淺析潮流計算及電網(wǎng)線損

吳錦圖

摘 要：潮流計算是電力分析系統(tǒng)中最基本的計算之一。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，潮流計算技術(shù)也在不斷進步。簡要論述了電網(wǎng)潮流計算與電網(wǎng)線損的關(guān)系，確認了潮流計算的必要性，明確了其在實際工作中的重要意義。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；潮流計算；電網(wǎng)線損；計算機技術(shù)

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.120

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、輸變電線路、供配電部分和用電部分等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。在發(fā)電廠發(fā)出的電能通過輸電線路輸送和分配的過程中，電網(wǎng)中的各個元器件（線路、變壓器、無功補償設備、測量儀表等）都要消耗一定的電能。在給定時間段內(nèi)，電力網(wǎng)的所有元器件產(chǎn)生的電能損耗稱為電網(wǎng)的線損電量，簡稱“線損”。在電力系統(tǒng)中，潮流計算是電網(wǎng)分析中最基本的計算，它涉及到電力系統(tǒng)運行，方式安排，安全、可靠性分析等。潮流計算是定量分析電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的依據(jù)，在實際工作中具有十分重要的意義。

1 潮流計算發(fā)展歷程

潮流計算為電網(wǎng)穩(wěn)定計算和短路電流計算等提供初始運行方式，是電力系統(tǒng)最基本的計算。20世紀50年代以來，隨著數(shù)字計算機應用的發(fā)展以及求解電力系統(tǒng)潮流問題的數(shù)字解法和計算程序的進步，數(shù)字計算機已經(jīng)替代了交流計算臺，成為求解潮流問題的最有效工具之一。對于計算方法，它由最初的Ward等研究者編制的賽德爾算法，過渡到非線性規(guī)劃最優(yōu)潮流算法，接著出現(xiàn)簡化梯度法，而計算機潮流計算成熟的標志是解耦性最優(yōu)潮流牛頓算法的出現(xiàn)?，F(xiàn)在，除了在電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行中利用數(shù)字計算機進行大量的離線潮流計算外，在電力系統(tǒng)運行的監(jiān)控方面，實時數(shù)據(jù)的在線潮流計算已經(jīng)進入實用階段。

2 降低線損的必要性

線損是衡量電力企業(yè)競爭水平的一項指標，也是一項重要的經(jīng)濟技術(shù)指標。它反映了電力企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平，電力電網(wǎng)系統(tǒng)的設計水平，規(guī)劃水平和經(jīng)營、管理水平。降低線損有利于提高電力企業(yè)的供電效率，能夠優(yōu)化電力企業(yè)的安全管理，提高整個電網(wǎng)的安全運行能力。因此，無論是對國家，還是對電力企業(yè)而言，降低電網(wǎng)線路損耗具有非常重要的意義。目前，我國仍處于發(fā)展階段，能源儲備依然緊缺，降低線路損耗符合我國節(jié)能減排的國情。電網(wǎng)系統(tǒng)降低線損已經(jīng)成為了節(jié)約能源的一項有效措施。

3 潮流計算的主要方法

潮流計算的主要方法是，先將電網(wǎng)系統(tǒng)中各段母線的負荷曲線換算成以平均功率為基準的負荷系數(shù)，形成一個負荷系數(shù)表，將計算時間段內(nèi)的電量數(shù)據(jù)換算成平均功率后乘上相應的負荷系數(shù)，可以得到24 h節(jié)點負荷，再進行24 h的潮流計算，將所有小時的線損值相加得到標準日的線損值，之后乘上計算時間段，就能得到計算時間段電網(wǎng)系統(tǒng)的線損值。

由此可得，第n節(jié)點、第k小時有功負荷系數(shù)為：

式（1）（2）中：Pn，k為第n節(jié)點、第k小時的有功功率；Anp為第n節(jié)點標準日的有功電量；Pav、n為第n節(jié)點標準日的有功功率。

相應的無功負荷系數(shù)為：

式（3）（4）中：Qn，k為第n節(jié)點、第k小時的無功功率；Anp為第n節(jié)點標準日的無功電量；Qav、n為第n節(jié)點標準日的平均無功功率。

PV節(jié)點的無功負荷系數(shù)能夠形成相對應的電壓曲線，根據(jù)此曲線，使用者只要輸入每個節(jié)點計算時段的日供電量，即可得到24 h的負荷數(shù)據(jù)和發(fā)電數(shù)據(jù)，即：

由式（5）（6）可以得到每小時的負荷數(shù)據(jù)、發(fā)電數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。通過計算潮流，能夠得到每小時的線損量，則標準日有功損耗的電量為：

式（7）中：△Pn為標準日每小時消耗的有功損耗。

至此，可以得到計算時段內(nèi)的線損為：

式（8）中：T為計算時段的全部天數(shù)。

文中的計算模型均取計算時段中的一日為標準日，然而在T時段內(nèi)，電力系統(tǒng)的發(fā)電功率、負荷功率和電網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)會發(fā)生較大的改變，如果只選用其中一種運行模式，必定會造成較大的計算誤差。另外，采用這種方式得到的平均功率與實際運行方式下的功率相差也非常大，這也是導致普遍的潮流計算不易收斂的重要原因。

以筆者所在電網(wǎng)系統(tǒng)的實際運行情況為例，海南西部電網(wǎng)系統(tǒng)一年內(nèi)采用好幾種主要的運行方式，如果在一年的時間段內(nèi)僅僅采取一種運行方式計算海南電網(wǎng)的總體線損，必然會造成較大的誤差。這一點也在實際的理論計算中被證明。但是，并不是計算時段內(nèi)每一天的運行方式都有很大的差異。在計算時間段內(nèi)，總有少數(shù)幾天的負荷、系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)基本相同（比如，在海南西部電網(wǎng)運行的7 d中，5 d（工作日）可以歸為同一類運行模式，另外2 d（休息日）可以歸為另一類運行模式）。因此，可以將計算時段內(nèi)電網(wǎng)系統(tǒng)的運行方式劃分為幾大類運行模式，分別計算這幾類運行模式所對應的線損，然后分別乘以各個運行模式所運行的天數(shù)，將它們?nèi)肯嗉蛹纯傻玫娇偟木€損數(shù)據(jù)，即：

. （9）

由此可以得到更準確、更接近實際情況的電網(wǎng)系統(tǒng)總的線損數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論與展望

由文中所述的潮流計算模型可知：①線損計算模型更貼合實際情況；②計算方法的適應性好；③可以更準確地知曉整個電網(wǎng)系統(tǒng)的線損情況，并作出相應的方式安排，降低線損，提高電力企業(yè)的供電效率，加強整個電網(wǎng)的安全運行能力。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕