CN108573330A

CN108573330A - 配电网降损方法及装置

Info

Publication number: CN108573330A
Application number: CN201710142327.6A
Authority: CN
Inventors: 王维洲; 杨德昌; 赵肖余; 刘福潮; 郑晶晶; 彭晶; 杜培东; 张建华
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Agricultural University; Electric Power Research Institute of State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Agricultural University; Electric Power Research Institute of State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2018-09-25
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: CN108573330B

Abstract

本发明提供一种配电网降损方法及装置，属于配电网节能技术领域。该方法包括：对于任一类型供电区域的配电网，基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益；对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序；根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。由于对于任一类型供电区域的配电网，均可基于配电网的损耗模型，分析每一线损影响因子对配电网的降损效益，即每一线损影响因子对不同供电区域类型、电压等级、元件损耗的影响程度及影响范围，从而能够结合配电网的实际损耗分布情况，定位配电网降损的薄弱环节，以实现针对性地降损。因此，降损效果较佳。

Description

配电网降损方法及装置

技术领域

本发明涉及配电网节能技术领域，更具体地，涉及一种配电网降损方法及装置。

背景技术

随着国民经济的不断发展，配电网负荷逐渐增长。在过去，人们只注重配电网系统的安全性及可靠性，较多地忽视了经济性，即缺乏统一的电网规划，使得配电网运行不够经济。尤其是配电网的电能损耗分析等方面存在着很多不足，导致电力企业在开展配电网规划、改造时缺乏节能降损方面的理论指导和技术支撑。其中，配电网的电能损耗为配电网在整个电能的输送过程中，在每个输变电元件及各个输送环节上的电能损耗。由于配电网运行经济性是实现电力工业节能降损的重要保证，是电力企业提高竞争力重要手段，从而为了全面掌握配电网运行的经济性，指导电网运行、建设与改造，有必要对配电网进行降损。

现有的配电网降损方法主要是利用配电网络重构、无功补偿优化配电网运行，以及通过变压器的经济运行来进行降损。配电网络重构就是通过改变分段开关、联络开关的组合状态，即选择用户的供电路径以达到降低网损、消除过载、平衡负荷及提高电能质量的目的。无功功率补偿是通过降低供电变压器及输送线路的损耗，以提高供电效率，改善供电环境。变压器经济运行指的是当几台变压器并列运行时，由于各变压器铁耗基本不变，而铜耗随着负载的变化而变化，从而需按负载大小调整运行变压器的台数和容量，使变压器的功率总损耗为最小。

在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下问题：由于上述方法都是在局部获取最优配置，以实现对配电网进行降损，而不同配电网的供电损耗差别较大，其未考虑到不同供电区域的配电网的实际损耗分布情况，从而导致降损过程较盲目，降损不具有针对性。因此，降损效果不佳。

发明内容

现有技术中是利用配电网络重构、无功补偿优化配电网运行，以及通过变压器的经济运行来进行降损。由于上述方法都是在局部获取最优配置，以实现对配电网进行降损，而不同配电网的供电损耗差别较大，其未考虑到不同供电区域的配电网的实际损耗分布情况，从而导致降损不具有针对性，降损效果不佳。为了解决上述问题，本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的配电网降损方法及装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种配电网降损方法，该方法包括：

步骤1，对于任一类型供电区域的配电网，基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益；

步骤2，对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序；

步骤3，根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。

本发明提供的方法，通过基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益。对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序。根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。由于对于任一类型供电区域的配电网，均可基于配电网的损耗模型，分析每一线损影响因子对配电网的降损效益，即每一线损影响因子对不同供电区域类型、电压等级、元件损耗的影响程度及影响范围，从而能够结合配电网的实际损耗分布情况，定位配电网降损的薄弱环节，以实现针对性地降损。因此，降损效果较佳。

根据本发明的第二方面，提供了一种配电网降损装置，包括：获取模块，用于对于任一类型供电区域的配电网，基于所述配电网对应的损耗模型，获取所述损耗模型中每一线损影响因子对所述配电网的降损效益；排序模块，用于对每一线损影响因子对所述配电网的降损效益进行排序；降损模块，用于根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对所述配电网进行降损。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1为本发明实施例的一种配电网降损方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的一种配电网降损方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的一种导线截面积的不同取值对应线损率的柱状统计图；

图4为本发明实施例的一种线路负载率的不同取值与线损率之间的柱状统计图；

图5为本发明实施例的一种线路运行电压的不同取值与线损率之间的柱状统计图；

图6为本发明实施例的一种供电半径的不同取值与线损率之间的柱状统计图；

图7为本发明实施例的一种线路功率因数的不同取值与线损率之间的柱状统计图；

图8为本发明实施例的一种三相不平衡度的不同取值与线损率之间的柱状统计图；

图9为本发明实施例的一种变压器负载率的不同取值与线损率之间的柱状统计图；

图10为本发明实施例的一种变压器功率因数的不同取值与线损率之间的柱状统计图；

图11为本发明实施例的一种不同变压器型号与线损率之间的柱状统计图；

图12为本发明实施例的一种配电网降损装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

随着配电自动化工作的开展，配电网的线损管理变得越来越重要。降损是提高配电网经济效益的重要因素，采取技术措施降低线损是电力企业追求效益最优化的必然趋势。

当前配电网降损技术主要是利用网络重构、无功补偿优化配电网运行，以及通过变压器的经济运行来进行降损。配电网络重构又称配电网络组态，或配电网络馈线组态、配电网络馈线重构。配电网络重构就是通过改变分段开关、联络开关的组合状态，即选择用户的供电路径以达到降低网损、消除过载、平衡负荷及提高电能质量的目的。无功功率补偿简称无功补偿，是通过降低供电变压器及输送线路的损耗，以提高供电效率，改善供电环境。变压器经济运行指的是当几台变压器并列运行时，由于各变压器铁耗基本不变，而铜耗随着负载的变化而变化，从而需按负载大小调整运行变压器的台数和容量，使变压器的功率总损耗为最小。

由于上述三种现有的降损方法均是在局部获取最优配置，以实现对配电网进行降损，而不同配电网的供电损耗差别较大，其未考虑到不同供电区域的配电网的实际损耗分布情况，从而导致降损不具有针对性，降损效果不佳。

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供了一种配电网降损方法。参见图1，该方法包括：101、对于任一类型供电区域的配电网，基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益；102、对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序；103、根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。

需要说明的是，本实施例及后续实施例所提供的配电网降损方法适用于任何类型供电区域的配电网。供电区域的类型按照负荷密度的大小可以分为A+、A、B、C、D、E这六种，其对应的负荷密度依次减少。其中，负荷密度是表征负荷分布密集程度的量化参数，它是每平方公里的平均用电功率数值，以MW/km²计量。

另外，本实施例及后续实施例中的线损影响因子可以至少包括导线截面积、线路负载率、线路运行电压、供电半径、线路功率因数、三相不平衡度、变压器负载率、变压器功率因数、变压器型号中的任意一种，本实施例及后续实施例对此不作具体限定。

本发明实施例提供的方法，通过基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益。对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序。根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。由于对于任一类型供电区域的配电网，均可基于配电网的损耗模型，分析每一线损影响因子对配电网的降损效益，即每一线损影响因子对不同供电区域类型、电压等级、元件损耗的影响程度及影响范围，从而能够结合配电网的实际损耗分布情况，定位配电网降损的薄弱环节，以实现针对性地降损。因此，降损效果较佳。

由于本实施例及后续实施例是通过分析各个线损影响因子对不同供电区域类型、电压等级、元件损耗的影响程度及影响范围，来实现降损。为了便于简化本实施例及后续实施例中的分析过程，按照国家电网对于配电网的六类建设标准，按照五种不同的负荷密度 (0.1MW/km^2、1MWh/km^2、6MWh/km^2、15MWh/km^2、 30MWh/km^2)和两种典型的电压结构(220/110/35/10kV、 220/110/10kV)，可建立五种配电网模型(A和A+)、B、C、D及E，具体可参见如下表1：

表1

基于上述表1，为了简化配电网整体的复杂结构，使配电网损耗差异化易于研究分析。本实施例及后续实施例在不失合理性的前提下，尽可能结合配电网的实际运行工况，做出如下简化考虑：

(1)各电压等级变电站的供电区域为一个圆形区域，以变电站为圆心，供电距离为半径，且变电站出线条数不受限。

(2)供电区域内包括均匀负荷与集中负荷，均匀负荷按供电区域均匀分布；对于集中负荷的考虑如下：在供电区域扣除集中负荷的影响后，按负荷均匀分布考虑，集中负荷不再对下一级电网的设备规模及投资产生影响。

(3)配电线路的选择参考工程应用实际方法，按输电线路经济电流密度选择导线截面。

基于上述内容，本实施例及后续实施例均可在上述五种配电网模型对应的电网环境下，对任一类型供电区域的配电网进行降损分析，本实施例及后续实施例对此不作具体限定。

作为一种可选实施例，步骤101之前还包括：

根据配电网中的变压器容量，建立配电网对应的变压器损耗模型。

作为一种可选实施例，根据配电网中的变压器容量，建立配电网对应的变压器损耗模型，包括：

根据配电网中变压器的装设容量及容运比，建立配电网对应的变压器空载损耗模型；

和/或，根据配电网中变压器的实际运行容量及变压器低压侧的功率因数，建立配电网对应的变压器负载损耗模型。

作为一种可选实施例，损耗模型为线路损耗模型，步骤101之前还包括：

基于输电线路的电阻损耗参数，建立配电网对应的线路损耗模型。

作为一种可选实施例，步骤101进一步包括：

对于损耗模型中的任一线损影响因子，基于配电网对应的模型参数，调整任一线损影响因子的取值，并基于损耗模型计算相应的线损率；

基于不同的取值与相应的线损率，构建任一线损影响因子对应的拟合曲线；

计算拟合曲线的斜率，并将斜率作为任一线损影响因子对配点网的降损效益。

作为一种可选实施例，基于配电网对应的模型参数，调整任一线损影响因子的取值之前，还包括：

选取配电网对应的模型参数，模型参数至少包括变电站配置数量、变电站平均变电容量、输电线路长度中的任意一种。

作为一种可选实施例，基于配电网对应的模型参数，调整任一线损影响因子的取值，包括：

根据模型参数的取值范围，确定任一线损影响因子的取值范围；

按照任一线损影响因子的取值范围，调整任一线损影响因子的取值。

作为一种可选实施例，步骤102进一步包括：

按照降损效益对应绝对值的大小，对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序。

作为一种可选实施例，步骤103中根据排序结果对线损影响因子进行调整，包括：

对于排序后的任一降损效益，当任一降损效益的值小于零时，降低任一降损效益对应的线损影响因子；

当任一降损效益的值大于零时，提高任一降损效益对应的线损影响因子。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

基于上述图1对应实施例的内容，本发明实施例提供了一种配电网降损方法。参见图2，该方法包括：201、对于任一类型供电区域的配电网，建立配电网对应的损耗模型；202、基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益；203、对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序；204、根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。

其中，201、对于任一类型供电区域的配电网，建立配电网对应的损耗模型。

由上述图1对应实施例的内容可知，供电区域的类型可分为A+～ E这六种。对于任一类型供电区域的配电网，其损耗来源主要分为变电站损耗及输电线路损耗。

对于变电站损耗，其主要包括各电压等级变压器的有功损耗。其中，变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是一次绕组线圈、二次绕组线圈和铁芯(磁芯)。变压器的主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。

有功损耗主要包括铜损耗和铁损，铜损耗主要是指变压器一、二次绕组线圈中电流在电阻上产生的功率损失，铁损主要是指铁芯中磁滞和涡流损耗。由上述内容可知，变电站损耗主要是指变压器的有功损耗。另外，变压器的有功损耗可分为空载损耗及负载损耗。其中，变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率正弦波形的额定电压时，所消耗的有功功率称空载损耗。变压器二次绕组短路(稳态)，一次绕组流通额定电流时所消耗的有功功率称为负载损耗。

对于输电线路损耗，其主要包括线路电阻损耗和电晕损耗两部分。为了方便计算，还可将线路高抗的损耗也计入输电线路损耗，本实施例对此不作具体限定。其中，输电线路的电晕损耗可认为是固定损耗。输电线路的电晕损耗与线路的输送功率关系不大，而与导线结构、分裂线径、分裂数、分裂间距、相间距离、离地高度、导线表面最大场强和不同的气象等因素有较大的关系。

另外，线路并联高压电抗器的损耗主要由线圈损耗、铁芯损耗和杂散损耗三部分组成。基于配电系统的运行需求，电抗器的电抗值通常需在一定范围内恒定，即电压与电流的关系是线性的。配电系统在正常运行时，电抗器电压基本保持在额定电压的正常范围内变化，电流变化也不大，工程上可以认为有功损耗基本不变。考虑到在我国的交流输变电工程中，为了满足无功和电压平衡，且为了限制过电压和潜供电流的功能，高压电抗器一般装设在输电线路上且不会退出高抗运行，即高抗损耗也可以认为是固定损耗。另外，国产高压电抗器有功损耗可按设备容量的来估算。

由上述内容可知，电晕损耗及高压电抗器的损耗均可视为输电线路的固定损耗，从而可将线路电阻损耗作为输电线路损耗的主要部分。线路电阻损耗与线路输送的有功功率、电压、功率因数及导线截面等因子有关。线路电阻损耗主要与线路输送功率的平方成正比，与电压的平方成反比。由此可知，线路电阻损耗与运行条件密切相关，从而在本实施例中可将线路电阻损耗作为输电线路损耗的主要构成部分，并对其进行分析。

基于上述分析过程，对于任一类型供电区域的配电网，其损耗来源主要为变压器损耗及输电线路损耗。对于变压器损耗，本实施例不对建立配电网对应的损耗模型的方式作具体限定，包括但不限于：根据配电网中的变压器容量，建立配电网对应的变压器损耗模型。

由上述内容可知，变压器损耗可分为空载损耗及负载损耗。本实施例不对根据配电网中的变压器容量，建立配电网对应的变压器损耗模型的方式作具体限定，包括但不限于：根据配电网中变压器的装设容量及容运比，建立配电网对应的变压器空载损耗模型；和/或，根据配电网中变压器的实际运行容量及变压器低压侧的功率因数，建立配电网对应的变压器负载损耗模型。

在建立变压器负载损耗模型与变压器空载损耗模型之前，对于容量未知的不同类型变压器，通过拟合不同类型变压器的空载损耗、负载损耗与变压器容量之间的函数关系，可得到不同类型变压器的损耗参数，具体对应关系可参考如下表2：

表2

基于上述表2中拟合的函数关系，变压器空载损耗模型可通过如下公式(1)表示：

在上述公式(1)中，S_B为变压器的装设容量(MVA，兆伏安)。 K_M为变压器的容运比，即额定容量与实际运行容量之比。f₀与g₀为常数量。需要说明的是，考虑到供电区域内的负荷增长及变压器定期检修等因素，电网运行过程中通常会预留一定的冷备用容量，用于表示变压器存在的冷备用容量，其取值一般大于1。

基于上述表2中拟合的函数关系，变压器负载损耗模型可通过如下公式(2)表示：

在上述公式(2)中，S为变压器的实际运行容量(KVA，千伏安)。 S_B为变压器的装设容量(MVA，兆伏安)。K_M为变压器的容运比，即额定容量与实际运行容量之比。设为变压器低压侧的变压器功率因数，则变压器的实际运行容量S，可通过如下公式(3)表示：

结合公式(1)及公式(2)，可重新得到变压器负载损耗模型，具体可参考如下公式(4)：

由上述公式(4)可知，变压器有功功率损耗与低压侧功率因数相关，合理提高功率因数将有利于降低变压器负载损耗功率。

通过上述过程，可分别得到变压器的空载损耗模型及负载损耗模型。为了突出原理性分析，即为了建立简明的损耗模型，本实施例省略了损耗的具体计算过程。实际实施中，损耗计算可采用最大负荷损耗小时法，本实施例对此不作具体限定。最大负荷损耗小时法的主要意义为在一段时间内，若用户始终保持最大负荷不变，此时在线路中产生的损耗相当于一年中实际负荷产生的电能损耗。其中，最大负荷损耗小时的计算方式可参考如下公式(5)：

在上述公式(5)中，ΔA为损耗电量(kWh)，S_max为最大视在功率(kVA)。τ为最大负荷损耗小时数(h)，R为元件电阻(Ω)，U为额定电压(kV)。

基于上述公式(5)，令T＝8760，U为常数，则τ的计算过程可参考如下(6)：

在上述公式(6)中，τ为最大负荷损耗小时数(h)，S为实际负荷视在功率(kVA)，S_max为最大视在功率(kVA)。

最大负荷损耗小时法的优点是：通过计算出最大负荷损耗小时数，能够计算出电能损耗，需要的计算变量少，计算过程较为简单。基于上述公式(1)、公式(2)及公式(6)，可计算变电站的年损耗电量，其计算过程可参考如下公式(7)：

A_B＝ΔP₀t_B+ΔP_kτ_B (7)

在上述公式(7)中，t_B为变压器年平均运行小时数(h)。τ_B为压器最大负荷损失小时数(h)，由最大负荷利用小时数及功率因数确定。

通过上述内容，可得到变压器损耗的两个损耗模型：变压器空载损耗模型及变压器负载损耗模型。由上述内容中对输电线路损耗的相关说明可知，输电线路损耗主要由线路电阻损耗构成。对于输电线路损耗，本实施例不对建立配电网对应的变压器损耗模型的方式作具体限定，包括但不限于：基于输电线路的电阻损耗参数，建立配电网对应的线路损耗模型。

一般而言线路电阻损耗的计算过程可参考如下公式(8)：

ΔP＝3I²R×10^-3 (8)

或者，参考如下公式(9):

或者，参考如下公式(10):

ΔP＝3(S/U)²R×10^-3 (10)

其中，R的计算过程可参考如下公式(11)：

选择公式(9)作为线路电阻损耗的计算公式，将上述公式(11) 代入到上述公式(9)中，可得到如下公式(12)：

在上述公式(12)中，ΔP为三相输电线路的有功功率损耗(kw)。 I为线路通过的线电流(A)，R为线路每相电阻(Ω)。P为线路负载率(kW)，U为线路运行电压(kV)。cosφ为变压器功率因数，S为线路输送的视在功率。ρ为导线电阻率，S_j为导线截面积，l为线路长度。

对于任一类型供电区域的配电网，通过本步骤可得到配电网对应的损耗模型，分别为变压器损耗模型及线路损耗模型。其中，变压器损耗模型分为空载损耗模型及负载损耗模型。变压器空载损耗模型可参考公式(1)，变压器负载损耗模型可参考公式(4)。另外，线路损耗模型可参考公式(12)。

其中，202、基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益。

由图1对应实施例中的内容可知，线损影响因子可以至少包括导线截面积、线路负载率、线路运行电压、供电半径、线路功率因数、三相不平衡度、变压器负载率、变压器功率因数、变压器型号中的任意一种。

由于本实施例是以图1对应实施例中的配电网模型为基础，以对线损影响因子带来的降损效益进行分析，而配电网模型对应有相应的模型参数，即本步骤需要在模型参数环境下进行降损分析，从而在执行本步骤之前还可选取配电网对应的模型参数，本实施例对此不作具体限定。其中，模型参数可至少包括变电站配置数量、变电站平均变电容量、输电线路长度中的任意一种，本实施例不对选取的模型参数类型作具体限定。为了便于理解，现对上述模型参数及其计算过程进行说明：

(1)变电站配置数量

其中，供电区域内变电站的配置数量由负荷确定。负荷越大，变电站的布点越密集。负荷越小，变电站的布点越稀疏。假设R_h、R_l分别为供电区域内相邻两高低电压等级变电站的供电半径。μ为电量密度，则电量密度与负荷密度之间的转换关系可如下公式(13)所示：

在上述公式(13)中，σ为供电区域内的负荷密度(MW/km^2)， μ为供电区域内的电量密度(MW/km^2)，T_max为最大负荷利用小时数 (h)。

其中，最大负荷利用小时数可通过调研不同负荷密度区域的数据，并对调研结果进行统计后得到。基于统计结果，配电网A+～E类供电区域所对应负荷密度与电量密度的相互转换关系如表3所示：

表3

上述表3为A+～E六类供电区域负荷密度与电量密度之间的对应表。

由于实施例是基于电量密度的概念进行分析与计算，无需考虑供电区域负荷同时率的问题，从而能够简化计算与理论分析过程。基于此，本实施例关于负荷密度的所有计算与分析均以电量密度代替。当供电区域内电量密度已知，中心变电站供电半径为R_h时，供电区域下一级变电站配置座数可由负荷确定，从而下一级变电站的座数配置模型可参考如下公式(14)：

在上述公式(14)中，N_l为本电压等级变电站座数。A_l为单座上一电压等级变电站供电面积，A_h为单座本电压等级变电站供电面积。由公式(14)可知，在供电区域内年电量密度已知的情况下，区域内变电站配置数量由各电压等级变电站的供电半径决定，相邻两电压等级供电半径的比值将影响变电站座数的合理配置。通过上述公式(14)，可计算得到供电区域配电网中的变电站配置数量。

(2)变电站平均变电容量

供电区域负荷可确定变电站的规模与布局，变电站平均变电容量可由变电站供电负荷、容载比以及最大负荷利用小时数来确定。其中，变电站平均变电容量的配置模型可参考如下公式(15)：

在上述公式(15)中，S_B为变电站平均变电容量(kVA)。μ为供电区域内的电量密度(kWh/km^2)，R为变电站的经济供电半径(km)。 K_p为某电压等级下变电站容载比(kVA/kW)，T_max为最大负荷利用小时数(h)。

当供电区域内的电量密度一定时，变电站的变电容量受经济供电半径、容载比及最大负荷利用小时数影响。其中，容载比是指在满足供电可靠性的前提下，变电容量与用电负荷的比值。容载比是表征电网供电能力和电网规划宏观控制变电容量的依据。当配电网发生故障时，合理的容载比与电网结构可确保负荷能够有序转移，保证供电的可靠性且可满足负荷增长需求。对于某一确定的供电地区，各级变电站的容载比可依据当地负荷增长率及经济发展水平来确定，具体可参照《配电网规划设计技术与导则》中关于容载比的选择推荐范围，可如下表4所示：

表4

上述表4为35～110kV电网容载比选择范围推荐值。

另外，最大负荷利用小时数可通过对不同负荷密度区域数据进行统计得到，从而针对某一确定的供电地区，变电站的变电容量由经济供电半径确定。通过分析不同电量密度地区最大负荷利用小时数的统计数据，可得出负荷密度差异化地区各电压等级的最大负荷利用小时数取值表，可如下表5所示：

表5

上表5为不同电量密度下各电压等级的最大负荷利用小时数取值。

(3)变电站平均变电容量

其中，供电区域内各电压等级变电站之间的输电线路长度与各级供电半径相关，某一电压等级电网线路长度由变电站座数及该电压等级变电站与上一级变电站之间的距离所决定。为了便于分析，假设高电压等级变电站供电半径是低电压等级变电站供电半径的奇数倍，具体可参考如下公式(16)：

R_h/R_l＝2n+1 (16)

当R_h/R_l的值为3时，供电区域内仅有一个环形负荷带，且该负荷带宽度为变电站供电半径的两倍。低电压等级变电站座数为 N_l＝(3²-1)，则该电压等级输电线路总长可参考如下公式(17)：

L＝(3²-1)(3-1)R_l (17)

当R_h/R_l的值为5时，供电圆区域内有两个带宽相等的环形负荷带，低电压等级变电站座数为N_l＝(3²-1)+(5²-3²)，则供电区域内该电压等级线路总长可参考如下公式(18)：

L＝(3²-1)(3-1)R_l+(5²-3²)(5-1)R_l (18)

同理，当R_h/R_l＝k时(k为任意正数)，根据数学归纳法可推得输电线路总长度的一般计算式(19)：

上述推导过程是变电站电源进线为一条的情况，实际电源进线条数由变电站供电负荷及输电线路经济载荷确定。线路载荷能力越大，电源进线越少。线路载荷能力与建设投资存在相互矛盾的关系，即载荷能力越大，投资费用越高。综合输电线路投资与损耗两方面因素，可确定导线的经济截面与经济电流密度。其中，经济电流密度的取值可参考如下表6所示：

表6

上表6为导线和电缆线路的经济电流密度表，经济电流密度的单位为A/mm²。

若各级输电线路导线截面均按照经济电流密度选择，则变电站电源进线条数的优化配置表达式可如下公式(20)所示：

在上述公式(20)，n为变电站电源进线条数。R_l为变电站经济供电半径(km)，U为输电导线电压等级(kV)。J为经济电流密度(A/mm²)，S_j为导线截面积(mm²)，为线路末端功率因数角。

由上述公式(20)可知，各电压等级变电站(10kV及以下为配电变压器)的电源进线条数主要受经济供电半径及所在电压等级影响。结合上述公式(19)及公式(20)，变电站进线输电线路总长度可由单条进线长度与进线条数的乘积表示，具体可参考如下公式(21)：

在上述公式(21)中，q为输电线路曲折系数，其由供电区域地形地貌确定，一般取1.1～1.3。L为单条电源进线时线路总长度(km)， R_h为高一级变电站经济供电半径(km)，R_l为低一级变电站经济供电半径(km)。

由上述公式(21)中的优化计算模型可知，变电站输电线路总长度主要由高低相邻两级变电站的经济供电半径所确定。除此之外，还受导线所在电压等级、经济电流密度及导线截面的选择的影响。依据《配电网规划设计技术导则》中所列举的推荐值，可选取不同负荷密度地区各电压等级输电线路导线截面。

在选取配电网对应的模型参数之后，可执行本步骤。本实施例不对基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益的方式作具体限定，包括但不限于：对于损耗模型中的任一线损影响因子，基于配电网对应的模型参数，调整任一线损影响因子的取值，并基于损耗模型计算相应的线损率；基于不同的取值与相应的线损率，构建任一线损影响因子对应的拟合曲线；计算拟合曲线的斜率，并将斜率作为任一线损影响因子对配点网的降损效益。

在执行上述过程之前，可先基于配电网对应的损耗模型，对不同线损影响因子的降损灵敏性进行分析，分析过程如下：

(1)导线截面积

基于上述公式(12)中的线路损耗模型，对导线截面积求偏导，可得到如下公式(22)：

由上述公式(22)可知，线损率与导线截面积成反比，且变化趋势为非线性。导线的导线型号、敷设方式、导线排列方式甚至接地方式等均对损耗有影响。导线截面增大时，电阻减小，将导致损耗下降；反之，损耗上升。导线敷设方式、导线排列方式(水平排列、垂直排列及线间距离)影响了线路参数(导纳、电容、电抗)，从而可影响线路损耗。

(2)线路负载率

基于上述公式(9)中的线路损耗模型，对线路负载率求偏导，可得到如下公式(23)：

由上述公式(23)可知，在线路参数、电压和功率因数保持恒定的情况下，线路损耗率与传输功率成正比，即与线路负载率成正比。随着线路负载率的增加，不仅损耗功率的绝对值在增加，损耗率也在上升。

(3)线路运行电压

基于上述公式(9)中的线路损耗模型，对线路运行电压求偏导，可得到如下公式(24)：

由上述公式(24)可知，线路损耗率与运行电压成反比。当电压偏离额定值时，将加大网络中的功率损耗。因此，应尽可能提高网络的电压水平，防止运行电压过低情况的发生。

(4)供电半径

基于本实施例上述内容中的假设情况，各个电压等级的供电半径之间有固定的比例关系。在设置供电半径的参数时，线路长度、出线条数等数值的计算结果会导致最终计算的线损结果与实际经验有偏差。其中，线路长度的计算过程可参考公式(19)。

由公式(19)可知，改变某一电压等级的供电半径，其线路长度与供电半径不一定成正比。这导致在计算过程中，线损率和供电半径呈负相关的现象。由于本次配电网模型中假设的是负荷均匀分布，从而供电半径的改变也决定该区域供电量的改变。由上述公式(15)可知，改变供电半径对变压器的容量也会造成影响，从而对于所使用的配电网模型，供电半径的改变不仅仅是供电线路长度发生变化，也会影响到变压器和线路的承受电量。考虑到在实际电网中供电半径的改变主要影响的是供电线路的长度，从而在本次计算过程中，将供电半径的改变等效为线路长度的改变，并引入曲折系数q来量化线路长度的变化值。

基于上述公式(12)中的线路损耗模型，对线路长度求偏导，可得到如下公式(25)：

由上述公式(25)可知，线路长度通过对电阻的影响可改变线损率，线损率的大小和线路长度成正比。考虑到在实际电网中供电半径的改变主要影响的是供电线路的长度，从而在本次计算过程中，将供电半径的改变等效为线路长度的改变，即只考虑供电半径改变对线路电阻的影响。

供电半径的取值受两方面因素的影响：

①电压等级。电压等级越高，供电半径也就相对较大，二者成正比的关系。

②用户终端密集度。当电力的负载程度越多时，供电半径就相应越小，即二者成反比的关系。在相同等级电压的输电过程中，造成供电半径过大的原因是电压跌落的情况减小。在相同等级电压下，郊外地区的供电半径要大于城市区域或者是工业区域。

(5)线路功率因数

线损率随线路功率因数增大而减小。在电力系统分析过程中，通常习惯使用功率因数来进行表达而不用视在功率。以功率因数为变量，设将其代入公式(9)中，可得到如下公式(26)：

基于上述公式(26)中的线路损耗模型，对线路功率因数m求偏导，可得到如下公式(27)：

由上述公式(27)可知，线损功率与线路传输的视在功率的平方成正比。换言之，线路传输的有功功率和无功功率，都会造成有功功率的损耗。功率因数恒大于零，dΔP/dm恒小于零，即功率因数越大，则线路损耗越小。

(6)三相不平衡度

在此先引入不平衡度β，其计算过程可参考如下公式(28)：

在上述公式(28)中，为相电流，I_pj为平均电流。

记K为三相不平衡线损增量系数，K的计算过程可参考如下公式 (29)：

假设β_A＝β_B，则上述公式(29)可变化为公式(30)：

K＝1+8β² (30)

由上述公式(30)可知，即线损率与三相不平衡度成正比。三相负荷不平衡，将会导致线损增加。对于低压电网，三相负荷不平衡的现象较为严重。低压电网中三相负荷不平衡，不仅会增加三个相线的线损，还会使得零线电流不为0，导致零线也产生线损，即对低压线损影响较大。三相不平衡度对于线损率的影响是非线性的，这是由于三相不平衡度的线损增量系数与三相不平衡的平方成正比，从而极端的三相不平衡状态对线损率的影响极大。

目前农村单相负荷已成为电力负荷的主要方面，农村低压线路虽多为三相四线，但很多没有注意到把单相负荷均衡的分配到三相电路上，并且还有一定数量的单相两线、三相三线制供电。按一般情况平均测算估计，单相负荷的线损可能增加2至4倍，由此可知，调整三相负荷平衡用电是降损的主要环节。

(7)变压器负载率

基于上述公式(4)中的变压器负载损耗模型及上述公式(1)中的变压器空载损耗模型，分别对变压器负载率v求偏导。其中，负载损耗模型对应的偏导数可参考如下公式(31)：

空载损耗模型对应的偏导数可参考如下公式(32)：

对于变压器，对损耗影响最大的因素即为负载率。由前述内容可知，在负载率较低的情况下，空载损耗为变压器损耗中的主要部分，这显然是不经济的。在负载率极高的情况下，即使不考虑让系统安全稳定运行，损耗率也会大幅升高。基于此，应当根据实际负荷需求，合理选择变压器容量，使变压器负载率保持在合理的运行范围区间内，从而在保持经济稳定运行的同时，尽可能地减小变压器的运行损耗。

(8)变压器功率因数

基于上述公式(4)中的变压器负载损耗模型，对功率因数求偏导，可得到如下公式(33)：

由上述公式(33)可知，变压器损耗率随功率因数的增大而减小，其关系为非线性。电力系统在进行无功电控制时，可遵循无功功率“分层分区平衡”的原则。所谓分区平衡，即是指无功功率不应大量跨区传输。其中，控制线路交换无功功率对网络损耗的改善已经在线路损耗分析中进行了详细阐述。

所谓分层平衡，即是指高低压电网之间应尽可能避免无功功率交换。通常情况下，高压侧线路由于其电压等级较高，在线路轻载条件下会出现大量剩余充电功率。若线路所配置高抗不足以平衡充电功率，则会传输至低压侧，降低变压器功率因数。在实际实施过程中，也可能存在另一种情况，即低压侧无功配置不合理导致大量剩余无功功率，反灌至高压侧系统，这种情况在系统运行中应尽量避免。对变压器损耗而言，影响的只是功率因数的绝对值，其负号并不重要。

(9)变压器型号

在本实施例中，可选择S7、S9、S10、S11三种变压器型号。通过拟合得到变压器容量与空载损耗、负载损耗之间的线性关系，变压器损耗随着性能序列号的增大而减小。变压器的选择对线损影响主要表现在变压器容量、变电站主变压器数量及变压器型号(ST系列、S9系列、S11系列、非晶合金配电变压器、调容变压器等)上。对于相同的负荷，存在使变压器损耗最小的变压器容量。当偏离这一容量时，变压器损耗将增大。

基于对上述九种线损影响因子降损灵敏性的分析过程，对于任一线损影响因子，现基于配电网对应的模型参数，调整该线损影响因子的取值。本实施例不对线损影响因子取值的调整方式作具体限定，包括但不限于：根据模型参数的取值范围，确定任一线损影响因子的取值范围；按照任一线损影响因子的取值范围，调整任一线损影响因子的取值。

例如，若根据某一模型参数的取值范围确定了导线截面积的取值范围为50～70mm²，则可在该取值范围内对导线截面积进行调整。

为了便于对线损影响因子的取值调整过程进行说明，现以导线截面积为例。依次改变导线截面积的取值，可基于上述公式(12)中的线路损耗模型，计算得到相应的线损率。将计算得到的线损率做成柱状图，如图3所示。通过excel中的SLOPE函数，可求得以导线截面积(线损影响因子)为横坐标，线损率为纵坐标的拟合曲线所对应的斜率，从而可将该斜率作为导线截面积对配点网的降损效益，即线损影响因子对线损率的影响程度。

同理，重复上述过程可依次得到其它八种线损影响因子对应的柱状图，参考图4至图12。

其中，A+～E类配电网各线损影响因子对应的降损效益，即对线损率的影响程度，可参考如下表7：

表7

通过对线损影响因子进行分析可以得出，不同区域配电网在设备/ 运行/管理水平方面具有明显的差异。因此，在进行线损影响程度分析时，应结合区域电网的实际发展水平，基于《配电网规划设计技术导则》中对供电区域的划分情况、对区域电网典型方案及运行水平的规范进行分析。以E类供电区域为例，分析结果如下：

(1)从导线截面的角度分析：在导则的推荐方案中，E类供电区域其110kV架空线路截面不宜小于150mm²，66kV、35kV架空线路截面不宜小于120mm²，10kV线路供电半径应满足末端电压质量的要求。按照导则中的线路导线截面，推荐表选择截面。在E类地区的线路上，将低压导向截面积由35升至50，线损率降低4.63。由此可见，在E 类供电区域的导线截面积对线损率影响程度较大，A+/A类地区同理。其中，这种差异化的影响程度是由于导线截面积与线损率的非线性关系所决定的。

(2)从线路长度的角度分析：导则中规定，原则上E类供电地区供电半径应根据需要经计算确定。根据表3中所得的数据，当线路增长10％时，线损率增大0.434。

(3)从线路的负载率角度分析，导则中对线路负载率没有明确的规定，在E类区域中，线路从轻载(30％)到重载(80％)，线损率由 1.38升至3.51。

(4)从线路功率因数角度分析，功率因数从0.85提升至0.95对应的线损率变化范围为4.63～4.15。

(5)从线路运行电压来看，导则规定，110～35kV供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％。10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7％。220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7％与10％。通过对整个配网的损耗值占比分析，低压线路损耗的占比约为整个配网损耗的58％，从而配网的整体损耗对低压运行电压的敏感度较高。当低压运行电压由额定值变为额定电压的90％时，线损率变化范围为4.61～4.36。

(6)从三相不平衡度来看，三相不平衡度的影响程度为非线性， A+/A类的三相不平衡度较低，从而该区域内三相不平衡度的影响程度较低。在本次计算过程中，设置三相不平衡度范围ge为0.3～0.4，在此范围内的线损率变化范围为2.24～2.52。

(7)从变压器负载率来看，负载率由30％到80％，线损率由4.36 升至5.10。

(8)从变压器型号来看，S7系列是我国目前节能变压器的主导产品，S9系列是全国统一设计的新产品。与S7相比，S9空载损耗平均降低了8％，负载损耗平均降低了25％左右。S10系列与S7相比，空载损耗降低了30％，负载损耗降低了15％。按照拟合系数得到的结果进行计算，采用新型变压器平均会使线损率降低0.24。

(9)从变压器功率因数来看，功率因数由0.85到0.95，线损率由 6.37降至3.23。

其中，203、对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序。

通过上述步骤202，在得到每一线损影响因子对配电网的降损效益之后，可对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序。关于对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序的方式，本实施例对此不作具体限定，包括但不限于：按照降损效益对应绝对值的大小，对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序。

例如，如上表7所示。对于E类供电区域的列数据，对每一降损效益取绝对值，并对每一降损效益的绝对值进行排序。其中，绝对值最大的为三相不平衡度为7.392，即三相不平衡度对应的降损效益最大，其优先级最高。

其中，204、根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。

基于上述步骤203中的排序结果，可对线损影响因子进行调整，以实现对配电网进行降损。本实施例不对根据排序结果对线损影响因子进行调整的方式作具体限定，包括但不限于：对于排序后的任一降损效益，当任一降损效益的值小于零时，降低任一降损效益对应的线损影响因子；当任一降损效益的值大于零时，提高任一降损效益对应的线损影响因子。

例如，对于E类供电区域的列数据，可确定绝对值最大的降损效益为7.392，对应的线损影响因子为三相不平衡度。由于三相不平衡度对应降损效益的值大于零，从而可提高三相不平衡度以实现对配电网进行降损。绝对值大小次之的降损效益为-6.018，对应的线损影响因子为运行电压。由于运行电压对应的降损效益小于零，从而可降低运行电压以实现对配电网进行降损。

需要说明的是，由上述步骤203可知，降损效益对应绝对值的大小对应着调整优先级，从而可优先调整降损效益绝对值较大的线损影响因子，进而定位配电网降损的薄弱环节，以实现针对性地降损，本实施例对此不作具体限定。

本发明实施例提供的方法，对于任一类型供电区域的配电网，通过建立配电网对应的损耗模型。基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益。对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序。根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。由于对于任一类型供电区域的配电网，均可基于配电网的损耗模型，分析每一线损影响因子对配电网的降损效益，即每一线损影响因子对不同供电区域类型、电压等级、元件损耗的影响程度及影响范围，从而能够结合配电网的实际损耗分布情况，定位配电网降损的薄弱环节，以实现针对性地降损。因此，降损效果较佳。

基于上述图1或图2对应实施例所提供的配电网降损方法，本发明实施例提供了一种配电网降损装置。参见图12，该装置包括：

获取模块1201，用于对于任一类型供电区域的配电网，基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益；

排序模块1202，用于对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序；

降损模块1203，用于根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。

作为一种可选实施例，损耗模型为变压器损耗模型，该装置还包括：

第一建立模块，用于根据配电网中的变压器容量，建立配电网对应的变压器损耗模型。

作为一种可选实施例，第一建立模块，用于根据配电网中变压器的装设容量及容运比，建立配电网对应的变压器空载损耗模型；和/ 或，根据配电网中变压器的实际运行容量及变压器低压侧的功率因数，建立配电网对应的变压器负载损耗模型。

作为一种可选实施例，损耗模型为线路损耗模型，该装置还包括：

第二建立模块，用于基于输电线路的电阻损耗参数，建立配电网对应的线路损耗模型。

作为一种可选实施例，获取模块1201，包括：

调整单元，用于对于损耗模型中的任一线损影响因子，基于配电网对应的模型参数，调整任一线损影响因子的取值，并基于损耗模型计算相应的线损率；

构建单元，用于基于不同的取值与相应的线损率，构建任一线损影响因子对应的拟合曲线；

计算单元，用于计算拟合曲线的斜率，并将斜率作为任一线损影响因子对配点网的降损效益。

作为一种可选实施例，获取模块1201，还包括：

选取单元，用于选取配电网对应的模型参数，模型参数至少包括变电站配置数量、变电站平均变电容量、输电线路长度中的任意一种。

作为一种可选实施例，调整单元，用于根据模型参数的取值范围，确定任一线损影响因子的取值范围；按照任一线损影响因子的取值范围，调整任一线损影响因子的取值。

作为一种可选实施例，排序模块1202，用于按照降损效益对应绝对值的大小，对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序。

作为一种可选实施例，降损模块1203，用于对于排序后的任一降损效益，当任一降损效益的值小于零时，降低任一降损效益对应的线损影响因子；当任一降损效益的值大于零时，提高任一降损效益对应的线损影响因子。

本发明实施例提供的装置，通过基于配电网对应的损耗模型，获取损耗模型中每一线损影响因子对配电网的降损效益。对每一线损影响因子对配电网的降损效益进行排序。根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对配电网进行降损。由于对于任一类型供电区域的配电网，均可基于配电网的损耗模型，分析每一线损影响因子对配电网的降损效益，即每一线损影响因子对不同供电区域类型、电压等级、元件损耗的影响程度及影响范围，从而能够结合配电网的实际损耗分布情况，定位配电网降损的薄弱环节，以实现针对性地降损。因此，降损效果较佳。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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

1.一种配电网降损方法，其特征在于，包括：

步骤1，对于任一类型供电区域的配电网，基于所述配电网对应的损耗模型，获取所述损耗模型中每一线损影响因子对所述配电网的降损效益；

步骤2，对每一线损影响因子对所述配电网的降损效益进行排序；

步骤3，根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对所述配电网进行降损。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述损耗模型为变压器损耗模型，所述步骤1之前还包括：

根据所述配电网中的变压器容量，建立所述配电网对应的变压器损耗模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电网中的变压器容量，建立所述配电网对应的变压器损耗模型，包括：

根据所述配电网中变压器的装设容量及容运比，建立所述配电网对应的变压器空载损耗模型；和/或，

根据所述配电网中变压器的实际运行容量及变压器低压侧的功率因数，建立所述配电网对应的变压器负载损耗模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述损耗模型为线路损耗模型，所述步骤1之前还包括：

基于输电线路的电阻损耗参数，建立所述配电网对应的线路损耗模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：

步骤11，对于所述损耗模型中的任一线损影响因子，基于所述配电网对应的模型参数，调整所述任一线损影响因子的取值，并基于所述损耗模型计算相应的线损率；

步骤12，基于不同的取值与相应的线损率，构建所述任一线损影响因子对应的拟合曲线；

步骤13，计算所述拟合曲线的斜率，并将所述斜率作为所述任一线损影响因子对所述配点网的降损效益。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤11之前还包括：

选取所述配电网对应的模型参数，所述模型参数至少包括变电站配置数量、变电站平均变电容量、输电线路长度中的任意一种。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤11中基于所述配电网对应的模型参数，调整所述任一线损影响因子的取值，包括：

根据所述模型参数的取值范围，确定所述任一线损影响因子的取值范围；

按照所述任一线损影响因子的取值范围，调整所述任一线损影响因子的取值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：

按照降损效益对应绝对值的大小，对每一线损影响因子对所述配电网的降损效益进行排序。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中根据排序结果对线损影响因子进行调整，包括：

对于排序后的任一降损效益，当所述任一降损效益的值小于零时，降低所述任一降损效益对应的线损影响因子；

当所述任一降损效益的值大于零时，提高所述任一降损效益对应的线损影响因子。

10.一种配电网降损装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于对于任一类型供电区域的配电网，基于所述配电网对应的损耗模型，获取所述损耗模型中每一线损影响因子对所述配电网的降损效益；

排序模块，用于对每一线损影响因子对所述配电网的降损效益进行排序；

降损模块，用于根据排序结果对线损影响因子进行调整，以对所述配电网进行降损。