基于电网结构的降损方法研究与经济效益分析

胡远婷， 郭庆阳， 徐冰亮， 郭 袅， 关万琳， 郑 君， 刘志鹏

(1. 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030；2. 黑龙江省电力有限公司 调度控制中心，哈尔滨 150090)

基于电网结构的降损方法研究与经济效益分析

胡远婷1， 郭庆阳2， 徐冰亮1， 郭 袅1， 关万琳1， 郑 君1， 刘志鹏1

(1. 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030；2. 黑龙江省电力有限公司 调度控制中心，哈尔滨 150090)

实现网损降低，主要可以从优化有功和优化无功两方面入手。本文以实际电网为研究对象，以优化有功为主要手段，根据电网网架结构特点，考虑到电厂和发电集团的归属关系，提出一种降低网损的方法。经实验验证，该种方法既能够实现网损的降低，又能够使各发电集团的经济效益少受损失。

降损；有功优化；网架结构；经济效益

目前电力工业已经成为世界各国的支柱产业，为整个社会提供着必需的能源和动力。由于电力系统中存在阻抗，电能在转换、输送、分配过程中不可避免地存在大量的损耗，即为电力系统的网损。电力系统的网损是衡量电力企业经营状况的一项重要的综合经济指标。电力企业常用的降损措施主要从优化有功和优化无功两大方面入手，具体手段包括优化电网运行方式、加强线损管理、增强电网经济调度和进行电网改造[1-3]。

电力网络的损耗主要包括线路损耗、变压器损耗、站用电损耗和其他损耗，其中站用电损耗和其他损耗约占全部损耗的1.13%。本文所提一次网损主要由线路损耗和变压器损耗两部分组成。传统理论计算中只运用了几个运行数据，其理论计算结果和实际损失率相比误差较大，给实现线损有效管理带来阻碍[4]。为提高理论计算精度，各种基于最优潮流法的改进算法成为网损计算的主要研究方法。应用最优潮流法可改变发电机出力，如通过网损微增率建立网损因子[5-7](网损修正系数)，进而对目标函数进行修正，并将网损作为常数加入等式约束；通过网损分摊修正目标函数[8]，该类方法易受网损分摊方案影响，限制了该类方法的计算精度及实用性。

目前对节能降损的研究主要集中在通过管理手段降低线损率，通过对无功的优化及电网结构的改造提高电网供电可靠性，从而实现网损降低。文献[9-11]提出通过安装静态无功补偿装置、电容储能、改善网架结构等方法，达到节能降损的目的。文献[12-13]通过分析电力市场运行模式，改善电力市场模型和优化调度模式来降低网损。

针对传统电网网损优化方法的缺点， 本文不单纯对降损进行理论研究， 而是以实际电网为研究对象， 提出一种根据网架结构特点进行优化机组出力使网损降低的方法， 并在实现降损的同时增加电厂和发电集团的属性关系的约束条件， 在保障各发电集团售电量不变的情况下，实现一次网损的降低。

1 基于网架结构和经济效益约束的降损研究方法

1.1 目标网架的结构特点

目标电网按地理位置和运行特点可以分为东部电网、中部电网、西部电网和北部电网。东部电网是电源中心，主要负责电力的外送；中部电网是重要的负荷中心；西部电网和北部电网是对外的主要输电通道，其中北部电网内没有220 kV电压等级及以上的发电厂。目标电网中的电厂分属四大发电集团，其中华电集团下有8个电厂，主要分布在中部电网、东部电网和西部电网；大唐集团下有5个电厂，主要分布在东部电网和中部电网；国电集团下有3个电厂，主要分布在东、中、西部电网；华能集团下有4个电厂，主要分布在东部电网和西部电网。

1.2 基于网架结构的降损方法研究

首先将仿真数据中的初始损失电量按照实际线损月报中一次网损数据进行调整，从而确定各电厂初始开机方式。然后根据仿真计算确定各电厂出力对网损的影响率。以电厂所属发电集团和所属电网区域为约束条件，建立区域内和区域间同一发电集团内不同电厂之间的机组出力转移方案，对方案进行经济效益影响分析。最后运用电力系统仿真软件对每一种方案下的电网损失电量进行仿真分析，并将结果与初始损失电量相比较，从而找出优化机组出力的规律。优化机组出力对网损影响分析流程图如图1所示。

每个方案均以目标电网中冬大、冬腰、冬小、夏大、夏腰、夏小6种运行方式为研究对象，综合考虑全年供热期和非供热期的情况，根据全年负荷情况按下列公式对数据进行加权处理：

(1)

式中：Qy表示年节电量，Qs表示供热期节电量，Qds表示非供热期节电量。

(2)

式中：Qw1表示冬大节电量，Qw2表示冬腰节电量，Qw3表示冬小节电量；Qs1表示夏大节电量，Qs2表示夏腰节电量，Qs3表示夏小节电量；k1、k2、k3分别为大负荷、腰荷和小负荷3种运行方式的年平均运行系数。

图1 优化机组出力对网损影响分析流程图Fig.1 Analysis flow diagram of influence of units’ output optimization on power network loss

1.3 机组出力对网损的影响分析

为了能够在约束条件下确定机组优化的最佳方案，可以用式(3)表示各电厂机组出力对一次网损的影响。设Q为电网的网损电量，Qij为某发电集团内某电厂的发电量，m表示发电集团的数量，n表示电厂的数量，ΔQij为电厂的转移电量，则可表示为

(3)

对各电厂进行机组出力变化分析，通过仿真实验分析可发现：装机容量大的机组对网损影响较大；外送型电网内的电厂较就地平衡型电网内的电厂，其开机方式对网损影响较大。因此在目标电网中，东部电网的开机方式对网损的影响最大。若在保证东部外送断面不降低的同时降低网损，可通过调整各区域间开机方式实现。为了能够有效达到目的，应该在增加东部电网发电量的同时，尽量减少中部电网和西部电网中装机容量大、对网损影响较大的机组出力。如果安排合理的话，能够实现网损的大幅降低。

2 仿真实验及结果分析

2.1 各发电集团经济效益水平分析

对目标电网中发电集团内和发电集团间发电量转移进行对比分析，结果如图2所示，表示为9种电厂出力变化方式对应的网损情况。

图2 发电集团机组出力转移和相应的网损Fig.2 Units’ output transfer and relevant network loss in power generation groups

图2中：方式1为初始开机方式和对应的网损；方式2表示大唐集团内部电厂之间电量转移40 150万kW·h后，网损降低4.32%；方式3表示大唐集团向华能集团按照方式2的电量进行机组出力优化后，网损降低6.14%，但大唐集团将损失9 512.26万元；方式4表示华能集团内部电厂转移电量40 150万kW·h后，网损降低4.06%；方式5表示华能集团向华电集团按照方式4的电量进行机组出力优化后，网损降低2.77%，但华能集团将损失9 512.26万元；方式6表示华电集团内部电厂转移电量40 150万kW·h后，网损降低0.39%；方式7表示华电集团向大唐集团按照方式6的电量进行机组出力优化后，网损降低2.63%，但华电集团将损失9 512.26万元；方式8表示国电集团内部电厂出力转移电量60 225万kW·h后，网损降低2.12%；方式9表示国电集团向华电集团按照方式8的电量进行机组出力优化后，网损降低3.05%，但国电集团将损失14 268.40万元。

通过对比分析可以看出，在发电集团内部和集团之间进行机组优化都可以实现网损的降低，虽然在集团间进行机组优化能够使网损降低更多，但是会使部分发电集团的经济效益受到损失，因此在考虑到经济效益平衡的原则上，应该在保证各发电集团的发电量总体不受损失的条件下再进行机组优化，实现降损的目的。

2.2 区域内电网电量转移对网损的影响

对目标电网中的3个区域电网内部进行电厂机组出力调整，并根据式(1)和式(2)对仿真结果进行处理，分析损失电量的变化情况。具体方案及分析结果如表1所示，表中正数表示转入电量，负数表示转出电量。

表1 区域内机组出力转移和损失电量Table 1 Units’ output transfer and lost electricity within the network area

通过仿真结果可以看出，在中部电网中，装机容量最大的华电5厂对网损影响最大。华电5厂向华电厂转移6.8亿kW·h电量，可节约电量546.34万kW·h。对于西部电网，华电集团3厂向4厂转移7亿kW·h电量，可节约电量115.17万kW·h；华能集团华能3厂向华能4厂转移5.2亿kW·h电量，可节约电量321.23万kW·h。东部为外送型电网，华能1厂和大唐3厂的开机方式对网损影响较大。华能集团1厂向2厂转移电量4.38亿kW·h，可节约电量1 682.58万kW·h；大唐集团3厂向1厂转移电量7.66亿kW·h，可节约电量1 696.51万kW·h。

2.3 区域间电网电量转移对网损的影响

对3个区域电网之间进行电厂机组出力调整，并根据式(1)和式(2)对仿真结果进行处理，分析损失电量的变化情况。具体方案如表2所示，表中正数表示转入电量，负数表示转出电量。

从仿真结果看，东中部电网之间，华电集团8厂向5厂转移电量7.45亿kW·h，可节约电量1 462.67万kW·h；大唐集团3厂向4厂转移电量5.66亿kW·h，可节约电量1 990.72万kW·h；国电集团1厂向2厂转移电量7.45亿kW·h，可节约电量1 961.52万kW·h。

东西部电网之间，华电集团1厂向4厂转移电量7.45亿kW·h，可节约电量1 049.02万kW·h；华能集团1厂向4厂转移电量5.22亿kW·h，可节约电量3 247.41万kW·h。

相同条件下，东部电网对网损的影响较大，如果想增加东部外送，但同时又不增加网损，则可通过调整各区域间开机方式实现。为了能够有效达到目的，应该在增加东部网发电量的同时，尽量关停中部网和西部网中装机容量大、对网损影响较大的电厂机组。东部电网向中部和西部电网转移电量，如果安排合理的话，能够实现网损的大幅降低。

3 结 语

基于电网结构特点，在保证各发电集团经济效益不受影响的基础上，可通过优化电网机组出力实现网损的降低。由于装机容量大的机组对网损影响较大，外送型区域内的电厂较就地平衡型区域内的电厂，其开机方式对网损影响较大，因此可以根据电网的网架结构特点，以电厂和发电集团的归属关系为制约条件，综合考虑电厂装机和负荷的分布情况，对机组开机方式进行优化，实现网损降低的同时还能保障各发电集团的年发电量。与传统的降损方法相比，该方法具有针对性强、运行成本低的特点。因为增加了经济约束条件，该方法能够避免各发电集团之间的利益冲突，更具可操作性。

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(编辑 陈银娥)

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。

胡远婷(1984—)，女，硕士研究生，工程师，主要从事电网仿真分析工作。

TM744

B

2095-6843(2017)03-0208-04