荷—网—源协调控制后电网降损能效评估指标体系

陈　征，李长海，徐杰彦，汪　汀，刘皓明，王　楠，王维洲（.国网节能服务有限公司，北京　00052；2.国网（北京）节能设计研究院有限公司，北京0008；.河海大学能源与电气学院，南京　200；4.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，兰州　70050；5.国家电网公司电网降损节能技术实验室，兰州　70050）

Assessment index system of grid loss reduction and energy efficiency after load⁃network⁃source coordinated control

CHEN Zheng1，2，LI Chang⁃hai1，2，XU Jie⁃yan1，2，WANG Ting1，2，LIU Hao⁃ming3，WANG Nan1，WANG Wei⁃zhou4，5（1. State Grid Energy Conservation Service Co. Ltd.，Beijing 100052，China; 2. State Grid（Beijing）Energy Conservation Design and Research Institute Co. Ltd.，Beijing 100083，China; 3. Hohai University，Nanjing 211100，China; 4. State Grid Gansu Electric Power Research Institute，Lanzhou 730050，China; 5. SGCC Power Grid Loss Reduction and Energy Conservation Technology Laboratory，Lanzhou 730050，China）



荷
—网—源协调控制后电网降损能效评估指标体系

陈征1，2，李长海1，2，徐杰彦1，2，汪汀1，2，刘皓明3，王楠1，王维洲4，5
（1.国网节能服务有限公司，北京100052；2.国网（北京）节能设计研究院有限公司，北京100083；3.河海大学能源与电气学院，南京211100；4.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，兰州730050；5.国家电网公司电网降损节能技术实验室，兰州730050）

进入21世纪后，全球范围内的能源短缺趋势越发明显，中国政府大力推动风电等新能源的发展。然而新能源的大规模远距离输送以及其随机性和波动性特点，造成途径电网的网损显著增加。另一方面，与常规电源逆向的分布特点，使得源—源互补的运行调度模式也造成了大量的电网附加损耗。甘肃省立足产业体系实际，在新能源并网点附近规划了高载能产业，以其就近消纳清洁能源，并且利用高载能负荷的可调节和可中断特性，将负荷作为可控变量参与电网降损，从而为构成荷—网—源协调控制模式创造了条件［1］。

在电网降损能效评估指标及其评估方法领域，已有一定的研究工作和成果。文献［2］主要基于对不同负荷状态下输电线路和变压器运行情况的探讨，建立了配电网设备利用率评价指标体系；文献［3］建立了设备及其运行状况相关的评价指标，规定了用于分析比较配电变压器能效的技术经济分析计算方法；文献［4］—文献［5］建立了配电网智能化规划评价指标体系，并采用层次分析法、模糊综合评判等方法进行量化评估；文献［6］采用证据融合理论对配电网经济运行指标权重进行分析；文献［7］建立配电网评价指标体系，研究了评价指标分值的实用化计算方法；文献［8］在评估电力用户能效时，提出了一种基于递阶综合评价方法的能效评估模型；文献［9］建立了包括考核、监测和统计在内的能效评估指标体系；文献［10］采用多层次模糊评价方法实现了配电网节能潜力综合评估。

本文在已有研究成果的基础上，针对荷—网—源协调降损措施设计了切实合理的节能评估指标，形成电网降损能效指标体系，以便科学、准确地评估荷—网—源协调控制后电网降损效果。

1　指标体系构建分析

与常规电网降损不同，荷—网—源协调控制后电网降损效果涉及内容具有点多、面广、要素复杂的特点，因此评估指标的选取，必须紧密结合降损的实际情况，突出其整体效果，其基本构建原则包括：

•客观性：评估指标应能够真实客观地反映荷—网—源协调控制后电网降损和能效的实际情况，指标统计口径无歧义。

•系统性：指标体系结构应能覆盖荷—网—源各个关键环节，指标分类与计算有统一的规范要求，便于推广应用。

•实用性：评估指标所需数据应能和电网目前的统计数据衔接，具有可操作性，且适合不同地区荷—网—源之间对比。

•科学性：指标体系应建立在充分认识、系统研究的科学基础上，概念明确，指标间关联度合理，尽可能避免指标间的相互交叉造成的重复计算现象。

1.1指标体系构建基本思路

荷—网—源协调控制后，电网降损效果综合评估指标体系的构建应主要考虑以下3个方面。

（1）系统要素

电网降损效果的要素主要包括电网降损效果、设备降损效果、负荷降损效果、电源降损效果、经济降损效益和环保降损效益6个方面的内容。

（2）关键特征

荷—网—源协调控制降损的关键特征主要包括高载能负荷的可调节控制和新能源的就地消纳2方面，前者包括系统中负荷侧的电压、电流、功率和谐波等的影响因子，后者则包括电源侧的电压、电流、功率和谐波等的影响因子。

（3）指标体系

基于对荷—网—源协调控制后电网降损效果评估的界定及服务对象的确定，并遵循指标体系建立的基本原则，构建荷—网—源协调控制后电网降损效果综合评估指标体系，该评估体系包括3个层次的指标，其中，三级指标层的指标值主要取决于系统要素和关键特征。

1.2评估指标体系的构建过程

评估指标体系的构建，需要系统地反映电网损耗降低的效果，为此必须处理好指标的选择、设计及指标间相互关系等问题，应尽可能避免或减少指标涵义重叠、指标取舍随意、指标体系过于复杂等问题的出现。其步骤如下：

（1）确定边界条件

本文以电网降损能效为研究对象，因此评价指标体系的构建也应针对电网降损能效的特性展开。在评估指标体系的实际应用过程中，还应对电网的电压等级、地域范围等进行界定。

（2）明确服务对象

评估指标体系最终的服务对象决定了指标体系的用途，对指标体系的建立有着至关重要的指导作用。本文中的电网降损效果评估将促进电网降损的提高。

（3）明确降损节能的目标

电网损耗分为电阻损耗、设备损耗、谐波损耗等多种类型，每种类型的损耗特性依据电力元件、运行方式的不同各异。研究电网损耗的分布特性需要针对不同的损耗类型分别研究其决定因素和量值，进而研究各种损耗在全网的分布情况，以指导降损效果评估指标体系的建立。

（4）确定研究方法

对电网降损能效进行研究，一般是通过分析影响要素来实现，如：分析在荷—网—源协调控制下影响电网损耗的动态因子，包括电网结构、开机方式、功率因数、谐波、设备工况等；研究大规模新能源出力波动下，电网损耗影响因子在不同控制策略下对电网损耗的影响机理，并进行影响因子对电网降损潜力的分析等方面，实现对整个荷—网—源协调控制后电网降损效果的准确反映。

（5）选择基本指标

降损节能的目标和评估指标的研究方法一旦确定，就需要用确定的指标对荷—网—源协调控制后电网降损效果进行度量。通常情况下，大量相关指标已经存在，但这些指标可能是因其它目的而提出的，不一定完全符合荷—网—源协调控制后电网降损效果的评估目标，因而需要邀请多位专家对已有的指标进行筛选。

（6）扩充指标

根据评价目标和相关影响因子得到指标，并不能全面反映荷—网—源协调控制后电网降损的效果，因而，需要在已有指标的前提下，根据荷—网—源协调控制机理等实际情况来设计新的评估指标。

（7）构建评价指标体系

基本指标和扩充指标确定的前提下，应明确各指标间的层级关系，建立评价指标体系的层次结构，以便于进行整体量化。评价指标体系包含多层评价指标，根据指标层级关系的复杂程度，确定指标层级数目，本文的指标体系包含3个层级，即一级指标层、二级指标层和三级指标层。

2　能效评估指标体系

综合上述考虑，结合电力专家多方面意见，确定如表1所示的综合评估指标体系。

表1　荷—网—源协调控制后电网降损效果综合评估指标体系

2.1电网降损效果S1

（1）输电线路损耗率S11

电网线路上所损失的电能占线路首端输出电能的百分比称为输电线路损耗率，简称线损率。线损率的高低是电力规划设计水平、生产技术水平和管理水平的综合反映。

设线路i的功率损耗为ΔPi，变电站线路i出口潮流有功为Pi，则该条线路的线损率为

（2）线路功率因数S12

电力系统中需要消耗大量无功功率，它们经过多级送电线路、变压器的输送，又进一步增加了有功功率和无功功率的损失。线路功率因数S12在数值上等于线路中流过的有功功率与视在功率的比值。

当输送的有功功率和电压不变时，负荷功率因数从cosφ1提高到cosφ2，供电线路和变压器损耗的降低百分数为

可见，提高电力用户的功率因数，减少无功消耗，对节能降耗具有十分重要的意义。

（3）无功流动值S13

功率因数仅为一个比例，而线路无功流动值S13是一个量值，其值增大，会引起线路功率损耗增大，因此应该考虑无功流动值指标，作为功率因数的补充。

假设无功流动值从Q1降低为Q2，当输送的有功功率和电压不变时，线损降低的百分数为

（4）电网综合线损率S14

电网综合线损率可以从功率线损整体情况角度分析电网线损水平，通过潮流计算电网的线损率S11，若电网中主干线条数为NL，则电网综合线损率为

（5）电网相间不平衡度S15

电网相间不平衡度用来反映低压电网中三相不平衡的程度。可用电压、电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根值百分比表示。例如：三相电压不平衡度可表示如下

式中：U2和U1分别为三相电压的负序和正序分量方均根值。

（6）重载线路数量占比S16

重载线路指的是线路年最大负载率达到或超过70%且持续1 h以上的低压线路或最大负载率超过80%的高中压线路。

该指标数值偏高说明评估区域内部分线路容量不足，不能满足该地区的负荷需要，在今后的电网建设中应改善负荷分布，对重载线路进行分流改造。

（7）高损线路数量占比S17

在统计线路线损率分布的基础上，对高损线路进行汇总，高损线路指线损率大于5%的线路。

（8）电压总谐波畸变率S18

谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波，其波形畸变的程度可用电压谐波畸变率来衡量。

式中：U（1）为电压基波分量有效值，U（h）为电压第h次谐波分量有效值。

（9）线路负载率S19

线路负载率指线路的平均负载率，反映线路的利用率和充裕度，可表示为

2.2设备降损效果S2

变压器是电力系统运行中数量较多、损耗较大的必不可少的设备。

（1）变压器容载比S21

容载比既是变电容量充裕度的重要技术指标，也是电网发生故障时保障负荷顺利转移的重要宏观控制指标。合理的容载比与恰当的网架结构相结合，对于故障时负荷的有序转移，保障供电可靠性，以及适应负荷的增长需求都是至关重要的。容载比的大小与变压器损耗率有较强的相关性，其值计算如下

（2）主变平均功率因数S22

（3）过载变压器容量占比S23

（4）重载变压器容量占比S24

该指标数值偏高说明评估区域内部分主变容量不足，不能满足该地区的负荷需要，随着负荷的快速增长，各别变电站的重载问题会更加突出，将会出现变电容量紧张的现象，在今后的电网建设中应加快对重载变电站的建设改造，并增加新的电源点，改善负荷分布，以缓解变电站的供电压力。

（5）轻载变压器容量占比S25

（6）变压器效率S26

2.3负荷降损效果S3

荷—网—源协调控制对高载能负荷的可调节、可中断特性的运用，使得电网降损有了显著效果。

（1）电网峰谷差率S31

电力系统的负荷存在峰谷差，因此必须留有很大的备用容量，造成系统设备运行效率低。

（2）最大负荷持续时间占比S32

取电网实际最大负荷的95%为阈值，统计超过此阈值的最大持续时间，则

（3）负荷率S33

负荷率可以反映负荷的均衡程度，负荷率越高，总体综合损耗越低。

（4）分布式电源接入率S34

分布式电源主要包括风能、太阳能、生物质能、水能、潮汐能、海洋能等可再生能源发电，以及余热、余压和废气利用发电和天然气冷/热电多联供等。分布式电源比例高，可以减少大规模远距离供电功率，降低系统损耗。

S34=分布式电源接入容量

电网总装机容量×100%（19）

2.4电源降损效果S4

（1）新能源的有效利用率S41

该定性指标表征了荷—网—源协调控制降损后电网对新能源的消纳能力。例如：对于风力发电，计算表达式为

（2）综合厂用电率S42

综合厂用电率是指发电厂全厂发电量与上网电量的差值与全厂发电量的比值，即

式中：Wwg、Wgk和Wgk分别为全厂的外购电量、关口电量和计算期内发电量总量，kWh。

2.5经济降损效益S5

（1）节电量S51

该指标反映降损后电网可节约的电量，体现了经济效益。

（2）节电率S52

该指标同样体现了降损带来的经济效益，作为节电量指标的补充。

（3）成本节约收益S53

该指标用来反映降损对线路和设备的使用带来的影响，从而折合为可节约的成本收益，亦体现了经济效益。

2.6环保降损效益S6

环境保护成为社会可持续发展的关注热点，电网降损能效带来的环保降损效益是评估荷—网—源协调控制后电网降损的社会效益，对整个电网的发展具有指导意义。

荷—网—源协调降损可大幅增加新能源发电出力，减少能源浪费和提高风电场利用效率。风电、太阳能等新能源均属于清洁能源，对环境没有污染，用户更多使用清洁能源发电可减少对煤炭等常规能源发电的依赖，减少二氧化碳和其他有毒气体排放。节能减排量S61指标直接反映了降损措施减少的二氧化碳等气体的排放量。

3　评估指标关系分析

从指标性质来看，有稳定性指标和变动性指标之分。稳定性指标反映电网发展的客观规律对运行水平提出的共同要求，不会因时间、地点和评价对象的不同而改变，指标的含义和评价标准是不变的、一致的。正因为在荷—网—源协调控制后电网降损效果评估指标体系中存在稳定性指标，使该指标体系具有相对固定的内部结构。变动性指标是在不同时期或不同地点，内涵或者评价标准可变的指标，是由一定时期的电网发展水平和特点所导致的。由于变动性指标的存在，使荷—网—源协调控制后电网降损效果评估指标体系具有一定的可塑性。

从指标的精确度来看，有硬指标和软指标。硬指标是指达到指标要求是固定的精确的指标，包括统计数据、静态资料等，软指标是指达标要求伸缩性较大、不精确的指标，一般含有较多的主观因素。为了体现评价的客观性可操作性，本评估指标体系中采用的指标大部分为硬指标，同时考虑到指标体系的完整性，选择了一些软指标。

从指标内涵角度来看，各指标之间既存在一致性指标又存在相互矛盾的指标。一致性方面，电网降损的提高通常会提高电网运行的经济效益，电网负荷协调性的提升使电网负荷趋于平衡、合理，同时分布式电源接入能够提高设备的利用效率，减少电网损耗，提高电网的运行经济性，提高能源利用效率，增强与社会的协调性。矛盾性方面表现在：提高电网的降损效果通常会增加电网的建设成本，从而影响电网建设投资的经济性。

从不同角度去考察指标的性质特征，对指标进行相互关系和分类研究，不仅有助于选择指标去合理评估荷—网—源协调控制后电网降损能效，而且能够指导从不同角度去考察同一项指标的内涵以及把握各指标间的相互影响，以便于加深对指标性质特征以及整个指标体系的认识，从而有助于评估标准的确定。

4　综合评估方法与应用

层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）以其定性与定量相结合处理各种决策因素的特点，及系统、灵活、简洁的优点，迅速地在社会、经济等领域中得到广泛的应用。

AHP的优点是通过建立清晰的层次结构分解复杂的问题，用相对标度将人的判断标量化，通过求解判断矩阵得出方案的综合权重，缺点是忽略了人为判断的模糊性，当不确定性和模糊性等因素较多时，AHP易受到打分者主观判断的影响。AHP分析计算流程如图1所示。

图1　层次分析法流程图

（1）构造比较判断矩阵

本文评估指标体系中共有6个二级指标，根据专家多次会议讨论意见，形成基于九级标度的判断矩阵如表2所示。

表2　二级指标判断矩阵

（2）求最大特征根及其特征向量

求解表2中判断矩阵的特征根，得到最大特征根λmax=6.268 1，最大特征值对应的特征向量为：ω= （0.735 5，0.353 0，0.173 7，0.107 1，0.524 2，0.134 3）T。

（3）权重计算

将最大特征值对应的特征向量归一化得指标权重向量Q=（0.362 7，0.174 1，0.085 7，0.052 8， 0.258 5，0.066 2）T。

（4）一致性校验

判断矩阵一致性指标（Consistency Index，CI）计算如下

同样，依据上述计算方法，三级指标的权重如表3所示。

表3　荷—网—源协调控制后电网降损效果评估指标权重

5　结束语

本文对国内外现有电网降损评估开展情况进行了梳理，对荷—网—源协调控制后电网降损效果进行了界定，即达到电网降损效果、设备降损效果、负荷降损效果、电源降损效果、经济降损效益和环保降损效益的综合统一。分析了负荷侧、电网侧和电源侧运行特性对荷—网—源协调控制后电网降损效果的影响，提出了一套完整的荷—网—源协调控制后电网降损效果评估指标体系，能够科学全面地反映电网降损效果。采用层次分析法确定了各指标的权重。本文的研究成果可进一步应用于开展荷—网—源协调控制后电网降损效果综合评估软件的开发及应用，以提升电网降损管理水平。

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Assessment index system of grid loss reduction and energy efficiency after load⁃network⁃source coordinated control

CHEN Zheng1，2，LI Chang⁃hai1，2，XU Jie⁃yan1，2，WANG Ting1，2，LIU Hao⁃ming3，WANG Nan1，WANG Wei⁃zhou4，5
（1. State Grid Energy Conservation Service Co. Ltd.，Beijing 100052，China; 2. State Grid（Beijing）Energy Conservation Design and Research Institute Co. Ltd.，Beijing 100083，China; 3. Hohai University，Nanjing 211100，China; 4. State Grid Gansu Electric Power Research Institute，Lanzhou 730050，China; 5. SGCC Power Grid Loss Reduction and Energy Conservation Technology Laboratory，Lanzhou 730050，China）

摘要：电网损耗的降低对于电力系统的经济运行具有重要的意义。分别从负荷侧、电网侧和电源侧3方面综合考虑电网降损的影响因子，建立了电网降损能效的评估指标体系，阐述了体系中各指标的意义，给出了各指标的量值计算方法。通过分析甘肃地区的电网降损潜力，采用层次分析法计算出评估指标体系中各指标的权重，为荷—网—源协调控制后电网降损能效的综合评估提供了解决方案。

关键词：荷—网—源协调控制；降损；能效评估；指标体系

Abstract：Grid loss reduction has an important impact on the economic operation of power system. In terms of the supply side，grid side and load side，this paper comprehensively considers the factors，which have an effect on the grid loss reduction. Then the evaluation index system of grid loss reduction is established，and the detailed explanations of the meaning and calculation of the indexes are presented. Through the analysis of grid loss reduction potential in Gansu province，this paper uses analytic hierarchy pro⁃cess to calculate the weight of each index in the assessment index system，which provides solutions for the comprehensive evaluation of grid loss reduction and energy efficiency after load⁃network⁃source coordinated control.

Key words：load⁃network⁃source coordinated control; loss re⁃duction; energy efficiency assessment; index system

DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2016.03.002

收稿日期：2015-12-10；修回日期：2015-12-30

基金项目：国家电网公司科技项目“基于荷—网—源协调控制的电网降损关键技术研究”（项目编号：27KJ010501C1016320140000）

作者简介：陈征（1983），男，湖南攸县人，工学博士，工程师，主要研究方向为低碳电力与节能技术；李长海（1959），男，北京人，高级工程师，主要研究方向为配电自动化、供用电技术；徐杰彦（1973），男，江苏盐城人，硕士，高级工程师，主要研究方向为电力需求侧管理与节能技术。

中图分类号：TM714.3

文献标志码：B