配电网理论线损计算方法的应用探讨

配电网理论线损计算方法的应用探讨

摘要:计算理论线损是分析线损构成、制定降损措施及确定线损指标的必要手段。本文笔者结合多年的实际工作经验,介绍了配电网理论线损计算方法,指出目前各种线损计算方法的局限性,在此基础上,提出采用电量潮流法计算线损的新方法,供同行参考。

关键词:配电网线损计算方法

配电网线损是电力部门一项综合性的经济、技术指标,是国家考核电力部门的一项重要指标,也是表征电力系统规划设计水平和经营管理水平的一项综合性技术经济指标。只有通过加大技术降损力度,提高技术含量以及加强管理降损水平,走上精细管理之路,才能取得显著的经济效益和社会效益。因此,线损的理论计算还需要进一步深入研究。

1、配电网理论线损计算方法

传统理论线损计算方法主要有: 损失因数法、均方根电流法、等值功率法、回归分析法和人工神经网络法(ANN)

1.1 损失因数法

损失因数法是利用日负荷曲线的最大值与均方根值之间的等效关系(即损失因数)进行线损计算的方法。其计算式为：

(1)

式中,为最大电流；F为负荷损失因数。负荷损失因数F因配电网结构、损失种类、负荷分布及负荷曲线形状不同而异,特别是与负荷率密切相关。由于最大负荷电流取自电流表,而损失因数F是由负荷率通过统计得到的,其精度不高,因此这种算法只适用于电网规划的线损测算和35kV及以上电压等级电网(如城市电网)的线损计算。

1.2 均方根电流法

均方根电流法是目前l0kV配电网中最常见的理论线损计算方法,算法原理是将线路中流过的均方根电流所产生的电能损耗, 近似于实际负荷在同一时期所消耗的电能。电流通过电力网元件(电阻为R)时产生的三相有功功率损耗为△P = 3I2R,则该元件在24h内的电能损耗可以表示为：

(2)

其中是随机变量一般不能准确获得,通常可由代表日的均方根电流代替,即: (3)

其中,

均方根电流法原理简单,方法易于掌握,应用广泛,但是算法在实际应用时所需数据计算量大,而且没有考虑负荷曲线形状的差异和负荷功率因数不同对计算结果的影响,在一定程度上降低了算法精度。用代表日的线损率近似系统全年线损率误差较大,另外典型日的数据很难保证准确性,这样又增加了计算结果的误差。因此算法只适用于供用电较为平衡,负荷峰谷差较小(日负荷曲线较为平坦) 且精度要求不高的情况。

1.3 等值功率法

等值功率法由准确级别高的电能表读数求取平均功率,通过将负荷曲线梯形化或查负荷曲线形状系数的方式获取节点等效功率,将电能损失的计算转化为功率损失的计算,将计算时段内随时间变化的各节点注入功率处理为节点等值功率,

用一次潮流计算来确定系统各项损耗电量。将线损计算问题转化为潮流计算问题,在负荷功率变化幅度不大的情况下可得到较为满意的结果。

与均方根电流法相比,等值功率法依据的数据主要是从准确级别较高的电能表中读取,并降低和简化了对数据收集、整理的要求。

根据均方根电流法,若用均方根功率替代均方根电流,代表日配网元件中的电能损耗等价为

(kW·h) (4)

式中——日配网元件R中的电能损耗；

——通过元件有功功率均方根(等效值),kW；

——通过元件无功功率均方根(等效值),kvar；

——端电压均方根,kV。

均方根功率(等效功率)与平均功率、。的关系如式(5)所示。砗和如的大小与负荷曲线的形状有关,所以称之为负荷曲线的形状系数,反应了负荷平均值和均方根值之间的关系。平均功率可由准确级别高的电能表读数来求取。

(5)

式中AP——代表日的有功电量；

AQ——代表日的无功电量。

在实用计算中可设Kp=KQ=K,与平均负荷系数(负荷率)和最小负荷系数有如下关系：

(6)

式中Pmax——日负荷曲线最大值；

——日负荷曲线平均值；

Pmin——日负荷曲线最小值。

负荷曲线的形状系数K计算如下。

当平均负荷率,>0.5时：

(7)

当平均负荷率<0.5时：

(8)

可由平均负荷率求等效功率,用等效功率作为各发电机的等效输出功率或负荷节点的等效负荷功率,便可进行配电网潮流计算,再按潮流计算求得全网等效功率损失乘以24,可得代表日全网的电能损失。与均方根电流法相比,等值功率法依据的数据主要是从准确级别较高的电能表中读取,并且降低和简化了对数据收集、整理的要求。

1.4 回归分析法

回归分析法是利用回归方程来模拟配电网系统中的特征参数与线损之间的关系：首先以有代表性的配电线路的线损值和特征参数值(如配电网的月有功、无功供电量)为样本,根据计算机潮流计算结果建立数学模型,求得回归方程；然后利用回归方程对未计算和已计算线损的线路在运行参数发生变化时的线损进行快速计算、分析和预测。回归分析的因变量是计算时段内的线损值(或线损率)；主要自变量是所计算电网的结构参数和运行参数。回归分析法可为每种典型运行方式建立一个对应的回归方程,以快速计算线损。

1.5 人工神经网络法(ANN)

人工神经网络由大量模拟人脯的神经元互连以组成非线性、自适应处理的网络模型,每个神经元接收到输入信号后,根据权值在神经元之间传递并最终输出目

标信号；然后将神经网络输出值与实际值之间的误差再反传回神经网络,对权值进行重新分配和调整,使神经网络的输出值与样本实际目标值之间的误差逐步缩小并最终收敛至目标值。

通过大量样本对人工神经网络反复进行学习训练后,人工神经网络具有强大的模式识别能力。根据人工神经网络的这一功能,建立一个配电网的人工神经网络模型。选定配网的月有功、无功电量,配电变压器容量及线路长度4个特征参数作为神经网络模型的输入,输出为月总线损；再提供足够的样本对模型进行训练后就叮在参数与线损问建立准确的映射关系,从而得到一个高精度的配电网线损计算系统。配电网中各线路的结构及运行参数存在差异,所以为了减小误差,可根据用电性质、线路的结构参数或运行参数来分类以建立不同的人工神经网络模型。

这种算法不需考虑电网的复杂结构,精度高,是理论线损计算方法的新研究领域。基于人工神经网络的配电网理论计算目前有BP模型算法、RBF网络算法等。

2、电量潮流法计算法

由于目前各种线损计算方法均存在局限性,因此提出采用电量潮流计算配电网线损的方法。首先应绘出网损线路结构图和等效电路图,然后利用变电站24h 记录的有功和无功电量,通过高斯一塞德尔法计算各节点电压,迭代3次后,将其结果作为牛顿一拉夫逊法的初值,继续迭代直到小于预先设定的误差为止。利用计算所得各节点电压值计算每条线路每小时的线损,通过累加得出日线损和年线损,根据计算结果和线损考核指标提出降损措施。

2.1 高斯一塞德尔法潮流计算

高斯一塞德尔法计算电力系统潮流方程为

(9)

将式(9)进一步展开：

高斯一塞德尔法的迭代求解步骤如下。

(1)根据已知网络参数形成导纳矩阵。

(2)给出除平衡节点以外的所有节点电压。

(3)计算PQ节点电压。把各节点电压的初值代入式(10),求出各PQ节点电压。

(4)计算PV节点无功功率。PV节点无功功率是未知量,用式(13)求PV节点电压需先计算无功功率,将电流用导纳和电压表示为(10)

(5)每次迭代完成后,应根据给定的任意小数占作收敛性检验：

(11)

由此可知,高斯一塞德尔法原理简单,每次迭代的计算量比其它方法小,对初始值没有特殊要求,但收敛速度慢。对于病态系统该方法往往难以收敛。因此,可将高斯一塞德尔法作为潮流计算的最初方法为牛顿一拉夫逊法(牛顿法)提供初始值。

2.2 牛顿一拉夫逊法潮流计算

牛顿一拉夫逊法为数学上解非线性方程式的有效方法。其特点是把非线性方程式的求解转变为对相应线性方程式的求解。牛顿一拉夫逊法比高斯一塞德尔法具有计算速度快、收敛性好等优点,是一种较好的计算潮流的方法。

牛顿一拉夫逊法计算潮流主要步骤如下。

(1)先形成导纳矩阵。

(2)设置除平衡节点外的各个节点的初始电压。

(3)初始值代入功率误差方程和电压误差方程,计算各节点功率及电压偏移量