高比例新能源接入的新型電力系統線損機理及計算影響研究

國網甘肅省電力公司 羅世剛 丁 坤 國網甘肅省電力公司電力科學研究院 吳建軍 梁 琛 李亞昕 徐 瑞

雙碳背景下，風、光等可再生能源大規模接入電力系統，不僅增加了線損管理難度，還提高了線損機理及計算的復雜性，且分布式能源滲透率的提升及不確定性使傳統線損機制不再適應于現代電力系統建設線損標準。為滿足遠距離、跨區域資源優化配置，實現線損精細化管理，推動電力能效穩步運行，亟需開展高比例新能源接入的新型電力系統線損管理的進一步深入研究。為此，本文在電網線損現狀基礎上，分析國內外相關研究動態和成果，總結高比例新能源接入電網對線損機理及理論線損計算的影響，歸納和梳理適用于新能源接入的新型電力系統降損措施和有效理論線損計算方法，以期為完善新型電力系統線損精細化管理奠定堅實基礎。

近年來，我國大力開發利用分布式新能源，緩解了能源枯竭和環境污染問題日趨嚴重及用電量日益增多的難題，但其給線損管理帶來了巨大的沖擊和挑戰。反映經營管理水平的線損是電力企業降本增效的關鍵技術指標，降低線損率尤為重要。相關數據顯示，我國線損率逐年降低，截止到2021年線損率由6.52%降低到了5.24%，但與美國、日本在2019年、2014年達到的5%、4.3%左右相比，我國電網線損率還需進一步降低。且分布式新能源的高比例并網增加了裝機容量，提高了線損率。

1 高比例新能源并網對線損機理影響及降損措施

1.1 新能源接入電網線損機理

1.1.1 主網網損影響機理

我國資源與需求存在的逆向性導致我國電力資源配置主要以特高壓交直流混聯為主，新能源接入主網通過特高電壓等級送出通道進行遠距離輸送，實現跨區域新能源消納。由于高比例新能源的接入使電子元件及設備亦高比例增加，輸送過程中經較多數目的輸電設備元件，成倍增加網損率。風光等再生能源的隨機性、間歇性和波動性增加了出力及負荷的不確定性，造成等效負荷峰谷差較大和潮流波動，為保證系統穩定運行需要進行平衡調節，增加了網損。復雜的電壓耦合關系也使系統運行方式頻繁變化，增大了無功損耗。

網損會隨著新能源輸送距離和設備元件的增加而提高，文獻[1]研究了交直流通道和直流潮流對電力系統網損機理的影響，并搭建了最優潮流網損模型，針對設備本體及運行特性對送出通道損耗進行了研究，但未設計新能源出力特性對網損的影響；文獻[2]提出新型電力系為調節新能源出力、平衡潮流波動和等效負荷峰谷差、保障系統穩定運行將增加電網損耗；文獻[3]分析了新能源并網后潮流分布特性引起的功率波動對系統網損的影響。

文獻[2～3]基于新能源接入負荷和出力平衡調節對網損機理的影響，但沒有實現量化及實踐應用；文獻[4]總結了新能源設備接入使無功功率頻繁變化，增大了無功電壓耦合關系復雜性，導致通道無功損耗提高，影響了網損率；文獻[5]揭示了無功及有功耦合關系對網損的影響因素；文獻[4～5]僅考慮了電網穩定運行情況下無功及有功對線損的影響，但未考慮最優網損的無功協調控制情況。

綜上，新能源接入主網主要有通道損耗、平衡等效負荷和電源出力損耗以及無功電壓耦合復雜化損耗。目前相關學者針對新能源接入主網對網損產生的影響進行了不同層次的研究，并取得了豐碩的成果。但新能源運行特性和交直流功率耦合對通道網損影響、多類型多電壓等級的無功資源特性分層分區優化控制以及量化分析研究還有待進一步分析。1.1.2 配網線損影響機理

隨著分布式電源在配電網中滲透率的逐步提高，高效消納和利用新能源迎來了新挑戰。分布式電源的并網容量、接入位置和出力特性都有可能影響線損，分布式電源接入配網后使負荷具有非線性、可轉移性，差異性的負荷影響了線損運行特性，且接入的分布式電源若與負荷不匹配將會使電壓越限，提高線路損耗。相關文獻還研究了分布式電源在配網低壓、中壓和高壓中接入位置及容量對線損的影響狀況，分析了負荷分布對線損的影響，并提出了指導意見，對基于高比例新能源接入引起的諧波、三相不平衡和電壓偏差問題對系統線損的影響性進行了探討，研究了不同運行方式和控制策略的分布式電源輸出特性對電能質量的影響。

分析現有研究，得出新能源接入配電網通常由接入容量、位置及輸出特性等方面影響配網線損機理，上述文獻為解決新能源并網配電網線損問題提供了理論依據。但分布式電源接入輕負荷區域電網發電無法實現就地消納，配網出現送出型電網特征。因此還需進一步挖掘逆變型分布式電源運行特性、降壓電網以升壓形式外送新能源影響配電網線損的機理。

1.2 高比例新能源并網降損措施

針對大容量跨區域主網降損，相關文獻提出了基于網損產生機理及系統有功、無功四象限運行特性，提出了利用分布式儲能降低網損的方法，研究了通過優化控制無功資源實現降損目標的方法。文獻[6]針對大規模風電接入電網網損激增問題進行了研究，提出了荷源協調降損控制模式和策略，并通過仿真驗證了模型降損的有效性；文獻[7]通過調整直流功率降低了電網網損，并將其應用在了南方電網中。以傳統電網降損措施實現降損的主網還需進一步考慮設備本體損耗和送受端電網協調降損以及無功資源協調優化的降損方法。

分布式電源、充電樁和儲能設備的高比例接入使配電網呈現元件高電子化和結構及潮流波動復雜化，加之技術和設備的參差不齊，提高了其降損潛能。目前配電網主要依靠優化電網結構、改造高耗能設備和供電線徑及治理三相不平衡治理及無功補償等降損措施。相關文獻為改變原有負荷分布、降低峰谷差，構建了柔性負荷響應模型對儲能和光伏電網結構進行了協調優化；考慮分布式電源有功控制、無功控制和有載調壓分接頭控制，設計了基于支路潮流模型的配電網調度降損模型；針對當前配電網設備損耗和運行損耗存在的問題進行了綜述，提出了優化組合多項降損措施建議；考慮配電網DG位置選取和容量，采用粒子群優化和非支配遺傳排序協同進化算法，構建了運行線損最優目標的配網降損方法。調整運行方式是現階段配網線損的主要降損技術，基于精細化無功補償和負荷聚合的配電網降損技術還需進一步加強。

2 高比例新能源并網理論線損計算影響

電力行業標準對電網及其元件以及相關軟件和理論線損等計算都進行了標準化和規范化，其理論線損計算邊界是基于發輸供用電理想狀態下。新型電力系統建設不斷推進的背景下，新能源高比例接入電網，電力市場機制及電網結構和運行特性不斷變化，傳統理論線損計算方式已無法適應新能源高比例接入的新型電力系統。

基于此，相關學者對其進行了研究：針對風電出力不確定性和波動性導致配電網理論線損計算誤差增大問題，提出了計及風電-負荷特性的理論線損計算方法；研究了考慮影響通道阻抗特性的電能質量、電磁暫態、非正弦波負載電流、集膚效應等多因素的理論線損計算方法；基于雙邊交易功率指向圖提出了一種分配輸電網損耗方法；提出了考慮分布式電源并網引起的潮流分布和電能質量問題的改進線損計算方法。為理論線損計算提供了借鑒?？紤]新型電力系統涉及源網荷儲多種問題，且特高壓交直流功率耦合、高比例電力電子設備和電力市場改革等多重因素，還需進一步精細化理論線損計算及開發相關計算軟件研究。

3 結語

本文基于現有文獻，以高比例新能源接入新型電力系統對線損的影響為研究對象進行了梳理?？偨Y出新能源接入電網主要有主網側新能源送出通道損耗、平衡調節等效負荷和電源出力及無功電壓耦合復雜化對網損和配網側分布式電源接入容量、位置和輸出特性對線損影響的研究。基于此，提出進一步加強新能源運行特性和交直流功率耦合對通道網損影響、多類型、多電壓等級的無功資源特性分層分區優化控制及量化分析，以及逆變型分布式電源運行特性、降壓電網以升壓形式外送新能源的線損影響機理研究。并針對主網和配網降損措施和理論線損影響計算進行了分析，提出了加強精細化無功補償和負荷聚合降損技術的研究，以及進一步精細化理論線損計算及開發計算軟件研究的方向。