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    • 采用测量数据计算配电网线损的算法研究

        配电网的线损率是电力行业中衡量电力生产状况和运营管理水平的重要指标。本文针对配电网线损的计算问题, 提出一种基于量测数据的新型计算方法, 运用负荷的实际测量数据, 通过回代对每个配电线路的损害进行精确地计算, 最后将通过算例仿真进行验证。

        

        1 多电源供电配电线路概述

        

        线路的特点。多电源供电的配电线路是指由两种以上电源供电的线路。例如, 某些配电线路的供电电源既包括以变电站为主的主变供电, 也包括通过小水电站进行供电的线路。小水电供电的主要特点是发电具有随机性[1]。具体而言, 枯水期小水电站几乎不提供电能, 配电网的供电量超过零, 厂站的供电量则在零以下 (包含零) ;丰水期厂站的供电量则超过零, 配电网的供电量大于或者等于零, 倒送的电流也存在超过零的可能性[2]。简而言之, 配电线路包含大电网供电与小水电供电这两种供电方式。在一定的时间段中, 小水电站的作用是向某条线路的负荷提供电流, 除此之外, 小水电站能够借助变电站将余下的发电量输送到其他线路。

        

        实际运行中量测的特点。在配电网的实际运行过程中, 多种电源供电的配电线路在建设成本、技术条件的制约下, 往往不会将实时的测量表安装在各条馈线和分支线上, 因此该类型的线路可以称为半自动化的线路。实际上, 变电站和小水电站的节点往往会配置能量采集系统[3]。目前存在两种量测配电变压器节点的方法, 其一是实时量测负荷节点, 该量测方式配置了采集终端, 实时性较强, 能够对配变节点进行实时地监测;其二是非实时的量测负荷节点, 该方式不具备采集终端, 主要是在电能抄表 (安装在配网低压侧) 上得到月度的电量。

        

        2 基于量测数据的配电网线损计算步骤

        

        2.1 数据的准备

        

        配网中变电站馈线的出口、小水电站和配电变压器 (配置了采集终端) 都可以获取出口电压以及有功电量、无功电量等数据[4]。然而, 由于数据采集的间隔并不一致, 缺乏同时性, 因此对数据进行插值、积分、均化等工作尤为重要, 以此将同时性的时间数据 (每个小时电源节点的功率、电压等) 进行归算。

        

        非实时量测的负荷节点仅仅包含月度的电量数据, 规整时间尺度数据的获得应当基于上一个月的电量和相应的日负荷曲线进行归算。值得注意的是, 实时量测配电变压器节点的数据对于非实时量测节点的负荷功率发挥着预估的作用, 有利于准确度较高的典型日负荷曲线的获取。

        

        2.2 线路模型与拓扑结构

        

        配电网的CIM拓扑模型对配电网每个设备之间的连接进行了定义, 然而仍需将其变得更加简约、且有利于拓扑分析和潮流的计算[5]。为了对辐射状的线路结构 (以变电站的出现为主要供电电源) 进行有效地描述, 本文运用了主线和支线间隔的模型。在该模型中, 将特定的线路 (线径无变化、无分叉点、仅含一个开关) 简单地转化为一个线段, 并且将线段相互连接的配电线路当作支线 (该支线可以当作一个支线间隔) 。在该模型中, 如果各个支线的首部失去电能, 那么本条支线及其全部下一等级的支线中的全部线段都将失去电能。因此, 应当分级处理各个支线的模型, 并把变电站出线的支线当作第0个等级支线进行处理, 而接到第0个等级支线上的支线则是第1个等级的支线, 按照该规律对之后的支线进行推导。同时, 根据配电线路中的开关实时动态对处于运行状态中的总线路的连通、导电等性能进行分析, 从而得出线路中的树状的层次结构。

        

        2.3 基于前推回代法的潮流计算

        

        在运用前推回代的方法进行潮流计算之前, 应当获取首部的电压以及处于每个末梢点位置的负荷功率。上文已经测出了变电站、水电站、实时配电变压器等节点的小时有功功率、无功功率、电压等参数, 本小节将对变电站的馈线以及水电站的出线与馈线的供电电源 (馈线的首部) 进行等效处理。假设定向馈线的供电方向是正向的, 处于馈线位置的全部非实时量测负荷的节点关于功率注入的小时总量, 可以作为馈线首部位置的小时负荷功率与全部实时量测负荷节点的注入的总功率PΣ和QΣ相减得出。非实时量测负荷节点的小时功率一般通过每日的用电量与日负荷的代表曲线估算出, 如公式 (1) 所示。

        

        如果配电网是一种三相平衡的网络, 那么可通过单相网络 (等值) 进行计算[6]。此时, 应把水电站与某个特殊负荷相等效, 在不发电的条件下只会对配网中的功率产生消耗, 而在发电的情况下则仅仅对配网的负功率造成消耗。在前推时, 将支线功率的损耗作为计算时需考虑的因素, 以此计算各个节点对应的注入功率。而在回代时, 支线中的电压压降需要考虑进去, 从而将各个节点对应的电压计算出来。经过循环计算的过程, 直到达到收敛的要求。

        

        前推回代算法的具体步骤:确定线路中全部的非实时量测节点对应的电压原始值, Uk=10kV;k=1, 2, 3, L从末梢节点开始到变电站的节点, 根据支线从高至低的等级, 对每个节点的小时功率和各个支线的损耗进行推算, 如公式 (2) 、 (3) 所示。

        

        计算馈线首部位置的功率的修正值 (前推过程中变电站及节点的小时功率和实际量测值的差ΔP) ;按照节点功率从变电站的节点到末梢的节点, 以支线等级从低至高的规律对节点的电压进行推导, 如公式 (4) 所示;对节点电压的幅值修正量ΔUi (n+1) 进行计算, 并求得最大值Umax, 如公式 (5) 、公式 (6) 所示;基于已知的节点电压值计算节点的功率角, 如公式 (7) 所示。

        

        2.4 理论线损的计算

        

        如公式 (2) 所示, 已经计算出了配电线路每条导线的小时单相有功功率与无功功率, 下一步是实现其对三相有功与无功损耗的转化。配变损耗一般包括可变的损耗与不可变的损耗。根据配电变压器节点的注入功率与节点的电压, 能够计算出在变压器高压一端经过的电流, 公式 (8) 是计算配变的小时功率损耗。配网的可变损耗是由线路的导线损耗和配电变压器的铜损共同组成的, 而配网的不可变损耗则是由配电变压器的铁损组成的。经过每个小时配网理论线路损耗值不断的积累, 则能够将配电网日度与月度的理论线损值计算得出。

        

        3 算例分析

        

        本小节将基于某一10kV配电系统的实际案例, 计算与分析配电网的线路损耗, 从而对上文提出的线损计算方法进行验证。图1是该配电系统网络结构图, 包含了线路阻抗、负荷实际测量的功率以及电压等数值。

        

        在该图中, 0节点处的实际测量的电流值是95A, 导线的型号有:l6-0、l9-6—YJV22-3×240;l8-9、l10-9、l7-10、l11-7—LGJ-120;l1-8、l2-8、l3-10、l4-11、l5-11—LGJ-50。根据上文提供的计算方法, 计算的相关数据如表1所示。将损耗值未确定的配网线路 (l6-0、l9-6、l8-9、l10-9、l7-10、l11-7) 归类成集合A。计算A集合中的线损, 计算的结果见表2。基于表2的数据, 根据线损值, 分别对线路l7-10、l10-9、l9-6、l6-0进行线损计算, 计算得出的具体数据。

        

        最后, 计算得出经过l6-0线路的电流l6-0=94A, 那么修正的系数K=1.021。如果把每一条线路的损耗值与修正系数相乘, 那么将获得线损情况的最终结果。

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