配电网理论线损计算方法及降损措施的研究.doc

硕士学位论文（工程硕士）配电网理论线损计算方法及降损措施研究research on line loss analysisand its reducing strategy fordistribution power network谢书刚2010 年 6 月国内图书分类号：tm73国际图书分类号：621.3学校代码：10213密级：公开工程硕士学位论文配电网理论线损计算方法及降损措施研究硕士研究生：谢书刚导师：张东来教授副导师：戴志勇高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：电气工程所在单位：深圳盐田供电局答辩日期： 2010 年 6 月授予学位单位：哈尔滨工业大学classified index: tm73u.d.c: 621.3dissertation for the masters degree of engineeringresearch on line loss analysisand its reducing strategy fordistribution power networkcandidate：supervisor：associate supervisor：academic degree applied for：speciality：affiliation：date of defence：xie shugangprof. zhang donglaisenior engineer dai zhiyongmaster of engineeringelectrical engineering andautomationshenzhen yantian power supply bureaujune, 2010degree-conferring-institution： harbin institute of technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要电力系统中发电厂生产的电能是通过电网的输电、变电和配电环节供给用户的。在输送和分配电能的过程中，电网中各元件，变压器、输电线路、补偿和调整设备以及测量和保护装置，都要耗费一定的电能。安全和降损是电力企业的两大主题，实际配电系统中的线损水平是衡量和考核供电企业生产技术和经营管理水平的一项重要综合指标，有效降损也是提高企业经济效益的重要手段和有效途径。本文从实际需要出发，在介绍线损理论计算方法与降低线损的管理和技术措施的基础上，结合实际配电系统进行了线损分析和研究，算例部分全部采用实际系统参数和实际运行数据，并提出了针对该配电系统降低线损的技术措施和改进方案，对提高供电企业的经营管理水平和经济效益具有明显的理论和现实意义。降低线损的技术措施大体上可分为运行性措施和建设性措施两大类。降损的运行性措施主要有：提高用户的功率因数,平衡低压电力输送过程中的三相负荷，适当提高或降低电力网运行的电压水平，调整用户负荷曲线，合理安排检修等；降损的建设性措施主要有：采用节能型电气设备，对于低压电力供应密度比较高的情况采用铜导体比采用铝导体有较好的节能效果，线路上采用节能型连接金具，以及采用电子型、长寿命、宽量程的电表等。本文论述了电力网络降损的技术措施，对配电网技术线损部分因素进行了经济性分析。分析了变压器和导线的选择配置，以及配电网技术经济运行区域等，为降损改造提供决策依据。通过实际线路计算，验证文中提到的各种分析计算方法的准确性和实用性，计算结果基本能够满足实际要求。本文首先对线损计算方法进行了研究，然后介绍了降低线损的管理措施和技术措施，最后针对某供电企业配电系统的理论线损进行了专题研究，并与实际运行情况相对照，提出了降低该系统线损的具体措施。关键词：电力系统；线损计算；降损措施-i-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文abstractthe power produced by electricity substation distribution links in the supply ofuser through the transmission. transmission and distribution power in the process,the power of each element, transformers, transmission lines, compensation andadjustment of equipment and measurement and protection devices, has to spendsome energy. for electric utilities, security and reducing line loss are the mainconcerns, and the line loss is an important technical index for assessing theirtechnique and management levels, moreover, in practical operation reducing lineloss is also an effective measure and approach for improving the economic benefits.aiming at reducing line loss, firstly, this paper investigates the theory andmeasurements about line loss，and then proposes a scheme that is based on apractical project in authors utility and adopted practical parameter and data. thevalidity and merit of this scheme and the cost of power supply are proved.the technological measures to low the wire loss can be mainly divided intotwo sorts: supply process and equipment process. as for the former, the mainmeasures are those: to improve the power consumers power element, to low thethree-phase load during the power transmission, to raise or low suitably the voltageof the whole power supply net, to adjust the consumers load curve and to examineand repair the power network rationally. for the latter, the main measures are those:to equip the energy saved electric equipment; in the case of low voltage supplywanted more, the copper wire is more effective than aluminum; to employ theenergy-efficient linkage unit, as well as the electronic, durable and wide-rangemeter for measuring electricity. the paper discusses technical measures of reducingloss of power network, and analyzes economic factors of the distribution networktechnical loss. it analyzes how to choose the transformer and the wire, as well asthe technical economic area of the network and so on, in order to provide the-ii-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文policy-making basis for reducing loss. the actual line computation confirms eachkind of analysis or computation method accuracy and usability, the computed resultcan satisfy the actual request.this paper discusses the origin of line loss and its analyzing method, comparesthe measurement for reducing line loss in practical distribution network and factorsinfluencing the variation of line loss, and investigates the theory using for analyzingline loss. after studying a practical distribution network by applying the theoreticand comparing with the practical operation experiences, this paper proposes someparticular measures and approaches for reducing the line loss of this practicaldistribution network.keywords： power system, line loss analysis, measure for reducing line loss-iii-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要 .iabstract. ii第 1章绪论 . 11.1 课题背景 . 11.2 研究现状 . 21.3 本文的工作 . 3第 2章配电网线损的计算基础 . 42.1 引言 . 42.2 线损的构成和分类 . 42.3 配电网线损计算需要的原始数据 . 52.4 线损计算代表日的选取 . 62.5 配电网络元件的损耗计算 . 72.5.1 配电变压器电能损耗的计算 . 72.5.2 并联电容器损失电量的计算 . 92.5.3 低压配电线路损失电量的计算 . 92.5.4 接户线损失电量的计算 . 112.5.5 电度表及其它仪表设备损失电量的计算 . 122.6 本章小结 . 12第 3章配电网线损计算方法 . 133.1 引言 . 133.2 均方根电流法 . 133.3 均方根电流法与其它线损计算方法的比较 . 153.3.1 平均电流法(形状系数法) . 153.3.2 最大电流法(损失因数法) . 163.3.3 等值电阻法 . 163.3.4 均方根电流法的普遍性 . 193.4 影响理论线损的技术因素 . 19- iv -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.4.1 导线电阻对线损的影响 . 193.4.2 线路运行电压对线损的影响 . 203.4.3 功率因数对线损的影响 . 203.4.4 变压器型号对线损的影响 . 213.5 本章小结 . 21第 4章降损措施 . 224.1 引言 . 224.2 电网降损管理措施 . 224.3 电网降损技术措施 . 234.3.1 电网升压改造 . 234.3.2 合理调整运行电压 . 244.3.3 更换导线截面 . 254.3.4 线路的经济运行 . 264.3.5 按经济电流密度运行的降损节电效果 . 264.3.6 增加并列线路运行 . 264.4 变压器经济运行 . 274.4.1 双绕组单台变压器经济运行 . 274.4.2 增加并列线路运行 . 284.4.3 多台不同容量变压器经济运行 . 294.4.4 两台三绕组变压器经济运行 . 304.4.5 降低配电变压器电能损耗 . 304.5 配电网的无功补偿 . 304.5.1 无功功率与电压及线损的关系 . 304.5.2 配电网的主要无功负荷 . 314.5.3 配电网无功补偿的原则 . 324.5.4 配电网无功补偿的标准 . 324.5.5 提高功率自然因数 . 334.5.6 无功功率补偿办法 . 344.6 本章小结 . 35第 5章算例分析 . 365.1 引言 . 36-v-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5.2 电网基本情况 . 365.2.1 代表日期及计算方法 . 365.2.2 截止代表日当前运行设备统计情况 . 365.2.3 代表日异常运行方式 . 365.2.4 代表日供电量及温度信息 . 375.2.5 代表日与前阶段电网最大负荷（35kv 及以下）比较 . 375.3 分压分地区线损计算分析 . 375.3.1 110kv 理论线损率分析 . 375.3.2 35kv 及以下理论线损率分析 . 415.4 计算结果整体分析及提出降损策略 . 475.5 本章小结 . 48结论 . 49参考文献 . 50攻读学位期间发表的论文及其它成果 . 54哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 . 55致谢 . 56个人简历 . 57- vi -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景现代社会中，电能是一种使用最广泛的能源。在世界能源日趋紧张的今天，各国都充分认识到了降低电能传输损耗的重要性。电网的线损率既是电力系统一项重要的技术经济指标，用来综合衡量电力企业的管理水平，也是国家电力工业发达的重要标志之一 1。电力系统中发电厂生产的电能是通过电网的输电、变电和配电环节供给用户的。在输送和分配电能的过程中，电网中各元件，变压器、输电线路、补偿和调整设备以及测量和保护装置，都要耗费一定的电能 2-5。在给定的时间段内，电网所有元件中产生的电能损耗称为电网的线损电量，简称线损并记作 a。通常，线损是用电度表计量的“总供电量”和“总售电量”相减得到的，我们把线损电量占供电量的百分数称为线损率，即：供电量 售电量供电量(1-1)在电网的实际运行中，用电度表计量统计出的供电量和售电量之差得到的线损电量，称为统计线损电量，相应的线损率称为统计线损率。在统计线损电量中，有一部分是电能在输、变、配电过程中不可避免的，其数值由相应时段内运行参数和设备参数所决定。其中主要包括：与电流平方成正比的变压器绕组和输电线路导线中的电能损耗；与运行电压有关的变压器铁芯、电容器和电缆的绝缘介质损耗以及电晕损耗等，这部分损耗电量习惯上称为“技术线损电量”，它可以通过理论计算得出，所以又称为理论线损电量。统计线损的另一部分是由于管理工作上的原因造成的，这部分损失电量习惯上称为“管理线损电量”6-8。由于统计线损电量包括了“管理线损电量”部分，因此统计线损不一定能真实反映电网的损耗情况；并且由于电网的结构、电源类型和布局、负荷性质及负荷曲线等均有很大的差异，所以各地区不同电网的线损率也是不同的 9-12。因此，一般不能像同类型的发电设备有相同的考核指标一样，用统一规定的某个标准值作为衡量和考核各个电网线损的指标。这就为各个电网线损的“可比性”带来困难。一般只好通过理论计算求出电网的理论线损率，再与统计线损率进行比较，两者应是相符或接近的。如果计算准确而两者又相差过-1-线损率 = 100%哈尔滨工业大学工学硕士学位论文大，则说明管理线损部分过大，线损管理工作中存在需要改进的地方 13-16。理论线损计算工作，除对加强线损管理及制定合理线损考核指标有重要的作用外，对降低损耗的各种技术措施方案进行技术经济比较和考核各种降低损耗的实际效果等也是很重要的。通过计算，可以基本上知道电网中损耗的构成情况，如理论线损占多少，不明线损占多少，电网中各级电压电网损耗占多少，各元件损耗是多少，以便掌握总的情况，有利于针对性地对线损分级、分压、分区管理。尤其在对需要增加投资的降损措施进行各种方案的技术经济比较时，更应该进行较准确的理论线损计算。由上述可知，线损率是电力系统一项重要的技术经济指标，是综合衡量电力企业管理水平的重要标志之一，特别对供电企业来说，它是一项主要的技术经济考核指标。另外，配电网线损计算对配电网的无功优化、电网技术改造以及电力市场成本电价的计算都有着十分重要的意义。因此，对配电网理论线损计算进行研究显得十分重要 17-19。1.2研究现状线损的理论计算目前国内外己有许多比较成熟的计算方法，现有配电网的特点和数据采集方式决定了其理论线损计算只能采用近似和简化的方法，如平均电流法等 20-22。传统方法为了适应当时的手工计算条件，采用了过于简化的计算模型和处理方法，以尽量简化计算过程。随着计算机及其应用技术的发展，以及供电企业对线损管理要求的不断提高，计算方法的精确性和输出结果的丰富性逐渐成为人们对线损计算方法的迫切要求 23-27。目前，配电网线损的计算方法主要分为两类：一是依据网络主要损耗元件的物理特性建立的各种等值模型算法；二是根据馈线数据建立的各种统计模型和神经网络模型等。其中等值模型算法应用较为广泛。这些方法在一定程度上满足了现场的需要 28-30。由于电网结构、计量设备和计算平台等方面的原因，计算的基本思路是在对原始的配电网结构进行尽量简化和配电网所采集的运行数据较少的情况下，进行尽量精确的计算。这一思路导致算法主要从数据模型的准确性、数学方法的精确性上进行不断改进，因而这类理论线损计算的方法己经发展的比较完善。但是，原始资料不准确所带来的误差依旧是不能忽视的问题。经研究发现，在配电网线损计算中产生误差的原因主要包括：原始资料不准确，针对馈线制定的数学模型不十分准确，以及数学方法和计算机计算出现舍入误差等。大量分析表明，原始资料不准确是主要原因 31。对于线损计算来说，原始数据包括两大类，一类是有关电网结构的元件参数及结线方式，另-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文一类是有关电网运行的数据，包括电流、电压、功率因数、有功、无功等。元件参数一般比较准确也较容易获得，但在分析计算的线路段内网络各节点的电压和负荷曲线、有功功率、无功功率随时间而变化，补偿设备的运行方式也经常发生变化，随机性很大，使得线损问题一直未能得到很好的解决 32-34。国外在配电网建设方面的发展相比于国内，要先进很多。在配电网自动化以及高级应用软件方面，国外研究的热点是网络化、集成化、智能化。对于线损计算，国外现在研究的重点多是对线损的分析和降损措施与方法研究，如：以降低线损为目标的配电网网络重构、无功优化、补偿电容投放位置的确定等问题，专门研究传统意义上的线损计算方面的文章并不多 35。近年来提出的一些新方法主要有模糊理论逼近法、负荷统计学方面的聚类法等。线损的理论计算在不断改进、不断完善。不同地区的配网结构特点不同，负荷性质不同，可能获得的数据也不同。本文算例中某供电公司配网系统是一个供电距离长、供电量大的电力系统，根据长期运行的经验和对实际系统的了解，来研究合适的理论线损计算方法及其降损措施，应该能够取得突出的成果。1.3本文的工作在对近年来国内外发表的学术资料，以及现有电力系统分析研究基础之上，本文主要作了以下工作：（1）概括性介绍线损的技术和管理工作；（2）介绍了降低线损的技术和管理措施；（3）介绍了电网理论线损计算方法；（4）以某供电公司电网为实例，进行理论线损的计算分析；（ 5）在理论线损计算的基础上，提出了针对实际配电网降低线损的切实可行的方法，并在实际系统中得到了应用。-3-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2章配电网线损的计算基础2.1引言线损理论计算是以收集并掌握电网的结构参数和运行参数为前提的，并且考虑到某些元件的损耗所占比重极小和计算简单方便，一般只计算：配电变压器电能损耗、并联电容器损失电量、低压配电线路损失电量、接户线损失电量、电度表及其它仪表设备损失电量，其它损耗不列项计算。2.2线损的构成和分类电力系统中发电厂生产的电能是通过系统中的输电、变电和配电环节供给用户的。在输送和分配电能的过程中，电网中各元件（变压器、输电线路、补偿设备以及测量和保护装置等）都要消耗一定的能量。电能损耗 a(kwh)是一定时间内有功功率损耗对时间的积分，即：rv a = v p(t )dt 1030(2-1)一个供电地区或电网在给定时段（日、月、季、年）内，输电、变电、配电各环节中所损耗的全部电量称为线路损耗电量，简称线损电量或线损。线损电量中的一部分，虽然可以通过理论计算来确定，但它的全量却无法准确得知。因此，在电网的实际运行中，线损电量通常是根据电度表计量统计的供电量和售电量之差得到的，通常被称为统计线损电量。在统计线损电量中，有一部分是电能在输、变、配过程中不可避免的，其数值由相应时段内运行参数和设备参数所决定。其中主要包括：与电流平方成正比的变压器绕组和输电线路导线中的电能损耗；与运行电压有关的变压器铁芯、电容器和电缆的绝缘介质损耗以及电量损耗（空载损耗）等。这部分损耗电量习惯上称为“技术损耗电量”，它可以通过理论计算得出，所以又称为理论线损电量。统计线损的另一部分是由于管理工作的原因造成的，它包括：各种各样的电度表综合误差、抄表不同时、漏抄及错抄错算所造成的统计数值不准确；带电设备绝缘不良引起的漏电、无表用电和窃电等造成的损失电量，这部分电量习惯称为“管理线损电量”。-4-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.3配电网线损计算需要的原始数据一般说来，配电网有三个电压等级：35kv-110kv 高压配电网，6kv-10kv中压配电网，220v-380v 低压配电网。国内 35kv 及以上电压等级的高压配电网系统的结构和参数一般基本齐全 ， 负 荷 数 据 可 以 实 时 测 量 ， 可 以 采 用 基 于 潮 流 的 计 算 方 法 计 算 线 损 。 6-10kv 的中压配电线路结构复杂、分布面广，一般线路上的负荷点无表计，即使有表计，由于人员的技术水平和管理水平参差不齐，表计记录的准确性和同时性无法保证，这样不具备电力系统结构与参数的准确数据库，无法获得各个时刻的负荷数据，也就无法采用 35kv 及以上电压等级线损的计算方法。供电企业所属的 0.4kv 低压配电线路，由于原始资料严重缺乏，很难进行有效的线损计算。配电网理论线损计算所需要的资料可分为两部分：一部分是与配电网的结构有关的设备参数资料；另一部分是配电网的运行数据。结构参数一般很少变化，实际计算时可认为是已知的；运行数据是代表日0-24h 内电流、电压、负荷曲线等等，它们都是变量，要取它们的完整数据是很困难的。因此，除采用合理的计算方法保证计算精度外，还要设法收集有关原始数据，以满足计算的需要。（ 1）设备参数 各段线路的导线规格、长度、电阻、电抗值；配电变压器、电容器、电抗器等的铭牌资料（配电变压器的台数及额定数据）；配电系统中常有的小电源（小水电、小火电）和电网主接线图。（ 2）运行数据 代表日负荷记录，一般应有小电源、变电站、线路等 0-24h 整点运行时发电、供电、输出、输入的电流、功率、电压、功率因数以及全天电量记录（功率、电量均包括有功和无功）；根据代表日内正点抄录的负荷，并认为每小时内负荷不变，绘制日负荷曲线；运行方式的资料（包括潮流、负荷）；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的记录；计算期间各有关设备的实际运行小时数；大用户专用高压配电线路、专用配电变压器高压侧或低压侧的 24h 负荷电流、电压、功率、电量、功率因数抄表记录。必须指出，对于配电网的线损计算，要求原始数据收集整理的工作量很大，所以，线损计算方法应该考虑到使用尽可能少的必要的运行和结构数据，而又满足计算准确性的要求。-5-哈尔滨工业