多参量修正的输电线路线损优化计算方法_牛寅生.pdf

2023年4月|35Theoretical Analysis|理论分析多参量修正的输电线路线损优化计算方法多参量修正的输电线路线损优化计算方法牛寅生1，马璐玉2，杨牧燃3，彭蛟3（1.国家电网有限公司华中分部，湖北 武汉 430077；2.国家电网湖北省电力有限公司，湖北 武汉 430072；3.武汉理工大学自动化学院，湖北 武汉 430070）摘要：线损率是考察国家电力行业的重要经济性技术指标，在传统输电线路中线损计算的准确性至关重要。国内目前所采用的线损计算方法没有考虑负荷水平、对时误差和计量装置误差的影响，导致理论线损的数据与实测线损相差较大，不利于对线损进行精益化计算以及后续降损工作。考虑温度、湿度对理论线损的影响，建立了一种计算综合线损率的数学模型，并对线损率的影响因素进行多参量修正，减小使用单一线损产生的误差。算例分析表明，该方法所算结果更接近实际线损率，具有较强的工程实践意义。关键词：线损率；理论线损；统计线损；多参量；修正方法Optimal calculation method of transmission line loss with multi-parameter modificationNIU Yinsheng1,MA Luyu2,YANG Muran3,PENG Jiao3(1.Central China Branch of State Grid Corporation of China,Wuhan 430077,China;2.State Grid Hubei Electric Power Co.,Ltd.,Wuhan 430072,China;3.School of Automation,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China)Abstract:Line loss ratio is an important economic and technical index for national electric power industry.The accuracy of line loss calculation becomes very important in traditional transmission lines.The current line loss calculation methods in China do not consider the influence of load level,time error and measuring device error,resulting in a large difference between the theoretical line loss data and the measured line loss,which is not conducive to lean calculation of line loss and subsequent loss reduction work.The influence of temperature and humidity on theoretical line loss is considered,and a mathematical model for calculating comprehensive line loss rate is established,and the influencing factors of line loss rate are modified by multiple parameters,so as to reduce the error caused by single line loss.An example analysis shows that the results obtained by this method are closer to the actual line loss rate,and it has strong engineering practice significance.Key words:line loss rate;theoretical line loss;statistical line loss;multi-parameter;correction method0 引言线损率是考察电网以及电力行业的重要经济技术指标，它能切实反映我国电力部门对电网运行的管理水平，并且精益化的线损计算有利于相关部门对电网进行规划和生产可行性的管理。而且电力市场的交易、定价和结算电量也都依赖于线损及线损率的计算。因此，找到一种能够减小误差，将理论线损和统计线损同时进行修正的精益化综合线损计算模型迫在眉睫。36|2023年第42卷第4期理论分析|Theoretical Analysis我国对于线损的研究已经开展了数十年，但目前主要的研究方向仍是针对传统的理论线损计算方法、理论线损的影响因素、对线损的生产管理以及降损策略等比较实际的方面。对于线损的计算方法，目前采用的多为均方根电流法1、平均电流法2和最大电流法3。均方根电流法的优点是参量需求较少，计算更加简便，且得到的数据与实际吻合度高；缺点是该方法适用范围小，只对常规接线方式有较好的效果，且该方法得到的负荷曲线以及负荷节点功率因数都与实际有着很大差别，故直接用该方法进行代数计算，得到的负荷节点电流并不能直接当成均方根电流。平均电流法采用实际生产中较容易获取的电量作为参数，能够得到较为理想的计算结果；其缺点是形状系数计算难度较大，该值的结果对计算准确度有一定影响。最大电流法是利用电流最大值和均值关系，构建等效数学模型并计算线损，所以该计算方法的结果较前两者更为准确。本文对现有的理论线损影响因素进行分析，构建修正后的理论线损计算模型，将理论和统计线损相结合并构建一种综合线损计算模型，使二者相互修正，最后用算例进行验证。1 构造计算理论线损修正模型目前采用比较成熟的潮流计算软件，构造简单架空输电线路模型，如图1所示。图 1简单架空输电线路模型Fig.1 Simple overhead transmission line model1.1 架空线路的参数修正等效电路每相导线的电阻计算式为(1)式中，r0为传输线单位长度电阻；为导线电阻率；l为导线长度；S为导线截面积；n为每相分裂导线数。等效电路的电抗计算式为(2)式中，x0为传输线单位长度电抗；D为导线几何均距；rd为导线半径。等效线路电纳计算式为 (3)当输电线路长度为500 kml1 000 km时，必须考虑它们的分布参数特性。由于用分布参数表示电路非常复杂，故在工程计算结果中表明，如果将分布参数（即电阻R、电抗X和电纳B）乘以适当的修正系数，就可以变成用于形等效的集中参数，采用集中参数计算线路的电阻损耗，可以大大减少计算量。由文献4可知，电阻R、电抗X和电纳B的修正系数计算式为(4)将式（1）式（3）分别乘以修正系数r、x和b，即可得到修正后的线路参数。1.2 架空线路的参数修正由于导体的内部特性随着温度的变化而变化，所以电阻率也随之变化，同时导体的工作环境温度会影响导体本身的散热速度，故温度对导体的影响不可忽略5。架空等效传输线路的电阻损耗的计算式为(5)式中，A为等效传输线路的电阻损耗，单位为kWh；T为运行时间，单位为h；i(t)为通过导线电流的瞬时值，单位为A；R为导线的电阻，单位为。2023年4月|37Theoretical Analysis|理论分析多参量修正的输电线路线损优化计算方法温度补偿是在电阻的电能损耗计算结果上乘以温升补偿系数，进而对电阻损耗进行修正，计算式为(6)(7)式中，EL为温度补偿后的线路电阻损耗；kw为温升补偿系数；EL为温度补偿前的线路电能损耗；Ri(20)为温度在20时线路第i段单位长度的电阻值，单位为/m；Ipi为额定电流值；Iif为均方根电流值，单位为kA；li为第i种型号导线的长度，单位为km；Nci为每相导线的分裂数；T为环境温度，单位为。在计算过程中，导线周围流过的电流会使导线温度升高，空气温度同样会对导线造成影响，进而影响电阻损耗计算的准确程度，所以在对电阻损耗整体进行修正的基础上，还需要对电阻本身阻值进行修正，以确保结果更可靠。修正式为 (8)(9)式中，R0为导线的实际电阻，单位为；r0为每千米实际电阻值，单位为/km；k为电阻温度修正系数；R20为导线在温度20 时的电阻值，单位为；r20为每千米电阻值，单位为/km，其中k计算式为(10)式中，Irms为均方根电流值；n为每相分裂导线条数；k为导线温度系数；t为选取代表日的平均气温，单位为；I为温度在20 时导线达到目标温度时的持续电流值。1.3 架空线路的参数修正电晕是带电导体四周空气发生电离作用时所产生的一种光热现象6。电晕现象产生的主要条件是，在运行工况下导线四周的电场强度超过了当时的临界值。因为输电线路周围的场强大小随着电压等级增大而递增，所以1 000 kV特高压线路的电压等级更高，更容易发生电离。电压等级越高，电晕损耗越大，电晕对线损的影响也就越突出。同时较长时间的电晕现象不仅会导致线损增大，也会引发一系列的环境问题。通常在计算110 kV及以上电压等级输电线路时，电晕损耗较小，所以可将其归算至理论线损之内。110330 kV电压等级的输电线路的电晕损耗相对模糊，故可按该导线的有功损耗的0.5%2.0%进行估算，在好天气时取偏小值，在雾凇天气、冰雪天气取偏大值7。5001 000 kV线路的单位长度上的电晕损耗计算式为 (11)式中，P1、P2和P3分别为好天气、多雨天气和雾凇天气的单位长度的电晕损耗，单位为kW/km；Rn为分裂导线半径，单位为cm；Eu为导线表面的最大场强，单位为kV/cm；E0为临界电场强度8。中间相的表面场强计算式为(12)边侧相的表面场强计算式为 (13)式中，v为计算分裂导线表面最大电场强度的系数；C为平均电容；n为分裂数；r为子导线半径；V为实际运行电压；D1、D2均为常数，且二者均近似等于D。将输电线路运行电压用其首端和末端的平均电压代替，一年电晕损耗的加权平均值为(14)式中，Vi和Vj分别为输电线路首端电压和末端电压；T1为一年中好天气持续时间；T2为一年中多雨天气持续时间；T3为一年中雾凇天气持续时间；。38|2023年第42卷第4期理论分析|Theoretical Analysis对于电晕损耗，建立数学模型，对环境因素产生的电晕损耗进行修正，计算式为(15)式中，Pi为第i种环境状况下的有效电晕损耗，单位为kW/km；为电晕修正系数；Pi为实际修正后的电晕损耗。其中的计算式为(16)式中，f为电压频率；r为导线半径，单位为cm；R为导线等效为参考电位的圆柱半径，单位为cm；。1.4 构建理论线损修正模型结合图1并根据参数修正后的结果，计算出电抗器损耗SA、输电线路损耗SZL以及无功消耗Q，可以得到S=S2Q+SZL+SA，并且根据复功率，计算出有功功率P。根据输电线路右端S2，可得到线路末端有功功率，则理论线损计算式为 (17)经过参数修正后的线损计算仍未考虑电阻损耗和电晕损耗的影响。前文分析了温度对电阻、电晕损耗的影响，并计算出电阻损耗和电晕损耗的修正系数。通过首端功率和末端功率相减粗略计算线路损耗，忽略温度对导线电阻损耗的影响，以及场强和不同天气对电晕损耗造成的影响，导致计算结果不准确，与实际值差别较大。故本文提出在考虑各种因素的前提下，对导线电阻损耗和电晕损耗进行修正，并将修正后的损耗加到原有的线路损耗中，将其拟合成一个新的理论线损计算模型，该模型考虑因素比传统方法更多，运算结果更可靠。计算式为 (18)式中，P为修正后的理论线损；Pi为修正后的电晕损耗；kwEL为修正后的电阻损耗，且电阻损耗的电阻为R=kR20，系数k考虑了温度、湿度对电阻的影响。2 统计线损及其影响因素统计线损是指