段國豪*，羅雪蓮，黃武超，姜佳欣，劉桂英

（長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長沙，410114）

配電網(wǎng)理論線損的計(jì)算方法分析與仿真

段國豪*，羅雪蓮，黃武超，姜佳欣，劉桂英

（長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長沙，410114）

由于各設(shè)備存在著阻抗，電能經(jīng)過變換、輸送、分配環(huán)節(jié)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生電能損耗。有效地降損是提高供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。針對(duì)于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、計(jì)量設(shè)備和計(jì)算平臺(tái)等方面的因素，本文選擇等值電阻法和前推回代潮流法兩種理論線損計(jì)算方法對(duì)電網(wǎng)實(shí)例進(jìn)行粗略的計(jì)算，通過比較結(jié)果提出一種較為易于編程且計(jì)算精度較高的前推回代潮流計(jì)算法，采用 VC++對(duì)前推回代潮流計(jì)算方法進(jìn)行編程且仿真計(jì)算，得到各支路的線損的具體的情況，最后通過對(duì)電網(wǎng)理論線損的計(jì)算結(jié)果分析和對(duì)影響配電網(wǎng)線損因素的分析，層層遞進(jìn)，找到解決相應(yīng)問題的方法，為改善配電網(wǎng)線損提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)措施。

配電網(wǎng)；理論線損；等值電阻法；前推回代潮流法；仿真

引言

線損的大小不僅影響供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)造成社會(huì)能源的浪費(fèi)，理論線損計(jì)算可以加強(qiáng)線損的管理及制定合理的線損考核指標(biāo)作用[1-2]。通過對(duì)計(jì)算的結(jié)果分析可科學(xué)地、準(zhǔn)確地找出電網(wǎng)中存在的問題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討線路降損的措施，有針對(duì)性地采取有效措施，將線損降低到比較合理的水平，對(duì)于電力系統(tǒng)的能源節(jié)約和精細(xì)化管理水平的提高具有積極的現(xiàn)實(shí)意義[1-5]。

隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電力網(wǎng)理論線損計(jì)算方法得到不斷改進(jìn)，在傳統(tǒng)的均方根電流法[1-4]、平均電流法[1,2,4]、最大電流法[1,2,4]以及等值電阻法[1,2,4,6]等之外，出現(xiàn)了很多創(chuàng)新的方法，使理論線損算法得到了很大的發(fā)展。電網(wǎng)理論線損的計(jì)算方法主要有2類模型，一類是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)主要損耗元件的物理特性建立的各種模型；另一類是根據(jù)饋線數(shù)據(jù)建立的各種統(tǒng)計(jì)模型[7]和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[8]。對(duì)于輸電網(wǎng)的線損計(jì)算，基本上是基于各種潮流算法[7,9-15]的計(jì)算，傳統(tǒng)的潮流計(jì)算方法有牛頓法、PQ分解法、高斯一賽德爾法[1-4]等。對(duì)于配電網(wǎng)，針對(duì)于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、計(jì)量設(shè)備和計(jì)算平臺(tái)等方面的因素，近來提出的解決思是在原始的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行數(shù)據(jù)信息不足的情況下，進(jìn)行近似計(jì)算。為了達(dá)到要求的計(jì)算精度，還需要從數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性、數(shù)學(xué)方法的精確性及算法上加以改進(jìn)。目前，傳統(tǒng)的理論線損計(jì)算方法得到了發(fā)展，一些非機(jī)理性的來自其他學(xué)科的方法已被引入，如遺傳算法[16]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法[8]等，其中較為典型的如基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的線路損耗計(jì)算方法，此網(wǎng)絡(luò)模型是面向數(shù)據(jù)的，并不考慮每個(gè)參數(shù)的實(shí)際意義[3]。

1 電網(wǎng)理論線損的計(jì)算方法

1.1 等值電阻法

因10(6)kV配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、分支線多、元件也多，由于各段線路上的運(yùn)行數(shù)據(jù)不容易采集到，因此，可以假設(shè)一個(gè)等值的線路電阻Rel在通過線路出口的總電流產(chǎn)生的損耗，與各段不同的分段電流Ii分段電阻Ri產(chǎn)生損耗的總和相等，即：

在計(jì)算要求不太高的情況下，Rel可按式(2)計(jì)算：

式中：SNi第 i 段線路上的視在功率(kVA)；SNi第 i 段線路的配變額定容量(kVA)；SNΣ段配電線路總的配變定容量(kVA)；Ki為各配電變壓器的負(fù)荷系數(shù)；KΣ為該段配電線路總配變的負(fù)荷系數(shù)。

1.2 前推回代潮流計(jì)算法

前推回代潮流算法[9]是配電網(wǎng)支路類中被廣泛研究的一種計(jì)算方法。該法具有易編程、沒有復(fù)雜的矩陣運(yùn)算、計(jì)算快捷、計(jì)算精度高、收斂性好等特點(diǎn)。

配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，若已知配變低壓側(cè)負(fù)荷復(fù)功率為Si=Pi+jQi，那么節(jié)點(diǎn)注入電流按照公式(3)計(jì)算：

式中：Ui(k-1)為第 k-1次迭代后的節(jié)點(diǎn)電壓，為第k-1次迭代后的配變損耗?？砂词?4)計(jì)算：

圖1 配電網(wǎng)示意圖Fig. 1 Theschematic diagram of distribution network

式中：Pk.i、Po.i、Uk.i、Io.i分別對(duì)應(yīng)第 i 臺(tái)配變的短路損耗、空載損耗、短路電壓、空載電流，SNi是其額定容量，UNi是額定電壓。

前推回代潮流法的計(jì)算過程，具體步驟為：

（1）簡化配網(wǎng)得到拓?fù)鋱D，形成支路與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣，假設(shè)有b條支路，n 個(gè)節(jié)點(diǎn)；

（2）初始化所有節(jié)點(diǎn)電壓，需要注意的是，雖然負(fù)荷測錄儀能記錄各節(jié)點(diǎn)電壓，但是由于電壓采集值沒有精確統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)簽，所以計(jì)算中不采用；

（3）由式（3）—（8）計(jì)算節(jié)點(diǎn)等值注入電流；

（4）通過式（9）前推所有支路的支路電流；

（5）通過式（10）回代所有節(jié)點(diǎn)的新的電壓值；

式中：[ZB]為支路阻抗矩陣，為源點(diǎn)電壓；

（6）檢查是否滿足收斂條件，若滿足即結(jié)束計(jì)算，否則返回（3）進(jìn)行計(jì)算。

潮流計(jì)算結(jié)束，則支路的線路損耗為：

2 案例分析

以某配電站的案例為算例運(yùn)用等值電阻法和前推回代潮流法進(jìn)行配電網(wǎng)線損計(jì)算，對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分析，最后為供電部門分析配電網(wǎng)理論線損的產(chǎn)生原因及實(shí)際計(jì)算和減小線損提供理論依據(jù)參考。

2.1 電網(wǎng)的基本情況

某節(jié)電樹狀配電網(wǎng)絡(luò)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)如表1所示，支路數(shù)據(jù)如表2所示，設(shè)電壓基值為10kV，有功功率為4.242MW，無功功率為2.396MVar。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 system structure diagram

表1 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)Table1 node data

13 0.0600 0.0350 14 0.1200 0.0800 15 0.0600 0.0100 16 0.0600 0.0200 17 0.0600 0.0200 18 0.0900 0.0400 19 0.0900 0.0400 20 0.0900 0.0400 21 0.0900 0.0400 22 0.0900 0.0400 23 0.0900 0.0500 24 0.4200 0.2000 25 0.4200 0.2000 26 0.0600 0.0250 27 0.0600 0.0250 28 0.0600 0.0200 29 0.1200 0.0700 30 0.2000 0.6000 31 0.1500 0.0700 32 0.2100 0.1000 33 0.0600 0.0400

表2 支路數(shù)據(jù)Table2 branch data

2.2 仿真計(jì)算分析

采用前推回代潮流計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，在對(duì)本例的樹狀網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算中，其節(jié)點(diǎn)和支路編號(hào)均采用與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無關(guān)的自然編號(hào)。從根節(jié)點(diǎn)(電源點(diǎn))開始進(jìn)行了廣度優(yōu)先搜索，根據(jù)拓?fù)湫畔⒖芍恳粭l支路的首節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)信息。算法的流程圖如圖3所示：

圖3 計(jì)算流程圖Fig. 3 flow chart of calculation

運(yùn)用等值電阻法和前推回代潮流計(jì)算方法計(jì)算電網(wǎng)結(jié)果歸納如表3所示。

從表3的計(jì)算結(jié)果比較可知，前推回代潮流法計(jì)算結(jié)果與等值電阻法相近，但精度較高。

采用VC++對(duì)上述前推回代潮流計(jì)算法進(jìn)行編程，并對(duì)該案例的33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)行結(jié)果如表4所示?？傆泄p耗為0.448096MW，總無功損耗為0.368366Mvar。

從表4的仿真結(jié)果可以看出，該配電網(wǎng)線損率過高，無功不足，多個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)電壓，處于低壓運(yùn)行。主要問題是由于該10kV配電網(wǎng)負(fù)荷過多，無功缺額嚴(yán)重，如果適當(dāng)升高電壓等級(jí)，比如在6節(jié)點(diǎn)處增加無功補(bǔ)償裝置，即可有效地降低理論線損，促進(jìn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

表4 仿真結(jié)果Table4 simulation results

8 8.7800 8 0.9106 0.4325 0.009237 0.003040 9 8.6368 9 0.7014 0.3294 0.008082 0.005806 10 8.5238 10 0.6333 0.3036 0.006919 0.004904 11 8.5069 11 0.5663 0.2787 0.001087 0.000357 12 8.4779 12 0.5203 0.2484 0.001720 0.000569 13 8.3540 13 0.4586 0.2128 0.005238 0.004121 14 8.3061 14 0.3933 0.1737 0.001437 0.001892 15 8.2672 15 0.2719 0.0918 0.000708 0.000638 16 8.2366 16 0.2112 0.0812 0.000560 0.000409 17 8.1866 17 0.1506 0.0608 0.000503 0.000671 18 8.1689 18 0.0901 0.0401 0.000106 0.000083 19 9.9486 19 0.3618 0.1618 0.000260 0.000248 20 9.8719 20 0.2716 0.1215 0.001350 0.001217 21 9.8548 21 0.1802 0.0803 0.000164 0.000191 22 9.8342 22 0.0901 0.0401 0.000071 0.000094 23 9.6787 23 0.9460 0.4621 0.005275 0.003604 24 9.5571 24 0.8507 0.4085 0.008559 0.006759 25 9.4475 25 0.4222 0.2017 0.002172 0.001708 26 9.0283 26 0.9774 0.9941 0.004805 0.002447 27 8.9816 27 0.9126 0.9667 0.006165 0.003139 28 8.7735 28 0.8464 0.9385 0.021015 0.018529 29 8.6210 29 0.7654 0.9000 0.014616 0.012733 30 8.5490 30 0.6308 0.8173 0.007274 0.003715 31 8.3851 31 0.4235 0.2135 0.003064 0.003028 32 8.3602 32 0.2704 0.1405 0.000411 0.000479 33 8.3403

3 結(jié)束語

本文對(duì)所選的某樹狀配電網(wǎng)進(jìn)行了計(jì)算分析，并利用VC++編寫了前推回代潮流計(jì)算程序，對(duì)電網(wǎng)實(shí)例進(jìn)行了仿真計(jì)算，最后對(duì)仿真計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了分析，通過分析仿真結(jié)果可知，均方根電流法、平均電流法和最大電流法只利用了幾個(gè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，只能夠?qū)碚摼€損進(jìn)行精度低的估算；而等值電阻法與前推回代潮流計(jì)算法利用運(yùn)行數(shù)據(jù)多，計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)前推回代潮流計(jì)算法還能夠較好地處理電網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)問題；因此，等值電阻法與前推回代潮流計(jì)算法成為電網(wǎng)理論線損計(jì)算的優(yōu)選方法。通過計(jì)算后即可得到精確度較高的線損率值，切實(shí)顯示電網(wǎng)各部分的技術(shù)線損。

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Analysis and Simulation of Calculation Method of Line Loss of Distribution Network

DUAN Guohao*,LUO Xuelian,HUANG Wuchao,JIANG Jiaxin,LIU Guiying
(School of electrical and information engineering,Changsha University of Science and Technology,Hunan Changsha,410114,China)

Due to the existence of the impedance of the equipment,power through the transformation,transmission,distribution links will generate power loss. Effectively reducing the loss is an important way to improve the economic efficiency of power supply enterprises. This paper according to the factors of distribution network structure,metering equipment and computing platform,then select the calculation method of equivalent resistance method and power flow method of two kinds of theoretical line loss was computed on the grid instance,Through comparisons with the results ,the paper presented a relative Method easy to programming and its calculation precision is high.Using VC + + on power flow calculation method for programming and simulation calculation,article display energy loss of each branch of the specific situation,finally,through the analysis of the calculation results of the theoretical line loss of the grid and the analysis of the factors affecting the line loss of the distribution network,the method of solving the corresponding problems is obtained,and the theoretical basis and technical measures are provided to improve the cable loss of the distribution network.

distribution network; heoretical line loss; equivalent resistance method; power flow method; Simulation

TM714

A

1672-9129(2017)06-0055-04

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.019

段國豪,羅雪蓮,黃武超,等. 配電網(wǎng)理論線損的計(jì)算方法分析與仿真[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(6)： 55-58.

Cite：DUAN Guohao,LUO Xuelian,HUANG Wuchao,et al. Analysis and Simulation of Calculation Method of Line Loss of Distribution Network[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 55-58.

2017-02-07；

2017-03-15。

段國豪(1994-)，男，湖南邵陽，本科，學(xué)士，研究方向：電力系統(tǒng)運(yùn)行控制。

備注：本論文由湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目(配電網(wǎng)線損計(jì)算及降損措施的研究與實(shí)踐)資助。

Email：kdzp001@163.com