胡遠(yuǎn)婷， 郭慶陽， 徐冰亮， 郭 裊， 關(guān)萬琳， 鄭 君， 劉志鵬

(1. 國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030；2. 黑龍江省電力有限公司 調(diào)度控制中心，哈爾濱 150090)

基于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的降損方法研究與經(jīng)濟(jì)效益分析

胡遠(yuǎn)婷1， 郭慶陽2， 徐冰亮1， 郭 裊1， 關(guān)萬琳1， 鄭 君1， 劉志鵬1

(1. 國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030；2. 黑龍江省電力有限公司 調(diào)度控制中心，哈爾濱 150090)

實(shí)現(xiàn)網(wǎng)損降低，主要可以從優(yōu)化有功和優(yōu)化無功兩方面入手。本文以實(shí)際電網(wǎng)為研究對(duì)象，以優(yōu)化有功為主要手段，根據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，考慮到電廠和發(fā)電集團(tuán)的歸屬關(guān)系，提出一種降低網(wǎng)損的方法。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該種方法既能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)損的降低，又能夠使各發(fā)電集團(tuán)的經(jīng)濟(jì)效益少受損失。

降損；有功優(yōu)化；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；經(jīng)濟(jì)效益

目前電力工業(yè)已經(jīng)成為世界各國的支柱產(chǎn)業(yè)，為整個(gè)社會(huì)提供著必需的能源和動(dòng)力。由于電力系統(tǒng)中存在阻抗，電能在轉(zhuǎn)換、輸送、分配過程中不可避免地存在大量的損耗，即為電力系統(tǒng)的網(wǎng)損。電力系統(tǒng)的網(wǎng)損是衡量電力企業(yè)經(jīng)營狀況的一項(xiàng)重要的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。電力企業(yè)常用的降損措施主要從優(yōu)化有功和優(yōu)化無功兩大方面入手，具體手段包括優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式、加強(qiáng)線損管理、增強(qiáng)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和進(jìn)行電網(wǎng)改造[1-3]。

電力網(wǎng)絡(luò)的損耗主要包括線路損耗、變壓器損耗、站用電損耗和其他損耗，其中站用電損耗和其他損耗約占全部損耗的1.13%。本文所提一次網(wǎng)損主要由線路損耗和變壓器損耗兩部分組成。傳統(tǒng)理論計(jì)算中只運(yùn)用了幾個(gè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，其理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)際損失率相比誤差較大，給實(shí)現(xiàn)線損有效管理帶來阻礙[4]。為提高理論計(jì)算精度，各種基于最優(yōu)潮流法的改進(jìn)算法成為網(wǎng)損計(jì)算的主要研究方法。應(yīng)用最優(yōu)潮流法可改變發(fā)電機(jī)出力，如通過網(wǎng)損微增率建立網(wǎng)損因子[5-7](網(wǎng)損修正系數(shù))，進(jìn)而對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行修正，并將網(wǎng)損作為常數(shù)加入等式約束；通過網(wǎng)損分?jǐn)傂拚繕?biāo)函數(shù)[8]，該類方法易受網(wǎng)損分?jǐn)偡桨赣绊懀拗屏嗽擃惙椒ǖ挠?jì)算精度及實(shí)用性。

目前對(duì)節(jié)能降損的研究主要集中在通過管理手段降低線損率，通過對(duì)無功的優(yōu)化及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改造提高電網(wǎng)供電可靠性，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)損降低。文獻(xiàn)[9-11]提出通過安裝靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置、電容儲(chǔ)能、改善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等方法，達(dá)到節(jié)能降損的目的。文獻(xiàn)[12-13]通過分析電力市場運(yùn)行模式，改善電力市場模型和優(yōu)化調(diào)度模式來降低網(wǎng)損。

針對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)網(wǎng)損優(yōu)化方法的缺點(diǎn)， 本文不單純對(duì)降損進(jìn)行理論研究， 而是以實(shí)際電網(wǎng)為研究對(duì)象， 提出一種根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化機(jī)組出力使網(wǎng)損降低的方法， 并在實(shí)現(xiàn)降損的同時(shí)增加電廠和發(fā)電集團(tuán)的屬性關(guān)系的約束條件， 在保障各發(fā)電集團(tuán)售電量不變的情況下，實(shí)現(xiàn)一次網(wǎng)損的降低。

1 基于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效益約束的降損研究方法

1.1 目標(biāo)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

目標(biāo)電網(wǎng)按地理位置和運(yùn)行特點(diǎn)可以分為東部電網(wǎng)、中部電網(wǎng)、西部電網(wǎng)和北部電網(wǎng)。東部電網(wǎng)是電源中心，主要負(fù)責(zé)電力的外送；中部電網(wǎng)是重要的負(fù)荷中心；西部電網(wǎng)和北部電網(wǎng)是對(duì)外的主要輸電通道，其中北部電網(wǎng)內(nèi)沒有220 kV電壓等級(jí)及以上的發(fā)電廠。目標(biāo)電網(wǎng)中的電廠分屬四大發(fā)電集團(tuán)，其中華電集團(tuán)下有8個(gè)電廠，主要分布在中部電網(wǎng)、東部電網(wǎng)和西部電網(wǎng)；大唐集團(tuán)下有5個(gè)電廠，主要分布在東部電網(wǎng)和中部電網(wǎng)；國電集團(tuán)下有3個(gè)電廠，主要分布在東、中、西部電網(wǎng)；華能集團(tuán)下有4個(gè)電廠，主要分布在東部電網(wǎng)和西部電網(wǎng)。

1.2 基于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的降損方法研究

首先將仿真數(shù)據(jù)中的初始損失電量按照實(shí)際線損月報(bào)中一次網(wǎng)損數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，從而確定各電廠初始開機(jī)方式。然后根據(jù)仿真計(jì)算確定各電廠出力對(duì)網(wǎng)損的影響率。以電廠所屬發(fā)電集團(tuán)和所屬電網(wǎng)區(qū)域?yàn)榧s束條件，建立區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間同一發(fā)電集團(tuán)內(nèi)不同電廠之間的機(jī)組出力轉(zhuǎn)移方案，對(duì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益影響分析。最后運(yùn)用電力系統(tǒng)仿真軟件對(duì)每一種方案下的電網(wǎng)損失電量進(jìn)行仿真分析，并將結(jié)果與初始損失電量相比較，從而找出優(yōu)化機(jī)組出力的規(guī)律。優(yōu)化機(jī)組出力對(duì)網(wǎng)損影響分析流程圖如圖1所示。

每個(gè)方案均以目標(biāo)電網(wǎng)中冬大、冬腰、冬小、夏大、夏腰、夏小6種運(yùn)行方式為研究對(duì)象，綜合考慮全年供熱期和非供熱期的情況，根據(jù)全年負(fù)荷情況按下列公式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)處理：

(1)

式中：Qy表示年節(jié)電量，Qs表示供熱期節(jié)電量，Qds表示非供熱期節(jié)電量。

(2)

式中：Qw1表示冬大節(jié)電量，Qw2表示冬腰節(jié)電量，Qw3表示冬小節(jié)電量；Qs1表示夏大節(jié)電量，Qs2表示夏腰節(jié)電量，Qs3表示夏小節(jié)電量；k1、k2、k3分別為大負(fù)荷、腰荷和小負(fù)荷3種運(yùn)行方式的年平均運(yùn)行系數(shù)。

圖1 優(yōu)化機(jī)組出力對(duì)網(wǎng)損影響分析流程圖Fig.1 Analysis flow diagram of influence of units’ output optimization on power network loss

1.3 機(jī)組出力對(duì)網(wǎng)損的影響分析

為了能夠在約束條件下確定機(jī)組優(yōu)化的最佳方案，可以用式(3)表示各電廠機(jī)組出力對(duì)一次網(wǎng)損的影響。設(shè)Q為電網(wǎng)的網(wǎng)損電量，Qij為某發(fā)電集團(tuán)內(nèi)某電廠的發(fā)電量，m表示發(fā)電集團(tuán)的數(shù)量，n表示電廠的數(shù)量，ΔQij為電廠的轉(zhuǎn)移電量，則可表示為

(3)

對(duì)各電廠進(jìn)行機(jī)組出力變化分析，通過仿真實(shí)驗(yàn)分析可發(fā)現(xiàn)：裝機(jī)容量大的機(jī)組對(duì)網(wǎng)損影響較大；外送型電網(wǎng)內(nèi)的電廠較就地平衡型電網(wǎng)內(nèi)的電廠，其開機(jī)方式對(duì)網(wǎng)損影響較大。因此在目標(biāo)電網(wǎng)中，東部電網(wǎng)的開機(jī)方式對(duì)網(wǎng)損的影響最大。若在保證東部外送斷面不降低的同時(shí)降低網(wǎng)損，可通過調(diào)整各區(qū)域間開機(jī)方式實(shí)現(xiàn)。為了能夠有效達(dá)到目的，應(yīng)該在增加?xùn)|部電網(wǎng)發(fā)電量的同時(shí)，盡量減少中部電網(wǎng)和西部電網(wǎng)中裝機(jī)容量大、對(duì)網(wǎng)損影響較大的機(jī)組出力。如果安排合理的話，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)損的大幅降低。

2 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 各發(fā)電集團(tuán)經(jīng)濟(jì)效益水平分析

對(duì)目標(biāo)電網(wǎng)中發(fā)電集團(tuán)內(nèi)和發(fā)電集團(tuán)間發(fā)電量轉(zhuǎn)移進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示，表示為9種電廠出力變化方式對(duì)應(yīng)的網(wǎng)損情況。

圖2 發(fā)電集團(tuán)機(jī)組出力轉(zhuǎn)移和相應(yīng)的網(wǎng)損Fig.2 Units’ output transfer and relevant network loss in power generation groups

圖2中：方式1為初始開機(jī)方式和對(duì)應(yīng)的網(wǎng)損；方式2表示大唐集團(tuán)內(nèi)部電廠之間電量轉(zhuǎn)移40 150萬kW·h后，網(wǎng)損降低4.32%；方式3表示大唐集團(tuán)向華能集團(tuán)按照方式2的電量進(jìn)行機(jī)組出力優(yōu)化后，網(wǎng)損降低6.14%，但大唐集團(tuán)將損失9 512.26萬元；方式4表示華能集團(tuán)內(nèi)部電廠轉(zhuǎn)移電量40 150萬kW·h后，網(wǎng)損降低4.06%；方式5表示華能集團(tuán)向華電集團(tuán)按照方式4的電量進(jìn)行機(jī)組出力優(yōu)化后，網(wǎng)損降低2.77%，但華能集團(tuán)將損失9 512.26萬元；方式6表示華電集團(tuán)內(nèi)部電廠轉(zhuǎn)移電量40 150萬kW·h后，網(wǎng)損降低0.39%；方式7表示華電集團(tuán)向大唐集團(tuán)按照方式6的電量進(jìn)行機(jī)組出力優(yōu)化后，網(wǎng)損降低2.63%，但華電集團(tuán)將損失9 512.26萬元；方式8表示國電集團(tuán)內(nèi)部電廠出力轉(zhuǎn)移電量60 225萬kW·h后，網(wǎng)損降低2.12%；方式9表示國電集團(tuán)向華電集團(tuán)按照方式8的電量進(jìn)行機(jī)組出力優(yōu)化后，網(wǎng)損降低3.05%，但國電集團(tuán)將損失14 268.40萬元。

通過對(duì)比分析可以看出，在發(fā)電集團(tuán)內(nèi)部和集團(tuán)之間進(jìn)行機(jī)組優(yōu)化都可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)損的降低，雖然在集團(tuán)間進(jìn)行機(jī)組優(yōu)化能夠使網(wǎng)損降低更多，但是會(huì)使部分發(fā)電集團(tuán)的經(jīng)濟(jì)效益受到損失，因此在考慮到經(jīng)濟(jì)效益平衡的原則上，應(yīng)該在保證各發(fā)電集團(tuán)的發(fā)電量總體不受損失的條件下再進(jìn)行機(jī)組優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)降損的目的。

2.2 區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)電量轉(zhuǎn)移對(duì)網(wǎng)損的影響

對(duì)目標(biāo)電網(wǎng)中的3個(gè)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部進(jìn)行電廠機(jī)組出力調(diào)整，并根據(jù)式(1)和式(2)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行處理，分析損失電量的變化情況。具體方案及分析結(jié)果如表1所示，表中正數(shù)表示轉(zhuǎn)入電量，負(fù)數(shù)表示轉(zhuǎn)出電量。

表1 區(qū)域內(nèi)機(jī)組出力轉(zhuǎn)移和損失電量Table 1 Units’ output transfer and lost electricity within the network area

通過仿真結(jié)果可以看出，在中部電網(wǎng)中，裝機(jī)容量最大的華電5廠對(duì)網(wǎng)損影響最大。華電5廠向華電廠轉(zhuǎn)移6.8億kW·h電量，可節(jié)約電量546.34萬kW·h。對(duì)于西部電網(wǎng)，華電集團(tuán)3廠向4廠轉(zhuǎn)移7億kW·h電量，可節(jié)約電量115.17萬kW·h；華能集團(tuán)華能3廠向華能4廠轉(zhuǎn)移5.2億kW·h電量，可節(jié)約電量321.23萬kW·h。東部為外送型電網(wǎng)，華能1廠和大唐3廠的開機(jī)方式對(duì)網(wǎng)損影響較大。華能集團(tuán)1廠向2廠轉(zhuǎn)移電量4.38億kW·h，可節(jié)約電量1 682.58萬kW·h；大唐集團(tuán)3廠向1廠轉(zhuǎn)移電量7.66億kW·h，可節(jié)約電量1 696.51萬kW·h。

2.3 區(qū)域間電網(wǎng)電量轉(zhuǎn)移對(duì)網(wǎng)損的影響

對(duì)3個(gè)區(qū)域電網(wǎng)之間進(jìn)行電廠機(jī)組出力調(diào)整，并根據(jù)式(1)和式(2)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行處理，分析損失電量的變化情況。具體方案如表2所示，表中正數(shù)表示轉(zhuǎn)入電量，負(fù)數(shù)表示轉(zhuǎn)出電量。

從仿真結(jié)果看，東中部電網(wǎng)之間，華電集團(tuán)8廠向5廠轉(zhuǎn)移電量7.45億kW·h，可節(jié)約電量1 462.67萬kW·h；大唐集團(tuán)3廠向4廠轉(zhuǎn)移電量5.66億kW·h，可節(jié)約電量1 990.72萬kW·h；國電集團(tuán)1廠向2廠轉(zhuǎn)移電量7.45億kW·h，可節(jié)約電量1 961.52萬kW·h。

東西部電網(wǎng)之間，華電集團(tuán)1廠向4廠轉(zhuǎn)移電量7.45億kW·h，可節(jié)約電量1 049.02萬kW·h；華能集團(tuán)1廠向4廠轉(zhuǎn)移電量5.22億kW·h，可節(jié)約電量3 247.41萬kW·h。

相同條件下，東部電網(wǎng)對(duì)網(wǎng)損的影響較大，如果想增加?xùn)|部外送，但同時(shí)又不增加網(wǎng)損，則可通過調(diào)整各區(qū)域間開機(jī)方式實(shí)現(xiàn)。為了能夠有效達(dá)到目的，應(yīng)該在增加?xùn)|部網(wǎng)發(fā)電量的同時(shí)，盡量關(guān)停中部網(wǎng)和西部網(wǎng)中裝機(jī)容量大、對(duì)網(wǎng)損影響較大的電廠機(jī)組。東部電網(wǎng)向中部和西部電網(wǎng)轉(zhuǎn)移電量，如果安排合理的話，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)損的大幅降低。

3 結(jié) 語

基于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在保證各發(fā)電集團(tuán)經(jīng)濟(jì)效益不受影響的基礎(chǔ)上，可通過優(yōu)化電網(wǎng)機(jī)組出力實(shí)現(xiàn)網(wǎng)損的降低。由于裝機(jī)容量大的機(jī)組對(duì)網(wǎng)損影響較大，外送型區(qū)域內(nèi)的電廠較就地平衡型區(qū)域內(nèi)的電廠，其開機(jī)方式對(duì)網(wǎng)損影響較大，因此可以根據(jù)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以電廠和發(fā)電集團(tuán)的歸屬關(guān)系為制約條件，綜合考慮電廠裝機(jī)和負(fù)荷的分布情況，對(duì)機(jī)組開機(jī)方式進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)損降低的同時(shí)還能保障各發(fā)電集團(tuán)的年發(fā)電量。與傳統(tǒng)的降損方法相比，該方法具有針對(duì)性強(qiáng)、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。因?yàn)樵黾恿私?jīng)濟(jì)約束條件，該方法能夠避免各發(fā)電集團(tuán)之間的利益沖突，更具可操作性。

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(編輯 陳銀娥)

Loss reduction method study and economic benefit analysis based on power network structure

HU Yuanting1,GUO Qingyang2, XU Bingliang1, GUO Miao1, GUAN Wanlin1, ZHENG Jun1, LIU Zhipeng1

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030，China;2. Dispatching and Control Center， Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150090, China)

Reducing the power network loss by taking various measures has always been assumed as the main goal of improving economic efficiency. Measures can be taken mainly from two aspects of active power optimization and reactive power optimization. In this paper where practical power network is taken as the research object and active power optimization as the main method, the way to reduce power network loss is proposed based on the characteristics of network structure and the relationship between power plant and power generation group. The experimental results show that the proposed method can not only reduce the loss of the network, but also make the economic benefits of the power generation groups not to be damaged.

loss reduction; active power optimization; grid structure; economic benefit

2017-02-01。

胡遠(yuǎn)婷(1984—)，女，碩士研究生，工程師，主要從事電網(wǎng)仿真分析工作。

TM744

B

2095-6843(2017)03-0208-04