基于结点等效功率法的地区电网网损计算及分析

王 凯 张 霞

摘 要:利用结点等效功率法简化电网网损的计算,可以把能量损耗的计算问题转变为功率损耗的计算问题,从而计算出地区电网的损耗。根据计算结果,有针对性地拟定了降损方案,对电网的网架结构及运行方式进行修改,并再次进行地区电网的网损计算。通过两次网损计算结果的比较,验证了降损方案的可行性,为地区电网进行降损改造和电网规划提供了参考依据。

关键词:结点等效功率;地区电网;网损;降损方案

中图分类号:TP274

0 引 言

电网网损是指电能在输送和销售过程中自发电厂出线起至客户电度表止所产生的损耗,产生损耗的元件主要包括变压器、输/配电线路、无功补偿设备、电流/电压互感器及二次回路、接户线及电能表等。电力网的网损率是网损电量占总供电量的百分数,是国家考核供电企业的重要技术经济指标,是电力企业完成国家计划和企业考核的主要内容之一;同时,地区电网网损计算也是地区电网经济运行、无功优化及技术改造等的基础。

据统计数据显示,我国当前电网综合线损率与国外先进水平相比差距甚大。同时,电力市场化正逐步在我国实施,电能已作为商品进入市场,各级供电部门,尤其基层供电部门的经济效益直接与电网运行网损和运行费用相关,电网网损直接关系到电力企业的经济效益。因此,降低网损已成为电网企业提高经济和社会效益的最重要途径。

在电力网的实际运行中,用电度表计量统计出的供电量和售电量之差得到的网损电量称为统计网损电量。统计网损电量中一部分称为技术网损电量,主要包括在变压器、输电线路、电容器等中产生的损耗;另一部分称为管理网损电量,主要包括各类电度表的综合误差、抄表的不同时、漏抄、抄错以及线路漏电和窃电造成的损失电量。本文计算的损耗电量是指技术网损电量。

这里所计算的地区电网主要由110 kV和35 kV的输电线路组成,对于35 kV的输电线路可以忽略其电晕损耗,而对于110 kV线路,根据文献[10]在以LGJ[CD*2]120[CD*2]95 mm2截面为主的电网中年电晕损耗只占线路电阻中年损耗的0.01~0.02,而对于150 mm2以及185 mm2以上截面的线路,电晕损耗可以忽略不计。因此,对于该地区电力网的网损计算主要指计算其电流平方成正比的变压器绕组和输电线路导线中的电能损耗。

1 结点等效功率法

1.1 等效功率法的基本原理

当电力网中的元件通过电流(单位:A)表示时,其电能损耗(单位:kW• h)为:

当用功率(kW)和电压(kV)表示时,其电能损耗为:

式中:通过该元件的P(t),Q(t),U(t)和I(t)的有效值平方等于变量P,Q,U和I的二阶原点距E(P2),E(Q2),E(U2)和E(I2),即计算网损时使用的等效值平方P

在电力网中,结点电压的变化范围通常较小,可以用平均运行电压U┆玜v近似代替U(t),г蚴(1)可写为:

从式(2)可以看出,计算损耗时需要用计算时段内的均方值(也称有效值),即等效功率P┆玡q和Q┆玡q。如果仅用电度表读数推导出的平均值P┆玜v和Q┆玜v来计算网损,不仅其结果偏小,还需要考虑方差对网损的影响。计算等效功率值时,可以利用平均功率P┆玜v和Q┆玜v加上方差得到,或者利用等效系数修正出平均功率P┆玜v和Q┆玜vУ玫健＊

[BT3+*3]1.2 利用等效系数计算等效功率

电网中各负荷结点的有功功率P(t)和无功功率Q(t)都是时间t的函数,并且P(t)和Q(t)的变化规律很难用解析函数表达,因此一般将它们当作随机变量来处理。考虑到等效功率要比平均功率大,因此可以用┮桓霆大于1的系数K去修正平均功率,以得到等效功率,即P┆玡q=K1P┆玜v,Q┆玡q=K2Q┆玜v。式中:K1,K2分别为负荷曲线P(t)和Q(t)的等效系数。

这样,在用通过电度表得到的平均值计算电能损耗时,应先用平均功率乘以大于1的等效系数得到等效功率后,再计算电能损耗。将等效P,Qе荡入电能损耗公式可得:

图1给出了包括各种可能出现的典型日负荷曲线和相应的持续负荷曲线。图1中,曲线1为二阶梯负荷曲线;曲线2为按π~3π/2范围内正弦曲线变化的负荷曲线;曲线3为先按π~3π/2范围内正弦曲线变化,后按0~π/2范围内余弦曲线变化的负荷曲线;曲线4为按直线变化的负荷曲线;曲线5为按0~π范围内余弦曲线变化的负荷曲线;曲线6为按0~π/2范围内余弦曲线变化的负荷曲线。

在图1中取最大负荷标么值И㏄┆玬ax*=1,相应最小负荷和平均负荷的标么值为P┆玬in*=α(最小负荷率)和P┆玜v*=f(负荷率)。对二阶梯负荷曲线,取计算时段T的标么值T=1。计算得出等效系数1≤K≤(1+α)/(2α),取最大等效系数和最小等效系数的均方根值作为平均等效系数,可得到:

由于网损电度数与等效系数的平方成正比,因此将平均负荷乘以等效系数K┆玜vё魑等效负荷时,计算出的网损最大误差小于下式:

将不同的Е林荡入式(3)分别计算后,可以得到当最小负荷率α>0.4时,计算网损的最大误差小于10%。由于地区级电网的负荷率一般均满足α>0.4,因此采用此方法对地区级电网进行网损的计算是可行的。并且,在各种典型负荷曲线中,当α的值相同时,二阶梯负荷曲线的平均等效系数最大。因此,对于不同类型的负荷曲线,按二阶梯负荷曲线的系数取值时,其最大可能误差均低于相应的实际误差值。И

2 算例分析

利用结点等效功率法可以简化电力网网损的计算。因为结点等效功率是表示二阶原点矩的均方根功率,根据等效功率求出的功率损耗乘以计算时段玊就是T时段内的网损电度数。这样,求电能损耗问题就变为当网络各结点功率用相应等效功率代替时计算网络的功率损耗问题,对此可用潮流计算的方法进行计算,得出相应的结果。

[BT3]2.1 计算结果

除┮恍┆特殊支路外(如存在功率交换的联络线)。对于本次计算地区的电力网,包括从220 kV变电站的110 kV,35 kV母线起始到110 kV变电站的35 kV,10 kV母线为止的电力网,其各结点的负荷率和最小负荷率均比较高,各结点负荷曲线形状较接近,根据结点等效功率,用潮流计算方法算出的支路功率与支路的实际等效功率基本一致。

该地区共有220 kV变电站7座,将其记为㏕1~T7。计算网损时对这7座220 kV变电站分别计算,该地区网络损耗现状的计算结果如表1所示。

2.2 技术降损措施

(1) 增加无功补偿。

根据计算结果,增装必要的无功补偿设备,实现无功功率的合理分布。通过网损计算发现,各供电区域的无功损耗均比较大。根据网损计算结果和各供电区的具体情况进行分析,通过增加必要的无功补偿装置,既可提高功率因数,做到无功就地平衡,又可以有效降低网损。增加无功补偿前后的网络损耗如表2所示。

[HJ0]降损前有すλ鸷 /%1.6412.1453.3371.9701.6083.9023.0702.624

降损后有すλ鸷 /%1.3441.7172.5751.5981.3033.0492.5442.078[HJ][HT5SS]

(2) 优化电网结构。

改造和优化电网结构,保证电压合格率,缩短供电距离,简化电压等级,是降低网损的重大措施。

玊4区域电网主供负荷有两个110 kV变电站,供电区域跨5个县,负荷分散,分布着13个35 kV变电站;17条35 kV线路供电,线路总长近290 km。因此可以考虑在玊4区域新建设220 kV变电站,能使原网络中远端的电网结构有明显改善,运行方式更加合理,从而降低玊4区域的网络损耗。T5变电站为单台变运行,可以增容2号主变,通过两台主变的经济运行,降低该区域的网络损耗。因玊6区域中一条110 kV的供电线路过长(80 km),可考虑通过将其辐射型网络供电改为环网供电,以减小损耗。玊7区域电网主供负荷有三个110 kV变电站,负荷分散,供电半径长,造成线路损耗很大, 因此考虑在该区域附近新建设220 kV变电站,主供其中两个负荷较重的110 kV变电站,可以降低区域的网络损耗。优化电网结构前后的地区网损耗率如表3所示。

3 结 语

利用结点等效功率法简化电网网损的计算,将求解电能损耗问题转变为求解功率损耗问题,利用潮流计算的方法进行网损计算。在对该地区电网网损进行理论计算之后,根据计算结果对该地区电网的理论网损进行了进一步分析,找出有较大降损潜力的组成部分,有针对性地拟定了降损方案,并按降损措施修改电网参数后再次进行了网损计算。通过对降损前、后的网损计算结果的比较,验证了降损方案的效果。

参 考 文 献

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作者简介 王 凯 男,1975年出生,博士研究生,讲师。主要从事电力系统运行分析和分布式发电的研究。