配電網(wǎng)節(jié)能降損優(yōu)化研究綜述

王飛 任新凱 曾輝

摘要：現(xiàn)如今，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的不斷深化與完善，我國(guó)的負(fù)荷密度也隨之逐漸增加，中壓配電網(wǎng)的能量損耗也在逐漸增加。如何更有效地減少輸電過程中的電力損耗，即節(jié)能降耗已成為電網(wǎng)運(yùn)行中需要解決的問題，本文通過對(duì)簡(jiǎn)單無功和低壓無功優(yōu)化方案的研究，提出了一種功率優(yōu)化指定配電站區(qū)域的反應(yīng)和協(xié)調(diào)控制設(shè)備以及為結(jié)果進(jìn)行認(rèn)證的新設(shè)備。綜述了目前無功優(yōu)化，配電網(wǎng)改造和分布式電源優(yōu)化相結(jié)合的研究現(xiàn)狀，最后指出了目前我國(guó)減少損失措施存在的主要問題分配網(wǎng)絡(luò)和未來配電網(wǎng)削減措施的研究方向。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；節(jié)能降損；優(yōu)化

引言

降低配電網(wǎng)電能損耗是提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要途徑。分析了目前對(duì)于降低配電網(wǎng)能量損耗的多種方式。首先介紹了配電網(wǎng)節(jié)能降損的重要性與根據(jù)配電網(wǎng)特性建立的數(shù)學(xué)模型，從配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化方法、配電變壓器運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)區(qū)間、根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)中的無功潮流合理地選擇無功功率的補(bǔ)償方式的角度說明降低配電網(wǎng)電能損耗的方法。最后指出了對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化需要解決的問題，為進(jìn)一步的研究提供參考。

1配電網(wǎng)節(jié)能降損的數(shù)學(xué)模型

1.1目標(biāo)函數(shù)

上式中W為線路損耗，i為支路編號(hào)，Pi為對(duì)應(yīng)支路的有功功率，Qi為對(duì)應(yīng)支路的無功功率，Ri為對(duì)應(yīng)支路的的電阻值，Ui為對(duì)應(yīng)支路前段節(jié)點(diǎn)電壓。

1.2約束條件

對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，不僅需要滿足潮流方程的約束，還需要滿足線路容量、電壓、電流的約束和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輻射狀運(yùn)行約束。

式中，Ui、Uimin、Uimax分別為節(jié)點(diǎn)的電壓、電壓下限、電壓上限；Ii、Iimin、Iimax分別為節(jié)點(diǎn)的電流、電流下限、電流上限；Si與Simax為流過線路的功率與容許最大值；gk為迭代之后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。G為配電網(wǎng)規(guī)劃后得到的輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)集合。

2配網(wǎng)損耗

配電網(wǎng)絡(luò)作為電力網(wǎng)絡(luò)終端，直接與用戶連接。在傳輸給用戶的配電階段，由于配電網(wǎng)阻抗的存在，能量在轉(zhuǎn)換，運(yùn)輸和配送過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量的損失。這種功率損失被稱為配電網(wǎng)損耗。配電網(wǎng)損失主要發(fā)生在電力設(shè)備上，包括變壓器和配電線路；此外，配電網(wǎng)運(yùn)行方式，三相負(fù)荷不平衡，電網(wǎng)諧波和負(fù)荷波動(dòng)等也會(huì)造成額外的損失。根據(jù)配電網(wǎng)的功率損耗關(guān)系，可以看出，降低線路電阻，增加線路電壓改變功率因數(shù)都可以減小配電網(wǎng)的損耗。增大導(dǎo)體截面和減小導(dǎo)線長(zhǎng)度可以減小電阻，從而降低線損。減少低壓電源的長(zhǎng)度，使用中壓電源，這相當(dāng)于增加電源電壓，并且還可以減少損耗。在配電網(wǎng)中，無功補(bǔ)償方法可以增加負(fù)載功率因數(shù)，降低輸電線路的無功電流，從而減少配電網(wǎng)的損耗。變壓器采用節(jié)能變壓器可減少鐵損，減少變壓器損耗；此外，配電網(wǎng)還可采用偏置三相負(fù)載，消除諧波，增加負(fù)荷分配等方式降低配電網(wǎng)損耗。由于網(wǎng)絡(luò)損失造成的巨大損失，節(jié)能和減少配網(wǎng)的網(wǎng)損配網(wǎng)技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，減少配電網(wǎng)有許多技術(shù)措施，下面就此做了相應(yīng)的總結(jié)，并對(duì)每一個(gè)技術(shù)步驟都進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

2.1線路改造

線損在總配電損失中占很大比例。在配電線路的設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的方法是基于允許的電壓降，電線的機(jī)械強(qiáng)度以及電線的長(zhǎng)期允許安全載流量等因素。從節(jié)能的角度來看，“電能損耗”應(yīng)作為配電線路截面選擇的依據(jù)之一，即在經(jīng)濟(jì)合理的原則下，適當(dāng)增加導(dǎo)線的截面積以減小配電線路的功率損耗。

2.2單相變壓器

與相同容量的三相變壓器相比，單相變壓器的鐵損減少5%至10%。單相配電變壓器體積小，重量輕，易于安裝，可以最大限度地提高負(fù)載中心的深度，縮短低壓電網(wǎng)的供電半徑，降低由于三相不平衡負(fù)載造成的配電損耗和主動(dòng)線損容量，短半徑，密集點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)降低能耗的重要措施，目前南京等地使用單相變壓器，并在降低損耗方面取得了非常好的成果。

2.3無功補(bǔ)償裝置

無功補(bǔ)償裝置的配置可以減少大量的無功分配，增加負(fù)載功率因數(shù)，從而減少線路的功率損耗。電容器組是電網(wǎng)中最常用的無功功率補(bǔ)償裝置。無功功率優(yōu)化配置的研究主要針對(duì)電容器組。無功功率補(bǔ)償配置通常針對(duì)系統(tǒng)最小網(wǎng)絡(luò)損耗并改善電壓分布。從經(jīng)濟(jì)角度來看，它還旨在最小化投資成本和運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，引入新的綜合成本目標(biāo)函數(shù)更為實(shí)用。限制包括功率平衡限制，操作限制和可用資源限制。為了確定電容器組的安裝位置，首先采用靈敏度分析方法確定無功補(bǔ)償裝置的候選母線，然后采用人工智能算法確定具體的無功補(bǔ)償位置和容量，從而減小搜索空間，提高計(jì)算速度。首先，電容器組的位置由模糊算法確定，無功損耗和維護(hù)最小電壓限制。隨后，根據(jù)拖放算法，確定分布電容器組的最佳電容，以減少損耗作為目標(biāo)，并加快計(jì)算速度。提出了一種線性模型，該模型采用混合整數(shù)線性規(guī)劃算法求得電容器組的最優(yōu)位置和容量，該模型和方法簡(jiǎn)單，計(jì)算時(shí)間短，在研究無功補(bǔ)償裝置時(shí)，但不考慮分布式能源的隨機(jī)輸出功率，對(duì)于負(fù)載不確定性的問題，許多研究只考慮了不同負(fù)載下電容器組的配置，并沒有考慮成立負(fù)載不確定性的模型。

2.4對(duì)裝置進(jìn)行改造

由于計(jì)量設(shè)備數(shù)量眾多，更換電能表具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。建議用電子式電能表代替機(jī)械式電能表。

2.5平衡負(fù)荷

不平衡負(fù)載不僅會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行，還會(huì)增加線路和變壓器的損耗。對(duì)于三相不平衡負(fù)載，調(diào)整其三相負(fù)荷是當(dāng)前最重要的方法。

2.6縮小供電范圍

供電線路太長(zhǎng)，超過合理的供電半徑，會(huì)造成線路電阻增大，損耗增大，此時(shí)就應(yīng)該采用彎曲直通的方式進(jìn)行改造。

3節(jié)能改造存在的問題及改進(jìn)意見

3.1節(jié)能改造中存在的問題

目前，電力公司實(shí)際上在考慮電網(wǎng)和設(shè)備的安全性時(shí)，實(shí)際上是在對(duì)部件進(jìn)行更新。其次，從經(jīng)濟(jì)角度考慮夏季高峰電網(wǎng)的因素，不優(yōu)化節(jié)能改造。同時(shí)，在許多領(lǐng)域，節(jié)能減排往往強(qiáng)調(diào)某些方面。例如，只關(guān)注無功功率補(bǔ)償或變壓器損耗降低。雖然投入了大量資金，但節(jié)能減排不能全面，綜合地實(shí)施，預(yù)期效果無法實(shí)現(xiàn)，無法進(jìn)行優(yōu)化電力元件等改造工作。

3.2改進(jìn)意見

在配電網(wǎng)技術(shù)節(jié)能改造的過程中，在保證電網(wǎng)安全可靠的前提下，從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，可以考慮選擇和優(yōu)化改造措施，最大限度地利用轉(zhuǎn)化劑。應(yīng)充分考慮所有改革措施，合理分配資源及所需資金的使用情況。

結(jié)語

對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化是目前配電網(wǎng)節(jié)能降損的主要研究方向，具有多種優(yōu)化方法，研究主要考慮優(yōu)化算法的收斂性，收斂速度，魯棒性的強(qiáng)度，各種算法的組合雖然對(duì)計(jì)算的速度與收斂性都有提高，但是求解的方法仍然需要提高。配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)降低配電網(wǎng)損耗尤為重要，現(xiàn)階段對(duì)于降低配電變壓器損耗的研究應(yīng)將經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行穩(wěn)定性、負(fù)荷情況綜合考慮。目前對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)姆椒?，大都是根?jù)電網(wǎng)無功功率配置的原則，或者是電網(wǎng)設(shè)計(jì)的規(guī)程進(jìn)行無功功率的補(bǔ)償，這種方法宏觀指導(dǎo)性過強(qiáng)，很難對(duì)不同特性的配電網(wǎng)無功功率實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)化的配置，應(yīng)當(dāng)綜合考慮配電網(wǎng)感性與容性的無功，進(jìn)行無功功率的配置。雖然當(dāng)前對(duì)配電網(wǎng)節(jié)能降損優(yōu)化的研究比較深入，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化的求解方法也有較大的發(fā)展，但是在配電網(wǎng)實(shí)用性方面依然沒有較大的進(jìn)步，新興的電力電子器件對(duì)于配電網(wǎng)優(yōu)化方面具有巨大的潛力，但是其技術(shù)實(shí)現(xiàn)與成本效益仍需進(jìn)一步研究。本文從技術(shù)節(jié)能減損的角度分析了損失的產(chǎn)生和損害，總結(jié)歸納了當(dāng)前技術(shù)性減損措施。最后，針對(duì)目前電力企業(yè)節(jié)能減排改革存在的問題，提出改進(jìn)意見。希望對(duì)配電網(wǎng)的相關(guān)節(jié)能降損工作提供一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]倪建立，馬放端，畢鵬翔，等.農(nóng)村電網(wǎng)節(jié)能降損與自動(dòng)化實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2017.

[2]吳文傳，張伯明.變壓器詳細(xì)模型推導(dǎo)與三相配電潮流計(jì)算[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2017（4）：53～56.

[3]麻秀范.含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃與優(yōu)化運(yùn)行研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2016.