CN111680469A - 一种中低压配电网线损极限值计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中低压配电网线损极限值计算方法，包括使用模糊聚类理论对中低压配电网中典型线路的选取，进行干线极限负荷曲线的拟合计算最大可变损耗，计算配电网中变压器极限损耗，线路极限损耗计算并求解；本发明基于的是干线极限负荷曲线拟合迭代的算法，计算得到变压器的极限损耗以及线路的极限损耗，得出随用户负荷曲线变化，馈线线损率的变化情况，从而得到线损极限值区间，从而可以找出现有配电网线损值中大量的不合理线损值，为中低压配电网的线损管理、分配和分析打下坚实的基础。

Description

一种中低压配电网线损极限值计算方法

技术领域

本发明涉及配电网领域，尤其是一种中低压配电网线损极限值计算方法。

背景技术

线损是配电网运行过程中普遍存在的电能损耗现象，降低配电网的线损可 使电能得到更加充分的利用，减少电能耗费，进而保障配电网的经济、合理运 行。线损的产生是多方面的，通过分析线损产生的原因，进一步明确线损的危 害，并针对这些危害提出降损优化措施；线损率作为一种综合反映电力系统中 规划设计、生产运行、经营管理水平的经济技术指标，是电力部门日常管理工 作中所关注的重要内容。降低线损率能够带来非常可观的经济与社会效益。我 国对低压客户全面实行分台区管理，台区线损直接反映了一个地区的电网营销 管理水平。台区线损管理通过比较理论线损与实际线损的差值，对不合理线损 进行分析和预测，提供较为科学有效的降损措施，有利于提升电力部门的管理 水平与经济效益，促进电网的建设与改造的科学性与合理性。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较 佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或 省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略 不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的技术问题是对线损极限值的研究随负荷在合理区 间内的变化，馈线的线损率将出现较大的差异，因此需要建立中低配电网随负 荷曲线变化的线损率的模型，得出中低压配电网线损极限值的变化范围。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种中低压配电网线损 极限值计算方法，包括使用模糊聚类理论对中低压配电网中典型线路的选取； 进行干线极限负荷曲线的拟合计算最大可变损耗；计算配电网中变压器极限损 耗；线路极限损耗计算并求解。

作为本发明所述中低压配电网线损极限值计算方法的一种优选方案，其 中：所述模糊聚类理论包括样本数据收集，构建指标体系，聚类计算；所述样 本数据收集选择供电线主干线长度、电缆化率、线路允许最大载流量、年最大 电流、年最高负载率、容量合计和平均电量这7项馈线指标参数，所述构建指 标体系从线损贡献度及指标相互关系两方面对所收集指标进行分析，将两方面 分析结果进行综合，所述聚类计算使用Xie-Beni聚类有效性函数，确定中低压 配电网馈线最优分类数，之后使用模糊C均值(FCM)聚类算法及聚类指标体 系，对样本馈线进行聚类计算并选取每类中最靠近聚类中心的一条馈线作为该 类的中心馈线。

作为本发明所述中低压配电网线损极限值计算方法的一种优选方案，其 中：所述进行干线极限负荷曲线的拟合即从线路末端开始往前逐步将该干线下 的分段线路(下级干线)的极限负荷曲线进行叠加；假设各负荷点的负荷同时 取得最大值，则在叠加过程中总是将各分段线路(下级干线)极限负荷曲线最 大值的部分尽可能的叠加在一起，最终形成的干线负荷曲线为最大可能的波动 “梯形波”，在该种情况下的负荷曲线形状系数取得最大值。

作为本发明所述中低压配电网线损极限值计算方法的一种优选方案，其 中：所述计算配电网中变压器极限损耗包括以下步骤：计算配电网中变压器损 耗电量，变压器极限形状系数确定，变压器极限损耗求解。

作为本发明所述中低压配电网线损极限值计算方法的一种优选方案，其 中：所述配电网中变压器损耗电量的计算公式为：

在式子中，S_i，S_rmi，P_oi，k_i，I_avi，T，U分别表示第i台变压器的表示额定 容量、视在负荷、空载损耗、负载损耗、负荷曲线系数、月平均电流、变压器 月用小时数和额定电压。

作为本发明所述中低压配电网线损极限值计算方法的一种优选方案，其 中：所述变压器极限形状系数确定为若以i，T和k分别表示变压器低压侧瞬 时电流值、月用电小时数和月负荷曲线形状系数，则变压器月负荷曲线形状系 数的计算公式为：

如果变电站的低压侧月最小负荷没有给出，该最小负荷一般取0，若以W_pT代表变压器月有功功率，则月最大负荷持续时间为

鉴于于k≥1且为常数，在考虑k_min时，一般将变压器的负荷取为定值，而 变压器负荷曲线的最大、最小值通过冲激脉冲的形式给出；已知变压型号和容 量的前提下，通过得到变压器的额定负载损耗和额定空载损耗，计算得到变压 器损耗的极限值。

作为本发明所述中低压配电网线损极限值计算方法的一种优选方案，其 中：所述线路极限损耗计算并求解包括以下步骤：馈线各分段线路平均电流确 定，馈线线路极限形状系数确定；其中线路损耗电量计算公式为：

式中，第j段线路的形状系数、月平均电流、月损耗电量和电阻分别用k_j， I_avj，W_1j，R_j表示。

作为本发明所述中低压配电网线损极限值计算方法的一种优选方案，其 中：所述馈线各分段线路平均电流确定的计算公式为：

式中，W_q，W_p和U分别表示馈线首端月无功功率、月有功功率和月平均 电压(取馈线的额定电压)，W_q，W_p和U作为已知量存在，T表示计算月的 小时数，第j条分段线路上流过的电流为：

其中，A_j，I_j和m_j分别代表第j段线路下第jj台变压器的月售电量、月平 均电流和所供变压器的台数，n为第j条馈线所供变压器的总台数。

作为本发明所述中低压配电网线损极限值计算方法的一种优选方案，其 中：所述馈线线路极限形状系数确定包括以下步骤：馈线线路最小形状系数， 馈线线路最大形状系数，线路极限损耗的求解。

作为本发明所述中低压配电网线损极限值计算方法的一种优选方案，其 中：所述馈线线路最小形状系数在在求解馈线线路k_min时，取水平极限负荷曲 线，各馈线分段线路上最大、最小负荷同样以冲激脉冲的形式引入，且k_min＝1；

所述馈线线路最大形状系数确定中，第j段线路所带变压器可变损耗负荷 为：

式中，W_kj为该变压器月可变损耗电量，t_maxj为该变压器月最大负荷利用

小时数；

第j段线路所带变压器固定损耗负荷为：

式中，W_oj为该变压器月固定损耗电量，T为计算月小时数，为保证在求 得线路损耗最大值的同时，变压器损耗同样取得最大值，分段线路所带变压器 的负荷曲线应同样为“矩形波”极限负荷曲线，此时分段线路的负荷曲线为极 限负荷曲线，即形状系数为最大值。

本发明的有益效果：本发明基于的是干线极限负荷曲线拟合迭代的算法， 计算得到变压器的极限损耗以及线路的极限损耗，得出随用户负荷曲线变化， 馈线线损率的变化情况，从而可以找出现有配电网线损值中大量的不合理线损 值，为中低压配电网的线损管理、分配和分析打下坚实的基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明提供的一种实施例所述的中低压配电网线损极限值计算方法 中干线极限负荷曲线迭代步骤示意图；

图2为本发明提供的一种实施例所述的中低压配电网线损极限值计算方法 中某变压器的持续负荷曲线图；

图3为本发明提供的一种实施例所述的中低压配电网线损极限值计算方法 中损耗取最大值时变压器低压侧负荷曲线图；

图4为本发明提供的一种实施例所述的中低压配电网线损极限值计算方法 中损耗取最小值时的变压器低压侧负荷曲线图；

图5为本发明提供的一种实施例所述的中低压配电网线损极限值计算方法 中某一馈线的拓扑结构图；

图6为本发明提供的一种实施例中心城区重负荷短距离线损率与负荷曲线 图；

图7为本发明提供的一种实施例中心城区重负荷长距离线损率与负荷曲线 图；

图8为本发明提供的一种实施例中心城区中负荷中距离线损率与负荷曲线 图；

图9为本发明提供的一种实施例中心城区中负荷长距离线损率与负荷曲线 图；

图10为本发明提供的一种实施例中心城区轻负荷短距离线损率与负荷曲 线图；

图11为本发明提供的一种实施例中心城区轻负荷长距离线损率与负荷曲 线图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书 附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例 的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于 说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只 是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、 宽度及深度的三维空间尺寸。

再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至 少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的 “在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他 实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～5，本实施例提供了一种中低压配电网线损极限值计算方法，包 括以下步骤：

S1：使用模糊聚类理论对中低压配电网中典型线路的选取；

S2：进行干线极限负荷曲线的拟合计算最大可变损耗；

S3：计算配电网中变压器极限损耗；

S4：线路极限损耗计算并求解。

具体的，模糊聚类理论包括样本数据收集，构建指标体系，聚类计算；所 述样本数据收集选择供电线主干线长度、电缆化率、线路允许最大载流量、年 最大电流、年最高负载率、容量合计和平均电量这7项馈线指标参数，所述构 建指标体系从线损贡献度及指标相互关系两方面对所收集指标进行分析，将两 方面分析结果进行综合，所述聚类计算使用Xie-Beni聚类有效性函数，确定中 低压配电网馈线最优分类数，之后使用模糊C均值(FCM)聚类算法及聚类指 标体系，对样本馈线进行聚类计算并选取每类中最靠近聚类中心的一条馈线作 为该类的中心馈线。

进一步的，进行干线极限负荷曲线的拟合即从线路末端开始往前逐步将该 干线下的分段线路(下级干线)的极限负荷曲线进行叠加；假设各负荷点的负 荷同时取得最大值，则在叠加过程中总是将各分段线路(下级干线)极限负荷 曲线最大值的部分尽可能的叠加在一起，最终形成的干线负荷曲线为最大可能 的波动“梯形波”，在该种情况下的负荷曲线形状系数取得最大值,干线极限负 荷曲线的具体迭代步骤如图1所示。

进一步的，计算配电网中变压器极限损耗包括以下步骤：计算配电网中变 压器损耗电量，变压器极限形状系数确定，变压器极限损耗求解。

具体的，配电网中变压器损耗电量的计算公式为：

在式子中，S_i，S_rmi，P_oi，k_i，I_avi，T，U分别表示第i台变压器的表示额定 容量、视在负荷、空载损耗、负载损耗、负荷曲线系数、月平均电流、变压器 月用小时数和额定电压。

变压器极限形状系数确定为若以i，T和k分别表示变压器低压侧瞬时电 流值、月用电小时数和月负荷曲线形状系数，则变压器月负荷曲线形状系数的 计算公式为：

在给出出变压器的月最大、最小负荷和有功电量的前提下，变压器的负荷 曲线取按照图2所示规律变化时，k取得最大值。

如果变电站的低压侧月最小负荷没有给出，该最小负荷一般取0，此时极 限负荷曲线如图3所示。若以W_pT代表变压器月有功功率，则月最大负荷持续 时间为

鉴于于k≥1且为常数，在考虑k_min时，一般将变压器的负荷取为定值，而 变压器负荷曲线的最大、最小值通过冲激脉冲的形式给出，图4给出了负荷曲 线的形状，此时k_min＝1。中压配电网变压器现有的数据主要包括：变压器的型 号、容量、月有功电量以及月最大负荷.在已知变压型号和容量的前提下，通过 得到变压器的额定负载损耗和额定空载损耗，再按上述方法便可计算得到变压 器损耗的极限值。

进一步的，线路极限损耗计算并求解包括以下步骤：馈线各分段线路平均 电流确定，馈线线路极限形状系数确定；其中线路损耗电量计算公式为：

式中，第j段线路的形状系数、月平均电流、月损耗电量和电阻分别用k_j， I_avj，W_1j，R_j表示。

假设设配电网中的中压馈线全部通过单电源供电，馈线的备用通过另一条 线路完成，通常情况下备用开关为断开状态，图5为某一馈线的拓扑结构， 馈线上有n台变压器，图5中标出了馈线中所有分段线路和变压器的电流，馈 线首端的月平均电流的计算公式为：

式中，W_q，W_p和U分别表示馈线首端月无功功率、月有功功率和月平均 电压(取馈线的额定电压)，在图5中W_q，W_p和U作为已知量存在，T表 示计算月的小时数，第j条分段线路上流过的电流为：

其中，A_j，I_j和m_j分别代表第j段线路下第jj台变压器的月售电量、月平 均电流和所供变压器的台数，n为第j条馈线所供变压器的总台数。

馈线线路极限形状系数确定包括以下步骤：馈线线路最小形状系数，馈线 线路最大形状系数，线路极限损耗的求解。在线路损耗电量计算公式中，除形 状系数k外的变量一般是确定的，因此，k是影响馈线损耗电量的主要因素。

馈线线路最小形状系数在在求解馈线线路k_min时，取水平极限负荷曲线， 各馈线分段线路上最大、最小负荷同样以冲激脉冲的形式引入，且k_min＝1；

所述馈线线路最大形状系数确定中，分段线路负荷曲线由该分段线路所带 变压器的负荷曲线与变压器损耗负荷两部分组成.变压器损耗负荷指变压器在 运行中的损耗电量所对应的功率，分为可变损耗负荷和固定损耗负荷。

第j段线路所带变压器可变损耗负荷为：

式中，W_kj为该变压器月可变损耗电量，t_maxj为该变压器月最大负荷利用小 时数；

第j段线路所带变压器固定损耗负荷为：

式中，W_oj为该变压器月固定损耗电量，T为计算月小时数，为保证在求 得线路损耗最大值的同时，变压器损耗同样取得最大值，分段线路所带变压器 的负荷曲线应同样为“矩形波”极限负荷曲线，此时分段线路的负荷曲线为极 限负荷曲线，即形状系数为最大值。

综上，中压配电网馈线已知条件有：线路首端的月视在功率，变压器的容 量和月平均负荷，各分段线路的长度、型号，根据本实施例的上述方法可求得 馈线线路损耗的极限值。

实施例2

参照图6～11，为本发明第二个实施例，该实施例基于上一个实施例，且 与上一个实施例不同的是：本实施例由10kV线路线损率曲线情况分析得线损 极限值；参照图6，当前的日有功供电量是53875kWh，以此为供电量为基数1， 中心城区重负荷短距离供电量与线损率的关系如图6所示；参照图7，当前的 日有功供电量是76920kWh，以此为供电量为基数1，中心城区重负荷长距离 供电量与线损率的关系如下图7所示；参照图8，当前的日有功供电量是 40348kWh，以此为供电量为基数1，中心城区中负荷短距离供电量与线损率的 关系如下图8所示；参照图9，当前的日有功供电量是51836kWh，以此为供 电量为基数1，中心城区中负荷长距离供电量与线损率的关系如图9所示参照 图10，当前的日有功供电量是16640kWh，以此为供电量为基数1，中心城区 轻负荷短距离供电量与线损率的关系如图10所示；参照图11，当前的日有功 供电量是20555kWh，以此为供电量为基数1，中心城区轻负荷长距离供电量 与线损率的关系如图11所示；参照图7～11，通过

计算得到中压配网变压器最大、最小极限损耗电量，按

计算得到中压配网线路最大、最小极限损耗电量，将变压器和线路的最大、最 小极限损耗电量分别相加，便得到中压配网的最大、最小极限损耗电量，求得 了最大最小极限损耗电量，得到的中压配电网极限线损率，线损随负载变化情 况如图6～11所示，统计结果统计如表1所示：

本实施例基于的是干线极限负荷曲线拟合迭代的算法，计算得到变压器的 极限损耗以及线路的极限损耗，得出随用户负荷曲线变化，馈线线损率的变化 情况，从而得到线损极限值区间，从而可以找出现有配电网线损值中大量的不 合理线损值，为中低压配电网的线损管理、分配和分析打下坚实的基础。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和 布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅 此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖 教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结 构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使 用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或 元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围 内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺 序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的 执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明 的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他 替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展 至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的 所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于 实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项 目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时 的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所 述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可 以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精 神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：包括，

使用模糊聚类理论对中低压配电网中典型线路的选取；

进行干线极限负荷曲线的拟合计算最大可变损耗；

计算配电网中变压器极限损耗；

线路极限损耗计算并求解。

2.根据权利要求1所述的中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：所述模糊聚类理论包括样本数据收集，构建指标体系，聚类计算；

所述样本数据收集选择供电线主干线长度、电缆化率、线路允许最大载流量、年最大电流、年最高负载率、容量合计和平均电量这7项馈线指标参数，所述构建指标体系从线损贡献度及指标相互关系两方面对所收集指标进行分析，将两方面分析结果进行综合，所述聚类计算使用Xie-Beni聚类有效性函数，确定中低压配电网馈线最优分类数，之后使用模糊C均值(FCM)聚类算法及聚类指标体系，对样本馈线进行聚类计算并选取每类中最靠近聚类中心的一条馈线作为该类的中心馈线。

3.根据权利要求2所述的中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：所述进行干线极限负荷曲线的拟合即从线路末端开始往前逐步将该干线下的分段线路(下级干线)的极限负荷曲线进行叠加；假设各负荷点的负荷同时取得最大值，则在叠加过程中总是将各分段线路(下级干线)极限负荷曲线最大值的部分尽可能的叠加在一起，最终形成的干线负荷曲线为最大可能的波动“梯形波”，在该种情况下的负荷曲线形状系数取得最大值。

4.根据权利要求3所述的中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：所述计算配电网中变压器极限损耗包括以下步骤：计算配电网中变压器损耗电量，变压器极限形状系数确定，变压器极限损耗求解。

5.根据权利要求4所述的中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：所述配电网中变压器损耗电量的计算公式为：

在式子中，S_i，S_rmi，P_oi，k_i，I_avi，T，U分别表示第i台变压器的表示额定容量、视在负荷、空载损耗、负载损耗、负荷曲线系数、月平均电流、变压器月用小时数和额定电压。

6.根据权利要求5所述的中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：所述变压器极限形状系数确定为若以i，T和k分别表示变压器低压侧瞬时电流值、月用电小时数和月负荷曲线形状系数，则变压器月负荷曲线形状系数的计算公式为：

如果变电站的低压侧月最小负荷没有给出，该最小负荷一般取0，若以W_pT代表变压器月有功功率，则月最大负荷持续时间为

鉴于于k≥1且为常数，在考虑k_min时，一般将变压器的负荷取为定值，而变压器负荷曲线的最大、最小值通过冲激脉冲的形式给出；已知变压型号和容量的前提下，通过得到变压器的额定负载损耗和额定空载损耗，计算得到变压器损耗的极限值。

7.根据权利要求1～6任一所述的中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：所述线路极限损耗计算并求解包括以下步骤：馈线各分段线路平均电流确定，馈线线路极限形状系数确定；其中线路损耗电量计算公式为：

式中，第j段线路的形状系数、月平均电流、月损耗电量和电阻分别用k_j，I_avj，W_1j，R_j表示。

8.根据权利要求7所述的中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：所述馈线各分段线路平均电流确定的计算公式为：

式中，W_q，W_p和U分别表示馈线首端月无功功率、月有功功率和月平均电压(取馈线的额定电压)，W_q，W_p和U作为已知量存在，T表示计算月的小时数，第j条分段线路上流过的电流为：

其中，A_jj，I_j和m_j分别代表第j段线路下第jj台变压器的月售电量、月平均电流和所供变压器的台数，n为第j条馈线所供变压器的总台数。

9.根据权利要求8所述的中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：所述馈线线路极限形状系数确定包括以下步骤：馈线线路最小形状系数，馈线线路最大形状系数，线路极限损耗的求解。

10.根据权利要求9所述的中低压配电网线损极限值计算方法，其特征在于：所述馈线线路最小形状系数在在求解馈线线路k_min时，取水平极限负荷曲线，各馈线分段线路上最大、最小负荷同样以冲激脉冲的形式引入，且k_min＝1；

所述馈线线路最大形状系数确定中，第j段线路所带变压器可变损耗负荷为：

式中，W_kj为该变压器月可变损耗电量，t_maxj为该变压器月最大负荷利用

小时数；

第j段线路所带变压器固定损耗负荷为：

式中，W_oj为该变压器月固定损耗电量，T为计算月小时数，为保证在求得线路损耗最大值的同时，变压器损耗同样取得最大值，分段线路所带变压器的负荷曲线应同样为“矩形波”极限负荷曲线，此时分段线路的负荷曲线为极限负荷曲线，即形状系数为最大值。

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