配電網(wǎng)理論線損計算方法10kv電氣工程專業(yè)

1、摘要：本文比較了各種電流法在計算原理、數(shù)據(jù)來源、各種算法需采集的數(shù)據(jù)、適用條件及局限性，介紹均方根電流法、平均電流法、最大電流法、等值電阻法的優(yōu)缺點，分析傳統(tǒng)配電網(wǎng)理論線損計算方法的基本原理。本文提出了適合目前配電網(wǎng)理論線損計算的新方法，但都是在對一些配電網(wǎng)理論線損計算方法進行深入研究的基礎(chǔ)上，部分學(xué)者在潮流算法方面都處于理論研究和探索階段，距離實用化還有一段差距，都進行了新的研究，豐富和發(fā)展了潮流算法。為解決配電網(wǎng)理論線損計算困難，近年來，部分學(xué)者采用模糊理論中的模型識別原理對支路電流的分配進行修正，將遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論引入配電網(wǎng)理論線損計算中，尋找出能夠滿足配電網(wǎng)線損理論計算要求的

2、計算方法，通過不斷深入地研究配電網(wǎng)理論線損計算，使計算結(jié)果盡可能準確，促進降損節(jié)能，提高供電企業(yè)運行管理水平和經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)理論線損 等值電阻法 潮流算法0 引言在實際工作中通過線損理論計算，能較準確的了解電網(wǎng)中損耗的組成情況。尤其在對需要增加投資的降損措施幾種方案的技術(shù)經(jīng)濟比較以及考察各種降損措施的效果方面，線損理論計算顯出重要作用，這就為實際分級、分壓、分區(qū)、分線管理，線損計劃指標的分解提供了可靠依據(jù)。此外，通過線損理論計算得出的數(shù)值與傳統(tǒng)數(shù)值比較，還可以發(fā)現(xiàn)線損管理中薄弱環(huán)節(jié)，以便有針對性地采取降損措施。1 傳統(tǒng)的主要的配電網(wǎng)理論線損計算方法等值電阻法等值電阻法的理論基礎(chǔ)是均方

3、根電流法。缺點是：對沒有實測負荷記錄的配電變壓器，各節(jié)點負荷率相同，這種計算不完全符合實際負荷情況，假設(shè)負荷分布按與配電變壓器額定容量成比例；需要假設(shè)計算條件，影響計算結(jié)果精度；假設(shè)各負荷點功率因數(shù)、類別系數(shù)和電壓相同，一般情況下，計算出的電能損耗值偏小，實際系統(tǒng)各個負荷點的功率因數(shù)、類別系數(shù)和電壓都不相同。等值電阻法的優(yōu)點是：在理論上比較完善，不用收集運行數(shù)據(jù)，計算出等值電阻數(shù)據(jù)就可以進行電能損耗計算，僅與結(jié)構(gòu)參數(shù)配電變壓器額定容量、分段線路電阻有關(guān)；在方法上克服了均方根電流法的諸多方面的缺點。1.2 最大電流法最大電流法也稱損失因數(shù)法，優(yōu)點是：計算需要的資料少，易于計算機編程計算，進行電能

4、損耗計算只需測量出代表日最大電流和計算出損失因數(shù)等數(shù)據(jù)。缺點是：損失因數(shù)不易計算，計算出的損耗因數(shù)不同，不能通用，主要由于不同的負荷曲線、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負荷特性，此方法常用于計算精度要求不高的情況，是利用均方根電流法與最大電流的等效關(guān)系進行計算的。計算精度低，使用此方法時必須根據(jù)電網(wǎng)實際情況計算損耗因數(shù)。1.3 平均電流法由均方根電流法派生而來，是利用均方根電流法與平均電流的等效關(guān)系進行損耗計算的，平均電流法也稱形狀系數(shù)法。平均電流法的優(yōu)點是：計算結(jié)果較為準確，計算出的電能損耗結(jié)果精度較高，用實際中較容易得到并且較為精確的電量作為計算參數(shù)，按照代表日平均電流和計算出形狀系數(shù)等數(shù)據(jù)計算，易于計算機編

5、程計算，可以進行電能損耗計算。平均電流法的物理概念是：實際負荷在同一時間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗幾乎等同于線路中流過的平均電流所產(chǎn)生的電能損耗。缺點是：形狀系數(shù)不易確定，計算誤差較大。對沒有實測記錄的配電變壓器，數(shù)據(jù)不夠準確。1.4 均方根電流法均方根電流法是基本計算方法。均方根電流法的優(yōu)點是：方法簡單，易于計算機編程計算，按照代表日 24 小時整點負荷電流或有功功率、無功功率或有功電量、無功電量、電壓、配電變壓器額定容量、參數(shù)等數(shù)據(jù)計算出均方根電流就可以進行電能損耗計算。均方根電流法的物理概念是：實際負荷在同一時間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗差不多等同于線路中流過的均方根電流所產(chǎn)生的電能損耗。缺點是：代表日

6、選取不同會有不同的計算結(jié)果，誤差較大。2 配電網(wǎng)理論線損計算方法研究新進展降低線損率，可以減少電能傳輸能耗，線損率是主要經(jīng)濟技術(shù)指標，它綜合反映電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、生產(chǎn)運行和經(jīng)營管理水平，研究配電網(wǎng)理論線損計算方法，提高電力供應(yīng)能力，增加供電企業(yè)經(jīng)濟效益，有很重要的理論與實際意義。2.1 潮流新算法文獻指出，由于配電網(wǎng)表計不全，運行參數(shù)無法全部收集，對于 10k V 配電網(wǎng)理論線損計算，無法采用潮流方法，或者網(wǎng)絡(luò)的元件和節(jié)點數(shù)太多，運行數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的收集整理很困難。近年來，大部分學(xué)者都處于理論研究和探索階段，距離實用化還有一段差距，只是在潮流算法方面進行了新的研究，豐富和發(fā)展了潮流算法。鑒于當前

7、配電網(wǎng)潮流計算采用恒功率負荷模型不能準確反映網(wǎng)絡(luò)潮流分布，提出在潮流計算中考慮負荷靜態(tài)電壓特性。針對傳統(tǒng)前推回代法在解決該問題時，存在算法效率降低、對負荷靜態(tài)電壓特性呈強敏感性的缺陷，將傳統(tǒng)前推回代法中前推功率、回代電壓改為前推回代都進行電壓迭代，設(shè)計了一種新的前推回代法。IEEE36 節(jié)點系統(tǒng)測試表明，所提算法能夠準確、快速地求解配電網(wǎng)潮流，且算法效率對負荷靜態(tài)電壓特性變化具有弱敏感性。同時，通過潮流結(jié)果分析負荷靜態(tài)電壓特性變化對系統(tǒng)電壓的影響。2.2 遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法遺傳算法用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最主要的是學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重，評價一個學(xué)習(xí)算法的標準是：簡單性、可塑性和有效性，也就是用遺傳

8、算法來取代一些傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)算法。主要是用遺傳算法學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)。一般地，簡單的算法并不有效，又與算法的可塑性、簡單性相沖突，有效的算法則要求算法的專一性、完美性，可塑的算法又不簡單。Rumel hart 等人推廣誤差反向傳播（BP）算法，在目前廣泛研究的前饋網(wǎng)絡(luò)中采用，BP 算法具有簡單和可塑的優(yōu)點，這種方法的收斂速度慢，且常受局部極小點的困擾，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值學(xué)習(xí)的有效方法，它是基于梯度的方法，克服了 BP 算法的缺陷，采用 GA 則可把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和權(quán)值學(xué)習(xí)合并起來。2.3 模糊識別技術(shù)應(yīng)用即針對傳統(tǒng)的確定性數(shù)學(xué)模型解決不確定問題存在的困難，建立了模糊模式識別

9、的模型，并把此模型應(yīng)用于吉林豐滿水電數(shù)字仿真系統(tǒng)的成績考核系統(tǒng)中，將參數(shù)的模糊集與正確等級模糊集進行匹配，降低了系統(tǒng)中不確定因素對考核系統(tǒng)的影響。經(jīng)實驗表明，此模型能正確解決不確定問題。該方法采用理論中的模型識別原理對支路電流的分配進行修正，提高了線損計算的精度，即理論運行狀態(tài)盡可能接近實際運行狀態(tài)，使計算結(jié)果盡可能準確。但該方法隸屬函數(shù)的選擇較難，在實際應(yīng)用中較困難，因為它只適用于對電流大小及變壓器負荷率的大小進行模型判別時。2.4 基于區(qū)間算法在負荷、并聯(lián)電容器組和熱電聯(lián)產(chǎn)機組的三相區(qū)間模型以及線路和變壓器的三相模型的基礎(chǔ)上，提出了一種配電網(wǎng)三相潮流計算的區(qū)間算法。傳統(tǒng)的點迭代法潮流求得的

10、都是系統(tǒng)的瞬時狀態(tài)，而區(qū)間算法提出了與傳統(tǒng)的點迭代潮流算法完全不同的思想，它一方面可以方便地求解給定時間段上系統(tǒng)狀態(tài)量的變化范圍，另一方面可以處理具有不確定性的點信息，從而能更全面真實地反映系統(tǒng)的狀態(tài)。對 33 母線和 90 母線三相平衡系統(tǒng)，292 母線三相不平衡系統(tǒng)及阜新市實際 10k V 配電系統(tǒng)（272、524 和 730母線）的計算實例表明了算法的快捷性和有效性。給出了形狀系數(shù)的區(qū)間值獲取方法，對負荷曲線形狀系數(shù)的區(qū)間性進行了詳細分析和論證，為用戶提供了更多信息，需進一步研究。它指出各損耗的區(qū)間值，即是基于平均電流法的配電網(wǎng)線損區(qū)間算法的計算結(jié)果。3 展望按照傳統(tǒng)或現(xiàn)代的等值模型、統(tǒng)

11、計模型進行計算，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)(包括配電網(wǎng)元件參數(shù)和運行數(shù)據(jù))基礎(chǔ)之上，常規(guī)配電網(wǎng)理論線損計算方法，都是缺少實時性和全面性。計算出來的理論線損變得滯后、粗放和失真，主要由于配電網(wǎng)外部環(huán)境和內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)、運行方式、負荷的變化，隨著綜合信息管理系統(tǒng)(MIS)、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)(DMS)和調(diào)度自動化系統(tǒng)(SCADA)等技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，配電網(wǎng)理論線損計算的發(fā)展要求，以及未來發(fā)展方向和必然趨勢，就是研究與之相結(jié)合的在線實時配電網(wǎng)理論線損計算方法。4 后記本文編寫過程中，我查閱了大量的技術(shù)檔案和文獻，參考了眾多有關(guān)專家及專業(yè)工作者提供的寶貴資料、現(xiàn)場案例、技術(shù)經(jīng)驗，同時得到了家人與朋友的大力支持與幫

12、助，收集了很多值得借鑒的典型案例、業(yè)務(wù)規(guī)范和治理措施，在此謹表示衷心感謝。由于專業(yè)水平有限，錯誤和不妥之處懇請大家批評指正222222222配電網(wǎng)理論線損計算方法配電網(wǎng)線損是電力部門一項綜合性的經(jīng)濟、技術(shù)指標。準確合理的配電網(wǎng)線損理論計算是電力部門分析線損構(gòu)成、制定降損措施的有力工具，對促進供電企業(yè)降低能耗，內(nèi)部挖潛，提高經(jīng)濟效益，優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方案，加強運行管理具有重要意義。目前，由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、參數(shù)多樣性和資料不完善以及缺乏實時監(jiān)控設(shè)備，準確計算配電網(wǎng)理論線損比較困難，一直是個難題。配電網(wǎng)理論線損計算的主要目的是通過對電能在輸送和分配過程中各元件產(chǎn)生的電能損耗及各類損耗所占比例的

13、計算，來確定配電網(wǎng)線損的變化規(guī)律。配電網(wǎng)理論線損計算方法，主要分為兩類：一類是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)主要損耗元件的物理特征建立的各種等值模型算法；另一類是根據(jù)饋線數(shù)據(jù)建立的各種統(tǒng)計模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等算法。傳統(tǒng)計算方法，如均方根電流法、平均電流法等，計算結(jié)果精度不高，不便于降損分析。針對這種情況，近幾年來，部分學(xué)者將遺傳算法(GA)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)和模糊識別等理論應(yīng)用于配電網(wǎng)理論線損計算，研究計算速度快、計算結(jié)果精度高的數(shù)學(xué)模型，豐富和發(fā)展了理論線損計算方法，拓寬了研究思路。1傳統(tǒng)的主要的配電網(wǎng)理論線損計算方法1.1均方根電流法均方根電流法是基本計算方法。均方根電流法的物理概念是，線路中流過的均方根

14、電流所產(chǎn)生的電能損耗相當于實際負荷在同一時間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗。均方根電流法的優(yōu)點是：方法簡單，按照代表日24小時整點負荷電流或有功功率、無功功率或有功電量、無功電量、電壓、配電變壓器額定容量、參數(shù)等數(shù)據(jù)計算出均方根電流就可以進行電能損耗計算，易于計算機編程計算。缺點是：代表日選取不同會有不同的計算結(jié)果，計算誤差較大。1.2平均電流法平均電流法也稱形狀系數(shù)法，是利用均方根電流法與平均電流的等效關(guān)系進行電能損耗計算的，由均方根電流法派生而來。平均電流法的物理概念是，線路中流過的平均電流所產(chǎn)生的電能損耗相當于實際負荷在同一時間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗。平均電流法的優(yōu)點是：用實際中較容易得到并且較為精確的

15、電量作為計算參數(shù)，計算結(jié)果較為準確，計算出的電能損耗結(jié)果精度較高；按照代表日平均電流和計算出形狀系數(shù)等數(shù)據(jù)計算就可以進行電能損耗計算，易于計算機編程計算。缺點是：對沒有實測記錄的配電變壓器，形狀系數(shù)不易確定，計算誤差較大。1.3最大電流法最大電流法也稱損失因數(shù)法，是利用均方根電流法與最大電流的等效關(guān)系進行電能損耗計算的，由均方根電流法派生而來。最大電流法的物理概念是，線路中流過的最大電流所產(chǎn)生的電能損耗相當于實際負荷在同一時間內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗。最大電流法的優(yōu)點是：計算需要的資料少，只需測量出代表日最大電流和計算出損失因數(shù)等數(shù)據(jù)就可以進行電能損耗計算，易于計算機編程計算。缺點是：損失因數(shù)不易計

16、算，不同的負荷曲線、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負荷特性，計算出的損耗因數(shù)不同，不能通用，使用此方法時必須根據(jù)電網(wǎng)實際情況計算損耗因數(shù)；計算精度低，常用于計算精度要求不高的情況。1.4等值電阻法等值電阻法的理論基礎(chǔ)是均方根電流法。等值電阻法的物理概念是，在線路出口處，假想一個等值的線路電阻，在通過線路出口處的總電流產(chǎn)生的損耗，與線路各段不同的分段電流通過分段電阻產(chǎn)生的損耗的總和相等。等值電阻法的優(yōu)點是：在理論上比較完善，在方法上克服了均方根電流法的諸多方面的缺點；不用收集運行數(shù)據(jù)，僅與結(jié)構(gòu)參數(shù)配電變壓器額定容量、分段線路電阻有關(guān)，計算出等值電阻數(shù)據(jù)就可以進行電能損耗計算，適合于10kV及以下配電網(wǎng)理論線損計算，

17、易于計算機編程計算。缺點是：需要假設(shè)計算條件，影響計算結(jié)果精度；對沒有實測負荷記錄的配電變壓器，假設(shè)負荷分布按與配電變壓器額定容量成比例，各節(jié)點負荷率相同，這種計算不完全符合實際負荷情況；假設(shè)各負荷點功率因數(shù)、類別系數(shù)和電壓相同，但一般情況下，實際系統(tǒng)各個負荷點的功率因數(shù)、類別系數(shù)和電壓都不相同，計算出的電能損耗值偏小。2配電網(wǎng)理論線損計算方法研究新進展2.1潮流新算法文獻指出，對于10kV配電網(wǎng)理論線損計算，由于配電網(wǎng)表計不全，運行參數(shù)無法全部收集，或者網(wǎng)絡(luò)的元件和節(jié)點數(shù)太多，運行數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的收集整理很困難，無法采用潮流方法。近年來，部分學(xué)者在潮流算法方面進行了新的研究，豐富和發(fā)展了潮流

18、算法，但都處于理論研究和探索階段，距離實用化還有一段差距。2.2遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法為解決配電網(wǎng)理論線損計算困難，近年來，部分學(xué)者將遺傳算法(GA)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論(ANN)引入配電網(wǎng)理論線損計算方法中，雖然計算精度有明顯提高，但由于受配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)類型多樣性制約，需要建立學(xué)習(xí)樣本并進行訓(xùn)練，比較復(fù)雜，通用性和實用化差，需進一步深入研究。2.3基于區(qū)間算法對負荷曲線形狀系數(shù)的區(qū)間性進行了詳細分析和論證，給出了形狀系數(shù)的區(qū)間值獲取方法，指出基于平均電流法的配電網(wǎng)線損區(qū)間算法的計算結(jié)果是各損耗的區(qū)間值，為用戶提供了更多信息，需進一步研究。2.4模糊識別技術(shù)應(yīng)用該方法采用模糊理論中的模型識別原理

19、對支路電流的分配進行修正，使計算結(jié)果盡可能準確，即理論運行狀態(tài)盡可能接近實際運行狀態(tài)，提高了線損計算的精度。但該方法在對電流大小及變壓器負荷率的大小進行模型判別時，隸屬函數(shù)的選擇較難，在實際應(yīng)用中較困難。3展望常規(guī)配電網(wǎng)理論線損計算方法，都是在現(xiàn)有數(shù)據(jù)(包括配電網(wǎng)元件參數(shù)和運行數(shù)據(jù))基礎(chǔ)之上，按照傳統(tǒng)或現(xiàn)代的等值模型、統(tǒng)計模型進行計算的，缺少實時性和全面性。由于配電網(wǎng)外部環(huán)境和內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)、運行方式、負荷不是固定不變的，因此計算出來的理論線損變得滯后、粗放和失真。隨著調(diào)度自動化系統(tǒng)(SCADA)、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)(DMS)和綜合信息管理系統(tǒng)(MIS)等技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，研究與之相結(jié)合的在線實時配電網(wǎng)理論線損計算方法是未來發(fā)展方向和必然趨勢，是配電網(wǎng)理論線損計算的發(fā)展要求。4結(jié)束語配電網(wǎng)理論線損計算方法研究的目的是如何快速、精確地計算出配電網(wǎng)理論線損。本文綜合介紹了各種計算方法和研究現(xiàn)狀，展望未來發(fā)展方向。通過不斷深入地研究配電網(wǎng)理論線損計算，尋找出能夠滿足配電網(wǎng)線損理論計算要求的計算方法