高比例新能源接入的新型电力系统线损机理及计算影响研究

国网甘肃省电力公司 罗世刚 丁 坤 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 吴建军 梁 琛 李亚昕 徐 瑞

双碳背景下，风、光等可再生能源大规模接入电力系统，不仅增加了线损管理难度，还提高了线损机理及计算的复杂性，且分布式能源渗透率的提升及不确定性使传统线损机制不再适应于现代电力系统建设线损标准。为满足远距离、跨区域资源优化配置，实现线损精细化管理，推动电力能效稳步运行，亟需开展高比例新能源接入的新型电力系统线损管理的进一步深入研究。为此，本文在电网线损现状基础上，分析国内外相关研究动态和成果，总结高比例新能源接入电网对线损机理及理论线损计算的影响，归纳和梳理适用于新能源接入的新型电力系统降损措施和有效理论线损计算方法，以期为完善新型电力系统线损精细化管理奠定坚实基础。

近年来，我国大力开发利用分布式新能源，缓解了能源枯竭和环境污染问题日趋严重及用电量日益增多的难题，但其给线损管理带来了巨大的冲击和挑战。反映经营管理水平的线损是电力企业降本增效的关键技术指标，降低线损率尤为重要。相关数据显示，我国线损率逐年降低，截止到2021年线损率由6.52%降低到了5.24%，但与美国、日本在2019年、2014年达到的5%、4.3%左右相比，我国电网线损率还需进一步降低。且分布式新能源的高比例并网增加了装机容量，提高了线损率。

1 高比例新能源并网对线损机理影响及降损措施

1.1 新能源接入电网线损机理

1.1.1 主网网损影响机理

我国资源与需求存在的逆向性导致我国电力资源配置主要以特高压交直流混联为主，新能源接入主网通过特高电压等级送出通道进行远距离输送，实现跨区域新能源消纳。由于高比例新能源的接入使电子元件及设备亦高比例增加，输送过程中经较多数目的输电设备元件，成倍增加网损率。风光等再生能源的随机性、间歇性和波动性增加了出力及负荷的不确定性，造成等效负荷峰谷差较大和潮流波动，为保证系统稳定运行需要进行平衡调节，增加了网损。复杂的电压耦合关系也使系统运行方式频繁变化，增大了无功损耗。

网损会随着新能源输送距离和设备元件的增加而提高，文献[1]研究了交直流通道和直流潮流对电力系统网损机理的影响，并搭建了最优潮流网损模型，针对设备本体及运行特性对送出通道损耗进行了研究，但未设计新能源出力特性对网损的影响；文献[2]提出新型电力系为调节新能源出力、平衡潮流波动和等效负荷峰谷差、保障系统稳定运行将增加电网损耗；文献[3]分析了新能源并网后潮流分布特性引起的功率波动对系统网损的影响。

文献[2～3]基于新能源接入负荷和出力平衡调节对网损机理的影响，但没有实现量化及实践应用；文献[4]总结了新能源设备接入使无功功率频繁变化，增大了无功电压耦合关系复杂性，导致通道无功损耗提高，影响了网损率；文献[5]揭示了无功及有功耦合关系对网损的影响因素；文献[4～5]仅考虑了电网稳定运行情况下无功及有功对线损的影响，但未考虑最优网损的无功协调控制情况。

综上，新能源接入主网主要有通道损耗、平衡等效负荷和电源出力损耗以及无功电压耦合复杂化损耗。目前相关学者针对新能源接入主网对网损产生的影响进行了不同层次的研究，并取得了丰硕的成果。但新能源运行特性和交直流功率耦合对通道网损影响、多类型多电压等级的无功资源特性分层分区优化控制以及量化分析研究还有待进一步分析。1.1.2 配网线损影响机理

随着分布式电源在配电网中渗透率的逐步提高，高效消纳和利用新能源迎来了新挑战。分布式电源的并网容量、接入位置和出力特性都有可能影响线损，分布式电源接入配网后使负荷具有非线性、可转移性，差异性的负荷影响了线损运行特性，且接入的分布式电源若与负荷不匹配将会使电压越限，提高线路损耗。相关文献还研究了分布式电源在配网低压、中压和高压中接入位置及容量对线损的影响状况，分析了负荷分布对线损的影响，并提出了指导意见，对基于高比例新能源接入引起的谐波、三相不平衡和电压偏差问题对系统线损的影响性进行了探讨，研究了不同运行方式和控制策略的分布式电源输出特性对电能质量的影响。

分析现有研究，得出新能源接入配电网通常由接入容量、位置及输出特性等方面影响配网线损机理，上述文献为解决新能源并网配电网线损问题提供了理论依据。但分布式电源接入轻负荷区域电网发电无法实现就地消纳，配网出现送出型电网特征。因此还需进一步挖掘逆变型分布式电源运行特性、降压电网以升压形式外送新能源影响配电网线损的机理。

1.2 高比例新能源并网降损措施

针对大容量跨区域主网降损，相关文献提出了基于网损产生机理及系统有功、无功四象限运行特性，提出了利用分布式储能降低网损的方法，研究了通过优化控制无功资源实现降损目标的方法。文献[6]针对大规模风电接入电网网损激增问题进行了研究，提出了荷源协调降损控制模式和策略，并通过仿真验证了模型降损的有效性；文献[7]通过调整直流功率降低了电网网损，并将其应用在了南方电网中。以传统电网降损措施实现降损的主网还需进一步考虑设备本体损耗和送受端电网协调降损以及无功资源协调优化的降损方法。

分布式电源、充电桩和储能设备的高比例接入使配电网呈现元件高电子化和结构及潮流波动复杂化，加之技术和设备的参差不齐，提高了其降损潜能。目前配电网主要依靠优化电网结构、改造高耗能设备和供电线径及治理三相不平衡治理及无功补偿等降损措施。相关文献为改变原有负荷分布、降低峰谷差，构建了柔性负荷响应模型对储能和光伏电网结构进行了协调优化；考虑分布式电源有功控制、无功控制和有载调压分接头控制，设计了基于支路潮流模型的配电网调度降损模型；针对当前配电网设备损耗和运行损耗存在的问题进行了综述，提出了优化组合多项降损措施建议；考虑配电网DG位置选取和容量，采用粒子群优化和非支配遗传排序协同进化算法，构建了运行线损最优目标的配网降损方法。调整运行方式是现阶段配网线损的主要降损技术，基于精细化无功补偿和负荷聚合的配电网降损技术还需进一步加强。

2 高比例新能源并网理论线损计算影响

电力行业标准对电网及其元件以及相关软件和理论线损等计算都进行了标准化和规范化，其理论线损计算边界是基于发输供用电理想状态下。新型电力系统建设不断推进的背景下，新能源高比例接入电网，电力市场机制及电网结构和运行特性不断变化，传统理论线损计算方式已无法适应新能源高比例接入的新型电力系统。

基于此，相关学者对其进行了研究：针对风电出力不确定性和波动性导致配电网理论线损计算误差增大问题，提出了计及风电-负荷特性的理论线损计算方法；研究了考虑影响通道阻抗特性的电能质量、电磁暂态、非正弦波负载电流、集肤效应等多因素的理论线损计算方法；基于双边交易功率指向图提出了一种分配输电网损耗方法；提出了考虑分布式电源并网引起的潮流分布和电能质量问题的改进线损计算方法。为理论线损计算提供了借鉴。考虑新型电力系统涉及源网荷储多种问题，且特高压交直流功率耦合、高比例电力电子设备和电力市场改革等多重因素，还需进一步精细化理论线损计算及开发相关计算软件研究。

3 结语

本文基于现有文献，以高比例新能源接入新型电力系统对线损的影响为研究对象进行了梳理。总结出新能源接入电网主要有主网侧新能源送出通道损耗、平衡调节等效负荷和电源出力及无功电压耦合复杂化对网损和配网侧分布式电源接入容量、位置和输出特性对线损影响的研究。基于此，提出进一步加强新能源运行特性和交直流功率耦合对通道网损影响、多类型、多电压等级的无功资源特性分层分区优化控制及量化分析，以及逆变型分布式电源运行特性、降压电网以升压形式外送新能源的线损影响机理研究。并针对主网和配网降损措施和理论线损影响计算进行了分析，提出了加强精细化无功补偿和负荷聚合降损技术的研究，以及进一步精细化理论线损计算及开发计算软件研究的方向。