含風(fēng)電的配電網(wǎng)中線損計(jì)算方法改進(jìn)

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(1.新疆電力設(shè)計(jì)院，新疆 烏魯木齊 830047；2.新疆昌吉電力公司，新疆 昌吉 831100)

0 前 言

電網(wǎng)線損是衡量電力系統(tǒng)的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)之一，對(duì)電網(wǎng)線損的理論研究有助于降低網(wǎng)損，提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。近年隨著分布式電源接入容量的不斷增加，使電網(wǎng)潮流分布格局發(fā)生改變，因此對(duì)分布式電源線損的研究越來(lái)越重要。文獻(xiàn)[1-5]針對(duì)小電源并網(wǎng)的特點(diǎn)對(duì)線損的計(jì)算方法進(jìn)行了研究，對(duì)配電網(wǎng)的線損計(jì)算提供了理論依據(jù)。

風(fēng)電由于其自身的特點(diǎn)，通常認(rèn)為它同時(shí)具備電源和負(fù)荷的雙重特點(diǎn)，風(fēng)電的接入勢(shì)必會(huì)對(duì)電網(wǎng)潮流流向產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響線損。傳統(tǒng)等效容量法主要適用于首端功率方向不變的網(wǎng)損計(jì)算，對(duì)于潮流多變的含風(fēng)電的配電網(wǎng)，該方法存在一定的局限性。針對(duì)風(fēng)電自身出力的特點(diǎn)，合理劃分時(shí)段，分時(shí)計(jì)算網(wǎng)損，在原有基礎(chǔ)上對(duì)等效容量法進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種更加精確的含有風(fēng)電的配電網(wǎng)的線損計(jì)算方法，并以某含風(fēng)電的配電網(wǎng)為算例，對(duì)所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 等效容量法

等效容量法是在用等值電阻計(jì)算網(wǎng)損時(shí)，將小電源 (或均方根電流)考慮為一種約束的方法。由于小電源側(cè)的均方根電流已知，就不需要假設(shè)與其連接的變壓器容量成正比的關(guān)系，也就不能像對(duì)用電量未知的用戶那樣按配電變壓器容量劃分總均方根電流，于是引入了“等效容量”的概念，就是指小電源的出力跟其余配電變壓器的容量相比較產(chǎn)生的一種等效值，小電源根據(jù)其等效容量和其余配電變壓器共同“分享”首端均方根電流，所得值應(yīng)恰好等于小電源本身均方根電流；同樣，其余變壓器在分配首端均方根電流時(shí)也需要考慮小電源等效容量。配電變壓器和中壓負(fù)荷等都可視為負(fù)的小電源，都可用等效容量法來(lái)處理。

電源等效容量為

(1)

式中,Iif0為配電網(wǎng)首端均方根電流;Ijfs為分布式電源注入的均方根電流;Si為每臺(tái)配電變壓器額定容量。

配電線路等值電阻RL和配電變壓器線圈等值電阻RT分別為

(2)

(3)

式中,Sei為第i段線路的配電變壓器額定容量；Se∑為該條配電線路總配電變壓器額定容量；Ss為分布式電源等效容量；Ri為第i段導(dǎo)線的電阻；Ue為配電變壓器高壓側(cè)額定電壓；ΔPki為第i節(jié)點(diǎn)配電變壓器的額定短路損耗功率；m為線路配電變壓器總數(shù)。

電能損耗為

(4)

(5)

綜合上式可以看出：由于式中Iif0為均方根電流，不能反映出功率流動(dòng)方向變化引起線損的變化。因此等效容量法只適用于功率由首端流向配電網(wǎng)的計(jì)算，但在實(shí)際電網(wǎng)中，負(fù)荷和電源的出力一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，當(dāng)小電源出力無(wú)法在配電網(wǎng)中完全消納時(shí)會(huì)倒送入主網(wǎng)，這就對(duì)等效容量法在線損中的計(jì)算提出了新的要求。

2 改進(jìn)等效容量法

2.1 計(jì)算時(shí)段的選擇

風(fēng)電由于其自身的特點(diǎn)，受風(fēng)資源條件的制約，出力隨風(fēng)速大小波動(dòng)較大，如以整點(diǎn)時(shí)刻的輸出功率來(lái)計(jì)算線損，均方根電流的計(jì)算誤差較大，從而嚴(yán)重影響線損計(jì)算值。因此，對(duì)于含風(fēng)電的配電網(wǎng)，合理劃分計(jì)算時(shí)段就顯得尤為重要。這里提出在含風(fēng)電的配電網(wǎng)中，根據(jù)風(fēng)電實(shí)時(shí)出力情況，將一天合理分成若干個(gè)計(jì)算時(shí)段，每時(shí)段風(fēng)電出力波動(dòng)較小，分時(shí)計(jì)算，且饋線首端潮流方向不變。

2.2 饋線首端的選擇

風(fēng)電出力不穩(wěn)定，即時(shí)會(huì)體現(xiàn)電源特性，又會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷特性，這就決定了在配電變壓器饋線首端外送時(shí)倒吸電量的情況出現(xiàn)。若單以配電網(wǎng)出口作為線損計(jì)算首端，當(dāng)配電網(wǎng)出口出現(xiàn)供電量較小時(shí)，計(jì)算結(jié)果會(huì)與實(shí)際相差較大。因此合理選擇饋線首端就成為計(jì)算線損的關(guān)鍵。

選擇饋線首端時(shí)，分為如下3個(gè)時(shí)段。

1)風(fēng)電單獨(dú)供電時(shí)段。當(dāng)風(fēng)電注入功率能滿足配電網(wǎng)時(shí)，配電網(wǎng)出口作為一個(gè)空載及負(fù)載損耗為0的變壓器，與其他變壓器一起參與分配首端的均方根電流，風(fēng)電體現(xiàn)電源特性，此時(shí)風(fēng)電等效容量為

(6)

2)風(fēng)電場(chǎng)注入功率小于0時(shí)，選擇配電網(wǎng)出口作為饋線首端，風(fēng)電場(chǎng)體現(xiàn)負(fù)荷特性，根據(jù)等效容量法分取首端均方根電流。風(fēng)電等效容量為

(7)

3)配電網(wǎng)出口和風(fēng)電場(chǎng)同時(shí)向配電網(wǎng)供電。一般情況下，選擇配電網(wǎng)出口作為整條線路的饋線首端。但是，如果配電網(wǎng)出口流過(guò)的功率變化比較頻繁，仍選擇此點(diǎn)作為饋線首端的話，線損理論計(jì)算將變得十分復(fù)雜，在部分情況下(如饋線首端電量為0)，計(jì)算結(jié)果還會(huì)與實(shí)際情況不符。鑒于此種情況，則提出如下方法：由于風(fēng)電的輸出功率在不斷變化，要找到一個(gè)合理的風(fēng)電出力點(diǎn)，在這一點(diǎn)，不論以風(fēng)電為饋線首端還是以配電變壓器出口為饋線首端計(jì)算線損，其線損結(jié)果都相等，以計(jì)算出的這風(fēng)電出力(主要是有功功率)為分界點(diǎn)，當(dāng)風(fēng)電出力大于這一出力時(shí)，以風(fēng)電場(chǎng)作為饋線首端，反之，則以配電網(wǎng)出口作為饋線首端。這種方法能很好地避開(kāi)電網(wǎng)交換功率較小的時(shí)候引起線損較小，線損出現(xiàn)誤差的情況。

①以風(fēng)電場(chǎng)作為首端，計(jì)算線損公式為

(8)

其中,Pf、Qf為風(fēng)電有功功率和無(wú)功功率;t為時(shí)間;R0為等效電阻。

②以配電網(wǎng)出口作為首端計(jì)算線損公式為

(9)

其中，P1、Q1為配電變壓器出口有功功率和無(wú)功功率；t為時(shí)間；R1為等效電阻。

最后，將分段計(jì)算好的線損率相加，即為總線損。所提出的改進(jìn)等效容量法，其基本思路如圖1。

圖1 改進(jìn)等效容量法示意圖

圖2 某地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3 改進(jìn)等效容量法計(jì)算算例

為驗(yàn)證該方法的有效性，建立如圖2所示的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)架為35 kV配電網(wǎng)，配電變壓器容量為ST1=10 MVA，ST2=10 MVA，ST3=30 MVA，ST4=20 MVA，共為70 MVA,總短路損耗功率為4 MW。算例中電網(wǎng)的分布和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)裝設(shè)的變壓器額定容量成正比，各節(jié)點(diǎn)電壓相同，且等于網(wǎng)絡(luò)電壓，不考慮電壓降。

風(fēng)電場(chǎng)出力如表1。

表1 某風(fēng)電場(chǎng)有功功率出力

基于以上信息，在MATLAB上編程計(jì)算傳統(tǒng)等效容量法和改進(jìn)等效容量法的理論線損日線損電量及線損率，如表2。

表2 不同線損計(jì)算方法比較

結(jié)果分析：從上表數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)采用風(fēng)電出力按整點(diǎn)分段方法計(jì)算時(shí)，計(jì)算出的線損率較改進(jìn)等效容量法計(jì)算出的結(jié)果偏大，是因?yàn)轱L(fēng)電出力在不停地波動(dòng)，選取整點(diǎn)時(shí)刻的風(fēng)電出力不能代表整個(gè)時(shí)間段的風(fēng)電出力，若此時(shí)整點(diǎn)時(shí)刻的風(fēng)電出力較大，就會(huì)引起線損計(jì)算結(jié)果的偏大。而采用饋線首端不分段的方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，由于在饋線首端交換功率較小甚至為0時(shí)，計(jì)算出的線損也較小甚至為0，因此采用此方法計(jì)算出的線損率會(huì)出現(xiàn)誤差，較改進(jìn)等效容量法計(jì)算出的結(jié)果小。因此，改進(jìn)等效容量法能較好地計(jì)算含風(fēng)電的配電網(wǎng)線損。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)3種方法的比較研究，可以看出改進(jìn)的等效容量法通過(guò)合理劃分計(jì)算時(shí)段、靈活選擇饋線首端有效地提高了線損計(jì)算的準(zhǔn)確度，因此所提出的改進(jìn)等效容量法可較好地適用于含風(fēng)電的配電網(wǎng)理論線損計(jì)算，使計(jì)算結(jié)果更加符合實(shí)際情況。

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