劉金亮，宋文樂，黃 慶，王立宗，董成哲

(1.國網(wǎng)滄州供電公司，河北 滄州 061000；2. 國網(wǎng)河北省電力有限公司滄州 供電分公司，河北 滄州061001；3.北京新源綠網(wǎng)節(jié)能科技有限公司，北京101100)

0 引言

線損管理一直是供電領域中的重點工作之一，其對供電行業(yè)的經(jīng)濟效益有著直接的影響。隨著供電規(guī)模的不斷擴大的提高，低壓臺區(qū)節(jié)點模型線損管理逐漸受到越來越多的關注[1]。

線損是指電力傳輸過程中所產(chǎn)生的有功電能損失。電能從發(fā)電站輸送到用戶端的過程需要經(jīng)過不同的輸變電元件，這一過程難免會造成一定的電能損失。一方面，電網(wǎng)中各個元件存在電阻和電抗，另一方面，電能在交換過程中需要一定的勵磁功率，從而造成電能損失[2]。除此之外，電力設備泄露、計量設備偏差和人為誤差等原因也會造成電能損耗。同時，由于低壓臺區(qū)數(shù)量較多、缺乏高效的技術手段、管理工作相對落后，導致低壓臺區(qū)配電網(wǎng)絡線路節(jié)點損耗較大。

目前，分布式電源接入方式以其形式靈活、便捷可靠等特點得以廣泛應用。分布式電源一般采用自發(fā)自用模式，可以實現(xiàn)功率的就地消納，繼而通過減少功率傳輸而減少配網(wǎng)的電能損耗。

因此，為有效減少低壓臺區(qū)配電網(wǎng)絡線路的節(jié)點損耗，基于分布式電源接入方式，設計了一種低壓臺區(qū)節(jié)點抗損模型。

1 低壓臺區(qū)節(jié)點負荷矩計算

負荷矩代表某一電壓損失條件下電力負荷與線路長度的乘積，線路的電壓降落與線路的負荷矩成正比。在實際應用中，只能夠獲取少數(shù)節(jié)點的電壓值，所以能夠提供計算的線路電壓值[3]較少，甚至存在不能獲得的情況，因此為了反映電壓值與線路負荷矩的關系，重新對節(jié)點的負荷矩進行定義。

在不考慮用戶功率[4]的情況下，每條線路的線路負荷矩為

(1)

gj為流過j線路的負荷；d為電網(wǎng)線路距離。

低壓配網(wǎng)拓撲結構簡化如圖1所示。

假設h代表電網(wǎng)j線路中i節(jié)點與第一個節(jié)點之間線路上的所有節(jié)點結合(i為圖1中的1,2,3,4,5,6,7,8)，則電網(wǎng)中每個節(jié)點的節(jié)點負荷矩為

(2)

p為電網(wǎng)線路的功率分布參數(shù)。

圖1 低壓配網(wǎng)拓撲結構簡化

依據(jù)上述過程可知，負荷矩累積一段時間后，線路上的負荷矩[5]也會隨之增加，從而增加節(jié)點負荷矩。并且節(jié)點負荷矩越大節(jié)點電壓越低，因此將電網(wǎng)中線路負荷矩對電壓的影響看做負荷矩對電壓的影響，是影響臺區(qū)配網(wǎng)損耗的直接因素[6]。

2 分布式電源接入下的綜合線損率確定

在接入分布式電源后，由于接入系統(tǒng)的差異會產(chǎn)生電量倒送的情況，即負荷會倒送會配電端。若電網(wǎng)難以完全消化負荷時，負荷也會進一步倒送[7]。因此需要從始端向末端計算各個節(jié)點電壓，其計算流程如圖2所示。

圖2 電壓計算流程

在上述節(jié)點電壓計算完成基礎上，對負荷進行計算，將供電量與實際供電量之間的差值定義為統(tǒng)計線損[8]，其計算公式表示為

(3)

Ah代表線損電量，即供給電量與銷售電量的差值；Δa為線損率。

在此基礎上，分析低壓臺區(qū)線損構成與分類，如圖3所示。

在此基礎上，根據(jù)電網(wǎng)中的等值電阻將低壓臺區(qū)部分的電網(wǎng)從源端到尾端、從主干線到分支線劃分為若干計算點[9]，從而確定低壓臺區(qū)綜合線損率，為低壓臺區(qū)節(jié)點抗損提供基礎依據(jù)，過程為

圖3 低壓臺區(qū)線損構成與分類

(4)

e為實際抄表參數(shù)；y為某一供電階段的抄表電量和；w為某一計算線段的結構常數(shù)。

3 低壓臺區(qū)節(jié)點抗損

依據(jù)上述過程構建低壓臺區(qū)節(jié)點抗損模型。低壓臺區(qū)線損管理部分模型框架如圖4所示。

圖4 低壓臺區(qū)管理部分架構

在此基礎上，選擇合適的導線截面[10-11]。計算導線電阻與導線截面積之間的關系，即

(5)

P為電網(wǎng)中導線的電阻率；Y為電網(wǎng)導線長度；s為導線截面積；t為電阻參數(shù)。

假設電網(wǎng)元件中電阻為Q，通過該元件的電流為I，當電流通過元件時產(chǎn)生的損耗為

(6)

一般情況下，電網(wǎng)中產(chǎn)生的損失通常在主干線上，需要合理調整運行電壓[12-13]。因此，利用調相機等手段對電壓調整，從而達到降損需求。電網(wǎng)電壓與線損之間的關系為

(7)

V為臺區(qū)配網(wǎng)額定電壓；α為電壓提高百分比。

根據(jù)上述計算，提高能夠降低電網(wǎng)中的功率損失率[14]。在實際運行中，可適當?shù)奶岣唠妷航档途€損率，從而達到抗損目的，還能夠增加輸配電的能力。

為進一步提高低壓臺區(qū)節(jié)點的抗損能力，還需要對電網(wǎng)升級改造。目前，一些地區(qū)的電網(wǎng)相對落后，一些基本設施較為陳舊，在長期運行下，計量本身的損耗和計量本身計量誤差都較大，因此需要根據(jù)實際情況實現(xiàn)抗損。同時，在同一臺區(qū)，根據(jù)實際計算與往年數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，計算時按照統(tǒng)計后的值進行相應分配避免電流過大造成浪費。對于線損計算而言，電網(wǎng)在電能傳輸過程中也會造成有功損耗，并且會影響電能質量[15]，所以在低壓臺區(qū)節(jié)點模型抗損中需對變壓器進行無功補償，減少電能傳輸過程中的損耗。

4 實驗與分析

為檢測基于分布式電源接入的低壓臺區(qū)節(jié)點抗損模型的應用性能，設計仿真實驗加以驗證。通過對比負荷、電壓實測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)，判斷抗損模型的有效性。并以電壓偏差為檢驗指標，對比本文模型、計及DG隨機性的配網(wǎng)無功優(yōu)化及抗損模型(傳統(tǒng)模型1)、基于改進和聲搜索算法的配電網(wǎng)抗損優(yōu)化模型(傳統(tǒng)模型2)的有效性。

4.1 實驗準備

以某低壓臺區(qū)為實驗對象，臺區(qū)中設有2臺變壓器(容量均為1 500 MVA)，其余的設備參數(shù)如表1所示。

表1 實驗臺區(qū)輸變電設備統(tǒng)計表

在MATLAB平臺進行此次實驗，其運行過程如圖5所示。

根據(jù)變電站實際情況完成建模。實驗采用RS485通信接口電能表獲取數(shù)字電能表，并利用于GPRS通信實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的實時傳輸。在獲取實驗信息后，通過采集器對實驗數(shù)據(jù)進行采集與管理，之后發(fā)送到管理系統(tǒng)中，并在仿真平臺中完成對實際電量統(tǒng)計與計算。

圖5 MATLAB運行過程

實驗信息傳輸結構如圖6所示。

圖6 實驗信息傳輸結構

傳輸結構主要分為兩部分，一部分是源端進入變壓器的統(tǒng)計電量，另一部分為變壓器負載用戶的統(tǒng)計變量。源端數(shù)據(jù)直接通過GPRS通信，負載用戶端采用采集器收集固定范圍內的用戶用電數(shù)據(jù)，然后將采集完成的數(shù)據(jù)傳輸至服務器，完成實驗數(shù)據(jù)的采集。

4.2 實驗結果與分析

選取110 kV、220 kV、500 kV 3條配電線路，分別編號為A、B、C，將線路尖峰負荷與電壓值作為對比對象，分別使用不同抗損模型對上述2個內容進行計算，以該值判定模型計算的精準度。

3條線路的負荷與電壓實際值如表2所示。

不同模型計算后的實驗線路尖峰負荷與電壓值如表3所示。

表3 實驗結果對比

表3(續(xù))

分析表3可知，將不同模型的計算得到的線路尖峰負荷值、電壓值與實際的負荷值、電壓值對比可知，2種傳統(tǒng)模型的計算結果與實際值相差較大，而本文模型的計算機結果與實際的負荷值、電壓值相差較小，在一定意義上可忽略不計。由此可以說明本文模型的計算精度較高，在此基礎上，以電壓偏差為驗證指標，判斷不同模型的抗損性能。電壓偏差計算過程為

(8)

ΔU為電壓偏差百分比；U為低壓臺區(qū)配網(wǎng)實際電壓；Us為電網(wǎng)標稱電壓。

不同模型下的配網(wǎng)節(jié)點電壓偏差對比如圖7所示。

圖7 不同模型電壓偏差對比結果

分析圖7可知，隨著迭代次數(shù)的增加，不同模型下的電壓偏差值也在不斷發(fā)生變化。傳統(tǒng)模型1的電壓偏差始終保持在10.30%～12.50%之間，傳統(tǒng)模型2的電壓偏差始終保持在6.00%～8.10%之間，而本文模型的電壓偏差始終保持在2.30%～4.80%之間。通過對比可知，本文模型下的低壓臺區(qū)配網(wǎng)節(jié)點電壓偏差較小，說明本文模型的抗損性能好，具有一定的實際應用意義。

5 結束語

從影響配電網(wǎng)電量損耗的因素分析以及低壓臺區(qū)節(jié)點抗損的角度出發(fā)，基于分布式電源接入方式設計了一種低壓臺區(qū)節(jié)點抗損模型，并通過實驗結果證明了該模型對負荷值、電壓值的計算精準度較高，且該模型下的電壓偏差較小，說明該模型能夠保證供電可靠性，為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供支持。但是此次研究的方法還存在一定的不足，在低壓臺區(qū)節(jié)點負荷預測中還存在欠缺部分，在后續(xù)研究中將充分分析節(jié)點負荷，完善方法的動態(tài)分析能力，從而進一步提高負荷值、電壓值的計算精準度，為電網(wǎng)運行提供幫助。