配电网线损计算及降损措施分析

. . . . . 装装 订订 线线 . . . 山东农业大学 毕 业 论 文 配电网线损计算及降损措施分析配电网线损计算及降损措施分析 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气班 届 次 学生姓名 学 号 指导教师 年月日 i 目 录 摘要I Abstract.II 引言.1 1 配电网线损计算的理论基础.2 1.1 线损的定义及分类.2 1.1.1 线损的定义.2 1.1.2 线损的分类.3 1.2 传统的配电网线损计算方法.5 1.2.1 均方根电流法.5 1.2.2 平均电流法.6 1.2.3 最大电流法.7 1.2.4 等值电阻法.9 1.2.5 最大负荷损失小时法.10 1.3 影响配电网理论线损计算准确度的主要因素.11 2 分布式电源的概念与其引入配电网的影响.11 2.1 分布式电源的概念.11 2.2 分布式电源的（DG）分类.11 2.2.1 太阳能光伏电池.12 2.2.2 风力发电.12 2.2.3 燃料电池.13 2.2.4 微型燃气轮机.13 2.2.5 其他.13 2.3 分布式电源对配电网的网损影响13 2.3.1 对网损的影响.14 2.3.2 其他影响.14 3 DG 接入配电网后线损的研究及仿真分析 .14 3.1 配电网的理想模型分析.15 3.2 DG 接入配电网后线损变化模型分析16 3.3 DG 接入配电网后线损变化仿真分析18 3.3.1 DG 的接入位置对线路损耗的影响 19 3.3.2 DG 相对负荷容量对线路损耗的影响 23 3.3.3 DG 的运行方式对线路损耗的影响 26 3.4 实际情况与理想模型的区别.27 4 结论.28 ii 参考文献.28 致谢.29 iii Contents Abstract.II Introduction .1 1 theoretical basis of the calculation of the loss of power distribution network.2 1.1 The definition and classification of line loss.2 1.1.1 The definition of line loss.2 1.1.2 The classification of line loss .3 1.2 Calculation method of traditional distribution network loss .5 1.2.1 Root mean square current method5 1.2.2 Average current method .6 1.2.3 Maximum current method7 1.2.4 Equivalent resistance method.9 1.2.5 Maximum load loss hour method.10 1.3 The main factors that affect the accuracy of the distribution network theoretical line loss calculation11 2 The concept of Generation Distributed and its effect on distribution network 11 2.1 Generation Distributed concept.11 2.2 Generation Distributed classification 11 2.2.1 Solar PV cells .12 2.2.2 Wind power generation 12 2.2.3 Fuel cell 13 2.2.4 The micro-gas turbine.13 2.2.5 Others13 2.3 The loss impact of distributed generation on distribution network.13 2.3.1 Impact on the net loss.14 2.3.2 Impact on the net loss.14 3 Research and simulation analysis of the loss of access to distribution network DG14 3.1 The ideal model for distribution network analysis15 3.2 DG into distribution network line loss after changing model analysis16 3.3 Simulation analysis of DG into distribution network line loss after changing18 3.3.1 DG access location on effect of power loss19 3.3.2 DG effect of relative loading capacity on line loss 23 3.3.3 DG operation modes and effect of power loss .26 3.4 The difference between reality and the ideal model27 iv 4 Conclusions 28 References .28 Acknowledgment.29 I 配电网线损计算及降损措施分析配电网线损计算及降损措施分析 （山东农业大学 机械与电子工程学院） 摘要摘要 在电气系统的经济稳定运行中，配电网的线损水平一直是用来衡量供电企业的生产技术水平与考 核其运行管理、经营管理的一个重要的综合性指标。配电网作为分配电能的一个重要环节，内部配置 的电力原件任何时刻都在消耗着电能，对电能的损耗，便是配电网线损的统计计算。电能的转换、运 输和分配也存在着很多的损耗。合理与有效的降低线损，可以为供电企业带来良好的经济效益。本文 首先通过对当前的配电网的实际状况进行研究，然后对配电网线损理论计算基础进行介绍，引入了分 布式电源对于配电网线损的研究，将会根据配电网的特征，对分布式电源并网进行模型仿真，提出问 题及有效的降损措施，能够合理地对线损管理工作和经济运行水平起到改善作用。 关键词：配电网线损；线损计算；降损措施；经济运行 II Analysis Of Loss Calculation And Loss Reduction Measures For Distribution Network JiaXing Wang (Mechanical and Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018) Abstract In the economic and stable operation of the electrical system, distribution network power loss has been used to measure the power supply enterprise level of production technology and assessment of the operation management, operation and management of an important comprehensive index. Distribution network as an important part of the distribution power, the internal configuration of the power original any time consumed in power, the power loss, then is the power distribution network loss statistics. There are also many losses in the conversion, transportation and distribution of electric energy. Reasonable and effective to reduce the line loss, can bring good economic benefits for power supply enterprises. Firstly, through the actual situation of the current distribution network were studied, then the distribution network line loss theoretical calculation introduced the basis, introduces the distributed power supply for distribution network line loss will according to the characteristics of distribution network, the distributed power grid were the imitation model really, put forward problems and effective measures to reduce losses, to reasonably to the line loss management work and the level of economic operation to improve. Keywords: Line loss; loss calculation; loss reduction measures; Economic operation 1 引言引言 随着社会经济的发展，对电能的质量要求也更加严格。经历 30 多年的改革开放，我 国初步进入了社会主义初级阶段，经济的稳固发展离不开电力产业的支持。电能作为我 们日常生活、生产不可或缺的能源，生产电和服务于社会的作用与日俱增。电力网络的 线损是电力企业的一个非常重要的生产技术指标，线损率不仅显示了电力企业的经济运 行水平，也体现了电能的可靠利用率，展示出一个国家的工业技术水平。 在一个完整的供电地区，电能通过电力网传送、转变和分配（即输电、变电和配电） ， 然后提供给终端用户。当电能在输送与分配的过程当中，电力网中存在的各种元件（输 电线路、变压器、补偿与调整设备、测量与保护装置等）发生作用时，必定会消耗部分 的电能。当一个供电地区的电力网络在给定的一段时间（日、月、季、年）内，输送、 分配各个环节中所损耗的所有电量定义为线损电量。一般通过电能表统计的供电量与总 体售电相减而得来，而“线损总电量”与“总供电量”的比值便称为线损率。 然而发电企业负责提供电力网的线损。假如线损无故的增加，便会导致部分发电机 组不能得到有效的利用，导致效率低下，造成财产损失与浪费。据调查，2000 年我国的 总发电量是 13000 亿 kWh，平均电损率为 8%。线损率在当中的占比是十分重要的，降 低线损率能带来明显的经济效益。假设 2000 年我国的电损率下降了一个百分点，代表着 节省了 130 亿度电，意味这可以减少一个 2100MW 的发电厂的建设（相当于 6000 小时 的发电小时数） 、对国家来说可以节约接近百亿元的投资。供电企业承担了配电网的高压 线损 35/10kV 与低压线损 380/220V，通过线损率可以从侧面角度显示出供电企业的 管理水平和供电企业的经济效益。效益和线损率是直接关联着的，所以电力管理部门的 重点考核标准就是降低线损率。降低线损能够带来丰厚的经济效益。 上文提到的线损电量，正常被称作统计线损电量。统计线损率则是总统计线损电量 和表计总的统计供电量的比值。通过统计得出线损电量，在电力系统运行的过程中，有 些电能损耗是没有办法避免的，元件参数与运行参数决定损耗值。主要的损耗有：配电 网产生的电能损失和变压器绕组损耗、电晕损耗、变压器铁心中的铁损、电缆电容器产 生的介质损耗等。 这些在输电、变电设备当中所产生的电能损耗统称“技术线损电量” 。正是由于理论 线损电量是通过大量的理论统计而计算出来的，才有了这个名称。这些损失以目前的科 学技术水平是不可避免的。统计线损出了技术线损电量以外，其余的线损成分被成为 “管理线损电量” ，电气企业的管理水平对这一部分线损起着决定性作用。因此，在降低 线损的难题不仅仅存在技术方面的原因，也存在人为管理的原因。 国内电力企业为了减少线损、提高经济效益、合理利用电力资源，在进行配电网规 划和接线方案比较变时，都会对线损进行系统分析、计算，对降损措施方案和效益进行 预测。统计配电网理论线损值之后，准确地计算出线损电力公司管理的首要工作，也是 管理配电网线损理论基础。实际统计所得的线损，进行比较分析,便能够估算损耗的构成 2 与分布，可以对降低损耗电量的管理提供依据。 许多研究者在研究目标定在使用现有的数据，然后对理论上的线损进行估算。对于 现阶段的配电网线损计算，世界上的科研工作者都经历了从理论研究再到实际应用的过 程，至今为止还有大部分的科研工作者正在进行研究配电网线损计算的新途径。他们希 望找到更合适的配电网线损计算的理论，从而提高配电网线损计算的速度和准确，服务 供电行业，为分析管理降低线损措施与决策提供支持。从而提高电网的经济稳定运行， 达到节能降耗的效果与目的1。 介于我国电力产业即将进行改革，分布式发电在未来可能成为电力行业的研究热点 之一。文中着重介绍了含分布式电源的配电网的线损研究。通过用 MATLAB 建立模型， 对分布式电源进行仿真。分析分布式电源的容量，安装位置以及运行方式的不同对配电 网产生的影响。 目前国内对于分布式电源对配电网的影响的研究很少，重点集中在研究分布式电源 自身技术，例如如何利用太阳能制造光伏电池，大幅提高太阳能的利用率；而在风力发 电上，也是集中在风力发电技术上，例如如何制造高效的风力发电机，提高风能利用率 等。反而对于分布式电源的并网运行产生的问题与规划缺乏实质性研究2,3 反观国外，发达国家除了深入的研究分布式电源本身以外，并且对于分布式电源对 配电网的影响方面有一定的研究，例如配电网通过电力电子设备的并网运行，以及分布 式电源的容量、安装位置等都具有了一定的成果。在技术上，分布式电源安装于配电网， 要考虑分布式电源的安装位置、电源容量大小等对配电网的影响，尽量做到优化电源时， 配电网的损耗最小，能够达到经济效益最大化，同时也能提高配电网的可靠性。 因此，本文进行了对分布式电源并入配电网而影响配电网线损的分析与研究，从而 降低对分布式电源并网引起的线损。有利于分布式电源未来大规模的利用提供依据，对 我国的电力产业发展增添了贡献。 1 配电网线损计算的理论基础配电网线损计算的理论基础 当电能从发电厂生产出来，来到用户端之前，电必须经过各种电力导线、变压器与 转换器的传递。这些存在于电力线路的元件都具有一定的干扰与抗性，从而引起电能的 损失所以称之线损。平时我们常说的线损电量指的是在一定时间内损失的电能。 1.1 线损的定义及分类线损的定义及分类 1.1.1 线损的定义线损的定义 电能损耗是指在规定时间段内电流流经电力系统中各设备元件时所产生电力和电能 的消耗。也可以说电能损耗就是发电厂输出电量的统计量与电能到达用户端的电表的统 计量之间的缺失量。电能损耗包括电网在整个输电、变电和配电过程中所有电力设备元 件中的电量损耗及电力营销过程中的不明损失等4。 线损正常可以通过传统的理论计算得出，这部分的损耗包含：输电线路、配电线路 3 和低压输电网络中的损耗，配电方面有降压主变压器和配电变压器中的电能消耗，还有 无功补偿装置和电抗器设备中的能量损失等。线损电量并不能全部有计算得出，还有一 部分损失只能通过生产销售的统计量得到。这部分损耗主要包含：电流、电压互感器及 其二次回路中的电能损耗，用户接户线中电能损耗，电能表中的电能消耗及不明损失等4。 因此，总的线损电量不能通过精确的理论计算得出，只能借助电能计量表，通过计量统 计得到“供电量”与“售电量”的相差量得到。也就是说线损电量通常是个余量，电能 计量装置的精度、对客户电量正确抄录及科学统计管理决定了线损电量的准确度5,6。 地市电网公司的线损电量，正常也是根据供电量与售电量的相减得出。但其供电量 除了计及本地区内电厂的上网电量之外，还需考虑省内其它地市电网或省外电网的输入 电量把输向省内其他地市电网或省外电网的电量归到售电量中参与线损电量的计算5。针 对目前的电力管理体制和统计口径，统计线损率计算式为： 统计线损率（%）=100%=100% 统计线损电量 供电量 供电量 - 售电量 供电量 其中： 供电量 = 本地区内电厂上网电量+电网输入电量+外购电量 售电量 = 电网输出电量+售电量 1.1.2 线损的分类线损的分类 从能量损耗的特点上分析，线损大致可以分为可变损耗、固定损耗和其他损耗。可 变损耗也称负载损耗，与流过电力设备元件中电流的平方成正比。指的是电力网在输变 电和配电的过程中，电力元件中产生的铜损。可变损耗是由线路损耗，变压器、调相机、 调压器、电抗器、互感器、消弧线圈等电力元件中的铜损，电能表产生的与流过电能表 的电流的那一部分损耗等组成。固定损耗也称之为空载损耗或者不变损耗，这是由于固 定损耗与运行的电压有关，假如将电压视为固定不变，这部分的损耗便是可认为固定不 变的。固定损耗是由变压器、电力电抗器、电力互感器以及消弧线圈等电力元件中的铁 损或者绝缘子损耗。电能表中与设备运行的电压有关的损耗，电缆和电容器在运行过程 中的介质损耗跟电晕损耗等组成。由于计量装置的误差、抄表时间的不统一、用户偷窃 电以及变电站的站用电等而引起的电能损耗，称为其他损耗。 从损耗的性质上，线损大致可分为统计线损、理论线损和管理线损。统计线损是计 量系统和人工抄表上得到的表计供电量和售电量计算出来的。理论线损是电力系统运行 过程中，通过电网的电量、负荷等数据结合网络拓扑及电力系统一二次侧元件设备的参 数，由理论计算的方法得到的，理论线损又称为技术线损。管理线损是在线损数据统计， 表计计量及线路管理运作等方面造成的。在数值上，统计线损与理论线损相减等于管理 线损。图 1-1 和图 1-2 为根据线损的特点和线损的性质对线损的分类7： 4 线损特点分 类 可变损耗 固定损耗 其他损耗 导电线路的 损耗 变压器铜损其他电器设 备铜损 变压器铁损电抗器、互 感器、消弧 线圈、仪表 及保护装置 等设备的铁 损 电缆和电容 器的介质损 失及电晕损 耗 计量装置误 差 电表的抄录 错漏及时 间误差 供用电过程 中的跑 电、漏电 违章用电 （窃电）等 变电站站用 电量 图图 1-1 按照线损的特点对线损分类按照线损的特点对线损分类 线损特点分类：共分为三大类（可变损耗，固定损耗和其他损耗） 这三大类格子具体包括一下内容， 可变损耗有：导电线路的损耗，变压器铜损，其他电器设备铜损 固定损耗有：变压器铁损，电抗器、互感器、消弧线圈、仪表及保护装置等设备的 铁损，电缆和电容器的介质损失及电晕损耗 其他损耗有：计量装置误差，电表的抄录错漏及时间误差，供用电过程中的跑电、 漏电，变电站站用电量，违章用电（窃电）等。 5 线损性质分类 理论线损 管理线损 不变损耗可变损耗 管理不善和失 误等造成的 线损 设备误差，抄 表时间不一 用户违章用电偷窃电 图图 1-2 按照线损的性质对线损分类按照线损的性质对线损分类 1.2 传统的配电网线损计算方法传统的配电网线损计算方法 根据配电网的运行参数、结构参数，可以计算出理论的线损值。因此，在理论计算 时，必须保障配电网具有稳定的网络结构，而针对负荷变化的模型。从实际出发，配合 电网的需求，应用对用的模型与方法就可以计算出配电网的理论线损值。由于这种方法 是建立在理论基础上的，所以上面的假设也应成立。 1.2.1 均方根电流法均方根电流法 均方根电流法是最常用的计算线损的方法，也是最基本的计算方法。配电网中产生 的损耗，即是均方根电流流过的线路产生的电能损耗，也是负荷所产生的损耗。其计算 公式为： (1-1) 32 103 RtIAjf 式中： A 表示损耗电量（kWh） ；R 表示元件电阻（） ；t 表示计算时间（h） ； Ijf表示均方根电流（A） 。 上式中均方根电流 Ijf计算公式为： 24 24 1i i 2 jf I I 式中：Ii 表示代表日实时电流（ A ） 。假如给出的是 P i、Qi 、Ui ，那么均方根电 流 Ijf 计算公式为： 72 24 1i i 2 i 2 i 2 jf U QP I 6 式中：Pi 为代表日通过的电阻的实时有功功率（ kW ） ；Qi 表示代表日通过的电阻 的实时无功功率（ k var） ；Ui 为与 Pi 、Qi 同时刻的线电压（ kV ） 。则代入 1-1 式得： (1-2) 3 24 1 2 22 10 24 Rt U QP A i i ii 假如给出有功电量、无功电量和电压，Ijf的计算公式为： 72 24 1 2 22 i i riai ef U AA I 式中：A ai表示代表日实时有功电量（ kWh ） ；Ari表示代表日实时无功电量（ kvar h） 。 则代入 1-2 式得： 3 24 1 2 22 10 24 Rt U AA A i i riai 在实际工作中，有功的电量和无功的电量是通过计量仪表测得的，计量仪表具有足 够的精确度，因此应用上式进行线损电量计算。 优点：计算方法简单准确，计算精度高。 缺点：然而进行配电网理论线损的计算时，如果不具有配电的变压器的实测数据， 将运用容量分配负荷法进行分配计算，与实际情况不符；线路中的各节点电流运用简单 的代数相加减，与实际情况不符8。 1.2.2 平均电流法平均电流法 平均电流法是由均方根电流法演变而得，也称为形状系数法。即平均电流流过的电 力线路中产生的所有电能损耗，等价于在给定时间段内产生的损失电量。其计算公式是： 3-22 103RtKIAar 式中： A 表示损耗电量（ kWh） ；R 表示元件电阻（ ） ；t 表示计算时间（ h） ； I ar表示平均电流（ A） ； K 表示形状系数。 K 的计算公式为: 式中:Ijf 表示均方根电流（ A ） 。 ar jf I I K 如果给出有功电量、无功电量和电压，那么平均电流计算公式为： 7 ar ra ar U AA I 2 22 3 式中：Aa 表示代表日的有功电量（ kWh ） ；Ar 表示代表日的无功电量( kvarh)；Uar 表示代表日的电压平均值。 则电能损耗公式为： 32 2 22 10 RtK U AA A ar ra K 由 2 个因素决定：负荷曲线的负荷率 f 、最小负荷率 ，计算较为复杂9,10， 这里就不赘述了。 优点：由于计算参数较准确，则计算精度较高； 缺点：形状系数 K 计算不容易，如果要求计算的配电网电压等级较低，计算精度将 受到一定的影响11。 1.2.3 最大电流法最大电流法 最大电流法由平均电流法演变而来，也称为损耗因数法。即平均电流流过的电力线 路中产生的所有电能损耗，等价于在给定时间段内产生的损失电量。计算公式为： 3 max 2 103 FRtIA 式中： A 表示损耗电量(kWh)；R 表示元件电阻（ ） ；t 表示计算时间（ h） ； Imax表示最大电流（ A)， F 表示损耗因数；F 的计算公式为： max 2 2 I I F jf 式中： Ijf 表示均方根电流（ A ） ，Imax 为代表日负荷最大电流（ A ） ；损耗因数 F 与负荷率 f 的关系密切，介乎于抛物线与直线之间，它的大小是随着系统的结构、负 荷的分布、损失种类及负荷曲线形状的变化而变化。公式如下： 2 1ffF 式中： 是与电网网络结构、负荷曲线形状及负荷特性相关的常数，通常取 0.10.4，不同网络结构下， 值不同。 损耗因数 F 的求法有：利用理想化得负荷曲线，采用统计数学方法和利用数学积分 的方法求得 F( f)的近似计算方法。 （1）F 的第一种计算方法，我国有人采用梯形和两级梯形两种理想化的负荷曲线作 为极限状态，公式为12： 2 2 2 )1( 3 )1(2 2 )1( f f F 8 式中： F 表示损耗因数； f 表示负荷率； 代表常数。 （2） F 的第二种计算方法，采用二项式公式和三项式公式近似求取。 1926 年法 国人杨森利用二项式公式求取得： 2 ）ff（ 2 F 1928 年美国人布勒尔利用二项式公式求取得： 2 7.03.0ffF 在二十世纪七十年代，我国沈阳地区采用： 2 8.02.0ffF 在二十世纪七十年代上海地区采用： 2 825.0175.0ffF 使用三项式求取损耗因数 F 的典型代表有 1948 年前苏联凯捷维茨，求取的计算公 式如下： 2 876.0124.0fF (3) F 的第三种计算方法，典型代表有13 1980 年美国雷蒙特(Raymond A)对持续负荷曲线采用直接积分的方法得到如下计算 公式： 2 2 273.0ffF 式中： F 表示损耗因数； f 表示负荷率， 代表常数； 当 f 0.8 时适用，当 f 0.8 时，使用； 2 fF 1982 年我国西宁电力局刘应先采用双动点形成的四折线代表持续负荷曲线族，利 用分段积分方法求取如下计算公式： fffF361.0639.0 2 上式具有较大的应用价值。 优点：计算所需要的数据少，只要计算出代表日的最大电流及损耗因数 F 即 可。 缺点是：损耗因数 F 计算得出难度较大，不同的网络结构需要不同的计算方法， 且不可通用；计算精度不高。 1.2.4 等值电阻法等值电阻法 由于配电网各分段线路和配电网各变压器上的运行数据不易收集，因此可以假定一 个虚拟等值的电阻，该等值电阻由配电网线路的等值电阻及配电变压器的等值电阻两部 9 分组成，当在该等值电阻上通入线路出口处总电流 I 或总功率 P 、Q 时所产生的电 能损耗，在数值上与每个分电流在原实际支路上引起的线路损耗及变压器损耗累加在一 起之后的损耗值相同。 在假设条件：（1）馈线下各节点处负荷的分布同相应节点下的配电变压器的额定容 量成比例关系；（2）馈线下各负荷节点处的功率因数相同且恒定不变；（3）馈线各节 点处电压均取额定线电压。 配电线路等值电阻和配电变压器的等值电阻可分别表示为： 2 1 2 2 1 2 N m i iNi m i ii dI S RS S RS R N n i Ki N m i Ti N dB S PU S RS R 2 1 32 2 1 i 2 10 其中，Rdl 为配电线路的等值电阻，Rdb 为配电变压器的等值电阻，Si为第 i 段线路 上的视在功率（kVA） ，SNi 为第 i 段线路上配电变压器的额定容量（kVA） ，S 为该条 配电线路上总的视在功率（kVA） ，SN 为该条配电线路下配电变压器的额定总容量 （kVA） ，RTi为馈线中第 i 段线路的电阻（） ，RTi 为馈线下第 i 台配电变压器的短路 阻抗（） ，Pki馈线下第 i 台配电变压器的额定短路损耗（kW） 。等值电阻法求得的总 损耗为： oi PTTIA 3 dBdI rms 2 10RR3 其中，T 为计算时间（S） ，Irms为配电线路出口处的总均方根电流（A） ，Poi第 i 台配变的额定空载损耗（kW）14 15。 等值电阻法的优点是：电网的运行数据只需要线路出口处电流或者电量数据，等值 电阻仅与网络的拓扑结构、线路及变压器的参数有关，需要收集的数据量大大减少，等 值电阻法适用于 10kV 及以下电网运行数据较难系统同时收集且对线损计算精度要求不高 的中低压配电网规划设计之中16。缺点是：需要计算过程中需要假设的条件较多，计算 精度较低，如假定各节点负荷率相同，各支路上负荷分布按配电变压器的额定容量分配， 这种计算与实际的负荷分布有出入；假设各负荷节点功率因数、负荷系数相同，运行电 压与额定电压值相同且为定值，然而实际的电力系统中各个负荷点的功率因数、负荷系 数和电压都不相同，计算出的电能损耗值偏小17。 1.2.5 最大负荷损失小时法最大负荷损失小时法 如果输电线路全年的损耗同该导线在时间 内一直保持流过年最大负荷功率 S max时 所产生的损耗相等，则称时间 为该导线的年最大负荷损耗时间。相应的损耗电量可由 10 下式确定： 3 max 3 2 max 2 8760 0 3 2 2 101010 PR V S dtR V S A 若电压取额定线电压，则 max 2 8760 0 2 S dtS 由上式可见，年最大负荷损耗时间 同视在功率所表示的负荷曲线有很大的关系。 又由于功率因数视为定值时，视在功率与有功功率成正比的关系，而年最大负荷的利用 小时 T max 又可以在一定程度上反映出有功功率表示的负荷曲线的形状系数，因此，功率 因数一定时，年最大负荷损耗时间同年最大负荷利用小时也存在一定的关系18。 最大负荷损耗时间法的优点是：只要知道最大负荷损耗小时数 ，便可以推算出计 算时段内电能的损耗，该方法思路简单，不需要收集海量的数据。最大负荷损耗时间法 的缺点是：该方法精度较低，尤其是最大负荷利用小时数 值都是近似得到的，并且对 于近似处理产生的误差不容易做有根据的分析。因此最大负荷损耗时间法一般应用于规 划设计之中，对于已投入运行配电网损耗的计算，由于精度太低而不宜采用18。 1.3 影响配电网理论线损计算准确度的主要因素影响配电网理论线损计算准确度的主要因素 进行配电网理论线损计算，可以更加清楚的掌握配电网潮流的运行，从而对配电网 的结构进行调整，以降低线损，挺高供电可靠性和经济性。在实际的工作中，配电网要 求的计算方法计算精度高，计算简单，可是实际情况中影响配电网线损计算方法计算精 度的因素有很多，如配电网的运行参数，配电网的网络结构，以及原始数据19等；不过 在实际工作中，虽然对线损计算精度的影响因素很多，可是也要分清主次。在对配电网 理论线损计算中，在能保证一定精度的前提下，主要因素占据主导，次要因素则可以忽 略。 总之，配电网理论线损计算精度的高低虽然有各种各样的影响因素，但是只要合理 的配置和协调，对配电网线损的计算就可以达到合理，准确，科学。 2 分布式电源的概念与其引入配电网的影响分布式电源的概念与其引入配电网的影响 2.1 分布式电源的概念分布式电源的概念 近几年来，分布式发电20( DG，Distributed Generation)已经慢慢成为了人们关注的一 个大热点。分布式发电指的是发电系统以小规模的容量(几十 kW 到几十 MW 的小型模 块)、分散式的方式布置于用户的附近，并且能够独立输出电能的系统。分布式电源合理 的接入到配电网中，将会成为未来分布式发电系统的发展趋势。已经有研究指明，到 2010 年，新增分布式发电总容量将占新增电源总容量的 2021。 分布式电源是近些年来很受关注的用小型设备向配电网提供能源供应的新的能源利 用方式22。相比于传统的集中式电源而言，分布式电源的并网运行在形式上，并不需要 11 再建设一个配电网络来进行远距离输电。所以没有必要经过输电和变电这些传统能源的 运行方式，能够减少了电能的损耗。在配电网建设方面也运行更加经济化。分布式电源 从它的功能上讲，他能够同时实现供电、供热等多种能源应用形式，因此能够有效的实 现能源的利用率。从分布式电源的本身来看，简单灵活的并网方式，大大的提高系统的 可靠性和安全性。从分布式电源的结构来看，绝大部分以可再生资源等清洁能源为燃料， 比传统的集中型污染型电源更加环保。 2.2 分布式电源的（分布式电源的（DG）分类）分类 根据使用不同的能源，分布式电源主要分以下三类： （1）符合可持续发展策略的能源利用的分布式电源，主要是以可再生能源作为能源 供应形式，例如太阳能、风能、潮汐，地热等； （2）现在和未来主要发展的分布式电源，通过不可再生能源转化为化学能的方式， 主要有燃料电池等； （3）以天然气等清洁能源作为能源供应的分布式发电设备，然后通过热电联机的形 式有效的提高能源的利用率，如内燃机、微型燃气轮机等23。 接下来是现阶段大众关注的，主要利用的几种分布式电源进行介绍。 2.2.1 太阳能光伏电池太阳能光伏电池 太阳能是二十一世纪，世界上最具有利用前景的环保的可再生能源。从科学家的测 算，地球每年接收的太阳能总量相当于已知的所有储备能源的数万倍。如果能够加以利 用，将会对地球的能源问题产生重大的意义。例如我国，因为优越的地理位置和辽阔的 地域面积，每年能接收的太阳能相当于三峡水电站所有发电机组发电量的好几万倍，因 此研究太阳能是很有价值的。 太阳能光伏电池 PV(Photovoltaic Cell)其工作原理就是将光 能转化为电能，当有太阳的时候，将光能转化为电能发送到电网进行存储，这样有利于 人们在任何时候进行取用。这种能源具有清洁无污染，不受地域限制等优点。其输出功 率表达式为： 4.860 AI Pg 式中：I 表示总辐射强度 W / m2； A 表示单个太阳能电池组件的面积 m2 ； 表 示电池组件的额定转换效率。 现在国际上一般的太阳能光伏发电技术主要有三种： （1）独立型的光伏发电系统。这种系统是一种离网型的光伏发电系统，只依靠太阳 能电池进行供电。是我国目前的太阳能光伏发电系统的应用形式。这种发电系统一般只 存在两种形式，小型光伏电站，光伏电池组电源。它主要是为小型城镇，县乡级别，以 及农村的家庭照明和收视的电视提供电力。 （2）并网光伏发电系统是光伏发电系统的主流发展形式24，它将光伏发电电池组送 出的直流电再通过逆变器转换成交流，最后并入配电网中。并网光伏发电系统现阶段的 12 应用已经超过了独立的光伏发电系统，发展很快。并网的光伏发电系统主要分为两类： 第一类是宅用电式的光伏发电系统，主要是用于向用户的负载供电，通过自身调节来满 足用户的需要。另一类是集中式的光伏发电系统，发出的电并入电网中再由电网分配给 用户负载，这种光伏发电的应用还在发展当中25。 （3）屋顶光伏发电系统，是光伏发电与建筑物相结合利用的系统。发出的电力既可 供建筑物使用，也可以并入配电网络，能够使得电力行业与用户互惠互利。它能达到降 低电网的建设造价和建筑物造价的共同目的。 2.2.2 风力发电风力发电 风能是一种符合可持续发展战略的一种一次能源，环保清洁。将研究表明，风能是 由于空气流动所造成的能源。全球风能资源比较优厚，是可利用的水能的十多倍，而且 风力发电设备的造价低，利用率高，可大大的降低电力建设的成本。因此，风力发电可 以大大提高电力企业的经济效益，且对社会带来不可估计的环保效益。 风力发电现在常用的是三种形式为： （1）独立式的风力发电，也叫做离网式风力发电，它的工作原理是独立的风力发电 产生的电量存入电池。主要应用在边远小镇。农村，或者地形结构较复杂，电网覆盖不 到的地方等，只适用于小型的用户。 （2）风力发电与其它类型的发电相结合的形式，这就避免了因为风力不稳定对于电 力突变的影响，可以保持持续均衡供电。现在主要采用的有：风力-太阳能光伏发电，风 力-燃料电池等形式。这种相结合的发电形式可以充分发挥供电能力，合理的利用了电力 资源，提高电力行业的经济效益。 （3）风力发电并网运行，也是现在世界上大范围，大规模的使用形式。多台风力发 电设备并列运行，运用电力电子设备把风力发电发出的电能导入到电网中，最后通过变 压器送入输电线路，最后到达用户。它主要组成元件是风力机和发电机。 2.2.3 燃料电池燃料电池 燃料电池（Fuel Cell）与普通的电池的工作原理是一样的，都是通过电化学反应，使 得富氢燃料的化学能转化为电能，整个过程是不需要经过燃烧的。根据现在的研究，一 般为五种燃料电池：聚合电解质膜电池(PEM)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料 电池(MCFC)、碱性燃料电池(AFC)和固体电解质燃料电池(SOFC)。 2.2.4 微型燃气轮机微型燃气轮机 微型燃气轮机是一种超小型燃汽轮机，它主要以燃烧天然气、汽油等燃料进行发电。 微型燃气轮机发电效率低，一般运行时的效率不会超过 30%；但是它的体积小，无污染， 重量小，操作运行和管理简单，并且如果实行热电联产，则会大大提高他的运行效率。 是目前发展最成熟的分布式电源之一。 2.2.5 其他其他 海洋能的发电技术，它的工作原理就是将机械能转化为电能。海水涨潮与落潮的力 13 量带动水轮的转动，从而产生机械能。水轮机的转动再带动发电机的转子，从而进行发 电并产生电能。现在发展比较成熟的技术是潮汐能发电技术。 小水力发电技术：小水电指的是小规模水电站与其相配套而成的小电网。从形式上 可分小水电引水式、堤坝式、混合式和抽水蓄能式等等 4 种基本的形式。 地热能发电 技术，它的工作原理就是将地下的热水和热蒸汽产生的热能，经由汽轮机转变为机械能。 然后带动发电机发电。由于我国地理位置的缘故，地热资源相对来说比较丰富，所以地 热能发电是我国目前重点研究的一种新型发电技术。 2.3 分布式电源对配电网的网损影响分布式电源对配电网的网损影响 本节的重点将在于分析分布式电源对于配电网的线损研究，对于除线损外的影响将 简要阐述。 2.3.1 对网损的影响对网损的影响 由于接入了分布式电源，使得传统的配电网不再是单向流动的，会使得配电网的结 构产生变化，形成弱环状的结构，因此系统的潮流就会发生变化。必然对网损产生相应 的影响。分布式电源接入配电网对网损的影响有很多方面的因素，主要的是分布式电源 的接入位置，容量大小以及分布式电源的运行方式。如，分布式电源的容量大于该节点 的负荷将会减少电网的损耗；分布式电源的接入位置越接近负荷侧，对于电网损耗的减 少的作用就越大；分布式电源的种类不同其运行方式就会不同，如风力发电机组就采用 异步电机的形式进行发电，所以它对整个电网的损耗的影响会有很大的影响，通过修正 他的运行参数，即功率因数也可以达到降低网损的作用。 2.3.2 其他影响其他影响 分布式电源接入配电网将会对配电网的可靠性、电能质量与对系统的保护方面都有 直接的影响。可靠性方面：配置合理，分布式电源对电压起到支撑作用，当系统出现故 障时候，由于分布式电源具有低压穿透能力，则不退网，能够大大缓解电压的降低，改 善系统的电压水平，提高系统对电压水平的调节能力，对系统的稳定性起到很大作用。 在电能质量方面：由于分布式电源的构成，并网时候接口设备的选择，导致分布式电源 并网会使配电网产生各种扰动，对系统的电能质量有很大的影响，其中主要是对电压的 影响，以及谐波的产生。 3 DG 接入配电网后线损的研究及仿真分析接入配电网后线损的研究及仿真分析 上一章对目前分布式电源的现状进行了分析。现阶段的分布式电源接入配电网是研 究的重点之一，也必将是一种趋势。上一章可以总结出：分布式电源接入配电网将会对 配电网的结构、控制方式以及运行产生巨大的影响。其中一个很重要的方面就是对配电 网的网损变化产生影响。本章之前的基础上对于分布式电源接入配电网，配电网的线损 变化进行详细的分析和研究。同时运用 MATLAB 仿真技术进行仿真，验证分析结果。 将分布式电源接入配电网的目的就是为了降低配电网的线路损耗。因此要从分布式电源 14 接入配电网后，配电网潮流的整体的变化进行分析。研究表明，分布式电源接入配电网 后，会使得配电网中的潮流由原来的“单向”的流动变成“双向”的流动。因此给研究 分析带来难度；通过国内外的研究表明：以运行方式是同步电机的分布式电源，接入配 电网后，如太阳能燃料电池等，分布式电源向系统输入有功和无功，对系统电压起到支 撑作用，因此减少了配电网线路的损耗；但以异步电机为运行方式的分布式电源接入配 电网后，如风力发电机组等，分布式电源向系统输入有功的同时从系统吸收无功，因此 降低了电网的功率因数，所以会降低电压水平。对配电网的网损的变化起到的作用还受 到分布式电源的容量、结构的因素的影响。 本章用理想化模型进行了分析，分布式电源接入配电网可能会减少，也可能增加系 统损耗。从分布式电源的接入配电网位置、电源容量，以及分布式电源的运行方式即电 源负荷功率因数的不同这三个方面进行研究。通过仿真印证结论。 3.1 配电网的理想模型分析配电网的理想模型分析 这里将采用变量法，即运用 2 个简单的发电模型来进行对比。第一个为简单的配电 网模型，没有接入分布式电源，而第二个模型接入了分布式电源。这两个模型除了有无 接入分布式电源外的变量外，其余负载、电源，以及负载都相同。假设为 Y 型接入，三 相负荷平衡。系统的运行方式一样，均以一个固定的功率因数运行。输电线路固定，距 离一定，认为输电线路上的电压处处相同，并且引入 DG 后的变化不大。如下所示： 电源负载 图图 3-1 未接入未接入 DG 时简单配电系统模型图时简单配电系统模型图 图中 L:表示变电站到负荷的距离，单位 km IL：表示流入负荷的单向电流，单位 A L km 电源负载 Is IL IG IL 15 图图 3-2 接入接入 DG 时简单配电系统模型图时简单配电系统模型图 图中 G：表示变电站到 DG 的距离，单位 km IS：表示从电站流出的单向电流，单位 A IG：表示 DG 流出的单向电流，单位 A 现在应用 MATLAB 软件的电气线路模块模拟