王兴华

（广东电网发展研究院有限责任公司，广东 广州 510080）

0 引言

配电网按照电压等级划分，可以分为高压配电网（35~110 kV）、中压配电网（6~10 kV、20 kV）和低压配电网（220~380 V）[1-3]。由于配电网存在网架结构薄弱、电网老化等问题，配电网损耗在电网损耗中占有较大比例，发输电环节与配电环节的损耗之比达到 1.5:3.5，其中低压配电网的损耗占到配电损耗的80%左右[4-6]。为响应着重优化主网、持续做强配网、加快升级农网的号召，电网企业需要不断升级改造低压配电网以降低低压配电网损耗。

在输电网中，同一电压等级的所有设备通过线路均连接在同一网架结构之中，而低压配电网并不像输电网，低压配电网是由若干个台区组成。台区是指一台配电变压器通过低压配电线路所供电的低压用户的范围或区域。台区之间基本不会相互连接或极少连接。优化低压配电网就是优化台区，如果台区损耗通过优化台区网架结构得以降低，那么低压配电网的损耗也会随之降低[5-6]。

由于低压配电网存在结构复杂、分支线多、负荷特性多变、资料不完备等原因，欲准确计算台区乃至低压配电网的损耗几乎不可能。现在比较常见的求取配电网损耗的方法有均方根电流法、负荷损失因数法、最大负荷损耗时间法，但这些方法均没有考虑负荷峰谷波动对配电网损耗的影响[5-8]。为此，本文针对低压配电网现状，在均方根电流法的基础上考虑负荷峰谷波动的情况，形成了台区极限线损计算方法。由于负荷峰谷波动存在最大和最小两种极限情况，通过计算极限形状系数得到台区的最大极限线损和最小极限线损，进而得到台区真实线损的取值范围。通过分析台区极限线损与线损率指标关系，找出台区线损的薄弱环节，明确范围并采取有针对性的措施进行降损规划，从而达到降损节能、提高经济效益的目的。

1 台区理论线损

理论线损是在输送和分配电能过程中无法避免的损耗，是由电网设备参数和电网负荷情况决定的。台区理论线损是在台变通过低压配电线路向低压用户供电的过程中产生的。台区理论线损包括台区低压配电线路理论线损与台变理论线损。

1.1 台区线路理论线损

由文献[10]可知，台区单条低压线路损耗电量为：

其中，ik为线路负荷波动的形状系数，0iR 为线路电阻标称值，iA为线路有功电量，cosφavi为线路平均功率因数，iU为线路平均电压，T为时间。

1.2 台变理论线损

台变线损包括固定损耗和可变损耗。

由文献[10]可知，台变固定损耗电量为：

其中，0P为台变额定空载损耗，T为时间。

台变可变损耗为：

其中，kP为台变额定负载损耗，k为台变负荷波动的形状系数，A为台变有功电量，NI为台变额定电流，cosϕav为台变平均功率因数，U为台变平均电压，T为时间。

负荷波动的形状系数k的计算公式为：

2 台区极限线损

台区极限线损是指台区理论线损的极限值。

2.1 低压配电线路极限线损

通过低压用户的用户表可得终端线路（与低压用户直接连接的线路）的有功电量、无功电量、最大负荷、最小负荷，进而线路的平均功率因数可以确定，又可根据线路型号查到线路标称电阻。由公式(1)可知，在线路电阻、有功电量、平均功率因数及电压确定的情况下，线路损耗的大小完全取决于线路负荷曲线的形状系数。

文献[7]证明了在有功电量、最大负荷、最小负荷确定的前提下，负荷曲线形状为如图1所示的矩形波时，负荷曲线的形状系数取得最大值，其中1T可通过式(5)计算而得。

图1 形状系数最大时的负荷曲线Fig.1 Load curve with maximum shape coefficient

其中，W为线路有功电量，T为计算时间。

负荷曲线形状为如图2所示的波形时，即最大负荷和最小负荷以冲击负荷出现，其他时间均为平均负荷avp，负荷曲线的形状系数取得最小值1。

在极限负荷曲线已知的情况下，根据公式(3)可以求出最大极限形状系数和最小极限形状系数，再根据公式(4)即可求得台区终端线路极限线损。

对于如图3中a段、b段、c段，这些台区中的非终端线路的负荷曲线取得最大形状系数是在其后所连接线路的负荷同时率为100%的情况下取得，而负荷曲线取得的最小形状系数是1。

图2 形状系数最小时的负荷曲线Fig. 2 Load curve with minimum shape coefficient

图3 台区结构示意图Fig. 3 Abridged general view of substation area structure

那么非终端线路的形状系数最大时的负荷曲线如图4。

根据公式(4)可计算出非终端线路极限负荷曲线的形状系数，再通过公式(1)可计算非终端线路的极限线损。

至此，台区低压配电线路的极限线损可算得。

2.2 台变极限线损

通过在台变处的关口电表可知台变的有功电量、无功电量，进而可计算得到台变的平均功率因数，又可根据台变的型号可得台变的额定电压、额定电流和额定负载损耗。由公式(3)可知，在台变有功电量、额定电压、额定电流及额定负载损耗确定的情况下，台变可变损耗的大小完全取决于台变负荷曲线的形状系数。

如图3，台变T的极限负荷曲线与a段线路的极限负荷曲线相同。根据公式(4)可计算出台变极限形状系数，再根据公式(2)与(3)可算得台变极限线损。

2.3 台区极限线损

台区极限线损由台变极限线损和台区线路极限线损构成。台区极限线损由极限线损电量和极限线损率表示。

台区极限线损电量由每条低压配电线路的极限线损电量和台变的极限线损电量叠加得到，台区极限线损率由极限线损电量与台区有功电量求商得到。

图4 非终端线路形状系数最大时的负荷曲线Fig. 4 Load curve with maximum shape coefficient of nonterminal line

3 低压配电网降损规划决策

低压配电网节能降损措施众多，且不同降损措施产生的效果也不同。因此，如何选择最合理的节能降损措施以达到利用最少的投资达到最大的效果，是低压配电网降损规划决策的重点。

基于台区极限线损的低压配电网降损规划决策的关键是找到台区极限线损率与台区线损薄弱环节的关系。

3.1 台区线损薄弱环节及降损决策分析

本文主要从技术、运行及管理三个方面分析台区线损薄弱环节。针对三个方面台区线损的薄弱环节，技术方面的针对性降损措施有：① 采用低损耗配电变压器替换高耗能变压器；② 增加低压配电网电源布点，增加供电容量，减小供电半径；③ 优化低压配电网网络布局，改造诸如迂回线路、配变偏离负荷中心等不合理的接线方式；④ 合理配置低压配电网的无功补偿，包括布点、容量，使无功就地平衡，减少线路中传输的无功功率等。运行方面的针对性降损措施有：① 优化低压用户接入系统方案，使用户均匀接入三相；② 进行必要的需求侧管理，使低压用户用电避开高峰，达到削峰填谷的效果，降低负荷波动；③ 提高负荷功率因数；④ 优化低压负荷接入布局，减轻台变及低压线路重过载现象等[10-13]。管理方面的针对性降损措施有：① 加强计量管理；② 全面开展线损“四分”管理工作；③加强营销稽查、普查工作等[14]。

根据台区极限线损计算方法对统计线损率大于线损率指标的台区进行极限线损计算得出台区最大极限线损率和最小极限线损率。当台区最小极限线损率大于线损率指标值时，说明台区线损的主要薄弱环节在技术方面，应着重推进技术方面的降损措施。当台区最小极限线损率小于线损率指标值，台区最大极限线损率大于线损率指标值时，说明台区线损的主要薄弱环节在运行方面，应着重推进运行方面的降损措施。当台区最大极限线损率小于线损率指标值时，说明台区线损的主要薄弱环节在管理方面，应着重推进管理方面的降损措施。

3.2 低压配电网降损规划决策步骤

低压配电网降损规划是低压配电网节能降损的前提，降损规划具体步骤如下：

第一步：收集资料。收集低压配电网台区的基础资料和运行资料，包括低压线路的有功电量、电压、功率因数、负荷曲线等，台变的有功电量、电压、电流、额定空载损耗、额定负载损耗以及负荷曲线等，同时收取台区的统计线损率。

第二步：现状分析。根据收取到的资料，分析各台区的线损率情况，对统计线损率大于线损率指标的台区进行统计。

第三步：极限线损计算。对线损率大于线损率指标的台区根据极限线损计算方法和收取的基础资料和运行资料进行极限线损计算，得出台区最大极限线损率和最小极限线损率。

第四步：判断薄弱环节。根据计算得到的台区最大极限线损率和最小极限线损率与线损率指标的关系判断台区中的薄弱环节。

第五步：制定降损措施。针对台区在节能降损中的薄弱环节，制定有针对性的节能降损措施。

低压配电网降损规划决策具体流程图如图5。

图5 低压配电网降损规划决策流程图Fig. 5 Flow chart of loss reduction planning decision-making of low-voltage distribution network

4 降损规划决策应用案例

选取某地区低压配电网两个统计线损率大于线损率指标值的台区（一号台区和二号台区）应用降损规划决策，该地区低压配电网线损率指标为10%。

4.1 案例一

一号台区网络拓扑结构如图6：

图6 一号台区网络拓扑结构Fig. 6 Network topology of No.1 substation area

各元件的参数如下：

(1) 变压器S9-200

该型号变压器的参数为：短路损耗 Δ Pk=2.5kW、空载损耗 Δ P0=0.5kW、容量为 SN=200kVA。

(2) 线路参数

各线路型号、截面和长度如图6，参数如表1。

表1 线路参数表Tab.1 Line parameter table

(3) 节点负荷

各节点负荷情况如表2。

表2 节点负荷情况表Tab.2 Node load condition table

各段线路的极限形状系数和极限损耗电量计算结果如表3。

表3 线路极限形状系数和月极限损耗电量计算结果Tab.3 Calculation result of line load shape coefficient limit and month loss quantity limit

台变极限形状系数及月极限损耗电量计算结果如表4。

表4 台变极限形状系数和月极限损耗电量计算结果Tab.4 Calculation result of transformer load shape coefficient limit and month loss quantity limit

台区月极限损耗电量与极限线损率计算结果如表5。

表5 台区月极限损耗电量与极限线损率计算结果Tab.5 Calculation result of substation area load shape coefficient limit and month loss quantity limit

由表5可知，一号台区最小极限线损率大于线损率指标值，说明一号台区线损的薄弱环节主要是技术方面，应制定台变技术改造项目和低压线路技术改造项目，推行技术降损措施。

4.2 案例二

二号台区网络拓扑结构如图7：

图7 二号台区网络拓扑结构Fig.7 Network topology of No.2 substation area

各元件的参数如下：

(1) 变压器S9-160

该型号变压器的参数为：短路损耗 Δ Pk=2.2kW、空载损耗 Δ P0=0.4kW、容量为 SN=160kVA。

(2) 线路参数

各线路型号、截面和长度如图6，参数如表6。

表6 支路参数表Tab.6 Line parameter table

(3) 节点负荷

各节点负荷情况如表7。

表7 节点负荷情况表Tab.7 Node load condition table

各段线路的极限形状系数和极限损耗电量计算结果如表8。

表8 线路极限形状系数和月极限损耗电量计算结果Tab.8 Calculation result of line load shape coefficient limit and month loss quantity limit

台变极限形状系数及月极限损耗电量计算结果如表9。

表9 台变极限形状系数和月极限损耗电量计算结果Tab.9 Calculation result of transformer load shape coefficient limit and month loss quantity limit

台区月极限损耗电量与极限线损率计算结果如表10。

表10 台区月极限损耗电量与极限线损率计算结果Tab.10 Calculation result of substation area load shape coefficient limit and month loss quantity limit

由表10可知，二号台区最小极限线损率小于线损率指标值，最大极限线损率大于线损率指标值，说明二号台区线损的薄弱环节主要是运行方面，应制定运行降损措施计划，优化台区运行状态，推行技术降损措施。

5 结论

1）本文在低压配电网极限线损的基础上提出了台区极限线损理论，并结合台区线路理论线损计算和台变理论线损计算给出了台区极限线损的计算方法。

2）针对低压配电网线损率偏高的问题，本文提出的基于台区极限线损的低压配电网降损规划决策就是在计算台区极限线损的基础上解决如何选择最合理的节能降损措施的问题，从而达到降损节能、提高经济效益的目的。

3）通过两个计算案例分析，基于台区极限线损的低压配电网降损规划决策能够找出台区线损薄弱环节，进而选择合理的台区节能降损措施，从而对低压配电网的降损规划有较为实用的指导意义。

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