1、摘 要 線損率是綜合反映電力網規劃設計、生產運行和經營管理水平的主要經濟技術指標。降低線損率，可以減少電能傳輸能耗，提高電力供應能力，增加供電企業經濟效益。研究配電網理論線損計算方法有很重要的理論與實際意義。本文闡述了進行配電網線損計算的意義和線損的基本概念，在理論研究方面，本文通過對幾種常用配電網線損計算方法的分析比較，主要采用改進等值電阻法進行配電網線損計算，目的是為了降低配電網電能損耗、加強電網的經濟運行。 關鍵詞 配電網理論線損計算改進等值電阻法電能損耗AbstractThe line loss rateisacomprehensive reflection of thepower n

2、etworkplanning and design,productionoperation andmanagement level of themaineconomic and technicalindicators. Reducetherateofline loss, can reduce theelectricitytransmissionenergy consumption, increasepowersupply capacity, andincreasetheeconomicefficiencyofthe power supply enterprise. Researchwithag

3、ridof theoretical lineloss calculationmethodhasveryimportant theoreticalandpractical significance. This paper describes thedistribution networklineloss calculationthe meaning ofthe basic conceptsand line lossin theoretical research, throughtheanalysisofseveral commondistribution networkline loss cal

4、culationmethod, the main improvementsequivalent resistance methodwithgridlinesloss calculation, theaim isto strengthentheeconomic operationofthegridin order to reducethepower lossofdistribution network. Keywords：Distribution networkTheoretical line loss calculationImprovement of the method of e

5、quivalent resistanceElectric energy loss目 錄第一章引言1第二章配電網理論線損計算簡介3第一節國內外研究動態和趨勢3第二節 傳統的配電網理論線損計算方法3第三節 配電網理論線損計算方法新進展4第四節 主要研究內容7第三章配電網理論線損計算的研究8第一節 配電網理論線損計算特點8第二節 配電網理論線損計算步驟8第三節 配電網元件電能損耗數學模型10第四節 配電網理論線損計算的含義方法分心14第六節 影響配電網理論線損計算準確度的主要因素24第四章配電網理論線損計算方法25第一節 10kV配電線路25第二節、0.4kV配電線路29第五章配電網降損措施31第一

6、節 電力網線損管理措施31第二節 電力網降損的技術措施32第三節 更換導線截面34第四節 線路經濟運行.35第五節變壓器經濟運行36第六節 降低配電變壓器電能損耗38第七節 平衡配電變壓器三相負荷38第八節增加無功補償39結束語43致謝44參考文獻45第一章 引言配電網線損率是國家考核電力部門的一項重要的經濟技術指標，是電力企業完成國家計劃的主要內容，是供電企業管理水平的綜合反映，是創建一流供電企業一項重要指標。配電網理論線損計算是配電網線損計算、分析、管理的一項重要內容，是優化配電網結構、最佳運行方式和經濟調度重要依據。配電網理論線損計算作為配電自動化系統的高級分析功能之一，在配電網絡規劃和

7、提高配電系統經濟運行等方面起著重要作用。通過研究配電網理論線損計算方法，研究出能夠準確計算配電網理論線損的新方法，有利于配電網線損分析，指定降損措施，有利于降低電能損耗，提高供電企業經濟效益；有利于優化配電網結構，確定最佳運行方式和經濟調度；有利于配電網建設與改造設計方案的制定；有利于科學合理地制定配電網線損指標；有利于降低發電能耗，節約能源；有利于提高供電能力，緩解目前供電緊缺、供電能力不足局面，意義重大。近幾年來，國家十分重視電力建設，相繼實施了農村和城市電網的建設與改造工程，我國電力事業迅速發展，進入了一個嶄新的發展時期，為保證經濟發展和各項事業進步提供了強大的電力保障。隨著經濟快速發展

8、，電力需求日益增大，已經出現電力供應不足的局面，近年來許多省份出現限電情況。在各級電力網電能損耗所占比例來看，地方10kV及以下線損電量一般占到總損耗電能的45%60%，10kV及以下電網的降損工作一直是地區電力局降損工作的重點。目前的情況是，一方面是電力供應不足，另一方面是配電網存在較高的電能損耗。通過配電網理論線損計算，優化配電網結構，確定配電網最佳運行方式和經濟調度，降低配電網電能損耗，節約資源，提高供電能力。長期以來，國家十分重視降低電網電能損耗，制定并發布了電力網電能損耗計算導則和電力網電能損耗管理規定。電力網電能損耗計算導則中對35kV以下配電網及低壓電網的電能損耗計算給出指導，并

9、給出配電網線損理論計算方法電力網電能損耗管理規定要求各電網經營企業要定期組織負荷實測，進行線損理論計算，10kV及以下配電網每兩年一次，為電網建設、技術改造和經濟運行提供依據。配電網線損是供電企業的一項重要經濟指標，各級供電企業在生產營銷工作中，都必須進行配電網線損計算、統計、分析、考核工作，目的是降低電能損耗，節約能源，提高經濟效益。要做好配電網線損工作中，前提是首先必須做好配電網理論線損計算工作，通過進行配電網理論線損計算，較為準確地計算出配電網理論線損值，才能做好配電網線損的各項工作。目前，在縣市級供電企業，都開展了配電網線損工作，然而所開展的配電網線損工作都基于抄表電量，采用簡單的線損

10、率計算公式計算，得出單個配電線路、單個低壓配電臺區綜合的線損率，基本沒有開展配電網理論線損計算，不能分別計算出技術線損(理論線損)和管理線損值，無法開展真正意義上的線損分析；配電網線損率計算方法簡單，手段落后，簡單粗放；由于沒有開展配電網理論線損計算，根本不清楚單個配電線路、單個低壓配電臺區的理論線損率，在線損考核指標制定上沒有科學的依據，只能憑經驗制定。本研究的目的就是要確定一種配電網理論線損計算新方法，通過這一計算方法的應用，促進黑龍江省縣市級供電企業全面真正地開展配電網理論線損計算工作，為配電網線損計算、分析、考核工作提供理論依據，在配電網線損工作方面有所創新?？傊私馀潆娋W理論線損計

11、算方法的發展趨勢，掌握配電網理論線損計算新方法、新技術，將有助于提高配電網理論線損計算的精度，優化配電網結構，確定配電網最佳運行方式，經濟調度，降損節能，加強企業管理水平，提高供電企業的經濟效益。準確地計算配電網理論線損，不但是配電網線損工作的需要，也是配電網自身不斷發展的需要。研究配電網理論線損計算方法，不僅具有重要的理論意義，而且還具有十分顯著的工程實用價值，這也是推動配電網理論計算方法不斷深入研究和發展的主要原因。第二章 配電網理論線損計算簡介配電網理論線損計算是對電能在輸送和分配過程中各元件產生的電能損耗進行計算及各類損耗所占比例，確定配電網線損的變化規律。配電網線損是電力部門一項綜合

12、性的經濟、技術指標，是國家考核電力部門的一項重要指標。多年來，隨著配電網理論線損計算理論、方法和技術的不斷豐富，人們研究出各種不同的計算方法，計算精度達到較高水平。但由于配電網結構的復雜性、參數多樣性和資料不完善以及缺乏實時監控設備等因素，準確計算配電網理論線損比較困難，一直是個難題。為解決這一難題，眾多科研工作者從理論到實踐不斷深入研究配電網理論線損計算方法，希望研究出更加適合配電網理論線損計算的新方法，更加快速、準確地計算配電網理論線損，滿足電力部門配電網線損的分析和管理需要。第一節 國內外研究動態和趨勢配電網理論線損計算方法從二十世紀三十年代就有國外學者開始研究，研究電能在配電網絡傳輸的

13、過程中產生的損耗量，分析各元件產生電能損耗的原理，建立數學模型。隨著計算機技術的快速發展，以計算機為輔助工具，加速各種計算方法的研究和發展，計算精度逐步提高，逐步應用于工程實際。到二十世紀后期，各種配電網理論線損計算方法已經成熟，開始廣泛應用于各級配電網理論線損計算實際工作中，取得了很好的效果。近幾年來，隨著配電網系統的迅速發展，配電網絡結構更加趨于復雜化，為配電網理論線損計算增加了難度；配電網自動化系統逐步應用，加強配電網的監控，各種數據采集變得容易，為配電網理論線損計算提供豐富的運行數據資料，正是由于以上兩個方面，需要研究新的更加適合于目前配電網實際情況的理論線損計算方法，從而推動計算方法

14、研究不斷深入。目前，國內外發表的配電網理論線損計算方法的文獻很多，其采用的計算方法和計算結果的精度也各有不同，綜合起來主要有以下幾種類型。第二節 傳統的配電網理論線損計算方法傳統的配電網理論線損計算方法，主要分為兩類，一類是依據網絡主要損耗元件的物理特征建立的各種等值模型算法；一類是根據饋線數據建立的各種統計模型。傳統等值模型計算方法中按計算精度又分為兩類，一類是計算精度較低的簡化近似法；一類是計算精度高的精確計算方法。10kV配電網等值模型計算方法如均方根電流法、平均電流法(形狀系數法)、最大電流法(損耗因數法)、最大負荷損耗小時法、等值電阻法等，低壓配電網等值模型計算方法如等值電阻法、電壓

15、損失法、臺區損失率法等，這類方法是典型的傳統等值模型計算方法中比較粗略的簡化近似法，計算精度不高，不便于降損分析，但由于需要的數據資料少，計算方法簡單，便于計算機編程，計算精度能夠滿足工程要求，所以在實際工程中廣泛應用；潮流法是典型的傳統等值模型計算方法中計算精度高的精確計算方法，計算精度高，能夠精確計算配電網理論線損，但由于配電網結果復雜，表計不全，運行參數無法全部收集，或者網絡的元件和節點數太多，運行數據和結構參數的收集、整理很困難等因素，無法采用潮流方法，所以在實際工程中很少應用。概率統計模型是一種統計模型，分為配電線路概率統計模型和配電變壓器概率統計模型，是一種簡化計算模型，需要的數據

16、資料少，在計算配電線路和配電變壓器等值電阻方面，只需要配電變壓器容量、數量等較少參數就可以計算，這種計算方法是基于概率統計的基礎上，因此計算精度低，很少在實際工程中應用。第三節 配電網理論線損計算方法新進展近年來，隨著各項科學技術和各種理論迅速發展，配電網理論線損計算方法研究也取得了很大的進展，新的計算方法不斷出現，這些方法為配電網理論線損計算方法的研究提供了有力的工具，拓寬了新思路。新發展起來的配電網理論線損計算方法主要有：潮流改進算法、遺傳與人工神經網絡結合算法、模糊識別算法等。 一、潮流改進算法對配電網理論線損計算，在對精度要求較高的場合下，多彩用潮流計算的方法，提高計算精度。傳統的潮流

17、計算方法有牛頓法、PQ分解法、等效節點功率法、損耗累加法等，由于配電網網絡結構復雜、負荷節點數量多、運行數據收集不全、數據整理困難等因素，傳統的潮流法很難采用?；谶@種情況，部分學者對潮流算法中的部分算法進行了深入研究并加以改進，形成新的算法，主要有改進迭代法、前推回推區間迭代法、匹配潮流法等。迭代法是一種非線性方程組求解方法，將其應用于潮流法，求解潮流方程，在求解過程中，在初始條件參數基礎上，經過多次迭代，達到收斂條件，停止迭代。改進迭代法和前推回推區間迭代法是對常規迭代法進行改進。改進迭代法根據配電網得實際情況和網絡特點，充分利用現有運行參數，將數據結構中的鏈表技術和“前推回代”潮流算法結

18、合起來，運用于配電網理論線損計算。這種算法重要特征是引入鏈表技術“節點雙親孩子兄弟鏈表”，是根據網絡中節點與支路得關聯關系，由動態指針將網絡中得各節點鏈接起來而形成鏈表。以此鏈表為基礎，由“前推回代”潮流算法求得配電網潮流分布，進而求得線損及其分布。此算法在處理負荷時依然使用電力網電能損耗計算導則中的簡化方法處理，影響計算精度。前推回推區間迭代法是建立在數據區間概念基礎之上。數據區間是屬于數學范疇，用來求解問題的未知解所在的范圍或求取區間解。在實際工程中，當一個問題的原始數據不能精確地被知道，而只知其包含在給定的界限范圍內，或者原始數據本身就是一個區間而非某個點值時，就可以用這一方法求解。傳統

19、的迭代法屬于點迭代法，如牛頓法，負荷和其它參數是用一個數值，而不是用一個數值的范圍即區間來表示，求解都是系統的瞬時狀態，不符合實際。前推回推區間迭代法正是使用負荷和參數變化區間來表示，不但可以處理具有不確定性的點信息，而且可以方便地求解給定時間段上系統狀態量的變化范圍，從而能更全面真實地反映系統的狀態。但這種計算方法在負荷處理上，采用區間方法定量描述缺乏量測的負荷變化，只利用變壓器容量信息，并沒有考慮實際配電網中的少數自動化量測信息及典型用戶的變化規律，使得計算的理論線損結果的有效性和合理性不夠充分。匹配潮流法是以潮流法為基礎，以配電網自動化系統采集數據為前提進行理論線損計算的。匹配潮流法主要

20、是如何確定配電網各節點負荷功率。在獲取節點負荷功率后，在求解潮流時，用線路量測冗余信息來修正配電網節點負荷，從而使潮流解更趨于合理，收斂性好，數值穩定性好，計算效率高(陳得治等，2005)。匹配潮流法將配電網理論線損計算范圍擴展到支路損耗，而不向其他計算方法是將整體饋線作為計算對象，有利于幫助運行人員考察配電網局部理論線損值及變化情況，制定降損措施。該方法很好地考慮了目前配電網的實際情況，有普遍性，適合城市配電網結構，但在配電網節點負荷功率獲取方面，一是依賴配電網自動化系統的實時量測信息，條件苛刻，二是對于沒有實時量測信息的配電網節點負荷功率，則節點負荷功率的獲取依然采用傳統的方法，仍需要進一

21、步研究。二、遺傳算法(GA)與人工神經網絡(ANN)結合算法自二十世紀九十年代以來，人工神經網絡（ANN）大量開創性應用。人工神經網絡的優越性一方面體現在它的自學習能力，自動發現和把握事物發展的規律；另一方面ANN具有很強的非線性映射功能，可以把學習到的復雜的數學關系，建立成具有豐富內涵的網絡模型。常用的ANN模型是BP網絡模型，利用一個簡單的三層人工神經網絡模型，就能實現從輸入到輸出間非線性映射任何復雜函數關系?；谌斯ど窠浘W絡(ANN)的優點，國內外部分學者開始提出基于人工神經網絡模型算法來計算配電網理論線損方法。這種模型算法正逐漸成為配電網理論線損計算方法研究的新熱點，為配電網理論線損計

22、算提供了新思路。但到目前為止，國內外利用ANN進行配電網理論線損計算的研究仍處于理論探索階段，各種文獻確定的模型機理無法讓人信服，計算效果不是十分明顯，在實際應用中不成熟。人工神經網絡(ANN)是由多個神經元連接而成，用以模擬人腦行為的網絡系統，它通過學習獲得合適的參數，用來映射任意復雜的非線性關系。人工神經網絡具有學習功能和處理輸入輸出變量間非線性關系的能力，以及較短的計算時間。但是，應用單一的ANN計算線損的最大缺點就在于確定適于線損計算的神經網絡的拓撲結構和算法中的具體參數時，都是靠反復試驗確定的，沒有規則可循。這不僅浪費時間，而且很難保證設計出的用于線損計算的ANN一定最佳?；谏鲜鲈?/p>

23、因，部分學者引入遺傳算法(GA)，現有對GA的改進也都存在一定的局限性,不適用于線損計算。部分研究人員又對GA進一步改進，并于人工神經網絡(ANN)相結合，研究新的算法。遺傳算法(GA)是一種參數搜索算法，主要應用于優化計算。引入遺傳算法(GA)的目的是使用GA來優化ANN，使優化后的ANN具有自進化、自適應能力，構造出進化的神經網絡，最后應用優化的BP型ANN來擬合影響線損的特征參數與線損之間的復雜關系，建立適合配電網線損計算的新模型，從而獲得了比傳統配電網理論線損計算方法和單一使用ANN模型方法更好的計算效果，其計算精度分別提高了16倍和4倍。對于一個具體的配電網線損理論計算工程來說，用于

24、理論線損計算的人工神經網絡的研制需要相當長時間的原始資料積累、學習樣本的選擇、訓練和模型修正，才能確定配電網理論線損與特征參數之間的復雜關系，研制過程復雜，從研制到實用的周期較長。可以預見，作為一門新興的交叉學科，人工神經網絡為揭示復雜對象的運行機理提供了一條新途徑，將有更多的學者將其應用于配電網理論線損計算方法的研究中，研制出符合配電網線損理論計算的新算法。三、模糊識別算法模糊理論是在美國加州大學伯克利分校電氣工程系的L.A.zadeh教授于1965年創立的模糊集合理論的數學基礎上發展起來的，主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊邏輯控制等方面的內容。20世紀20年代至80年代，模糊

25、理論處于不斷理論探索階段，逐步完善。20世紀80年代后開始，模糊理論開始與實踐相結合，研制有實際意義的模糊邏輯控制器。模糊識別技術在自動控制等領域有著較為深入研究和應用。事實上，模糊理論應用最有效、最廣泛的領域就是模糊邏輯控制，模糊邏輯控制在各種領域出人意料的解決了傳統控制理論無法解決的或難以解決的問題，并取得了一些令人信服的成效。基于此，在配電網理論線損計算模型中，引入模糊識別技術。該方法采用模糊理論中的模型識別原理對支路電流的分配進行修正，使計算結果盡可能準確，即理論運行狀態盡可能接近實際運行狀態，提高了線損計算的精度。但該方法在對電流大小及變壓器負荷率的大小進行模型判別時，隸屬函數的選擇

26、較難，在實際應用中較困難。該方法引入模糊識別技術，雖然尚處于理論研究階段，但開拓了新思路，需要進一步深入研究。第四節 主要研究內容目前，對于配電網理論線損計算方法，結合配電網實際情況，國內外進行了大量的理論研究，達到了較高的水平，部分計算方法已投入實際應用，取得了較好的結算結果。對發、供電企業來說，降低電能損耗，就意味著節約能源，增加經濟效益。目前，供電企業在配電網理論線損計算方面開展較少，特別是0.4kV低壓配電網，幾乎沒有開展理論線損計算，基本是以電量為數據，通過簡單的線損率計算公式計算，計算方法原始，不能計算出理論線損，不能開展科學的降損分析，不能制定出合理的降損措施，這種狀況即跟不上科

27、學技術發展的步伐，也不能滿足電力部門的要求。有鑒于此，針對縣市供電企業配電網理論線損計算問題，結合配電網的實際情況，對配電網理論線損計算方法進行研究，研究出一種需要數據資料少、計算速度快、計算結果精度高的計算方法。因此，本論文的主要研究內容如下：1.分析配電網理論線損計算步驟和過程；2.對現有常用的配電網理論線損計算方法進行研究，并分析其特點；3.分析影響配電網理論線損計算的因素；4.改進等值電阻法理論研究；5.配電網降損措施研究。第三章 配電網理論線損計算的研究第一節 配電網理論線損計算特點配電網理論線損計算是根據配電網結構參數和運行數據來計算配電網理論線損，所以配電網理論線損計算工作研究的

28、對象是網絡結構基本固定、負荷實時變化的配電網，根據配電網的結構和負荷類型需要采用適當的計算方法和計算模型，計算出配電網理論線損。因此其特點如下：一、不準確性由于配電網網絡結構的復雜性，負荷功率性質的多樣性，負荷功率實時變化性，外部環境條件不確定性，要完全準確計算出配電網理論線損實際是不可能的，無論采用哪種計算方法和計算模型，只能是盡力作到理論運行狀態盡可能接近實際運行狀態，使計算結果盡可能準確，近似于實際值。二、條件性傳統的配電網理論線損計算方法，由于配電網網絡結構的復雜，各節點沒有監測設備，在計算理論線損過程中，都要假設一定的條件來簡化計算，在假設條件的基礎上，確定計算模型。由于假設條件的存

29、在，使計算結果誤差大，精度低，或高于實際值，或低于實際值。但這種假設條件并不是沒有實際意義、毫無根據的憑空假設，而是建立在一定理論基礎之上的，是必要的。三、多方案性正是由于配電網理論線損計算的近似性和條件性，所以在進行配電網理論線損計算過程中，結合配電網的網絡結構和負荷情況以及假設條件，對同一配電網進行理論線損計算可以有不同的計算方案，選擇不同的計算模型。第二節 配電網理論線損計算步驟一、明確內容和要求在對配電網進行理論線損計算時，首先要了解配電網理論線損計算的內容和要求，對配電網分壓、分線、分臺區進行分類，明確不同的類別的配電網理論線損計算范圍、計算內容和計算要求。二、資料的搜集和整理根據配

30、電網理論線損計算的內容與要求，搜集進行配電網進行理論線損計算所需要的各種資料。首先要搜集有關配電網結構的接線圖、結構參數、運行數據等資料，盡量齊全。對收集到的資料進行分析和加工整理，對資料中的數據去偽存真，提高資料的準確度。三、對資料進行分析配電網資料的齊全與準確是影響配電網理論線損的重要因素(楊秀臺，1985)，因此要對收集到的配電網資料，如配電網的單線接線圖、結構參數、運行數據等資料進行認真分析。對于單線接線圖的結構，區分是輻射狀還是環形結構，在單線接線圖上導線、配電變壓器參數是否標注齊全、正確，如果沒有特殊情況，配電網結構一般不會發生變化，若由于改造等原因發生變化，應在計算之前補充修改，

31、使之與實際相符；對于運行數據，如以月為時間單位記錄的供電量、售電量等數據，應分析數據的合理性，對于異常值進行分析，找出異常值產生的原因，查明異常值是否合理。四、選擇計算模型根據配電網結構、負荷功率性質可以選擇不同的計算模型。正確選擇計算模型是配電網理論線損計算中最關鍵的一步，選擇不同的計算模型、計算方法及假設條件，對于同一配電網線路或低壓臺區，可能得出不同的計算結果，準確度各不相同，如果選擇不適當，可能造成計算誤差過大，必要時可以選擇多個計算模型進行計算，并對比計算結果，以供選擇。目前，在配電網理論線損計算實際工作中，常用的計算方法有多種，如均方根電流法、平均電流法(形狀系數法)、最大電流法(

32、損耗因數法)、等值電阻法、潮流法、人工神經網絡法等多種方法。各種計算方法均有其不同的特點和適用范圍，要根據計算的內容和要求來選擇。五、理論線損計算隨著科學技術的發展，配電網理論線損計算方法研究有了較大的進步，各種新的計算方法和模型不斷出現，并且對計算機的性能要求越來越高，依賴性越來越強。依據選擇的配電網理論線損計算模型，根據所掌握的資料數據，運用計算軟件進行計算，能夠獲得比較準確的計算結果，獲得更高的精度，更好的滿足供電企業對配電網理論線損計算結果和精度的要求。六、分析計算結果根據所選擇的配電網理論線損計算模型得到的計算結果并不一定與實際值相符，這是由于所建立的計算模型是對實際情況的近似模擬，

33、是用理論狀態來近似實際狀態，在計算過程由于數據資料不全、假設計算條件、計算模型精度等因素，必然產生誤差。因此，需要對計算結果進行分析和評價，以確定計算結果是否可信。第三節 配電網元件電能損耗數學模型配電網的電能損耗是網內各元件電能損耗的總和,要計算電能在傳輸過程中產生的電能損耗,就必須掌握網內各元件的物理特性,并確定這些元件的數學模型。在l0kV及以下電壓等級配電網中,元件數量較大,每個元件的運行數據具有一定的隨機性。根據配電網元件電氣特性及線損產生機理的不同,可將元件電能損耗分為:變電、配電元件中導線電阻發熱損耗;變壓器鐵芯損耗;電纜線路、并聯電容器的介質損耗;架空線路的電暈損耗;戶外絕緣子

34、漏電損耗,以及二次回路、諧波損耗等。二次回路包括測量、保護、信號、控制、監視系統。其中用戶及變電站二次回路的損耗分別計入用戶電量及變電站的自用電量。除此之外,那些用于測量、保護、信號、控制、監視的戶外以及環網柜、開閉所內的損耗因所占比例較小可以忽略不計。諧波對線損的影響是一個專門的研究領域,己超出了本文的研究范圍。在諧波治理和電能質量管理要求的約束下,由于諧波產生的損耗很小,可以忽略不計。電暈損耗及絕緣子的泄漏損耗,其損耗量的大小與絕緣子外形、絕緣材料及氣候條件等因素有關,尚缺乏成熟的計算方法。因配電網中電壓等級較低,漏電損耗所占比例很小,故也忽略不計。一、配電線路導線損耗等值數學模型電力線路

35、的數學摸型是以電阻、電抗、電納、電導元件組成其等值電路.對于10kV及以下電壓等級的線路,由于電壓較低,線路對地電納及電導的影響較小,故將其等值為由電阻、電抗元件組成的簡化等值電路,如圖1所示.j w圖 2.1 配電線路等值電路若通過某段線路的電流I穩定不變,則在計算時段T內產生的電能損耗為: (2.1) 若整條線路由多段參數不同的導線組成,則在計算時段T內產生的線路電能損耗為: (2.2)若已知通過線路的有功功率和無功功率,上式可改寫為: (2.3) 式中:為第i段線路在時間T內的電流(A);為第i段線路在時間T內的有功功率(kW);為第i段線路在時間T內的無功功率(kvar);Ri為第i段

36、線路導線電阻();mi為線路總段數;Ui為第i段線路平均線電壓(kV);T為計算時段小時數(h)。二、配電變壓器繞組損耗等值數學模型配電變壓器一般均為雙繞組變壓器,可用電阻、電抗、電導、電納元件組成的T形的等值電路來表示,如圖2所示.圖 2.2 變壓器的型“”等效電路若通過變壓器繞組的電流穩定不變,在計算線損時段T內, 配電變壓器繞組產生的損耗為: （2.4）式中:為第i臺配電變壓器短路損耗功率(kW);為第i臺配電變壓器繞組上電流(A);為第i臺配電變壓額定電流(A)。三、配電變壓器鐵芯損耗等值數學模型配電變壓器的鐵芯損耗與其運行電壓有關,因此,在計算線損時段T內,配電變壓器的鐵芯損耗為:

37、（2.5）式中:為第i臺變壓器的空載損耗功率(kW);為第i臺變壓器的額定電壓(kV);為第i臺變壓器的平均運行線電壓(kV)。四、并聯電容器損耗等值數學模型并聯電容器的等值電路由一個無損耗的理想電容器與電阻并聯而成,如圖3所示。圖 2.3 并聯電容器等值電路在交流電壓作用下,流過電容器的電流有兩部分:有功電流和無功電流.通常把與的比值稱為介質損耗角正切值tg,即 （2.6）電容器有功功率為: （2.7）在計算線損時段T內電容器有功功率損耗為: （2.8）式中:為第i組并聯電容器投入容量(kavr);tg為第i組并列電容器介質損失角正切值。五、電纜線路損耗等值數學模型 (2.9)式中:Ui為第

38、i條電纜平均運行線電壓(kV);為電網電壓角頻率(rad/s);為每相的工作電容(F/km);tg為介質損失角正切值;Li為第i條電纜長度(km)。六、配電網線損計算的基本假設前述給出了元件損耗的計算模型,可在此基礎上進行整個配電網線損的線損計算.不過由于配電網中元件數很多,每個元件上的運行數據又具有隨機特性,所以收集這些運行數據相當困難.因此,配電網線損計算方法是在盡量減少原始資料收集范圍的前提下,進行足夠準確的元件電能損耗計算。變電站10k母線饋線線饋線1#1段1#2段1#3段1#5段1#4段T7T1T5T41#6段T3T6T21#7段圖 2.4 配電網示意圖如圖4所示的配電網,變電站l0

39、kV側有兩條饋線,饋線首端經過高壓降壓變壓器與供電網相連,末端經低壓降壓變壓器與用戶相連.每條饋線如同樹狀,一般以輻射型網絡連接若干臺配電變壓器,饋線與饋線之間除在樹根處(饋線首端)通過高壓母線相連外,沒有其它電氣聯系.一條饋線內的負荷波動相對于一個大供電網來說可以忽略不計,故可以認為饋線根節點的電壓是恒定的。因此,給定饋線根節點的電壓及沿線各負荷節點的負荷,此饋線的潮流分布就可完全確定?；谏鲜鎏攸c,配電網的線損計算不再以全網為單位,而是以饋線作為基本單位.根據給定某饋線的根節點電壓及沿線各負荷點的負荷,求出各段的功率損耗和電壓降落,得到各段在一定時間區域內的電量損耗,從而確定整條饋線的線損

40、分布,進而通過對饋線逐條計算以得到全網的線損.那么,在進行配電網線損計算時,需收集沿線各節點的負荷,但由于配電網節點數多,負荷在不同時段的變化又比較大,運行數據根本無法全面收集。為盡量減少運行數據的收集量,同時又不影響線損計算精度,一般作如下假設:(1)各負荷節點負荷曲線的形狀與首端相同。(2)各負荷節點功率因數與首端相等。(3)忽略沿線的電壓損失對能耗的影響。(4)負荷的分配與負荷節點裝設的變壓器額定容量成正比,即各變壓器的負荷系數相同。(一般把通過變壓器的視在功率與其額定容量的比值稱為負荷系數)第四節 配電網理論線損計算的含義方法分心配電網理論線損計算是在已知配電網結構和負荷功率性質等數據

41、條件下，研究或選擇一種計算方法來進行數據處理，在滿足一定精度要求的條件下，計算一段時間內(如一個月)配電網的理論線損值。目前，傳統和現代的配電網理論線損計算方法是基于兩種配電網參數、運行數據資料獲取情況和三種配電網結構的開展理論線損計算方法理論研究和實際應用的。在兩種配電網參數和運行數據資料獲取情況中，一種是以配電網結構參數和歷史運行數據資料為基礎；另一種是以供電企業綜合管理系統(MIS)提取配電網結構參數和以調度自動化系統(SCADA)、配電網自動化系統(DMS)實時采集、存儲的數據為基礎。在三種配電網結構中，第一種是輻射狀配電網，如農村配電線路；第二種是環狀配電網，如部分城市配電網，第三中

42、是輻射狀與環狀相結合，屬于混合結構，如部分城市配電網。由于黑龍江省縣市供電企業的配電網結構參數、運行數據資料獲取方式的實際情況各不相同，普遍沒有實現配網自動化，所以在配電網理論線損計算過程中，應結合配電網的實際情況進行選擇負荷實際的計算方法。一、均方根電流法均方根電流法是配電網理論線損計算的基本計算方法，也是最常用的方法。均方根電流法的基本思想是，線路中流過的均方根電流所產生的電能損耗相當于實際負荷在同一時間內所產生的電能損耗。其計算公式如下：(2.10)式中：為損耗電量（kWh）；R為元件電阻（）；t為運行時間（h）；為均方根電流（A）。均方根電流計算公式如下：(2.11)式中：為代表日整點

43、負荷電流（A）； 為均方根電流（A）。若實測為、，均方根電流可以使用以下公式計算：(2.13) 式中：為代表日整點時通過元件電阻的有功功率（kW）；為代表日整點時通過件電阻的無功功率（kvar）；為與、同一時刻的線電壓（kV）；為均方根電流（A）。 電能損耗計算公式如下： (2.14) 式中：為代表日整點時通過元件電阻的有功功率（kW）；為代表日整點時通過元件電阻的無功功率（kvar）；為與、同一時刻的線電壓（kV）；R為元件電阻（）；t為運行時間（h）。若實測為有功電量、無功電量和電壓，均方根電流可以使用下式計算：(2.15)式中：為代表日整點有功電量（kWh）；為代表日整點無功電量（kva

44、rh）；為與、同一時刻的線電壓（kV）。電能損耗計算公式如下：(2.16)式中：為代表日整點時通過元件電阻的有功電量（kWh）；為代表日整點時通過元件電阻的無功電量（kvarh）；為與、同一時刻的線電壓（kV）；R為元件電阻（）；t為運行時間（h）。由于有功電量和無功電量是由電度表計量的，精度比較高，一般使用2.16式計算電能損耗。均方根電流法的優點是：方法簡單，按照代表日24小時整點負荷電流或有功功率、無功功率或有功電量、無功電量、電壓參數等數據計算出均方根電流就可以進行電能損耗計算，計算精度較高。缺點是：在對10 kV配電網線路計算理論線損時，對沒有實測負荷記錄的配電變壓器，其均方根電流按

45、與配電變壓器額定容量成正比的關系來分配計算，這種計算不完全符合實際負荷情況；各分支線和各線段的均方根電流由各負荷的均方根電流代數相加減而得，但一般情況下，實際系統各個負荷點的負荷曲線形狀和功率因數都不相同，因此用負荷的均方根電流直接代數相加減來得到各分支線和各線段的均方根電流不盡合理；均方根電流法計算的理論線損是代表日的線損值，利用代表日線損值、代表日電量、月平均日電量和月總電量歸算出的月理論線損值在客觀上必然有一定差距。二、平均電流法平均電流法也稱形狀系數法，是利用均方根電流法與平均電流的等效關系進行電能損耗計算的，由均方根電流法派生而來。平均電流法的基本思想是，線路中流過的平均電流所產生的

46、電能損耗相當于實際負荷在同一時間內所產生的電能損耗。其計算公式如下：(2.17)式中：為損耗電量（kWh）；R為元件電阻（）；t為運行時間（h）；為平均電流（A），K為形狀系數。形狀系數K的計算公式如下：(2.18)式中：為代表日均方根電流（A），為代表日負荷平均電流（A）。若實測為有功電量、無功電量和電壓，平均電流也可以使用以下公式計算：(2.19)式中：為代表日的有功電量（kWh）；為代表日的無功電量(kvarh)；為代表日的電壓平均值。電能損耗計算公式如下： (2.20)式中：為代表日通過元件電阻的總有功電量(kWh)；為代表日通過元件電阻的總無功電量(kvarh)；為平均線電壓(kV)

47、；R為元件電阻()；t為運行時間(h)。形狀系數K根據負荷曲線的負荷率f及最小負荷率確定較為復雜。平均電流法的優點是：用實際中較容易得到并且較為精確的電量作為計算參數，計算結果較為準確，計算出的電能損耗結果精度較高；按照代表日平均電流和計算出形狀系數等數據計算就可以進行電能損耗計算。缺點是：形狀系數K不易計算，在實際使用中其值存在計算簡化，與直線變化的持續負荷曲線有關，對沒有實測負荷記錄的配電變壓器，不能記錄實際負荷曲線；需改進負荷分配因子；配電網電壓假設為平均低壓后，計算精度受到了一定影響。三、最大電流法最大電流法也稱損耗因數法，是利用均方根電流法與最大電流的等效關系進行電能損耗計算的，由均

48、方根電流法派生而來。最大電流法的基本思想是，線路中流過的最大電流所產生的電能損耗相當于實際負荷在同一時間內所產生的電能損耗。其計算公式如下：(2.21)式中：為損耗電量(kWh)；R為元件電阻()；t為運行時間(h)；為最大電流(A)，F為損耗因數。損耗因數F的計算公式如下：(2.22)式中：為代表日均方根電流（A），為代表日負荷平均電流（A）。損耗因數F值的大小隨電力系統的結構、損失種類、負荷分布及負荷曲線形狀不同而異，特別是與負荷率f密切相關，分析表明：損耗因數F與負荷率f的關系，應介于直線和拋物線之間，即： (2.23)式中：是與電力網負荷曲線形狀、網絡結構及負荷特性有關的常數，通常介于

49、0.10.4之間，在不同網絡結構下，值不同,f負荷率。對于損耗因數F有三種計算方法，第一種是利用理想化得負荷曲線推求F(f)關系，第二種是采用統計數學方法來求取F(f)得近似公式，第三中是數學積分方法求取F(f)得近似公式。對于損耗因數F第一種計算方法，我國有人采用以兩級梯形和梯形兩種理想化的負荷曲線作為極限狀態，分析得到如下損耗因數F計算公式：(2.24)式中：F是損耗因數；f是負荷率；是常數。對于損耗因數F第二種計算方法，采用二項式公式和三項式公式近似求取。1926年法國人楊森利用二項式公式求取得：(2.25)式中：F是損耗因數；f是負荷率。1928年美國人布勒爾利用二項式公式求取得：(2

50、.26)式中：F是損耗因數；f是負荷率。在二十世紀七十年代，我國沈陽地區采用：(2.27)式中：F是損耗因數；f是負荷率。在二十世紀七十年代上海地區采用：(2.28)式中：F是損耗因數；f是負荷率。使用三項式求取損耗因數F的典型代表有1948年前蘇聯凱捷維茨，求取的計算公式如下：(2.29)式中：F是損耗因數；f是負荷率。 對于損耗因數F第三種計算方法，典型代表有：1980年美國雷蒙特(Raymond A)對持續負荷曲線采用直接積分的方法得到如下計算公式： (2.30)式中：F是損耗因數；f是負荷率，是常數。當f0.8時適用，當f>0.8時，使用。1982年我國西寧電力局劉應憲采用雙動點

51、形成的四折線代表持續負荷曲線族，利用分段積分方法求取如下計算公式：(2.31)式中：F是損耗因數；f是負荷率，是常數。上式有較大實用價值。最大電流法的優點是：計算需要的資料少，只需測量出代表日最大電流和計算出損耗因數等數據就可以進行電能損耗計算。缺點是：損耗因數不易計算，不同的負荷曲線、網絡結構和負荷特性，計算出的F不同，不能通用，使用此方法時必須根據負荷曲線實際情況計算F值；計算精度低，常用于計算精度要求不高的情況。四、最大負荷損耗小時法最大負荷損耗小時法的意義是，在一段時間內，若用戶始終保持最大負荷不變，此時在線路中產生的損耗相當于一年中實際負荷產生的電能損耗。計算公式如下：(2.32)式

52、中：為損耗電量(kWh)；為最大視在功率(kVA)；為最大負荷損耗小時數(h)；R為元件電阻()，U為額定電壓(kV)。令T=8760，U為常數，則計算公式如下： (2.33)式中：為最大負荷損耗小時數（h）；S為實際負荷視在功率（kVA）；為最大視在功率(kVA)。最大負荷損耗小時法的優點是：通過計算出最大負荷損耗小時數，能夠計算出電能損耗，計算需要資料少，計算簡單。缺點是：最大負荷損耗小時法計算精度較低，一般用來估算年度配電網理論線損，不宜進行精確計算。五、等值電阻法等值電阻法的理論基礎是均方根電流法。等值電阻法的基本思想是，在配電線路首端，假想一個等值的線路電阻，在通過線路首端的總電流產

53、生的損耗，與線路各段不同的分段電流通過分段電阻產生的損耗的總和相等。線路等值電阻法具體介紹詳見。等值電阻法的優點是：在理論上比較完善，在方法上克服了均方根電流法的諸多方面的缺點；不用收集運行數據，僅與結構參數配電變壓器額定容量、分段線路電阻有關，計算出等值電阻數據就可以進行電能損耗計算，適合于10kV及以下配電網理論線損計算。缺點是：需要假設計算條件，影響計算結果精度；對沒有實測負荷記錄的配電變壓器，假設負荷分布按與配電變壓器額定容量成比例，各節點負荷率相同，這種計算不完全符合實際負荷情況；假設各負荷點功率因數、負荷系數和電壓相同，但一般情況下，實際系統各個負荷點的功率因數、負荷系數和電壓都不

54、相同，計算出的電能損耗值偏小。六、 潮流法潮流法是配電網理論線損計算方法中計算精度較高的計算方法。配電網潮流計算以饋線作為基本單元，基本任務是求解出系統的狀態變量，即饋線上的各母線的電壓或功率。傳統的潮流計算方法有牛頓法、PQ 分解法、等效節點功率法、損耗累加法、前推法、迭代法等。隨著配電網網絡結構復雜化，負荷節點數量多，運行數據無法全部收集等因素，傳統的計算方法已經不再實用，必須進行改進和創新，研究出新的潮流算法。新的潮流算法主要有改進迭代法、匹配潮流法、前推回推區間迭代法、基于區間算法的配電網三相潮流計算方法等，新的計算方法需要進一步深入研究，逐步實用化。潮流法的優點是計算精度高，缺點是由

55、于配電網需要收集的數據資料多，若表計不全或運行參數收集不全，或者網絡的元件和節點數太多，運行數據和結構參數的收集整理困難，則無法采用潮流方法。七、電壓損失法對于低壓配電網理論線損計算，電力網電能損耗計算導則推薦使用電壓損失法。電壓損失法主要是利用功率損耗與電壓損耗百分數之間的關系來粗略計算低電壓配電網理論線損。計算方法如下：假設負荷集中在低壓配電網線路末端，按照電壓向量圖可以得到電壓損失率近似計算公式：(2.34)式中： I 為線路首端電流(A)； R 為線路電阻()；為功率因數角。功率損耗率計算公式如下：(2.35)式中：I 為線路首端電流(A)；R 為線路電阻()；為功率因數角；U 為線路

56、首端電壓(V)。功率損耗率與電壓損耗率之比：(2.36)式中：為功率因數角。假設，則一般的可以寫作如下計算公式： （2.37）式中：從配電網變壓器出口出到電壓最低點間各段的電流(A)；從配電網變壓器出口出到電壓最低點間各段的電阻()； I 為線路首端電流(A)；n 為從配電變壓器出口到電壓最低點間的各線段數。電壓損失法的優點是需要的計算數據少，簡單易算；缺點是需要假設條件，計算精度低，適用于粗略計算。八、竹節法竹節法是一種新的低壓配電網理論線損計算方法，計算采用平均電流法，主干線及支線電流采用竹節式遞減，下戶線電流采用平均功率計算。竹節法計算有幾個假設條件，一是每個電氣節點的電壓相等；二是支線在主干線上均勻分布；三是每種型號的支線長度相等