基于分布式電源接入的低壓臺區節點模型抗損研究

劉金亮，宋文樂，黃 慶，王立宗，董成哲

(1.國網滄州供電公司，河北 滄州 061000；2. 國網河北省電力有限公司滄州 供電分公司，河北 滄州061001；3.北京新源綠網節能科技有限公司，北京101100)

0 引言

線損管理一直是供電領域中的重點工作之一，其對供電行業的經濟效益有著直接的影響。隨著供電規模的不斷擴大的提高，低壓臺區節點模型線損管理逐漸受到越來越多的關注[1]。

線損是指電力傳輸過程中所產生的有功電能損失。電能從發電站輸送到用戶端的過程需要經過不同的輸變電元件，這一過程難免會造成一定的電能損失。一方面，電網中各個元件存在電阻和電抗，另一方面，電能在交換過程中需要一定的勵磁功率，從而造成電能損失[2]。除此之外，電力設備泄露、計量設備偏差和人為誤差等原因也會造成電能損耗。同時，由于低壓臺區數量較多、缺乏高效的技術手段、管理工作相對落后，導致低壓臺區配電網絡線路節點損耗較大。

目前，分布式電源接入方式以其形式靈活、便捷可靠等特點得以廣泛應用。分布式電源一般采用自發自用模式，可以實現功率的就地消納，繼而通過減少功率傳輸而減少配網的電能損耗。

因此，為有效減少低壓臺區配電網絡線路的節點損耗，基于分布式電源接入方式，設計了一種低壓臺區節點抗損模型。

1 低壓臺區節點負荷矩計算

負荷矩代表某一電壓損失條件下電力負荷與線路長度的乘積，線路的電壓降落與線路的負荷矩成正比。在實際應用中，只能夠獲取少數節點的電壓值，所以能夠提供計算的線路電壓值[3]較少，甚至存在不能獲得的情況，因此為了反映電壓值與線路負荷矩的關系，重新對節點的負荷矩進行定義。

在不考慮用戶功率[4]的情況下，每條線路的線路負荷矩為

(1)

gj為流過j線路的負荷；d為電網線路距離。

低壓配網拓撲結構簡化如圖1所示。

假設h代表電網j線路中i節點與第一個節點之間線路上的所有節點結合(i為圖1中的1,2,3,4,5,6,7,8)，則電網中每個節點的節點負荷矩為

(2)

p為電網線路的功率分布參數。

圖1 低壓配網拓撲結構簡化

依據上述過程可知，負荷矩累積一段時間后，線路上的負荷矩[5]也會隨之增加，從而增加節點負荷矩。并且節點負荷矩越大節點電壓越低，因此將電網中線路負荷矩對電壓的影響看做負荷矩對電壓的影響，是影響臺區配網損耗的直接因素[6]。

2 分布式電源接入下的綜合線損率確定

在接入分布式電源后，由于接入系統的差異會產生電量倒送的情況，即負荷會倒送會配電端。若電網難以完全消化負荷時，負荷也會進一步倒送[7]。因此需要從始端向末端計算各個節點電壓，其計算流程如圖2所示。

圖2 電壓計算流程

在上述節點電壓計算完成基礎上，對負荷進行計算，將供電量與實際供電量之間的差值定義為統計線損[8]，其計算公式表示為

(3)

Ah代表線損電量，即供給電量與銷售電量的差值；Δa為線損率。

在此基礎上，分析低壓臺區線損構成與分類，如圖3所示。

在此基礎上，根據電網中的等值電阻將低壓臺區部分的電網從源端到尾端、從主干線到分支線劃分為若干計算點[9]，從而確定低壓臺區綜合線損率，為低壓臺區節點抗損提供基礎依據，過程為

圖3 低壓臺區線損構成與分類

(4)

e為實際抄表參數；y為某一供電階段的抄表電量和；w為某一計算線段的結構常數。

3 低壓臺區節點抗損

依據上述過程構建低壓臺區節點抗損模型。低壓臺區線損管理部分模型框架如圖4所示。

圖4 低壓臺區管理部分架構

在此基礎上，選擇合適的導線截面[10-11]。計算導線電阻與導線截面積之間的關系，即

(5)

P為電網中導線的電阻率；Y為電網導線長度；s為導線截面積；t為電阻參數。

假設電網元件中電阻為Q，通過該元件的電流為I，當電流通過元件時產生的損耗為

(6)

一般情況下，電網中產生的損失通常在主干線上，需要合理調整運行電壓[12-13]。因此，利用調相機等手段對電壓調整，從而達到降損需求。電網電壓與線損之間的關系為

(7)

V為臺區配網額定電壓；α為電壓提高百分比。

根據上述計算，提高能夠降低電網中的功率損失率[14]。在實際運行中，可適當的提高電壓降低線損率，從而達到抗損目的，還能夠增加輸配電的能力。

為進一步提高低壓臺區節點的抗損能力，還需要對電網升級改造。目前，一些地區的電網相對落后，一些基本設施較為陳舊，在長期運行下，計量本身的損耗和計量本身計量誤差都較大，因此需要根據實際情況實現抗損。同時，在同一臺區，根據實際計算與往年數據統計分析，計算時按照統計后的值進行相應分配避免電流過大造成浪費。對于線損計算而言，電網在電能傳輸過程中也會造成有功損耗，并且會影響電能質量[15]，所以在低壓臺區節點模型抗損中需對變壓器進行無功補償，減少電能傳輸過程中的損耗。

4 實驗與分析

為檢測基于分布式電源接入的低壓臺區節點抗損模型的應用性能，設計仿真實驗加以驗證。通過對比負荷、電壓實測數據與實際數據，判斷抗損模型的有效性。并以電壓偏差為檢驗指標，對比本文模型、計及DG隨機性的配網無功優化及抗損模型(傳統模型1)、基于改進和聲搜索算法的配電網抗損優化模型(傳統模型2)的有效性。

4.1 實驗準備

以某低壓臺區為實驗對象，臺區中設有2臺變壓器(容量均為1 500 MVA)，其余的設備參數如表1所示。

表1 實驗臺區輸變電設備統計表

在MATLAB平臺進行此次實驗，其運行過程如圖5所示。

根據變電站實際情況完成建模。實驗采用RS485通信接口電能表獲取數字電能表，并利用于GPRS通信實現實驗數據的實時傳輸。在獲取實驗信息后，通過采集器對實驗數據進行采集與管理，之后發送到管理系統中，并在仿真平臺中完成對實際電量統計與計算。

圖5 MATLAB運行過程

實驗信息傳輸結構如圖6所示。

圖6 實驗信息傳輸結構

傳輸結構主要分為兩部分，一部分是源端進入變壓器的統計電量，另一部分為變壓器負載用戶的統計變量。源端數據直接通過GPRS通信，負載用戶端采用采集器收集固定范圍內的用戶用電數據，然后將采集完成的數據傳輸至服務器，完成實驗數據的采集。

4.2 實驗結果與分析

選取110 kV、220 kV、500 kV 3條配電線路，分別編號為A、B、C，將線路尖峰負荷與電壓值作為對比對象，分別使用不同抗損模型對上述2個內容進行計算，以該值判定模型計算的精準度。

3條線路的負荷與電壓實際值如表2所示。

不同模型計算后的實驗線路尖峰負荷與電壓值如表3所示。

表3 實驗結果對比

表3(續)

分析表3可知，將不同模型的計算得到的線路尖峰負荷值、電壓值與實際的負荷值、電壓值對比可知，2種傳統模型的計算結果與實際值相差較大，而本文模型的計算機結果與實際的負荷值、電壓值相差較小，在一定意義上可忽略不計。由此可以說明本文模型的計算精度較高，在此基礎上，以電壓偏差為驗證指標，判斷不同模型的抗損性能。電壓偏差計算過程為

(8)

ΔU為電壓偏差百分比；U為低壓臺區配網實際電壓；Us為電網標稱電壓。

不同模型下的配網節點電壓偏差對比如圖7所示。

圖7 不同模型電壓偏差對比結果

分析圖7可知，隨著迭代次數的增加，不同模型下的電壓偏差值也在不斷發生變化。傳統模型1的電壓偏差始終保持在10.30%～12.50%之間，傳統模型2的電壓偏差始終保持在6.00%～8.10%之間，而本文模型的電壓偏差始終保持在2.30%～4.80%之間。通過對比可知，本文模型下的低壓臺區配網節點電壓偏差較小，說明本文模型的抗損性能好，具有一定的實際應用意義。

5 結束語

從影響配電網電量損耗的因素分析以及低壓臺區節點抗損的角度出發，基于分布式電源接入方式設計了一種低壓臺區節點抗損模型，并通過實驗結果證明了該模型對負荷值、電壓值的計算精準度較高，且該模型下的電壓偏差較小，說明該模型能夠保證供電可靠性，為智能電網的發展提供支持。但是此次研究的方法還存在一定的不足，在低壓臺區節點負荷預測中還存在欠缺部分，在后續研究中將充分分析節點負荷，完善方法的動態分析能力，從而進一步提高負荷值、電壓值的計算精準度，為電網運行提供幫助。