CN104483570A - 一种配电网谐波治理降损效果实证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网谐波治理降损效果实证方法，包括：采集谐波治理前后的配电网损耗量测数据；通过对前后两次量测值的折算对比，用得到的差额量直接验证谐波治理的降损效果。本发明所述配电网谐波治理降损效果实证方法，可以克服现有技术中损耗大、供电可靠性差和成本高等缺陷，以实现损耗小、供电可靠性好和成本低的优点。

Description

一种配电网谐波治理降损效果实证方法

技术领域

本发明涉及电能质量与节能降损相结合的技术领域，具体地，涉及一种配电网谐波治理降损效果实证方法。

背景技术

谐波电流流入电网会在变压器和线路上产生谐波电压降，叠加在正弦波的电网电压上，造成电网电压的畸变。特别是当供电设施的供电容量同用户用电设备非线性负载的用电容量相比差别不大时，用电设备得到的电压波形畸变较大。供电电压的畸变反过来又会在线性负载上产生高次谐波电流，使正常负载也产生额外的附加损耗，在交流电动机中这种现象就尤为突出。

谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了变压器的铜损。与此同时，由于谐波次数高频率上升，将导致线路的交流电阻增大。滤除谐波电流，减少谐波畸变无功，就会减少负载中的这种额外的附加损耗，因而，消除谐波将可有效降低变压器和线路的损耗。

虽然目前市场上的各类滤波器已经应用于谐波治理中，并且在配电网的谐波网络损耗的治理中取得了有效效果，但是关于谐波治理对于降低谐波损耗量化解析的相关研究仍存在不足，没有将谐波损耗的量测方法研究和谐波治理节能效果的量化研究结合起来，对谐波治理后效果评估进行评判。而对配电网谐波治理效果评估技术的评判，优劣主要表现在实证方法的合理性及计算或测量结果的准确性方面。

关于谐波治理前后节能降损效果评估技术，目前市场上的各类滤波器已应用于谐波治理中，可有效减小配电网的谐波网络损耗。国内相关学者提出通过利用疑似谐波注入节点辅助的网络拓扑法分析网络可观性的方法，用于量测点少或量测点分离等谐波状态局部可观电网的分析计算，或者提出了通过建立计算谐波损耗的简易模型，进行电网谐波损耗的估算方法的研究。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在损耗大、供电可靠性差和成本高等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种配电网谐波治理降损效果实证方法，以实现损耗小、供电可靠性好和成本低的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种配电网谐波治理降损效果实证方法，包括：

a、采集谐波治理前后的配电网损耗量测数据；

b、通过对前后两次量测值的折算对比，用得到的差额量直接验证谐波治理的降损效果。

进一步地，所述步骤b，具体包括：

b1、将两个量测日的基波损耗值化归至同一基准，在一定程度上即是将该两个典型量测日的负荷状态化归于同一水平；

b2、在集肤效应的作用下，谐波损耗为基波损耗的K倍，对于不同电气设备的不同类别的谐波损耗，K值会有所不同；在谐波损耗中只考虑变压器绕组附加损耗、变压器铁心的磁滞附加损耗、变压器铁心的涡流附加损耗和线路导体附加损耗；通过TTU等配变终端监测设备得到谐波治理前后谐波含有量HRIn，通过分析计算得到K值；

b3、基于计算得到的K值，找出基波损耗和谐波损耗的关系，再将基波损耗统一至同一基准，得到谐波损耗折算值；

b4、最终将折算值与量测值进行比较，得到谐波治理为配电网节约的真实电量值。

进一步地，所述步骤b2，具体包括：

(1)在集肤效应的作用下，以基波损耗为基准，分析得到谐波损耗的倍数K；谐波环境下，在集肤效应的影响下，导体各次谐波阻抗为：

$r_{n=}\sqrt{{\mathrm{nr}}_1}---\left(1\right)$

式中，r_n为导体中n次谐波电流所对应的电阻，n为谐波次数

a)变压器的铜耗

考虑集肤效应时，根据式(1)，变压器铜耗ΔP_Cu为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Cu}}=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n^2{r}_n=I_1^2{r}_1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n^2{r}_n=I_1^2{r}_1(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_1^2{r}_n}{I_1^2{r}_1})\\ ==I_1^2{r}_1(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_1^2{r}_{1}n}{I_1^2{r}_1})=I_1^2{r}_1(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{nHR}{I}_n^2)\end{array}---\left(2\right);$

式中，I_n各次谐波电流；n＝1时，I₁表示基波电流；r₁为变压器绕组基波电阻；HRI_n为各次谐波含量，是指各次谐波电流与基波电流的比值，即表示为 $I_n/I_1={\mathrm{HRI}}_n;$

由此可得，变压器的铜损耗由两部分构成，第一部分为基本的铜损耗，是由基波电流产生的；第二部分为谐波损耗，它是基波损耗的K倍，即：

$K=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^2---\left(3\right);$

b)变压器的铁耗

铁耗指发生在铁心中的损耗，铁心被外加励磁磁化，在磁化过程中产生了能量损耗，分为磁滞损耗P_h和涡流损耗P_e；对于正常范围1.5WB/m2以下的磁通密度，基波频率下的磁滞损耗为：

$P_{h_1}=\mathrm{\ξ}{f}_1{B}_{m_1}^v---\left(4\right);$

式中，ξ为常数，其值由铁心材料和尺寸决定；f₁为交流电流的基波频率；B_m1为磁通密度n次谐波最大值；ν为指数，其值取决于铁心材料；当考虑谐波时，由式(4)可得：

$P_{h_{\mathrm{npu}}}=\frac{P_{h_n}}{P_{h_1}}=n{\left(\frac{B_{m_n}}{B_{m_1}}\right)}^v=n{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^v---\left(5\right);$

由(5)推导得

$P_h=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{h_n}=P_{h_1}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^v=P_{h_1}(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{nHRI}}_n^v)---\left(6\right);$

式中，为n次谐波的磁滞损耗标值；为第n次谐波的磁滞损耗；n为谐波次数，n＝1表示基波；为磁通密度n次谐波最大值；I_n为磁化电流的第n次谐波峰值；P_h为总磁滞损耗；

涡流损耗P_e是由涡流电流流动引起的功率损耗，涡流感生于变压器铁心中，由交流励磁引起。基本涡流损耗为：

$P_{e_1}={{\mathrm{kf}}_1}^2{B}_{m_1}^2---\left(7\right);$

式中，k为常数，取决于铁心材料、尺寸和叠片厚度；

考虑谐波及集肤效应时，由式(7)可得：

$P_{e_{\mathrm{npu}}}=\frac{P_{e_n}}{P_{e_1}}=n^2{\left(\frac{B_{m_n}}{B_{m_1}}\right)}^2=n^2{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^2---\left(8\right);$

$P_e=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{e_n}{=P}_{e_1}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^2{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^2=P_{e_1}(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^2{\mathrm{HRI}}_n^2)---\left(9\right);$

式中，为n次谐波的磁滞损耗标值；为第n次谐波的磁滞损耗；n为谐波次数，n＝1表示基波；为磁通密度n次谐波最大值；I_n为磁化电流的第n次谐波峰值；P_h为总涡流损耗，则总铁耗为：

P＝P_h+P_e  (10)；

在磁滞损耗中，谐波造成的附件损耗是基本损耗的K倍：

$K=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^v---\left(11\right);$

在涡流损耗中，谐波造成的附件损耗是基本损耗的K倍，此时K系数为：

$K=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^2---\left(12\right);$

c)谐波损耗的附加倍数

通过变压器铜耗和铁耗分析可知，考虑谐波及集肤效应时，无论是铜耗还是铁耗，无论是磁滞损耗还是涡流损耗，谐波造成的附件损耗具有相同的形式：

$P_H=P_1\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^{c_1}{\mathrm{HRI}}_n^{c_2}---\left(13\right);$

式中，P_H为谐波损耗；P₁为基波损耗；n为谐波次数；HRI_n为第n次谐波含有量；C₁、C₂为指数，不同设备、不同含义的附加损耗指数不同。

(2)选取配电网中某一负载率较高且所带负荷主要是非线性负荷的配变，在该配变的高压侧装设配变监控终端TTU，得到TTU在典型量测日内的基波电能和总电能；由于总电能与基波电能之差即为该配变下配电网络的谐波损耗值，由此可量测得到的谐波治理前后电网谐波损耗值，分别设为：

ΔA_x.before和ΔA_x.after。

(3)在谐波治理前后的损耗量测同时通过TTU得到治理谐波前后的各次谐波电流含有率HR_In·before和HR_In·after；同时，根据变压器绕组附加损耗、变压器铁心的磁滞附加损耗、变压器铁心的涡流附加损耗和线路导体附加损耗的公式，得到谐波治理前后电力设备谐波损耗倍数；

(4)设谐波治理前后变压器绕组基波损耗分别为ΔA_r.before和ΔA_r.after，谐波治理前后变压器铁心的磁滞基波损耗分别为ΔA_c.before和ΔA_c.after，谐波治理前后变压器铁心的涡流基波损耗分别为ΔA_w.before和ΔA_w.after，谐波治理前后配电线路的基波损耗分别为ΔA_l.before和ΔA_l.after，谐波治理前后电网基波总损耗为ΔA_网.before和ΔA_网.after，有：

同理可得：

根据地区配电网基波损耗历史统计数据的分析可得到，在该地区基波总损耗中，变压器绕组损耗、变压器铁心磁滞损耗、变压器铁心涡流损耗、线路损耗分别大约占该地区基波总损耗的比例，确定a1、a2、a3、a4的值。

进一步地，所述步骤b3，具体包括：

(5)由于测量得到的谐波治理前后电网基波总损耗ΔA_网.before和ΔA_网.after不同，所以需统一基准，将步骤(4)中的ΔA_网.before用ΔA_网.after替换，代入相应公式计算得到电网谐波损耗折算后的值，即ΔA_x.z。

进一步地，所述步骤b4，具体包括：

(6)最后将同一基波损耗基准值下的谐波损耗折算值ΔA_x.z和谐波损耗量测值ΔA_x.after进行比较，从而得到谐波治理所带来的真实节能量。

本发明各实施例的配电网谐波治理降损效果实证方法，由于包括：采集谐波治理前后的配电网损耗量测数据；通过对前后两次量测值的折算对比，用得到的差额量直接验证谐波治理的降损效果；可以针对采用谐波治理前后的配电网损耗量测数据，通过对两次量测值的折算对比，用差额量直接验证谐波治理的降损效果；从而可以克服现有技术中损耗大、供电可靠性差和成本高的缺陷，以实现损耗小、供电可靠性好和成本低的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中配电网等值电路的工作原理示意图；

图2为本发明中基波等值电路的工作原理示意图；

图3为本发明中n次谐波等值电路的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，如图1、图2和图3(图1、图2和图3构成配电网谐波分析等值电路图)所示，提供了一种配电网谐波治理降损效果实证方法。

本发明的目的是通过应用电力系统潮流分析的基本知识，并运用不同基准下的差额比较方法，提出一种基于配电网谐波治理的节能技术降损效果实证方法。该方法可以针对采用谐波治理前后的配电网损耗量测数据，通过对两次量测值的折算对比，用差额量直接验证谐波治理的降损效果。该发明思路清晰，操作简单，对于衡量谐波治理的降损实证起到了指导性的作用，为该电力节能领域节能效果实证提出了便于操作的新方法。本发明的目的在于将为国家节能减排工作提供技术支持，为电网企业在应用节能设备方面提供决策参考。

本发明所采用的技术方案是，在配电网中，根据当地量测水平对采用谐波治理前后典型量测日的变压器进行电量损耗量测，量测得到谐波治理前后的配电网谐波损耗值；由于谐波治理前后的典型量测日的配电网负荷状态并不完全一样，导致两个典型量测日每对应时刻的网络有功功率P、无功功率Q和网络电压U并不完全一致，故衡量谐波治理对电网降损的影响时，谐波治理前后的配电网谐波损耗值不具备直接可比性,因此，需要将两个量测日的基波损耗值化归至同一基准，在一定程度上即是将该两个典型量测日的负荷状态化归于同一水平。

由于在集肤效应的作用下，谐波损耗为基波损耗的K倍，对于不同电气设备的不同类别的谐波损耗，K值会有所不同。由于变压器损耗和线路损耗是电网损耗的主要来源，因此在谐波损耗中可以只考虑变压器绕组附加损耗、变压器铁心的磁滞附加损耗、变压器铁心的涡流附加损耗和线路导体附加损耗这四种附加损耗。

因此，本发明通过TTU等配变终端监测设备得到谐波治理前后谐波含有量HRIn，通过分析计算得到K值；进而找出基波损耗和谐波损耗的关系，再将基波损耗统一至同一基准，得到谐波损耗折算值；最终将折算值与量测值进行比较,得到谐波治理为配电网节约的真实电量值,达到了量化谐波补偿节能效果的目的，解决了节能潜力及效果难以量化的技术问题。

本发明以配电网谐波治理前后两个典型量测日的损耗量测为基础，提出一种基于配电网谐波分析的等值电路用于比较施加谐波治理前后的配电网损耗值，从而量化谐波治理为降低配电网损耗带来的效益。该算法具有以下特点：

⑴本发明采用实际量测值作为研究配电网损耗的基础，符合实际运行工况，避免了通过损耗计算软件计算得到的损耗值存在的误差；

⑵本发明将采用谐波治理前后的配电网损耗值归化至同一电网状态水平上，解决了采用谐波治理前后的配电网损耗值不直接可比的问题；

⑶本发明思路清晰，所采用的算法各步骤物理意义明确，解决了谐波治理的节能潜力及效果必须依赖虚拟电网进行电网分析才能量化的问题。

例如，本发明的应有实例可以如下：

(1)在集肤效应的作用下，以基波损耗为基准，分析得到谐波损耗的倍数K。

下面以变压器为例具体说明如下：

变压器损耗可分为铜耗、铁耗、介质损耗、杂散损耗，铁耗又分为磁滞损耗和涡流损耗。但归根结底按性质分类只有两种：基本损耗和谐波损耗。

谐波环境下，在集肤效应的影响下，导体各次谐波阻抗为：

$r_{n=}\sqrt{{\mathrm{nr}}_1}---\left(1\right);$

式中，r_n为导体中n次谐波电流所对应的电阻，n为谐波次数

a)变压器的铜耗

考虑集肤效应时，根据式(1)，变压器铜耗ΔP_Cu为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Cu}}=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n^2{r}_n=I_1^2{r}_1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n^2{r}_n=I_1^2{r}_1(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_1^2{r}_n}{I_1^2{r}_1})\\ ==I_1^2{r}_1(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_1^2{r}_{1}n}{I_1^2{r}_1})=I_1^2{r}_1(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{nHR}{I}_n^2)\end{array}---\left(2\right);$

式中，I_n各次谐波电流；n＝1时，I₁表示基波电流；r₁为变压器绕组基波电阻；HRI_n为各次谐波含量，是指各次谐波电流与基波电流的比值，即表示为 $I_n/I_1={\mathrm{HRI}}_n.$

由此可得，变压器的铜损耗由两部分构成。第一部分为基本的铜损耗，是由基波电流产生的；第二部分为谐波损耗，它是基波损耗的K倍，即：

$K=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^2---\left(3\right);$

b)变压器的铁耗

铁耗指发生在铁心中的损耗，铁心被外加励磁磁化，在磁化过程中产生了能量损耗，分为磁滞损耗P_h和涡流损耗P_e。铁耗导致变压器和电机效率降低，铁心温度升高，从而限制了出力的提高。磁滞损耗是由铁心磁化极性的反转造成的，有磁性材料的尺寸和品质、磁通密度的最大值和交流电流的频率决定的。对于正常范围1.5WB/m2以下的磁通密度，基波频率下的磁滞损耗为：

$P_{h_1}=\mathrm{\ξ}{f}_1{B}_{m_1}^v---\left(4\right);$

式中，ξ为常数，其值由铁心材料和尺寸决定；f₁为交流电流的基波频率；B_m1为磁通密度n次谐波最大值；ν为指数，其值取决于铁心材料，通常为1.6。当考虑谐波时，由式(4)可得：

$P_{h_{\mathrm{npu}}}=\frac{P_{h_n}}{P_{h_1}}=n{\left(\frac{B_{m_n}}{B_{m_1}}\right)}^v=n{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^v---\left(5\right);$

由(5)推导得

$P_h=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{h_n}=P_{h_1}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^v=P_{h_1}(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{nHRI}}_n^v)---\left(6\right);$

式中，为n次谐波的磁滞损耗标值；为第n次谐波的磁滞损耗；n为谐波次数，n＝1表示基波；为磁通密度n次谐波最大值；I_n为磁化电流的第n次谐波峰值；P_h为总磁滞损耗。

涡流损耗P_e是由涡流电流流动引起的功率损耗，涡流感生于变压器铁心中，由交流励磁引起。基本涡流损耗为：

$P_{e_1}={{\mathrm{kf}}_1}^2{B}_{m_1}^2---\left(7\right);$

式中，k为常数，取决于铁心材料、尺寸和叠片厚度。

考虑谐波及集肤效应时，由式(7)可得：

$P_{e_{\mathrm{npu}}}=\frac{P_{e_n}}{P_{e_1}}=n^2{\left(\frac{B_{m_n}}{B_{m_1}}\right)}^2=n^2{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^2---\left(8\right);$

$P_e=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{e_n}{=P}_{e_1}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^2{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^2=P_{e_1}(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^2{\mathrm{HRI}}_n^2)---\left(9\right);$

式中，为n次谐波的磁滞损耗标值；为第n次谐波的磁滞损耗；n为谐波次数，n＝1表示基波；为磁通密度n次谐波最大值；I_n为磁化电流的第n次谐波峰值；P_h为总涡流损耗。则总铁耗为：

P＝P_h+P_e  (10)；

由以上分析可知，铁心的损耗中无论是磁滞损耗还是涡流损耗，它的损耗都具有相同的形式，均是由基本损耗和谐波损耗构成。在磁滞损耗中，谐波造成的附件损耗是基本损耗的K倍：

$K=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^v---\left(11\right);$

在涡流损耗中，谐波造成的附件损耗是基本损耗的K倍，此时K系数为：

$K=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^2---\left(12\right);$

c)谐波损耗的附加倍数

通过变压器铜耗和铁耗分析可知，考虑谐波及集肤效应时，无论是铜耗还是铁耗，无论是磁滞损耗还是涡流损耗，谐波造成的附件损耗具有相同的形式：

$P_H=P_1\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^{c_1}{\mathrm{HRI}}_n^{c_2}---\left(13\right);$

式中，P_H为谐波损耗；P₁为基波损耗；n为谐波次数；HRI_n为第n次谐波含有量；C₁、C₂为指数，不同设备、不同含义的附加损耗指数不同。

实际上，对于电缆线路，以上结论也是成立的。损耗均是由基波损耗和谐波损耗构成，因此变压器及电缆线路的谐波附加损耗倍数如下表所示。

(2)选取配电网中某一负载率较高且所带负荷主要是工业负荷等非线性负荷的配变，在该配变的高压侧装设配变监控终端(TTU)，得到TTU在典型量测日内的基波电能和总电能。由于总电能与基波电能之差即为该配变下配电网络的谐波损耗值，由此可量测得到的谐波治理前后电网谐波损耗值，分别设为：

ΔA_x.before和ΔA_x.after。

(3)在谐波治理前后的损耗量测同时通过TTU得到治理谐波前后的各次(通常研究5次、7次、11次、13次、17次)谐波电流含有率HR_In·before和HR_In·after。同时，根据变压器绕组附加损耗、变压器铁心的磁滞附加损耗、变压器铁心的涡流附加损耗和线路导体附加损耗的公式，得到谐波治理前后电力设备谐波损耗倍数。

(4)设谐波治理前后变压器绕组基波损耗分别为ΔA_r.before和ΔA_r.after，谐波治理前后变压器铁心的磁滞基波损耗分别为ΔA_c.before和ΔA_c.after，谐波治理前后变压器铁心的涡流基波损耗分别为ΔA_w.before和ΔA_w.after，谐波治理前后配电线路的基波损耗分别为ΔA_l.before和ΔA_l.after，谐波治理前后电网基波总损耗为ΔA_网.before和ΔA_网.after，有：

同理可得：

根据地区配电网基波损耗历史统计数据的分析可得到，在该地区基波总损耗中，变压器绕组损耗、变压器铁心磁滞损耗、变压器铁心涡流损耗、线路损耗分别大约占该地区基波总损耗的比例，从而确定a1、a2、a3、a4的值。

(5)由于测量得到的谐波治理前后电网基波总损耗ΔA_网.before和ΔA_网.after不同，所以需统一基准，将步骤(4)中的ΔA_网.before用ΔA_网.after替换，代入相应公式计算得到电网谐波损耗折算后的值，即ΔA_x.z。

(6)最后将同一基波损耗基准值下的谐波损耗折算值ΔA_x.z和谐波损耗量测值ΔA_x.after进行比较，从而得到谐波治理所带来的真实节能量。

综上所述，本发明的有益效果是：⑴采用配电网谐波分析的等值电路模型,在分析研究过程中采取了状态折算,所提出的算法考虑了变压器采用谐波治理前后的运行状态变化，解决了配电网损耗值不直接可比的问题，使分析结果客观准确；⑵可用于配电网谐波治理的节能量计算和能效评估等节能服务工作中，能够为国家电网公司节能服务体系建设和国家节能减排工作提供有力支持。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种配电网谐波治理降损效果实证方法，其特征在于，包括：

a、采集谐波治理前后的配电网损耗量测数据；

b、通过对前后两次量测值的折算对比，用得到的差额量直接验证谐波治理的降损效果。

2.根据权利要求1所述的配电网谐波治理降损效果实证方法，其特征在于，所述步骤b，具体包括：

b1、将两个量测日的基波损耗值化归至同一基准，在一定程度上即是将该两个典型量测日的负荷状态化归于同一水平；

b2、在集肤效应的作用下，谐波损耗为基波损耗的K倍，对于不同电气设备的不同类别的谐波损耗，K值会有所不同；在谐波损耗中只考虑变压器绕组附加损耗、变压器铁心的磁滞附加损耗、变压器铁心的涡流附加损耗和线路导体附加损耗；通过TTU等配变终端监测设备得到谐波治理前后谐波含有量HRIn，通过分析计算得到K值；

b3、基于计算得到的K值，找出基波损耗和谐波损耗的关系，再将基波损耗统一至同一基准，得到谐波损耗折算值；

b4、最终将折算值与量测值进行比较，得到谐波治理为配电网节约的真实电量值。

3.根据权利要求2所述的配电网谐波治理降损效果实证方法，其特征在于，所述步骤b2，具体包括：

(1)在集肤效应的作用下，以基波损耗为基准，分析得到谐波损耗的倍数K；谐波环境下，在集肤效应的影响下，导体各次谐波阻抗为：

$r_n=\sqrt{{\mathrm{nr}}_1}---\left(1\right);$

式中，r_n为导体中n次谐波电流所对应的电阻，n为谐波次数

a)变压器的铜耗

考虑集肤效应时，根据式(1)，变压器铜耗ΔP_Cu为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Cu}}=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n^2{r}_n=I_1^2{r}_1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n^2{r}_n=I_1^2{r}_1(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_n^2{r}_n}{I_1^2{r}_1})\\ ==I_1^2{r}_1(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_n^2{r}_{1}n}{I_1^2{r}_1})=I_1^2{r}_1(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^2)\end{array}---\left(2\right);$

式中，I_n各次谐波电流；n＝1时，I₁表示基波电流；r₁为变压器绕组基波电阻；HRI_n为各次谐波含量，是指各次谐波电流与基波电流的比值，即表示为I_n/I₁＝HRI_n；

由此可得，变压器的铜损耗由两部分构成，第一部分为基本的铜损耗，是由基波电流产生的；第二部分为谐波损耗，它是基波损耗的K倍，即：

$K=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^2---\left(3\right);$

b)变压器的铁耗

铁耗指发生在铁心中的损耗，铁心被外加励磁磁化，在磁化过程中产生了能量损耗，分为磁滞损耗P_h和涡流损耗P_e；对于正常范围1.5WB/m2以下的磁通密度，基波频率下的磁滞损耗为：

$P_{h_1}=\mathrm{\ξ}{f}_1{B}_{m_1}^v---\left(4\right);$

式中，ξ为常数，其值由铁心材料和尺寸决定；f₁为交流电流的基波频率；B_m1为磁通密度n次谐波最大值；ν为指数，其值取决于铁心材料；当考虑谐波时，由式(4)可得：

$P_{h_{\mathrm{npu}}}=\frac{P_{h_n}}{P_{h_1}}=n{\left(\frac{B_{m_n}}{B_{m_1}}\right)}^v=n{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^v---\left(5\right);$

由(5)推导得

$P_h=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{h_n}=p_{h_1}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^v=P_{h_1}(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^v)---\left(6\right);$

式中，为n次谐波的磁滞损耗标值；为第n次谐波的磁滞损耗；n为谐波次数，n＝1表示基波；为磁通密度n次谐波最大值；I_n为磁化电流的第n次谐波峰值；P_h为总磁滞损耗；

涡流损耗P_e是由涡流电流流动引起的功率损耗，涡流感生于变压器铁心中，由交流励磁引起。基本涡流损耗为：

$P_{e_1}={{\mathrm{kf}}_1}^2{B}_{m_1}^2---\left(7\right);$

式中，k为常数，取决于铁心材料、尺寸和叠片厚度；

考虑谐波及集肤效应时，由式(7)可得：

$P_{e_{\mathrm{npu}}}=\frac{P_{e_n}}{P_{e_1}}=n^2{\left(\frac{B_{m_n}}{B_{m_1}}\right)}^2=n^2{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^2---\left(8\right);$

$P_e=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{e_n}=P_{e_1}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^2{\left(\frac{I_n}{I_1}\right)}^2=P_{e_1}(1+\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^2{\mathrm{HRI}}_n^2)---\left(9\right);$

式中，为n次谐波的磁滞损耗标值；为第n次谐波的磁滞损耗；n为谐波次数，n＝1表示基波；为磁通密度n次谐波最大值；I_n为磁化电流的第n次谐波峰值；P_h为总涡流损耗，则总铁耗为：

P＝P_h+P_e   (10)；

在磁滞损耗中，谐波造成的附件损耗是基本损耗的K倍：

$K=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^v---\left(11\right);$

在涡流损耗中，谐波造成的附件损耗是基本损耗的K倍，此时K系数为：

$K=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n{\mathrm{HRI}}_n^2---\left(12\right);$

c)谐波损耗的附加倍数

通过变压器铜耗和铁耗分析可知，考虑谐波及集肤效应时，无论是铜耗还是铁耗，无论是磁滞损耗还是涡流损耗，谐波造成的附件损耗具有相同的形式：

$P_H=P_1\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^{c_1}{\mathrm{HRI}}_n^{c_2}---\left(13\right);$

式中，P_H为谐波损耗；P₁为基波损耗；n为谐波次数；HRI_n为第n次谐波含有量；C₁、C₂为指数，不同设备、不同含义的附加损耗指数不同。

(2)选取配电网中某一负载率较高且所带负荷主要是非线性负荷的配变，在该配变的高压侧装设配变监控终端TTU，得到TTU在典型量测日内的基波电能和总电能；由于总电能与基波电能之差即为该配变下配电网络的谐波损耗值，由此可量测得到的谐波治理前后电网谐波损耗值，分别设为：

ΔA_x.before和ΔA_x.after。

(3)在谐波治理前后的损耗量测同时通过TTU得到治理谐波前后的各次谐波电流含有率HR_In·before和HR_In·after；同时，根据变压器绕组附加损耗、变压器铁心的磁滞附加损耗、变压器铁心的涡流附加损耗和线路导体附加损耗的公式，得到谐波治理前后电力设备谐波损耗倍数；

(4)设谐波治理前后变压器绕组基波损耗分别为ΔA_r.before和ΔA_r.after，谐波治理前后变压器铁心的磁滞基波损耗分别为ΔA_c.before和ΔA_c.after，谐波治理前后变压器铁心的涡流基波损耗分别为ΔA_w.before和ΔA_w.after，谐波治理前后配电线路的基波损耗分别为ΔA_l.before和ΔA_l.after，谐波治理前后电网基波总损耗为ΔA_网.before和ΔA_网.after，有：

同理可得：

根据地区配电网基波损耗历史统计数据的分析可得到，在该地区基波总损耗中，变压器绕组损耗、变压器铁心磁滞损耗、变压器铁心涡流损耗、线路损耗分别大约占该地区基波总损耗的比例，确定a1、a2、a3、a4的值。

4.根据权利要求3所述的配电网谐波治理降损效果实证方法，其特征在于，所述步骤b3，具体包括：

(5)由于测量得到的谐波治理前后电网基波总损耗ΔA_网.before和ΔA_网.after不同，所以需统一基准，将步骤(4)中的ΔA_网.before用ΔA_网.after替换，代入相应公式计算得到电网谐波损耗折算后的值，即ΔA_x.z。

5.根据权利要求4所述的配电网谐波治理降损效果实证方法，其特征在于，所述步骤b4，具体包括：

(6)最后将同一基波损耗基准值下的谐波损耗折算值ΔA_x.z和谐波损耗量测值ΔA_x.after进行比较，从而得到谐波治理所带来的真实节能量。