一種改進(jìn)的線損分?jǐn)傆?jì)算方法

黨 偉，趙樹野，許云飛，曹 陽(yáng)，劉海波

(1．國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 ，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2. 國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司 ，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

一種改進(jìn)的線損分?jǐn)傆?jì)算方法

黨 偉1，趙樹野1，許云飛1，曹 陽(yáng)1，劉海波2

(1．國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 ，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2. 國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司 ，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

蒙東地區(qū)風(fēng)能資源豐富，由于歷史遺留原因，目前蒙東地區(qū)有相當(dāng)一部分風(fēng)電場(chǎng)是通過(guò)T接其它風(fēng)電場(chǎng)電源送出線路這種方式接入電網(wǎng)，甚至存在四五個(gè)風(fēng)電場(chǎng)T接于同一條風(fēng)電送出線的情況。由于電能計(jì)量點(diǎn)一般都設(shè)置在系統(tǒng)變電站處，多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)T接在同一條電源送出線上，這種方式給電量結(jié)算帶來(lái)線損分?jǐn)倖?wèn)題。原有的線損分?jǐn)傆?jì)算方法效率低、工作量大，并且在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)需要重新核算線損分?jǐn)偙嚷?，靈活性較差。為此提出一種新的線損分?jǐn)傆?jì)算方法，該方法通過(guò)定義網(wǎng)絡(luò)電流關(guān)系矩陣D有效解決了多個(gè)T接風(fēng)電場(chǎng)在不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下的線損分?jǐn)傆?jì)算問(wèn)題，克服原有方法在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或風(fēng)場(chǎng)容量發(fā)生變化后重新核算線損分?jǐn)倳r(shí)工作量增加的缺點(diǎn)。該方法易于編程實(shí)現(xiàn)，可有效提高線損分?jǐn)傆?jì)算工作效率，具有計(jì)算精度高、擴(kuò)展能力強(qiáng)、應(yīng)用靈活的特點(diǎn)。

線損分?jǐn)?；T接風(fēng)電場(chǎng)；矩陣

蒙東地區(qū)風(fēng)能資源豐富，是我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)之一。蒙東地區(qū)風(fēng)能資源主要分布在赤峰西部、通遼中部和南部、興安盟中部和南部以及呼倫貝爾中部和西部，在國(guó)家新能源政策引導(dǎo)下，蒙東風(fēng)電快速發(fā)展。由于歷史遺留原因，目前蒙東地區(qū)有相當(dāng)一部分風(fēng)電場(chǎng)是通過(guò)T接其它風(fēng)電場(chǎng)送出線路這種方式接入電網(wǎng)。

一般情況下，風(fēng)電場(chǎng)與系統(tǒng)變電站處同時(shí)設(shè)置電能計(jì)量點(diǎn)，對(duì)于非T接風(fēng)電場(chǎng)不存在任何問(wèn)題。但是多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)T接在同一條電源送出線路給電量結(jié)算帶來(lái)線損分?jǐn)倖?wèn)題，即從風(fēng)電場(chǎng)的出口處到電網(wǎng)公司的系統(tǒng)站之間的線路損耗由誰(shuí)來(lái)承擔(dān)和相應(yīng)承擔(dān)多少的問(wèn)題。由于T接風(fēng)電場(chǎng)沒有采用統(tǒng)一線損分?jǐn)偤怂惴椒?，最終電量結(jié)算時(shí)常導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)公司之間的計(jì)量數(shù)據(jù)不能達(dá)成一致，引發(fā)爭(zhēng)議[1]。從多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)T接在同一條電源送出線路上形成的原因和計(jì)量點(diǎn)的科學(xué)設(shè)置來(lái)看，利益相關(guān)方都有責(zé)任承擔(dān)相應(yīng)的線損，為了有效解決線損分?jǐn)倖?wèn)題，需要采用科學(xué)合理的算法對(duì)相關(guān)T接風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)傔M(jìn)行計(jì)算[2-3]。

1 常規(guī)線損分?jǐn)傆?jì)算方法

目前解決線損分?jǐn)偡椒ㄖ饕譃橐韵?種[4-8]。

a.協(xié)議法。即T接在同一條電源送出線上的發(fā)電企業(yè)通過(guò)彼此協(xié)商來(lái)確定各自線損分?jǐn)偙嚷?，但協(xié)議確定的線損率差異較大，具有較大的隨意性。

b.郵票法。即按實(shí)際線損再考慮發(fā)電量和容量等影響因素進(jìn)行分?jǐn)?。由于線損分?jǐn)倕f(xié)議在每年年初簽定，故而線損分?jǐn)偙壤枰诤贤灦ㄖ按_定，這樣就無(wú)法根據(jù)實(shí)際線損來(lái)確定各T接風(fēng)電場(chǎng)的分?jǐn)偙壤?，只能考慮通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量及預(yù)測(cè)的發(fā)電量等影響因素進(jìn)行分?jǐn)傆?jì)算，具有不確定性，并且一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或風(fēng)場(chǎng)裝機(jī)容量發(fā)生變化后，需要對(duì)T接風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)傊匦掠?jì)算。

目前郵票法是在實(shí)際工作中采用較多的線損分?jǐn)傆?jì)算方法，通過(guò)從目前掌握的T接風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)傆?jì)算方法來(lái)看，蒙東地區(qū)電網(wǎng)T接風(fēng)電場(chǎng)的線損主要有2種方法：一種是基于風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)預(yù)測(cè)出的發(fā)電量，并結(jié)合電源送出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)確定線損分?jǐn)偟挠?jì)算方法；另一種是基于各T接風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量及電源送出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)確定線損分?jǐn)偟挠?jì)算方法。從計(jì)算思路來(lái)看，這2種計(jì)算方法都屬于郵票法。

實(shí)際工作中，通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量或者預(yù)測(cè)的發(fā)電量計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各支路電流，通過(guò)電流計(jì)算各支路中的網(wǎng)損，再按電流比例計(jì)算某一風(fēng)電場(chǎng)在全部支路中的損耗，最后將該風(fēng)電場(chǎng)在所有支路中的損耗求和得到該風(fēng)電場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗。該方法容易理解，但實(shí)際操作過(guò)程復(fù)雜，每組T接風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不盡相同，只能采用手工計(jì)算，在T接風(fēng)電場(chǎng)的個(gè)數(shù)較多時(shí)，計(jì)算量成倍增加，在風(fēng)電場(chǎng)擴(kuò)容及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化后還需要對(duì)各T接風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)傊匦掠?jì)算，效率低下，靈活性差。并且手工計(jì)算過(guò)程中中間結(jié)果采用四舍五入近似值，從而放大最終結(jié)果的計(jì)算誤差，精度較差。

為克服上述缺點(diǎn)提出一種新的線損分?jǐn)偹惴?，該方法通過(guò)定義網(wǎng)絡(luò)電流關(guān)系矩陣D有效解決了多個(gè)T接風(fēng)電場(chǎng)在不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下的線損分?jǐn)傆?jì)算問(wèn)題，該方法易于編程實(shí)現(xiàn)。程序運(yùn)行后按規(guī)定的格式將風(fēng)電場(chǎng)座數(shù)、容量、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)輸入后，程序自動(dòng)運(yùn)行輸出每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)線損分?jǐn)偙壤?。相比以往算法，該方法?jì)算過(guò)程完全由程序?qū)崿F(xiàn)，可以有效應(yīng)對(duì)多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)T接情況的線損分?jǐn)傆?jì)算，并且在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)及風(fēng)電場(chǎng)容量發(fā)生變化后，只需要調(diào)整相應(yīng)的輸入?yún)?shù)就可以重新得到新結(jié)果。該方法無(wú)繁瑣計(jì)算過(guò)程，提高工作效率，具有計(jì)算精度高、擴(kuò)展能力強(qiáng)、應(yīng)用靈活的特點(diǎn)。

2 基于MATLAB軟件的線損分?jǐn)傆?jì)算

2.1 線損分?jǐn)傆?jì)算數(shù)學(xué)模型

通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)T接風(fēng)電場(chǎng)線損分?jǐn)傆?jì)算的重點(diǎn)及難點(diǎn)就是如何使程序正確識(shí)別出不同T接風(fēng)電場(chǎng)送出線的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并準(zhǔn)確計(jì)算各T接風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)偙壤?，本文設(shè)計(jì)出一種可以表征網(wǎng)絡(luò)中支部電流關(guān)系的n維(n為T接支路數(shù))矩陣D，并采用循環(huán)語(yǔ)句及判斷選擇語(yǔ)句計(jì)算各風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)偂?/p>

(1)

式中：a為風(fēng)電場(chǎng)座數(shù)，W為風(fēng)電場(chǎng)容量a階列向量，向量W中的每個(gè)元素wi代表對(duì)應(yīng)編號(hào)風(fēng)電場(chǎng)的容量。

(2)

式中：Ia代表與風(fēng)電場(chǎng)直接相連支路的電流a階列向量。Ia向量中的每個(gè)元素iaj代表與風(fēng)電場(chǎng)直接相聯(lián)支路的電流。

(3)

式中：D為表征網(wǎng)絡(luò)電流關(guān)系的n階矩陣(n為總支路數(shù))，電流關(guān)系矩陣中的每一行向量對(duì)應(yīng)該行數(shù)相應(yīng)編號(hào)支路中的電流構(gòu)成，電流關(guān)系矩陣中的每一列向量對(duì)應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)相聯(lián)的送出支路電流。當(dāng)對(duì)應(yīng)的第j條支路中包含有編號(hào)i的風(fēng)電場(chǎng)的送出支路電流時(shí)，那么dij則為1，否則為0。

(4)

(5)

式中：I為支路電流的列向量。該向量中的每個(gè)元素代表對(duì)應(yīng)編號(hào)支路中的電流。I可以由矩陣D與Ian相乘得到。

(6)

式中：B為網(wǎng)絡(luò)參數(shù)n階列向量。該向量中的每個(gè)元素代表對(duì)應(yīng)支路編號(hào)中阻抗參數(shù)。

(7)

式中：Ln代表n階列向量。將得到的I與B2個(gè)列向量對(duì)應(yīng)元素相乘就可以得到T接網(wǎng)絡(luò)中每條支路中損耗。

(8)

式中：Sj代表第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)偙壤?，LLj代表額定裝機(jī)容量下的線損。

從式(8)可以看出線損分?jǐn)傆?jì)算的大部分工作量集中在這一步驟，如果這一過(guò)程采用手工計(jì)算，不僅計(jì)算工作量大，并且在中間過(guò)程中四舍五入存在誤差，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)T接風(fēng)電場(chǎng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算工作量將成倍增加，效率較低。本文所采用的方法中定義了電流關(guān)系矩陣D，當(dāng)電流關(guān)系矩陣D中元素dij為1時(shí)，代表對(duì)應(yīng)的第j條支路中包含有編號(hào)i的風(fēng)電場(chǎng)送出支路電流。這樣就可以通過(guò)電流關(guān)系矩陣D中元素dij的值來(lái)判斷某風(fēng)電場(chǎng)送出支路電流在全部網(wǎng)絡(luò)支路中的存在情況。這就使該方法可以通過(guò)編制程序來(lái)完成整個(gè)計(jì)算。采用程序中的循環(huán)和判斷語(yǔ)句通過(guò)判斷電流關(guān)系矩陣D中元素dij的值就可以選擇計(jì)算出每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)該分?jǐn)偟膿p耗LLj，再將LLj除以對(duì)應(yīng)編號(hào)風(fēng)電場(chǎng)的容量wj就可以得到代表第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)偙壤齋j。

2.2 程序計(jì)算流程

線損分?jǐn)傆?jì)算程序內(nèi)部邏輯流程如圖1所示。主要分為以下幾個(gè)步驟：

a.程序開始運(yùn)行，讀取風(fēng)電場(chǎng)座數(shù)、容量、支路數(shù)、拓?fù)潢P(guān)系矩陣及支路參數(shù)矩陣；

b.按裝機(jī)容量計(jì)算各支路電流；

c.用上一步計(jì)算得到的支路電流及輸入的支路參數(shù)計(jì)算各支路的線損；

d.計(jì)算網(wǎng)絡(luò)總線損及各風(fēng)電場(chǎng)線損；

e.計(jì)算各風(fēng)電場(chǎng)線損及分?jǐn)偅?/p>

f.輸出最終計(jì)算結(jié)果。

圖1 線損分?jǐn)偝绦蛄鞒虉D

3 算例分析

本文選取實(shí)際電網(wǎng)中T接風(fēng)電場(chǎng)模型作為算例對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證(算例1)，以說(shuō)明其有效性，該T接風(fēng)電場(chǎng)的系統(tǒng)連接如圖2所示。各支路參數(shù)見表1。

圖2 線損分?jǐn)偹憷?

表1 算例1中各支路參數(shù)

下面以算例1的T接風(fēng)電場(chǎng)線損分?jǐn)侻ATLAB程序計(jì)算的過(guò)程加以說(shuō)明。

首先對(duì)各T接風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行編號(hào)，再對(duì)各支路線路進(jìn)行編號(hào)，各T接風(fēng)電場(chǎng)的送出線路編號(hào)與對(duì)應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)編號(hào)相同，編號(hào)結(jié)果如圖2所示。

計(jì)算每條支路的阻抗參數(shù)，形成阻抗參數(shù)矩陣及風(fēng)電場(chǎng)容量向量如式(9)所示。

(9)

建立網(wǎng)絡(luò)電流關(guān)系矩陣D，網(wǎng)絡(luò)電流關(guān)系矩陣是表征支路電流的n階矩陣，拓?fù)潢P(guān)系矩陣中的每一行向量對(duì)該行數(shù)編號(hào)支路中的電流構(gòu)成，拓?fù)潢P(guān)系矩陣中的每一列向量對(duì)應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)相聯(lián)的送出支路電流。算例1電流關(guān)系矩陣D如式(10)所示。

(10)

將上述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)依次輸入程序，可以得到計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 算例1線損分?jǐn)傆?jì)算結(jié)果

為說(shuō)明本方法具有較強(qiáng)的適用性及靈活性，再選取更為復(fù)雜的T接風(fēng)電場(chǎng)模型作為算例對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證(算例2)，該T接風(fēng)電場(chǎng)的系統(tǒng)連接如圖3所示。

圖3 線損分?jǐn)偹憷?

在算例2中，T接風(fēng)電場(chǎng)達(dá)到了5個(gè)，支路數(shù)達(dá)到8條，并且還存在風(fēng)電場(chǎng)間串接情況。對(duì)于該模型的線損分?jǐn)倖?wèn)題，如果采用已有的線損計(jì)算方法，需要分別計(jì)算每條支路中的線損，并核算每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)?，工作量巨大?/p>

首先處理串接風(fēng)場(chǎng)2，增加虛擬支路2(R2=0)，再按照算例1采用的方法對(duì)各T接風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行編號(hào)，如圖4所示；計(jì)算每條支路的阻抗參數(shù)(見表3)，形成阻抗參數(shù)矩陣及風(fēng)電場(chǎng)容量向量如式(11)所示。

圖4 算例2調(diào)整后

表3 算例2支路參數(shù)

(11)

算例2的電流關(guān)系矩陣D如式(12)所示。

(12)

將上述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)依次輸入程序，可以得到計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 算例2線損分?jǐn)傆?jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)線損分?jǐn)傆?jì)算方法的分析歸納，結(jié)合目前的實(shí)際工作提出一種改進(jìn)的線損分?jǐn)傆?jì)算方法，該方法通過(guò)定義T接網(wǎng)絡(luò)的電流關(guān)系矩陣，使線損分?jǐn)傆?jì)算易于編程實(shí)現(xiàn)，減少計(jì)算量，提高了計(jì)算精度，適用于多個(gè)T接風(fēng)電場(chǎng)及串接風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)傆?jì)算。最后基于該方法編制線損分?jǐn)傆?jì)算程序并通過(guò)實(shí)際T接網(wǎng)絡(luò)的算例驗(yàn)證表明，該線損分?jǐn)傆?jì)算方法高效、靈活、計(jì)算精度高、適用性強(qiáng)。目前該方法已應(yīng)用到實(shí)際工作中，有效解決了目前蒙東地區(qū)T接風(fēng)電場(chǎng)的線損分?jǐn)傆?jì)算問(wèn)題。

[1] 閻維平，王 軍，李永華．發(fā)電權(quán)交易網(wǎng)損分?jǐn)偧把a(bǔ)償方法[J]．中國(guó)電力，2011，44(9)：26-30．

[2] 孫睿峰．配電網(wǎng)線損計(jì)算方法[J]．東北電力技術(shù)，2010，31(2)：34-36．

[3] 于泓維，張化光．線損計(jì)算、分析與降損決策系統(tǒng)的研究[J]．東北電力技術(shù)，2005，26(12)：16-19．

[4] 周興華，杜松懷．雙邊交易電力市場(chǎng)下基于核仁理論的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒╗J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2005，25(1)：60-65．

[5] 刁 強(qiáng)，鮑 海，王俊梅，等．大用戶直購(gòu)電中的網(wǎng)損分?jǐn)倖?wèn)題[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(2)：236-237．

[6] GALIANA F D，PHELAN M.Allocation of transmission losses to bilateral contracts in a competitive environment[J]．IEEE Trans on Power Systems，2000, 15(1)：143-150．

[7] 朱剛剛，王海超．電網(wǎng)穿越網(wǎng)損補(bǔ)償理論探討及應(yīng)用[J]．華東電力，2008，36(4)：16-19．

[8] 曾 鳴，馬少寅，王 蕾，等．基于分布式電源并網(wǎng)的配電網(wǎng)線損分?jǐn)偠▋r(jià)模型[J]．華東電力，2011，39(12)：1 965-1 968．

An Improved Method on Proportion Calculation of Transmission Line Loss

DANG Wei1，ZHAO Shuye1，XU Yunfei1，CAO Yang1，LIU Haibo2

(1.State Grid East Inner Mongolia Economic Research Institute，Hohhot，Inner Mongolia 010000，China；2. State Grid East Inner Mongolia Electric Power Supply Co., Ltd.，Hohhot，Inner Mongolia 010000，China)

The eastern inner Mongolia has abundant wind resource. Because of the historical legacy, a considerable part of wind power plants in the Eastern Inner Mongolia are connected to the power grid by T-juction to power transmission line of another wind power plant, even the presence of that four or five wind power plants take advantage of the same power transmission line. Since electric energy measuring points are generally set in the public substation side of power transmission line, this mode brings the problem of transmission line loss proportion to electric quantity settlement. The original power line loss calculation methods have disadvantages of inefficience, heavy work and inflexibility. This paper presents a new calcualtion method, which effectively solves the proplem by defining the current relationship matrix and this method overcomes the disadvantages of traditional methods which engineers need to recalculate when network structure or power wind plant capacity changes. This method is easy to program with high accuracy, strong expansion capacity, flexible application which can improve the efficiency of transmission line loss proportion calculation.

transmission line loss proportion；T-juction；matrix

TM744

A

1004-7913(2017)02-0052-05

黨 偉(1984)，男，碩士，工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃工作。

2016-12-09)