損耗的分析是末端環(huán)節(jié)，這個(gè)分析環(huán)節(jié)能夠?qū)⒀b置和設(shè)備以及運(yùn)行方式等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析以對配電網(wǎng)的合理性進(jìn)行科學(xué)的判斷，對于其不穩(wěn)定性進(jìn)行及時(shí)的處理，從而降低電路損失和損耗。并且在對其進(jìn)行細(xì)致分析的時(shí)候，可以對各個(gè)區(qū)域的電壓進(jìn)行全面剖析，找到問題的根源并進(jìn)行根治。因?yàn)樵谂潆娋W(wǎng)和各級用戶直接連接且其覆蓋的地區(qū)面積非常大，再加地區(qū)內(nèi)的工業(yè)和商業(yè)用電量特別大，所以在輸電線路上的電能損失也比較多。一般狀況下，線路的功率因素會(huì)對電力系統(tǒng)自身的電能損失產(chǎn)生影響，功率因數(shù)和電能損耗的數(shù)量關(guān)系大致是隨著電路功率因數(shù)的降低電路損耗會(huì)相應(yīng)增加。所以提高功率因數(shù)是解決電路電能損耗的一個(gè)有效的方法。通常情況下提高電氣的功率因數(shù)有兩個(gè)方面可以努力，一是對電力系統(tǒng)添置無功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)裝置以提高功率同時(shí)還能消除無功電流降低線損，二是在電力系統(tǒng)中添置整流器和變頻器一減少簡諧波產(chǎn)生的污染來降低能耗。因此，對配電網(wǎng)的損耗進(jìn)行深入分析能夠提高電能的質(zhì)量，同時(shí)降低在輸電過程中的電能損失，從而降低了發(fā)電廠的生產(chǎn)損失而提高了其總體上的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而能夠降低用客戶所交電費(fèi)中關(guān)于電損費(fèi)用的分擔(dān)。

二、配電網(wǎng)技術(shù)線損計(jì)算方法

1 配網(wǎng)理論線損計(jì)算

⑴傳統(tǒng)算法

在傳統(tǒng)計(jì)算方法當(dāng)中，最常用的是均根電流法。均根電流法首先是對待計(jì)算電網(wǎng)進(jìn)行一整天的用電負(fù)荷電流測量，然后將測量數(shù)據(jù)繪制成該電網(wǎng)的負(fù)荷曲線圖，接著假設(shè)一天當(dāng)中每個(gè)小時(shí)的用電負(fù)荷都是相同的，以小時(shí)為基本單元對電網(wǎng)當(dāng)中的線路損失進(jìn)行計(jì)算，最終將二十四個(gè)小時(shí)的用電進(jìn)行加和計(jì)算，從而計(jì)算出每日的用電量。該計(jì)算方法的原理非常簡單而易于使用，其主要適用范圍是局部電網(wǎng)等電網(wǎng)負(fù)荷不是非常大的電網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算。該計(jì)算方法的不足之處在于其精確度不是非常高，因?yàn)樵谝惶飚?dāng)中同一個(gè)地區(qū)也有很大的用電波動(dòng)，所以該計(jì)算方法當(dāng)中的代表日在嚴(yán)格意義上說沒有普遍的代表性，所以說其計(jì)算結(jié)果能夠代表一定的用電趨勢，但是其可靠性和精確度相對來說比較低。

等值電阻法也是常用的傳統(tǒng)電損計(jì)算方法之一，首先將電網(wǎng)當(dāng)中的所有電阻信息進(jìn)行采集，然后計(jì)算出理論上的等值電阻，然后按照Q=I2RT公式對其整個(gè)線路當(dāng)中的線損進(jìn)行起算。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算比較簡單，且電阻值的采集工作也相對容易。該算法的主要缺點(diǎn)是由于電網(wǎng)當(dāng)中部分老化的設(shè)備中的電阻被虛掩而采集不到其電阻值信息，因此造成其理論電阻值計(jì)算誤差非常大，所以該計(jì)算方法在具有很多老化設(shè)備的電網(wǎng)中的精確度沒有保障。

在傳統(tǒng)電損計(jì)算方法當(dāng)中，回歸分析方的計(jì)算精度比較大，但是同時(shí)也需要做大量的數(shù)據(jù)采集工作。該方法首先要建立回歸分析方程，然后對配電網(wǎng)的電損進(jìn)行校對。一般情況下在在配電網(wǎng)中進(jìn)行抽樣計(jì)算，為了保證計(jì)算結(jié)果的精確度，其樣本容量非常大。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是其計(jì)算的精確度和可靠度比較高，其缺點(diǎn)是需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析工作。這種方法在實(shí)際工作中主要應(yīng)用于規(guī)模較小的且每日用電波動(dòng)較大的配電網(wǎng)的線損計(jì)算工作當(dāng)中。

⑵潮流算法

在潮流計(jì)算方法當(dāng)中，在6千伏到10千伏的單輻射狀配電網(wǎng)上有廣泛的應(yīng)用。該計(jì)算方法是按照潮流計(jì)算定理對相關(guān)的電壓參數(shù)進(jìn)行推斷和假設(shè)，在計(jì)算結(jié)束后在對預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化的校正，當(dāng)其參數(shù)的精確度滿足計(jì)算需要時(shí)，根據(jù)既定參數(shù)來計(jì)算整個(gè)配電網(wǎng)的功率損耗。

動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算方法的計(jì)算基礎(chǔ)是系統(tǒng)運(yùn)行的基本規(guī)律，在系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)時(shí)段分別繼續(xù)擰數(shù)據(jù)采集，然后運(yùn)用插值計(jì)算出動(dòng)態(tài)的有功值和無功值，最后將這些計(jì)算數(shù)值進(jìn)行疊加最終計(jì)算出配電網(wǎng)的電損總量。該計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)是其計(jì)算結(jié)果的精確度和可靠性非常高，其缺點(diǎn)是要通過大量的數(shù)據(jù)信息采集和計(jì)算過程才能夠保證其高度的準(zhǔn)確性。該計(jì)算方法因?yàn)槠渚哂袠O高的精確度和計(jì)算的靈活性而能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的在線計(jì)算，也因此使得其在大規(guī)模電網(wǎng)的計(jì)算中占有非常強(qiáng)的優(yōu)勢。大型配電網(wǎng)的損耗計(jì)算應(yīng)用其他方法需要對電網(wǎng)進(jìn)行分割停電，然后進(jìn)行計(jì)算，這樣常常影響其正常的生產(chǎn)生活，會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。而在線計(jì)算的方法，免除了停電采集數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)，同時(shí)其測量計(jì)算結(jié)果還有很高的可靠性，所以關(guān)于動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算方法在配電網(wǎng)損耗的計(jì)算中有很好的發(fā)展前景。

節(jié)點(diǎn)等效功率法是潮流計(jì)算方法之一，首先將計(jì)算時(shí)段每個(gè)節(jié)點(diǎn)跟時(shí)間變化時(shí)對應(yīng)的功率當(dāng)做等效功率來處理，然后用潮流計(jì)算方法計(jì)算配電網(wǎng)中各個(gè)部分的電量損耗。關(guān)于等效節(jié)點(diǎn)功率的確定方法主要是用負(fù)荷曲線接地法或者負(fù)荷曲線形狀法來確定。該計(jì)算方法的主要優(yōu)點(diǎn)是對于計(jì)算數(shù)據(jù)的采集特別方便，同時(shí)能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

基于網(wǎng)絡(luò)最大流概念的配網(wǎng)理論線損計(jì)算方法。該算法將大大簡化了節(jié)點(diǎn)編號及原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作，只需指定網(wǎng)絡(luò)的發(fā)點(diǎn)及收點(diǎn)，其余各點(diǎn)可任意標(biāo)號，有利于計(jì)算機(jī)處理，也為可視化配網(wǎng)線損計(jì)算軟件的開發(fā)提供了有利條件。缺陷在于，只能用于單電源配網(wǎng)的線損計(jì)算，而不能適應(yīng)多電源配網(wǎng)。

⑶智能算法

智能算法是隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展和各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、粒子群算法等模擬生物智能的技術(shù)成熟而得到廣泛應(yīng)用的新型算法。將智能算法應(yīng)用于線損理論計(jì)算時(shí)間不長，已有的算法主要使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法來擬合和計(jì)算配網(wǎng)線損。

文獻(xiàn)提出利用GA優(yōu)化的ANN模型，用于計(jì)算中壓配電線路的實(shí)時(shí)線損。該算法利用SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，能夠同時(shí)進(jìn)行在線、離線計(jì)算。利用GA優(yōu)化的ANN模型進(jìn)行線損計(jì)算，能夠考慮損耗的時(shí)域特性和各節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷曲線形狀，且模型簡單，具有較好的魯棒性和適應(yīng)性，平均計(jì)算精度高達(dá)2.42%，適用于農(nóng)村配電線路線損的實(shí)時(shí)計(jì)算。

文獻(xiàn)提出一種將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法與GA算法結(jié)合，用于計(jì)算配電網(wǎng)線損的新型智能算法。對于有代表性的配電線路的線損與特征參數(shù)的樣本數(shù)據(jù)，先作標(biāo)準(zhǔn)化處理，再進(jìn)行分群，最后用GA與BP結(jié)合的新算法映射線損與特征參數(shù)之間的復(fù)雜關(guān)系。該算法收斂速度快，準(zhǔn)確度高，避免了常規(guī)BP算法容易陷入局部極小而基本遺傳算法過早收斂的缺點(diǎn)。

文獻(xiàn)針對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速度慢、容易陷入局部極小的缺點(diǎn)，提出了一種基于免疫遺傳算法(IGA)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算配電網(wǎng)的理論線損。該算法在遺傳算法的基礎(chǔ)上引入生物免疫系統(tǒng)中的多樣性保持機(jī)制和抗體濃度調(diào)節(jié)機(jī)制，克服了GA算法的搜索效率低、個(gè)體多樣性差及早熟現(xiàn)象，擴(kuò)大了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值搜索空間，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)效率和精度。

文獻(xiàn)首次提出，利用電網(wǎng)參數(shù)、負(fù)荷量的預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行理論線損率的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測，開啟了利用線損影響因素預(yù)測理論線損率的新思路。該方案計(jì)及多種電網(wǎng)發(fā)展的相關(guān)因素，能較準(zhǔn)確的預(yù)測電網(wǎng)線損率，不足在于體系復(fù)雜，所需的參數(shù)眾多，且耗時(shí)長。

根據(jù)當(dāng)前用戶對供電電壓質(zhì)量、可靠性的高要求，以及推進(jìn)節(jié)能減排的需要，系統(tǒng)在線監(jiān)測和控制技術(shù)正得到大力推廣。為實(shí)現(xiàn)線損管理的實(shí)時(shí)化、在線化，配網(wǎng)理論線損計(jì)算技術(shù)的精度和速度，以及對電網(wǎng)的適應(yīng)度等正面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，智能算法正得到越來越多的關(guān)注。與此同時(shí)，線損預(yù)測技術(shù)也是一種極具潛力的發(fā)展方向，特別是在線預(yù)測技術(shù)。

2 具體計(jì)算方法

傳統(tǒng)配電網(wǎng)線損計(jì)算方法主要有均方根電流法、平均電流法、最大負(fù)荷電流法、等值電阻法及節(jié)點(diǎn)等效功率法。配電網(wǎng)線損計(jì)算的基本公式見式（1）：

式中：A為電能損耗，()Ift為電流隨時(shí)間表達(dá)式，R∑為電網(wǎng)等值電阻，ΔP0為變壓器空載損耗，t為時(shí)間。由于()Ift不易獲取，使上述積分式求解困難。電流法主要包括：均方根電流法、平均電流法及最大負(fù)荷電流法。均方根電流法將實(shí)測日當(dāng)天的電流積分作等值簡化處理，假設(shè)單位小時(shí)內(nèi)負(fù)荷功率恒定，對電能損耗做分段計(jì)算，見式（2）：

式中：A為電網(wǎng)負(fù)荷實(shí)測日總損耗電量，Ieff為日均方根電流，R∑為電網(wǎng)等值電阻，I1、I2…I24為1點(diǎn)至24點(diǎn)的整點(diǎn)電流值，24th。若要計(jì)算配電網(wǎng)月電能損耗，則需對式（2）修正，修正方程見式（4）：

式中：Apg為線路某月實(shí)際有功電量，Ari為負(fù)荷實(shí)測日線路首端有功電量，t為實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，Nt為線路某月實(shí)際運(yùn)行天數(shù)，Nt＝t/24。均方根電流法計(jì)算線損原理簡單，易于掌握，是一種普遍采用的手算方法，適用于局部電網(wǎng)和個(gè)別元件的電能損耗計(jì)算。平均電流法、最大負(fù)荷電流法與均方根電流法原理相同，都是對24小時(shí)電流的積分作等值簡化處理，假設(shè)單位小時(shí)內(nèi)負(fù)荷恒定，只需將式（2）和式（4）中均方根電流換做平均電流或最大負(fù)荷電流，這里就不再贅述。

基于均方根電流法衍生出的等值電阻法將配電網(wǎng)絡(luò)總電阻等值為線路電阻Rl與變壓器電阻Rt之和，進(jìn)而避開配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，計(jì)算精度上有一定提高。等值電阻法可分為電量法和容量法，電量法精度稍高于容量法，但電量法受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，需大量實(shí)時(shí)信息的校對與核實(shí)，對系統(tǒng)自動(dòng)化程度有較高要求。電量法計(jì)算配網(wǎng)等值電阻如式（5）所示：

注意當(dāng)?shù)戎惦娮璺ㄊ锥穗娏繛樵聰?shù)據(jù)，則電網(wǎng)總損耗△A為月?lián)p耗電量；首端電量為日數(shù)據(jù)，則電網(wǎng)總損耗△A為日損耗電量，需要對配電網(wǎng)月?lián)p耗做修正。等效功率法的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算數(shù)據(jù)為電能表數(shù)據(jù)，電能表的精度高于電流表，且電能表已經(jīng)具有嚴(yán)格的定期檢驗(yàn)制度，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高、可信度強(qiáng)。等效功率法簡化收集與整理原始資料的工作，本質(zhì)上該方法是將電能損耗問題轉(zhuǎn)化為功率損耗問題（或潮流計(jì)算問題），可用于任意網(wǎng)絡(luò)線損計(jì)算。

三、結(jié)語

電力是關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè)，電力企業(yè)為國家的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)提供能源動(dòng)力，電力是主要的生產(chǎn)力。同時(shí)電力企業(yè)的主要生產(chǎn)方式是活力發(fā)電，這就使得電力企業(yè)也對環(huán)境造成危害最大，對非可再生資源消耗最多，同時(shí)電力行業(yè)在發(fā)電的同時(shí)自身也在進(jìn)行大量的電力損耗。所以，要針對這些情況對電力電力行業(yè)的各個(gè)工作環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，從電力生產(chǎn)設(shè)備的革新升級到電力能源生產(chǎn)原料的革新以及電力生產(chǎn)流程的優(yōu)化調(diào)整等等。其中，最有效的方面是電力生產(chǎn)流程的優(yōu)化和電力設(shè)備的更新，這需要相關(guān)科研工作者持續(xù)努力，最長遠(yuǎn)的方面是在配電和輸電過程中通過優(yōu)化電力輸送材質(zhì)來降低線損，這就需要相關(guān)領(lǐng)域的科研人員共同努力。

[1]彭宇文,劉克文.基于改進(jìn)核心向量機(jī)的配電網(wǎng)理論線損計(jì)算方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).2011(34)

[2]王健峰,張磊,陳國興,何學(xué)文.基于改進(jìn)的網(wǎng)格搜索法的SVM參數(shù)優(yōu)化[J].應(yīng)用科技.2012(03)