（电力系统及其自动化专业论文）低压台区理论线损算法研究与软件开发.pdf

摘要 随着农网改造的全面展开。低压台区线损管理工作的重要性日益凸现因此，为了解决设备 多、网络结构复杂的难点，研究适宜低压台区实际情况的合理线损计算方法，具有重要的现实意 义 通过对传统线损计算方法与现阶段现场设备条件的分析与归纳，可以总结出低压电网线损计 算中的关键问题主要体现在以下几点：首先，如何最大限度的应用已有的运行数据，来达到最好 的计算效果；其次，如何从不同的角度分析线路结构，并使其在线损计算过程中为确定负荷走向 发挥最大的效用；第三，如何开发更为人性化、更有效的计算软件，从而逐步取代传统的手工算 法以及计算效果欠优的其他软件 本文对线损计算中的数据处理方式进行了研究，对于功率因数和三相不平衡度的取值方式进 行了改进性的研究；针对线路运行数据的获取方式，提出了新型运行参数构造法，得到了更为优 化的估算效果在负荷分配方式上，本文根据实际获得的线路参数，提出了一种基于实际线路结 构的负荷分配方法，并对该方法进行了详细的说明和充分的理论论证，在很大程度上提高了损耗 计算的准确程度考虑到负荷三相不平衡对线损计算结果带来的影响，本文进行了主要针对零线 损失的结果修正工作，提供了零线损失修正的新思路最后，本文应用基于上述算法开发的软件 进行实例计算分析，得出了合理详细并且有实际参考价值的计算结果 关键词：低压台区，线损计算，线路结构，运行数据，负荷不平衡，软件开发 a b s t r a c t t h eh 单咖o fl o wv o l t a g el i n el o e sh a sb e c o m i n g o b v i o u s l yw i t ht h en e t w o r k s r e b u i l d s oh o wt oc o n q u e rt h ed i f f i c u l t i e ss u c ha sm mo f 咖a m e n ta n dc o m p l e x i t yo fn e t w o r ka n d w o r ko u t - r e a s o n a b l em e t h o dt oc a l c u l a t et h el i n el o s s e sh a s 血l , o m n tm e a n i n g t h ba r t i c l ei 。a i m i n g 缸t h e 逝略u p w a r d s i nm i sp 牝t h ed a t ah a n d l i n gw a yi nt h ep r o c e s so f l i n ei o c a l c u l a t i o nh b e e ns t u d i e d f o rt h e s i m p l ep a r a m e t e r ss u c ha sp o w e rf a c ta n d i m b a l a n c eq u o f i e t y , t h em e t h o do f c l a s s i f y i n gh a sb e e nu s 札 a n ds t u d i e sm a i n l yf o c u so nh o wt oa s c e r t a i nt h e i rv a l u e s i na n o t h e rf o rt h ec i r c u l a t ep a r a m e t e r s a 删m e t h o dc a l l e d 鼬m c 嘲n gi sp u t t e df o r w a r d , i td e a l sw i t hf e w e rd a t ab u tg e t sm o 幅a p p r o x h n a t e p a m m e t e r c o m p i n g t o o t h e r u a d i t i o n a l m e t h o d , i t 细b e t t e r e f f e c t i nt h ea s p e c to f o e a l m gw i t hf i n es t r u c t u r e s a c c o r d i n gt ot h ea d e q u a t ep a r a m e t e ro f n e t w o r k , l h i s p a p e rp 瞻f o r w a r dan 删m e t h o db a s e do nt h er e a l 洲略m a k ep a n i c u l a r l td e r i p 6 0 na n df u l l t h e o r e t i c a lp r o o f c o m p a r i n gt ot h el e a d i t i o n a lm e t h o d , i ti m p r o v e st h er e s u l tp r o d i g i o u s l y c o n s i d e r i n go nt h ei n f e c t i o no fl o a d 面i b a l 锄。吼1 h i 。p a p a rd o e ss o m ew o r kt oc o r r e c tt h er e s u l t f i r s t l y , i tp a r t i t i o n sd i f f e r e n tr e , o ns t y l e ；s e c o n d l y , i tf i x e eo nt h em a n i f e s t e df o r m u l a , t h i sw o r k p r o v i d e san e wt h h t k n gf o rf i n el o s sm o d i f y 如gw o r k f i n a l l y , t h es o f t w a r ei sw o r k e do t a c c o r d i n gt ot h e s em c l l i o d s a n di t a c h i e v e dme x c e l l e n t c o n c l u s i o n k e yg o r d s ：l o wv o l t a g e , l i n el o s 3 a c t u a ln e t w o r k , l o a dd a t a , i m b a l a n c e , s o r w a r e 独创性声明 本人声明所星交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：时间： ) 向7 年f 月莎日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 五吞时问：如7 年月移日 i 1 课题研究的目的和意义 第一章绪论 电能损失率( 又称线损率) 是衡量电力系统运行经济性的一项重要指标，同时也是表征电力系 统规划设计水平、生产技术水平和经营管理东平的一项综合性技术指标对供电企业而言，线掼 管理是一项重要的工作，它直接或间接的影响着电网的经济运行，无功优化、技术改造以及电力 市场成本电价制定等工作控制线损降低线损，不断利用现代化管理方法，摒弃粗放管理，更好 地利用定量、可操作、可考核的科学管理方法，把不合理的电能损耗降低到最低，是节约电能的 必然途径，也是电力企业生存和发展的必要条件“这其中线损的理论计算和降损分析工作是至 关重要的 随着城乡配电网的改造与农电一体化工作的全面开展，低压电网线损管理工作的重要性日益 凸现，如何对其情况准确掌握并拿出有效的降损措施，成为电力企业面临的新课题新形势下的 低压线损计算工作，其难点依然在于节点多、分支多、设备多、设备型号多。网络的构成复杂等 方面。但随着技术的发展。我们已可以借用新的信息、设备与平台，以达到使计算结果更为合理 和准确的效果在以上的条件与背景下，研究适应新形势的新型低压线损计算方法是至关重要且 势在必行的 ， i 2 配电网线损计算的基本理论及研究现状 2 1 线损计算的基本概念 ( i ) 线损与线损率 在输送和分配电能过程中，电力网中各个元件产生的一定数量的有功功率损失和电能损失统 称为线路损失，简称线损线损皂量包括从发电厂主变压器一次侧( 不包括厂用电) 至用户电度 表上的所有电能损失线损电量= j o t , 电量一售电量线损电量占供电量的百分比称为线路损失率， 简称线损率 线损率= 訾x 1 0 0 ( 取二位 ( 2 ) 线损种类划分 统计线损：根据电度表读数计算，即供电量和售电量两者的差值，在统计学上称为余量法， 是考核计划完成情况的唯一依据：理论线损：根据供电设备的参致和电力舟当时的运行负荷情况， 由理论计算得出的线损，又称技术线损；管理线损：指不明损失，也叫其他损失，等于统计线损 ( 实际线损) 与理论线损的差值，要求越小越好；定额线损：是根据电力网实际损失，结合下一 考核期内电网结构和负荷变化及降损措施安排订出的损失，是为减少损失而努力争取的目标。 ( 3 ) 线损的组成 固定损失：一般不随负荷变动而变化只要设备带有电压，就要消耗电能，就有损失，则认 为是固定损失严格来说，它的大小与外加电压的高低有关，如果认为电压恒定，则该损失的大 小也固定：可变损失：随负荷电流的变动而变化，与电流的平方成正比，电流越大，损失越大； 其他损失：又称不明损失，指供电过程中的跑，冒，滴，漏等现象造成的损失“ ( 4 ) 低压电网线损计算范围 一般来说，配电罔可区分为三个电压等级3 5k v l l ok v 高压配电网，6k v l ok v 中压配 电网和2 2 0 8 0v 低压配电网 其中低压配电网的结构，可以更为详尽的用图卜1 的形式表示： 图卜l 低压台区电罔结构 图示意义为；台区配电变压器视为低压台区的电源；电能通过多条传输线辐射状传播，输电 杆塔是线路连接的媒介：相线的下级是接户线，它们与用户直接相连；电能表普遍安装于主变压 器、输电杆塔与各条接户线终端 实际工作中，台区配电变压器损失的计算，一般归属于上一级( 即中压配电网) 线损计算范 围。低压线损算法研究，主要涉及图1 - 1 中加下划线的三个部分传输线、接户线与电能表 计带来的损失( 其中传输线损失为可变损失，表计和接户线的损失作为固定损失估算) 以上表 述中的传输线，包括相线和零线 ( 5 ) 线损计算所需原始数据： 通常情况。配电网线损理论计算所需数据可分为两类：一部分是与配电网结构有关的设备参 数：另一部分是配电网的运行数据。 设备参致： 各段线路的导线规格，长度、电阻、电抗值； 变压器、调相机、电容器、电抗器的铭牌资料 运行数据； 代表日负荷纪录，一般应有变电站、线路等0 - - 2 4 时刻整点运行时的电流、功率、 电压、功率因数以及全天电量纪录( 功率、电量均包括有功和无功) ； 根据代表日内整点抄录的负荷。并认为每小时内负荷不变，绘制日负荷曲线； 计算期间首端抄见的供电量及配电二次侧总表的抄见电量或负荷纪录； 计算期间有关设备的实际运行小时数： 运行方式的资料( 潮流、负荷) ( 6 ) 线损计算结果分析 理想的线损计算结果综合分析，应包含以下几个方面： 整理每条线路各设备元件损失情况与所占电量的比重，可以发现个别线路或变压器损失 增大( 包括固定损失和可变损失的比重) ； 2 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 算出理论线损率和统计线损率，并进行比较和分析，从而查明不明损失的增、降原因； 计算配电变压器综合利用率； 提出线损计算工作的问题和今后的降损措施 而对于低压电网，由于计算方法相对租略，结果分析通常难以到上述的详尽程度 1 2 2 传统线损计算方法概述 早期电力网表计配置不齐备，数据采集困难，计算较难达到可靠的精度，传统的算法归纳为 以下几种： ( 1 ) 均方根电流法。 它的物理意义是：线路流过均方根电流所消耗的电能，相当于实际负荷在同一时期内消耗的 电能。设电力网元件电阻为r ( f z ) ，代表日2 4h 的负荷电流实测值为而、厶风也p 则该电 力网元件电阻一天2 4h 内的电能损失值。“为： a a = 3 ( 砰+ + 兄) r x l 0 - 。3 x i j f 2x 2 4 x 1 0 4 ( k w ) ( 1 - 1 ) 式中豇代表目的均方根电流，a 。因为其值可由实际有功无功功率或有功无功电量间接推导， 从而使计算得以简化。 该方法应用较广泛，适用于供电较为平衡，负荷峰谷差较小的电网线损计算但实际应用中 的限制体现在：由于配电变压器的额定容量不能体现其实际用电量情况，因此对于没有实测负荷 纪录的配电变压器，其均方根电流按变压器额定容量成正比的关系来计算一般是不完全符合实际 负荷情况的 ( 2 ) 最大电流法 它是利用日负荷曲线的最大值与均方根之间的等效关系进行线损计算。采用该方法计算时不 仅要获取最大电流，还要求取损失因数f ，要准确求取f ，只有在确知负荷曲线时才有可能在 已知负荷率f 时，对于一般的配电网，近似求得 f = 0 3 f + 0 7 尸 ( 1 - 2 ) 或者 f = 0 2 厂+ o 8 尸( 1 - 3 ) 而实际中在相同的f 值下，最小负荷率值往往不同，则f 的值也将不同，这就大大影响网损计 算结果的准确性此外。该方法基于的三相平衡条件，在低压电网中，很难满足 ( 3 ) 平均电流法 它是利用平均电流( 功率、电量) 与均方根电流( 功率、电量) 的等效关系进行线损计算的 方法该方法引入形状系数的概念，它是均方根电流( 功率、电量) 与平均电流( 功率、电 量) 的比值则代表日损失电量等效为： a 4 = 3 i = z ，r t k z 。x1 0 。( k w ) ( 卜4 ) 式中厶实际平均电流，a 通过总结分析若干种不同形状的负荷曲线得出形状系数： tl j k o = 三+ 三口( 1 + 口2 ) ( 1 5 ) 2 8 式中：口最小负荷率 3 用该方法计算线损时，相当于负荷曲线是水平直线，此方法最大的优点是用实际中较容易得 到并且较为精确的电量作为计算参数。计算结果是否准确，关键在于形状系数j e w 的选取是否合 适、正确，而值的大小与直线变化的持续负荷曲线有关，负荷曲线发生变化时，形状系数也 将发生一定的变化但为了计算方便一般不考虑负荷昼夜变化的不同，只考虑季节性变化的差 异，这也将给计算结果带来误差 ( 4 ) 最大负荷损耗小时法 其物理概念为：将时间段f 内的最大负荷电流所产生的电能损耗等同于实际负荷在计算时段 f 内所消耗的电能 这种算法在电力网规划设计时可以通过综合分析大量重要因素来选择最合理、最经济的方 案，线损并不是它考虑的主要因素，因此它的缺陷是准确度不高 ( 5 ) 等值电阻法 它是以均方根电流法为理论基础的一种简化近似计算方法该方法适用于运行中配电网络线 损计算，它把配电网络通过元件的有功损耗视为通过配电网络等值电阻和配电变压器等值电阻所 产生的有功损耗该方法可从一定程度上减轻数据处理工作，以便于经常性的计算和预测 但该方法中假设变压器负荷率相同、各负荷点功率因数相同以及各节点电压相同，降低了计 算精度。 1 2 3 低压电网线损计算的关键问题 通过对传统线损计算方法与现阶段现场设备条件的分析与归纳，总结出低压电网线损计算中 的关键问题主要体现在以下几点： ( 1 ) 如何最大限度的应用已有运行数据。来达到最好的计算效果； 由于历史设备相对落后、精度要求较低等因素，传统方法采用了较多的等效与假设，如平均 电流法、最大电流法、等值电阻法等现在看来，这些方法在构造运行数据的过程中是租略的， 其结果与真实的功率，电压、电流值的差距较大，必然会造成线损计算结果的偏差而在目前设 备更新和技术成熟的条件下，己可以达到对运行数据进行实时监控或进行相对精细采样的程度， 从而为研究新的计算方法提供了条件 ( 2 ) 如何从不同的角度分析线路结构，并使其在线损计算过程中为确定负荷走向发挥最大 的效用： 由于旧式低压电网布局混乱，大部分台区线路接线图质量低、不准确，因此相应的线路分析 采用竹节法”“1 的等效处理，忽略了线路长度、负荷流向的差别农网改造工作进行的同时。低 压台区线路接线图也实现了规范化，供电部门可以准确掌握导线长度、型号、连接方式甚至杆塔 分布、电能表分布等信息因而充分利用这些现有信息，进行更为优质的计算分析，是势在必行 的工作。 ( 3 ) 如何开发更为人性化、更有效的计算软件，从而逐步取代传统的手工算法以及计算效 果欠优的其他软件 虽然手工计算的时代已经渐渐远去，但现有的线损计算软件中，功能侧重点大多在中压配电 网。在算法选择、线路结构和结果分析几方面，低压农网线损计算面临的问题依然是算法单一粗 4 略、线路过多简化等问题“。因此，应用更合理精确的新算法，开发面向低压网的计算软件。 给出更有针对性的分析和建议，是有十分重要的意义的 1 3 配电网线损计算方法研究的新进展 纵览近十年来相关科研工作人员的研究与著述，对配电网线损计算方法的改进，绝大部分可 归于1 2 3 中所述的三点关键问题，具体归纳如下： 1 3 1 对运行数据处理方式的研究 文献 8 针对等效系数法中不是直接采用代表日实际负荷曲线形状系数的缺点，提出根据电 量记录对代表日的负荷曲线进行修正的方法；同时不再以典型负荷曲线来近似代替实际负荷曲线。 而直接根据实测负荷电流曲线来确定其形状系数某一代表日的负荷曲线不一定能够完全反映当 月负荷变化的一般情况，也可以考虑根据当月负荷的变化取多个代表日计算其各类损耗，再用其 加权平均值来反映当月线损( 率) 文献 9 在线损计算中引入了区间概念由于负荷曲线和形状系数本身的不确定性，对其采 用模糊处理的方法，将各节点负荷分类分析，形成带状形状系数，最后得到以区间形式表示的线 损计算结果，提供了更多的参考信息 文献 1 0 2 首先将配电网负荷和支路信息分为5 种类型，通过支路信息可以将原网络分解为若 干个等效网络，从而降低负荷获取的复杂性；其次为无自动化量测的负荷用户设置假设条件以填 补缺失信息；最后将所有获取负荷的计算统一为期望负荷分配因子和期望负荷的计算 文献1 1 1 根据基于测量、面向时间过程的思想，以馈线为基本单元，对系统的实测节点，电 量信息节点、容量信息节点区别对待、配合使用，以达到将负荷节点信息补充完整的效果 文献 1 2 提出了通过分类负荷曲线叠加确定电流方差，进而利用实抄电量确定线损指标的新 方法针对低压供电台区用户的负荷特点，将其分为3 种类型，利用3 类用户的典型负荷曲线和 售电量，合成低压配变出口待测月的负荷曲线，最后得到持续电流负荷曲线，进而计算电流方差 提高了等效功率法中电流方差的计算精度，使得该方法计算的台区线损比传统方法精度要高 文献 4 、 1 3 和 1 5 中都提到了对低压电网中三相不平衡情况的处理f 4 与 1 5 】中将三相 电流分别用不平衡度来表示，对线损计算公式进行了重新推导；【1 3 中为三相不平衡情况确定了 一个修正系数，以计及该因素为线损计算带来的影响 文献 1 4 中应用电量信息作为计算依据，通过经验计算，确定了电量算法与均方根算法的修 正系数，方法简洁易行 以上各种方法都致力于对线损计算中所采用的运行数据进行处理一些算法目的在于探求合 理填补运行数据的不足的最优方法；另一些则提出三相位问数据的差别，并在差别的条件下进行 计算，以求准确的结果本课题的研究也将就着两方面进行深入的讨论 1 3 2 对线路结构分析方式的研究 文献 3 】中的竹节法针对技术水平较为落后的条件，采用了几个假设：一是每个电气节点的 电压相等，二是支线在主干线上均匀分布，三是每种型号的支线长度相等，负荷相同，下户线个数 5 相同，下户线在支线上均匀分布着，四是每种下户线的长度相同，每个下户线的负荷相同 文献 t 6 中把常规的线路线损计算转变成分段内的线损计算，不仅提高了线损计算精度，而 且可按形成的分段统计出分段内的支路损耗、配变损耗及管理损耗，便于配网线路线损的分析与 管理，也有利于计量系统中的防窃电管理。 文献 1 7 中提出的线损计算分析方法是基于g i s 技术的迅速发展和大量监控终端的设置。应 用了g i s 的拓扑分析功能和终端监控设备的数据收集功能，两者结合达到理想的计算结果 上述方法中，竹节法过于简化。计算精度无法保证，是算法改进的重点；而应用g i s 来进行 低压农网的分析，又有些繁琐，且必要性不大； 1 6 中的分段处理的思路，具有一定的启发意义 1 3 3 计算软件开发方面的研究 文献 5 中以p o w e r b u i l d e r 8 5 为开发平台，计算方法采用均方根电流法，引入。等效容量” 的概念处理配电网中的小电源，使含小电源的配电网线损计算简便可行，定义完整的结构数组表 示各节点和支路信息 文献 1 8 的软件中包含数据库管理系统、网络拓扑分析与计算、图形编辑系统、线损计算与 分析四个模块提供了几种传统计算方法的选项，并提出了一种适用于配电网潮流计算的改进型 前推回带算法 由此可见，现行的大部分计算软件在功能上虽然较为完备，但大部分应用的仍然是传统算法 开发在算法上适合于低压农网的线损计算软件，为本课题研究的又一突破点。 1 4 本文的研究工作 ( 1 ) 针对以往运行数据的等效估算处理方式，结合所掌握的数据基础，提出一种操作更为 简单且估测效果更加优化的运行数据构造方法 ( 2 ) 针对传统算法中，对于功率因数、三相不平衡度及其他相关参数采取的。一刀切”式 取值方式，提出相应的改进处理，从细节入手提高计算结果的精确度 ( 3 ) 针对。竹节法”对线路结构的过多假设处理，为避免这些等效与假设所带来的误差。 研究以实际线路结构作为负荷分配依据的线损计算方法，从而提高计算的准确程度 ( 4 ) 针对低压台区的负荷三相不平衡给线损结果带来的影响( 特别涉及零线损失的估测) ， 研究台理可行的计算方式，目的在于对线损计算结果的修正提供可靠依据 ( 5 ) 综合上述算法方面进行的改进，在v e e + + 的平台下开发易于操作和使用的计算软件系 统，并通过具体算例验证计算方法与软件的可行性。 6 第二章低压线损计算中数据处理方式的研究 线损计算过程中，运行数据、相关参数的取值方式将直接影响最终的计算结果对于低压电 网，设备水平有限造成的致据缺失一直是阻碍计算准确度提高的瓶颈在有技术条件支持的情况 下，通过对所掌握的数据进行深入分析，对各类数据处理方式进行合理的改进，将得到更为准确 的计算结果 2 1 基础数据来源 课题组在2 0 0 5 年1 1 月1 5 日至2 0 0 6 年3 月2 4 日近五个月的时问内，为河北南部电网六个 农村低压台区主变压器安装配变综合测试仪，测量出线端运行参数对每个台区样本连续测量3 0 天，配变综合测试仪所记录的数据包括每天2 4 个整点的各相电流、电压、有功、无功、视在功 率，功率因数及有功电量、无功电量等数据。如表2 - i 所示： 袭2 - i 配变综合测试仪导出数据示倒( 同一台区) 测量日期总平总平平均正向反向正向反相测量时闻配变i d 均无均视环绕有功有功无功无功 功功在功温度电量电量电量电量 率率 注1 ) ，衰中藏据依据坛藿单位 7 以上数据为同一台区不同日不同时间点的纪录值，本章及后续章节中将大量运用此类测量数 据进行分析讨论，具体数据将在所用章节或附录中列出。 2 2 功率因数取值标准的改进研究 功率因数是低压台区线损计算中必不可少的运行参数之一。本节将对该参数的取值标准进行 讨论 2 2 1 电网运行中功率因数变化规律的分析 大部分现行算法中，对于线损计算中使用的功率因数，都直接采用0 8 5 这个平均值。而通 过实际的调查研究后，对所采样的小午六个台区一个月内调研数据进行分析归纳，台区功率因数 实际测量值分布如图2 - 1 与表2 - 2 所示( 台区编号a v f 按月用电量由多至少排列) ； 鲴2 - 1 ( 一) 四台区分时段功率因数测量位 圈2 - 1 ( 二) 台区c 功率因数分布 8 襄2 - 2 六台区功率因数测量值分析 台区名abcdef 月用电量( 万k w h ) 6 5 34 5 9 3 2 8 1 7 01 1 4o 印 月平均功率因数0 7 2 5 0 8 1 l 0 7 7 5 0 9 2 3o 9 3 40 9 0 5 通过对图2 - i 与表2 - 2 的分析。得出结论一对于所调研台区的实际功率因数值，其数值 变化上有规律可循，具体表现在以下几点： ( 1 ) 同一台区，功率因数值在一日2 4 个时刻的变化幅度较小 ( 2 ) 同一台区，同一自然月内的不同采样天。功率因数的日变化曲线，在形状和大小上， 基本致 ( 3 ) 以月用电量3 万k w - h 为标准，将a 、b 、c 与d 、e f 划分为两组。分别定位为较发 达台区和欠发达台区对于功率因数的平均值，第二组的0 9 2 1 明显高于第一组的0 7 7 0 对于同一台区，由于供电与负荷情况在各月内的变化幅度小，形成( 1 ) ( 2 ) 所示规律应属 正常现象( 3 ) 中所述现象应为多种原因综合作用所至，其中一种原因可以解释为：功率因数 值直接与地区无功补偿水平相关，现阶段中低压补偿设备安装点多为1 0k v 及其以上等级变电站， 按配变容量补偿，并非依据低压台区负荷水平；而另一方面，较发达台区消耗无功量明显偏大， 就会形成欠发达地区无功补偿反而更加充足，功率因数值更接近1 的现象 2 2 2 改进功率因数取值标准的提出 基于上节中( 1 ) ( 2 ) 两点。对于同一台区线损计算中的功率因数，参考该台区的。月平均 功率因数值”来取值；基于第( 3 ) 点，对于不同负荷发达程度的台区，功率因数的取值要有针 对性的区分 综上所述。本课题的处理方法如下：对功率因数取值，两种形式相结合一当台区功率因数 值可实测或采集时。采用实际值；当不具备采集条件时，较发达台区默认为o 7 5 ，欠发达台区默 认为o - 9 0 相对于传统方法中，功率因数取值。一刀切”的方式，从一定意义上提高了计算结果 的准确度 2 3 三相不平衡度取值标准的改进研究 对于低压电网，负荷的三相不平衡运行状态非常普遍。线损计算中，为分别计算各相线损失， 同时考虑由不平衡现象带来的零线损失，就必然要合理确定三相不平衡度的取值，从而为后续讨 论莫定数据基础 2 3 电网运行三相不平衡的相关概念 ( 1 ) 产生不平衡现象的原因m 电力系统中，发电机、变压器、输电线、并联电抗器和并联电容器等元件的参数是对称的， 早期的三相负荷也是基本对称的因此，在计算电力系统的潮流分布时，通常都是按照单相潮流 来计算然而。随着经济的发展，电力系统中逐渐出现大量的不对称负荷，比如电力机车、电弧 9 炉和单相整流设备等，从而导致了电网运行中不平衡现象的产生对单相负荷来讲，尽管长期来 讲负荷是对称的，但每相负荷的同时率只要不相同，也会产生三相不对称 ( 2 ) 三相负荷不平衡对电网运行造成的影响 将直接危害电网的安全运行轻则降低供电效率，重则可能烧断导线或烧毁用电设备； 会影响电能质量三相负荷严重不对称时，中性点会发生位移。接在重负荷相的单相用 户易出现电压偏低、电灯不亮、电器效率降低等；而接在轻负荷相的单相用户易出现电 压偏高现象，可能造成电器绝缘击穿这两种现象都可能使电器设备损坏烧毁； 会增加损耗，浪费能源三相负荷不平衡将产生不平稳电压，加大电压偏移，增大中性 线电流，增大相线损失与中性线损失。降低变压器和电机的利用率 ( 3 ) 线损计算中计及不平衡因素的意义 在低压线损计算中，将三相不平衡因素考虑在内，是符合时代发展和实际情况要求的算法研 究。其意义在于计算结果将更为准确，负荷不平衡带来的电能损失将一目了然，同时从侧面提高 了制定降损节能措旖的针对性 ( 4 ) 三相不平衡状态的数学表示“” 农村低压电网大多是采用三相四线制供电方式，接线方式如图2 屯所示： i c 围2 _ 2 低压电同三相四线制接线方式 当三相负荷完全平衡时，兰相电流五= 西= 五= 岛，岛为平均电流，中性线电流厶= 0 ； 当各相电流不平衡时。中性线上有电流通过，为讨论方便，引入不平衡度的概念： 口：生三二丝1 0 0 ( 2 1 ) 岛 式中：，- “负荷最大一相的电流值： 岛兰相负荷完全平衡时的相电流值 对于实际运行中的不平衡状况，可近似划分为以下三种情况： 一相负荷重，两相负荷轻 假设a 相负荷重。b 、c 相负荷轻，则厶= ( 1 + 所岛，厶- - - l = ( i - p 2 ) 昂，在三 相相位对称的情况下，中性线的电流i o = 3 p 岛2 ； 一相负荷重，一相负荷轻，第三相负荷为平均负荷 假设a 相负荷重，b 相负荷轻，c 相负荷为平均值，显然厶= ( 1 + 所昂， 厶= o 一历岛。五= 如，则在三相相位对称的情况下，中性线的电流i o = 4 3 卢如； 一相负荷轻，两相负荷重 假设厶= ( i - 2 历x 岛， = 五= ( 1 + ) 岛，则在三相相位对称的情况下，中性线的 l o 中国农业大学硕士学位论文第二章低压线损计算中数据处理方式的研究 电流o = 3 p 岛 在后续章节中，涉及三相不平衡的问题的应用和讨论，都将沿用本节中的假设和定义方式 2 3 2 基于不平衡度变化规律的改进结论的提出 对于三相不平衡度的取值，沿用与2 2 1 中类似的讨论方式而对所调研a 坪六个台区一个 月内调研数据进行分析归纳，三相不平衡度计算值分布如表2 3 所示( a 坪按月用电量由多至 少捧列) ： 裹2 - 3 六台区兰相不平衡度分析 台区名abcdef 月用电量( 7 ik w h )6 5 3 4 5 9 3 2 8 1 7 01 1 4o 月平均电不平衡度4 6 4 5 慨 1 9 9 拍 2 6 6 1 薯3 2 3 4 1 9 5 , 从表2 - 3 中可以看出，欠发达地区的负荷不平衡情况远比较发达地区严重 形成这种状况的原因在于：欠发达台区经济与电网建设水平较为落后，用电行为不规范，单 相用电设备占比重大，负荷电流不平衡的状况更为明显 本文的改进结论如下：对负荷三相电流不平衡度取值，采取实测与估测相结合的形式 当 不具备采集条件时，较发达台区默认为0 0 9 ，欠发达台区默认为o 3 3 ；当三相电流值可采集或 用户可提供实测不平衡度时，采用实测值 2 4 新型运行参数构造法应用于线损计算的研究 充分掌握台区首端的负荷情况，是线损计算的开端。本节将针对台区首端运行数据的获得方 式进行研究讨论，提出更为合理有效的计算方法 2 4 算法的数学理论基础 ( 1 ) 最小二乘法的定义 在实际研究中，设，( 是未知的函数关系，当已知组实验数据( 弘y i ) ( i = o ，1 ，m ) ，函 数逼近与曲线拟合的任务是寻找白变量x 与y 之间的函数关系y = ，( 力由于观测数据有误差， 因此不要求y = ，( 曲经过所有点，而只要求在给定点上误差： 西= f ( 翔) 一p( f = 0 ，l ，m ) ( 2 2 ) 按某种标准最小度量标准不同，将导致不同的拟合结果，常用的准则有如下三种： 使残差的最大绝对值为最小 峄小峄旷f ( 圳= m i n ( 2 - 3 ) 使残差的绝对值之和为最小 e t i = r a i n ( 2 - 4 ) i 使残差的平方和为最小 e f = m i n ( 2 5 ) i l l 中国农业大学硕士学位论文第二章低压线损计算中数据处理方式的研究 当使用式( 2 - 5 ) 所表示的准则时，称为：最小二乘法 ( 2 ) 应用最小二乘法的多项式拟合( 又称曲线拟合) 已知：一组数据( 马力o = 0 ，1 ，脚) ， 求：在函数类妒= s p a n p 0 ，纯，”j 纯 中找一个函数j ，= s o ) ，使误差平方和最小，即 l 万畦2 善砰【“) 一y , f 4 = 02 禳善【s “) 一只】2 2 邓) b 这里， s ( 力= a o 识o ( x ) + q 朔( 力+ + 纯( 力伪计算各时刻点有功功率； 综合有功功率、电压、功率因数以及台区兰相不平衡类型，估算三相电流值 计算相线线损。 算法程序流程如图2 - 6 所示 方式二；电压与三相电流信息相结合 具体计算步骤： ， 获得8 个点的电量，三相电流采样数据； 使用曲线拟合的最小二乘法，估测其他1 7 个时刻点三相电流、电压值，根据变化趋势， 两者均采用五次多项式拟合； 计算三相不平衡度与相线线损 算法程序流程如图2 7 所示 1 4 输入8 个采样时刻的电压电量值 上 由最小二乘法得出电压电量的拟台函数 上 推算出蚴4 备时刻的电压与功率值 上 i 结合不平衡类型推算。屯4 备时刻的三相电流值并保存 图2 采样电压值与电量值的数据处理 田2 7 采样电压值与三相电澶值的数据处理 各台区可根据自身实际情况，选择两种方式之一进行计算 2 4 3 算例分析 本节以方式( 一) 为铡进行实例计算，以台区d 2 0 0 5 年1 2 月1 6 日酒量仪收集数据( 表2 - 4 所示) 作为参考数据： 襄2 - 4 台区d 2 5 年1 2 月l b 日测量仪收集数据 时电量 相电b 相电c 相电 电压时 电量 相电b 相电c 相电电压 刻( k w ”流( a ) 流( )流( a ) ( v )刻 ( k w - h ) 流( a ) 流( a ) 流( a )( v ) o0 2 1 1 82 1 6 17 9 72 3 8 3 7 1 3 2 0 7 6 25 0 45 5 3 54 2 82 4 0 5 l ll o 2 2 4 31 5 4 26 - 曲 2 4 2 1 3 1 4 2 3 3 35 3 7 55 0 8 4 1 2 82 2 9 9 6 2 2 0 拍 髓3 l1 2 2 l 6 髓 2 4 2 1 5 2 的侣3 3 13 1 8 72 7 7 12 2 3 荔 32 9 舳 2 5 2 51 2 4 i 7 2 2 4 3 4 3 1 6 2 6 1 0 l1 7 9 52 3 8 62 1 1 92 2 3 3 6 43 9 5 9 2 5 2 7 1 2 6 3 5 4 72 4 4 2 9 1 7 2 8 0 7 33 2 7 3 4 1 2 13 2 8 52 2 3 0 3 5 s o 2 52 8 8 61 3 1 5 4 9 6 2 4 3 1 4 4 1 8 3 1 6 2 55 7 6 67 1 43 6 8 52 2 5 1 3 6 6 4 ，83 4 | 5 22 4 2 36 4 92 3 9 6 6 1 9 3 6 3 4 97 5 5 79 34 6 2 92 3 3 7 4 7 8 2 63 1 7 53 2 9 41 0 5 72 3 9 7 7 2 0 4 0 8 2 77 5 1 5 9 2 9 3 4 2 2 32 2 5 1 8 1 0 0 23 3 1 33 4 5 69 7 12 3 8 3 l 2 1 4 4 8 46 6 68 5 6 73 5 5 82 2 5 7 9 n 4 23 0 1 42 6 6 2“6 t2 3 0 6 2 2 4 8 2 1 96 2 7 i6 2 3 23 0 6 82 2 吼3 3 1 0 1 2 9 8 43 2 7 83 0 7 l 1 9 2 7 2 2 0 3 l 2 3 5 0 2 5 4 3 2 7 7 3 7 9 1 9 9 62 3 6 0 7 1 l 1 5 4 7 25 4 7柏13 7 9 l2 l8 2 7 2 4 5 1 5 7 62 6 2 62 3 3 89 1 42 3 8 0 6 1 2 1 7 9 1 64 7 3 25 1 2 83 9 嚣2 2 1 9 7 注i ) ，每日电量值计教以零为起始点 该地区默认为欠发达台区，负荷不平衡类型“两重一轻”。功率因数取0 9 0 ，不平衡度取 0 3 3 该方式下采样数据如表2 5 ( 一) 所示： 表2 - 5 最大电流法计算： a 4 = 3 j 三“r f t x l 0 - 3 ( k w h ) ( 2 一1 5 ) 负荷率，= 乞只。，损失因数f = o 3 f 4 - 0 7 f 依据表2 - 4 中计算，t = 2 4 拟合构造运行数据法计算： 采用表2 - 5 ( 三) 中数据。公式同( 2 1 0 ) 一( 2 1 3 ) ，采用两点问电流的平均值，也 1 7 可有效降低拟合误差给线损结果带来的影响 计算结果如表2 _ 6 所示： 表2 _ 6 不同算法计算结果比较 方法准确值 平均电流洼最大电流法拟合数据法 线损计算结果( k w - h ) 1 2 o o l 5 51 2 2 1 5 7 1 1 0 4 2 0 4 71 1 8 6 5 8 3 偏差值 0 2 1 4 1 6 1 5 8 1 惦0 1 3 5 7 2 可见，拟合构造数据法的计算效果理想该方法的优势在于所使用值尽量接近实际值，并且 记及了三相不平衡给线损值带来的影响，从而由更优的计算结果，且适用更为广泛的负荷类型 2 5 其它相关参数取值标准的确定 实际工作中，线损计算的最终结果不只包括相线损失，还要包括零线损失、计量表计的损失 和接户线损失本课题中，零线损失的处理方式将在第四章中详细介绍；表计损失依据经验，单 项电子表与机械表，每月分别损失电能o 4k w h 与lk w h ，三相电子，机械表每月分别损失 i 2k w - h 与3k w h ；接户线损失每1 0 0 - 长每月损失0 5k w - h 因此用户还需提供所有电能表 计的种类，数量以及接户线长度 此外，为考察理论线损与实际线损的差距，台区代表日抄表用电量、全月抄表用电量与全月 实际天数都属于准备参数的范围之内 2 6 本章小结 本章内容的重点在对低压电网线损计算中的数据处理方式的研究主要内容可以分为两个部 分：一是简单参数的取值标准的改进，二是运行数据获取方式的研究 针对传统算法中容易被忽视的两类参数功率因数与三相不平衡度。本章中都有针对性的 进行了取值方式的改进研究该方式可简要的描述为：计算时，首选由用户提供实际的测量值； 对于无法得到实际值的情况，按照台区的用电量水平划分台区类型，并根据该类型合理确定两者 的取值改进后的方式避免使用传统方法中的。一刀切”的原则，而是通过分类处理的方式改善 线损计算的效果。 针对获取困难的低压台区运行数据，本章提出了一种新型的。构造法。处理方式该方法特 别针对低压配电台区的特点设计，依据尽可能少的测量数据，褥到尽量好的负荷分布情况其优 势在于。在相当程度上减少了数据获得过程中的工作量，另一方面又可获得更为优质的计算结果 通过算例分析证明，该方法计算效果良好，适用于更广泛的负荷类型范围，同时其处理过程 还可为后续方法的研究提供依据 第三章低压线损计算中基于实际线路的负荷分配方法的研究 在线损计算方法研究中。线路结构的处理方式是确定负荷分配方式的重要依据，是算法研究 中的重点内容针对地位与条件都较为特殊的低压台区，线路结构本身以及研究人员可获得的相 关资料较以前都有了飞跃式的进步。因而，开发研究适宜这种新形势的线损计算方法势在必行 3 1 基础资料来源 由于农网改造工作的大力开展。低压电网的线路结构已基本规范，管理水平也有很大程度的 提高在实际的调研中，可以得到大量电网结构的相关资料，县级供电公司可以提供所管辖地区 内各个低压台区的电气接线图，这其中大部分属于电脑绘图，如图p l 所示： 围3 - l 实际电气接线田 从图中可以得到的数据包括：线路接线结构( 包括变压器、相线、杆塔的布局) ，每条线路 的长度、型号，有个别图示包括每条线路下所接电度表的数目 3 2 改进思路的确定 ( 1 ) 基于实际线路结构的负荷分配方式形成的背景 如1 3 2 中所述，由于历史原因造成的技术水平较为落后，低压台区的线损计算过程中，在 对线路结构的分析处理上以及负荷分配情况的分析上，大多数还是采用“竹节法”中的等效方式。 但随着时代的发展，我们所能掌握的资料已可以达到图3 - 1 所示的详尽程度，将其抽象化处理 后，可