趙彪，劉旸，冒詠秋，冷雪飛，蔣劍鋒，劉浩然，趙才溢

（1.國網（北京）節(jié)能設計研究院有限公司，北京100052；2.中國質量認證中心南京分中心，江蘇南京210005）

配電網改造項目節(jié)能量計算方法探討

趙彪1，劉旸2，冒詠秋2，冷雪飛1，蔣劍鋒1，劉浩然1，趙才溢2

（1.國網（北京）節(jié)能設計研究院有限公司，北京100052；2.中國質量認證中心南京分中心，江蘇南京210005）

本文首先分別介紹了三類配電網節(jié)能量計算方法的基本原理及應用現(xiàn)狀；其次，簡要分析了各類方法的優(yōu)缺點及適用性；可為今后配電網節(jié)能改造項目的節(jié)能量計算提高參考。

配電網；節(jié)能改造；節(jié)能量審核；線損

配電網線損已成為整個電力系統(tǒng)線損的最大構成部分，我國中、低壓配電網損耗占電網整體綜合損耗的近50%。一方面，在硬件設施上，部分配電網還存在設備老化、臺區(qū)負荷不匹配、線路過長、迂回供電、部分線路線徑偏小、無功補償不足等眾多導致高線損的不利因素；另一方面，新型城鎮(zhèn)化、農業(yè)現(xiàn)代化步伐加快，新能源、分布式電源、電動汽車、儲能裝置快速發(fā)展，氣候變化導致極端天氣頻發(fā)，終端用電負荷呈現(xiàn)增長快、變化大、多樣化的新趨勢，使得配電網改造升級的任務更加緊迫。由于負荷增長快而配電網建設投資滯后，配電網在節(jié)能降耗方面有著很大的挖掘潛力。

合同能源管理機制能夠實現(xiàn)節(jié)能服務公司、用能公司、金融機構間的多贏局面，配電網節(jié)能改造引入效益分享型合同能源管理機制是電力行業(yè)節(jié)能減排的重要舉措，對于電力行業(yè)完成節(jié)能減排目標具有重要作用［1］。節(jié)能量是衡量合同能源管理項目節(jié)能效果的關鍵參數，也是項目用能單位與節(jié)能服務公司效益分享的核心依據，其計算結果的準確與否可直接關系到項目的成敗。

目前，對于配電網節(jié)能改造項目節(jié)能量計算主要有基于統(tǒng)計線損的節(jié)能量計算方法、以實測數據為基礎的理論線損法、基于設備運行數據的簡化計算法等三類方法。本文首先分別介紹了三類配電網節(jié)能量計算方法的基本原理及應用現(xiàn)狀；其次，簡要分析了各類方法的優(yōu)缺點及其適用性；可為今后配電網節(jié)能改造項目的節(jié)能量計算提供參考。

1 配電網改造項目節(jié)能量計算方法

線損理論計算是根據配電網的實際負荷及正常運行方式，計算配電網中每一元件的實際有功功率損失和在一定時間段內的電能損失［2］。目前，基于線損理論測量與驗證方法已被應用于分析配電網綜合節(jié)能改造項目的節(jié)能潛力和計算節(jié)能量［3～8］?；诰€損理論的節(jié)能量計算方法主要有統(tǒng)計線損法、理論線損法兩大類。

1.1 基于統(tǒng)計線損的節(jié)能量計算方法

統(tǒng)計線損法是指以某一區(qū)域配電網或某一線路改造項目為對象，通過計量其改造前基準期內，以及改造后統(tǒng)計報告期內的供、售電量，計算出項目改造前后的線損率，并根據線損率的變化計算得到節(jié)電量。

根據《國家電網公司電力網電能損耗管理規(guī)定》，線損率計算公式為：

式中：△A%為線損率，AG為供電量，AS為售電量，AF為電廠發(fā)電量，AWG為外購電量，ASR為電網輸入電量，ASC為輸出電量，AZD，i為終端客戶的抄見電量。

根據上述公式（1），電力企業(yè)的線損率即為單位供電量的電能損耗量，該參數可對應于國家發(fā)展和改革委員會公布的《節(jié)能量確定和監(jiān)測方法》中的單個產品能耗，改造前后的線損率則分別對應基準期、統(tǒng)計報告期單個產品電耗，基準期供電量則對應于基準產量。進一步，改造項目節(jié)能量計算可按如下公式：

式中：△E為節(jié)能量，△AJZ%為基準期線損率，△ABG%為報告期線損率，AG，JZ為基準期供電量。

電網線損率是國家主管部門考核電力企業(yè)的一項重要經濟指標，降低線損是配電網節(jié)能改造的最主要目的之一，也是其改造效果最直接、最重要的體現(xiàn)。統(tǒng)計線損法從改造結果出發(fā)，直接以線損率計算配電網改造項目節(jié)能量，計算參數也均為電力企業(yè)日常生產管理數據，該計算方法最為簡單直觀。

統(tǒng)計線損率作為考核電力企業(yè)的一項重要經濟指標，其數值大小不僅受到配電網改造項目設備性能水平高低的影響，同時也是電力公司電力系統(tǒng)規(guī)劃設計水平、生產技術水平、經營管理水平的綜合體現(xiàn)。相較于設備性能水平，其他影響因素更加難以量化，因此，利用統(tǒng)計線損法計算配電網改造項目的節(jié)能量常常存在能耗泄漏的情況，造成計算結果與實際值的正負偏差波動性較大且不可控，這在一定程度上制約了此類方法的推廣應用。

1.2 基于理論線損的節(jié)能量計算方法

由1.1節(jié)可知，統(tǒng)計線損率是基于供、售電量計量表計統(tǒng)計得出的線損率，計量表計之間準確度及精度不一致產生的誤差［4］、供售電不同期引起的波動［5］，經誤差傳遞、累積，可導致統(tǒng)計線損率計算結果的誤差較大，從而使得以統(tǒng)計線損法計算得到的節(jié)能量偏離真實值。

相較于統(tǒng)計線損率，理論線損率是基于設備參數、負荷潮流特性計算得出的線損率，能夠規(guī)避管理因素對線損率數據的影響，因而理論線損率能更好的反應系統(tǒng)本身的技術水平。實際上，理論線損計算常用于管理部門參考制定線損率考核指標［6］，或分析降損潛力，為線路技術改造提供理論依據［7］，因此以理論線損率為基礎計算改造項目節(jié)能量與統(tǒng)計線損率相比可以進一步剔除影響因素，減少能耗泄漏，提高計算結果的可信度。

目前，對于電網理論線損率的計算方法主要有傳統(tǒng)計算方法和潮流計算等兩類。傳統(tǒng)計算方法與潮流計算方法均需以建立配電網等效電路模型為基礎，且均從組成配電網的各元件/設備入手，以電阻損耗計算公式為基本方法，計算理論線損。兩者的主要區(qū)別在于傳統(tǒng)計算方法是通過簡化求解潮流方程來計算線損，即先求各節(jié)點負荷，然后假設各節(jié)點電壓都相等且為定值，將非線性潮流方程簡化為線性方程，從而不用迭代求解潮流方程，而直接利用功率迭加法來得到流經各線路的功率［8］。因此，與潮流計算方法相比，傳統(tǒng)計算方法的精度較差，并且傳統(tǒng)計算方法主要適用于穩(wěn)態(tài)負荷模型計算，對動態(tài)模型的適用性較差。

隨著計算機與通信技術的發(fā)展，SCADA/EMS、GIS等系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的投入應用，使得原來難以獲取的各節(jié)點電流、電壓、相位、功率等數據，以可以實時顯示［7］，并可以5min或10min或15min一次的頻率存儲數據，完全可以代表電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)［9］，為潮流計算提供了良好的數據基礎。

目前，國內眾多學者［8，10］已對利用潮流法計算配電網線損開展了大量的研究。但是將潮流法應用到節(jié)能量計算中，從實際工程應用層面還存在網絡拓撲結構復雜造成模型搭建工作量巨大、SCADA采集數據的“準實時性”造成的計算結果準確性降低、以損耗功率計算節(jié)能量采用方法的精度有限等諸多問題有待解決。

1.3 基于設備運行數據的簡化計算方法

前兩者方法都是從線路層面出發(fā)，以線損為基礎計算節(jié)能量，計算結果受到多因素的交叉耦合影響，能耗泄漏情況十分復雜，可能導致無法有效識別節(jié)能效果的情況發(fā)生，簡化計算法則以改造元件/設備為研究對象，劃定邊界，可直接計算出各改造元件/設備的節(jié)能量，匯總可得項目總節(jié)能量。

現(xiàn)階段配電網節(jié)能改造主要可分為設備能效升級、電能質量提升等兩大類別，?？梢姡号潆娮儔浩鞴?jié)能改造、配電線路節(jié)能改造、無功補償節(jié)能改造、諧波治理、三相不平衡治理等其中一個或多個的組合。分析上述節(jié)能改造項目可以發(fā)現(xiàn)：配電變壓器節(jié)能改造常采用的方式有替換為低損高效變壓器或有載調容變壓器，目的在于降低變壓器空載損耗，提升供電效率；配電線路節(jié)能改造常采用的方式有線路升壓改造、擴徑改造、應用節(jié)能導線，從降低線路電流或電阻方面，降低線路電阻損耗；無功補償節(jié)能改造，則是把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并接接入電路，就近提供感性負荷所需要的無功功率，提高傳輸線路的功率因數，降低線路負荷電流，以降低線損。因此，一般都可劃定為元件本身為界，分別從降低空載損耗、提升供電效率角度計算配電變壓器節(jié)能改造項目節(jié)能量，從降低線路電流、電阻角度計算配電線路改造項目節(jié)能量，從提升線路功率因素或無功補償量（引入無功經濟當量概念）角度計算無功補償項目節(jié)能量，并根據單項措施節(jié)能量來綜合計算項目總節(jié)能量，具體可按如下公式：

△EX，i為線路改造類項目總節(jié)能量，為無功補償類項目總節(jié)能量。

對于變壓器類、線路改造類、無功補償類改造項目的簡化計算方法，國家電網公司、山東省均出臺了相關企業(yè)標準或地方標準，國家發(fā)展和改革委員會經濟運行與調節(jié)局2014年發(fā)布的《電力需求側管理城市綜合試點項目類型及計算方法（試行）》文件中，均有列出簡化計算方法的公式，可參照使用。

簡化計算方法以改造元件或設備本身為邊界，直接抓取關鍵節(jié)能部分，并基于實測數據計算改造項目的節(jié)能量，該計算方法也較為直觀易懂，但所使用的部分參數非電力企業(yè)生產運行數據需要另行計量，部分時候會出現(xiàn)參數獲取上存在困難的情況。并且，簡化計算方法將配電網各改造項目人為地割裂開來，忽略了電網作為一個整體其中任何一個元件或設備的變化均可能引起潮流分布的變化，因此，也同樣存在能耗泄漏的問題，但相較于前兩種方法，該部分能耗泄漏對計算結果的影響相對可控。因此，目前該方法是電力企業(yè)、合同能源管理項目供應商等相關方應用最多的方法。

2 三類計算方法的適用性分析

從工程實際應用的角度出發(fā)，比較了三種方法的適用性，如表1所示。

表1 節(jié)能量計算方法的適用性比較

3 結論

（1）目前對于配電網節(jié)能改造項目節(jié)能量計算可以從降低網絡線損率、降低元件損耗等兩個角度出發(fā)，主要有基于統(tǒng)計線損的節(jié)能量計算方法、以實測數據為基礎的理論線損法、基于實際運行數據的簡化計算法等三類方法。

（2）從實際工程應用的角度，簡化計算方法適用性最好；統(tǒng)計線損法一般只用于項目節(jié)能潛力的粗略估算；理論線損法僅適用于對典型項目的節(jié)能潛力分析。

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TM925.12

A

2095-2066（2016）30-0016-02

國網節(jié)能服務有限公司科技項目“配電網多元設備節(jié)能潛力廣域尺度評價模型及其時空耦合性研究”；國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局科技計劃項目（2016IK088）。

2016-10-11

冒詠秋，男，江蘇如皋人，工學碩士，主要從事節(jié)能及新能源技術研發(fā)、能源管理、碳排放交易等工作。

冒詠秋。