配电网理论线损的计算方法分析与仿真

段国豪*，罗雪莲，黄武超，姜佳欣，刘桂英

（长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙，410114）

配电网理论线损的计算方法分析与仿真

段国豪*，罗雪莲，黄武超，姜佳欣，刘桂英

（长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙，410114）

由于各设备存在着阻抗，电能经过变换、输送、分配环节时将会产生电能损耗。有效地降损是提高供电企业经济效益的重要途径。针对于配电网结构、计量设备和计算平台等方面的因素，本文选择等值电阻法和前推回代潮流法两种理论线损计算方法对电网实例进行粗略的计算，通过比较结果提出一种较为易于编程且计算精度较高的前推回代潮流计算法，采用 VC++对前推回代潮流计算方法进行编程且仿真计算，得到各支路的线损的具体的情况，最后通过对电网理论线损的计算结果分析和对影响配电网线损因素的分析，层层递进，找到解决相应问题的方法，为改善配电网线损提供了理论基础和技术措施。

配电网；理论线损；等值电阻法；前推回代潮流法；仿真

引言

线损的大小不仅影响供电企业的经济效益，还会造成社会能源的浪费，理论线损计算可以加强线损的管理及制定合理的线损考核指标作用[1-2]。通过对计算的结果分析可科学地、准确地找出电网中存在的问题，在此基础上进一步探讨线路降损的措施，有针对性地采取有效措施，将线损降低到比较合理的水平，对于电力系统的能源节约和精细化管理水平的提高具有积极的现实意义[1-5]。

随着电网技术的发展，电力网理论线损计算方法得到不断改进，在传统的均方根电流法[1-4]、平均电流法[1,2,4]、最大电流法[1,2,4]以及等值电阻法[1,2,4,6]等之外，出现了很多创新的方法，使理论线损算法得到了很大的发展。电网理论线损的计算方法主要有2类模型，一类是依据网络主要损耗元件的物理特性建立的各种模型；另一类是根据馈线数据建立的各种统计模型[7]和神经网络模型[8]。对于输电网的线损计算，基本上是基于各种潮流算法[7,9-15]的计算，传统的潮流计算方法有牛顿法、PQ分解法、高斯一赛德尔法[1-4]等。对于配电网，针对于电网结构、计量设备和计算平台等方面的因素，近来提出的解决思是在原始的结构和运行数据信息不足的情况下，进行近似计算。为了达到要求的计算精度，还需要从数学模型的准确性、数学方法的精确性及算法上加以改进。目前，传统的理论线损计算方法得到了发展，一些非机理性的来自其他学科的方法已被引入，如遗传算法[16]、人工神经网络算法[8]等，其中较为典型的如基于人工神经网络的线路损耗计算方法，此网络模型是面向数据的，并不考虑每个参数的实际意义[3]。

1 电网理论线损的计算方法

1.1 等值电阻法

因10(6)kV配电网络节点多、分支线多、元件也多，由于各段线路上的运行数据不容易采集到，因此，可以假设一个等值的线路电阻Rel在通过线路出口的总电流产生的损耗，与各段不同的分段电流Ii分段电阻Ri产生损耗的总和相等，即：

在计算要求不太高的情况下，Rel可按式(2)计算：

式中：SNi第 i 段线路上的视在功率(kVA)；SNi第 i 段线路的配变额定容量(kVA)；SNΣ段配电线路总的配变定容量(kVA)；Ki为各配电变压器的负荷系数；KΣ为该段配电线路总配变的负荷系数。

1.2 前推回代潮流计算法

前推回代潮流算法[9]是配电网支路类中被广泛研究的一种计算方法。该法具有易编程、没有复杂的矩阵运算、计算快捷、计算精度高、收敛性好等特点。

配电网网络如图1所示，若已知配变低压侧负荷复功率为Si=Pi+jQi，那么节点注入电流按照公式(3)计算：

式中：Ui(k-1)为第 k-1次迭代后的节点电压，为第k-1次迭代后的配变损耗。可按式(4)计算：

图1 配电网示意图Fig. 1 Theschematic diagram of distribution network

式中：Pk.i、Po.i、Uk.i、Io.i分别对应第 i 台配变的短路损耗、空载损耗、短路电压、空载电流，SNi是其额定容量，UNi是额定电压。

前推回代潮流法的计算过程，具体步骤为：

（1）简化配网得到拓扑图，形成支路与节点关联矩阵，假设有b条支路，n 个节点；

（2）初始化所有节点电压，需要注意的是，虽然负荷测录仪能记录各节点电压，但是由于电压采集值没有精确统一的时间标签，所以计算中不采用；

（3）由式（3）—（8）计算节点等值注入电流；

（4）通过式（9）前推所有支路的支路电流；

（5）通过式（10）回代所有节点的新的电压值；

式中：[ZB]为支路阻抗矩阵，为源点电压；

（6）检查是否满足收敛条件，若满足即结束计算，否则返回（3）进行计算。

潮流计算结束，则支路的线路损耗为：

2 案例分析

以某配电站的案例为算例运用等值电阻法和前推回代潮流法进行配电网线损计算，对计算的结果进行分析，最后为供电部门分析配电网理论线损的产生原因及实际计算和减小线损提供理论依据参考。

2.1 电网的基本情况

某节电树状配电网络配电网结构图如图2所示，节点数据如表1所示，支路数据如表2所示，设电压基值为10kV，有功功率为4.242MW，无功功率为2.396MVar。

图2 系统结构图Fig. 2 system structure diagram

表1 节点数据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 支路数据Table2 branch data

2.2 仿真计算分析

采用前推回代潮流计算方法进行计算，在对本例的树状网络的计算中，其节点和支路编号均采用与网络结构无关的自然编号。从根节点(电源点)开始进行了广度优先搜索，根据拓扑信息可知每一条支路的首节点和末节点信息。算法的流程图如图3所示：

图3 计算流程图Fig. 3 flow chart of calculation

运用等值电阻法和前推回代潮流计算方法计算电网结果归纳如表3所示。

从表3的计算结果比较可知，前推回代潮流法计算结果与等值电阻法相近，但精度较高。

采用VC++对上述前推回代潮流计算法进行编程，并对该案例的33节点配电网进行计算，运行结果如表4所示。总有功损耗为0.448096MW，总无功损耗为0.368366Mvar。

从表4的仿真结果可以看出，该配电网线损率过高，无功不足，多个节点电压严重偏离标准电压，处于低压运行。主要问题是由于该10kV配电网负荷过多，无功缺额严重，如果适当升高电压等级，比如在6节点处增加无功补偿装置，即可有效地降低理论线损，促进电网经济运行。

表4 仿真结果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 结束语

本文对所选的某树状配电网进行了计算分析，并利用VC++编写了前推回代潮流计算程序，对电网实例进行了仿真计算，最后对仿真计算的结果进行了分析，通过分析仿真结果可知，均方根电流法、平均电流法和最大电流法只利用了几个运行数据，只能够对理论线损进行精度低的估算；而等值电阻法与前推回代潮流计算法利用运行数据多，计算精度高等优点，同时前推回代潮流计算法还能够较好地处理电网的环网问题；因此，等值电阻法与前推回代潮流计算法成为电网理论线损计算的优选方法。通过计算后即可得到精确度较高的线损率值，切实显示电网各部分的技术线损。

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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

段国豪,罗雪莲,黄武超,等. 配电网理论线损的计算方法分析与仿真[J]. 数码设计,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。

段国豪(1994-)，男，湖南邵阳，本科，学士，研究方向：电力系统运行控制。

备注：本论文由湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目(配电网线损计算及降损措施的研究与实践)资助。

Email：kdzp001@163.com