配电网理论线损伤计算算法及其改进的研究
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摘要
电力系统运行中有三个重要的经济指标，即煤耗率、厂用电率和线损率。尽管电力工业处于改革和发展之中，这三个指标是不变的。就配电网而言，合理有效的线损计算是管理和运行中的一项重要任务。目前，配电网理论线损计算往往在一定假设条件下，如给定功率因数、负荷曲线形状，以及忽略电压对线损影响等，近似求取，造成精度不高、效果不理想的结果。因此，在配电网自动化逐步完善的背景下，研究一种适合不同自动化水平的配电网理论线损计算的实用方法显得越来越重要。
首先，通过FCM聚类算法进行典型日选取，考虑特殊用电日对线损计算的影响。根据配电网自动化现状，分析了配电网理论线损计算所面对的主要困难，研究了配电网各种用户量测配置的特点。以馈线为基本单元，以辐射状网络为研究对象，对不同量测配置的用户区别对待，将用户分为实时量测节点、电量信息节点和容量信息节点，利用少量的实时数据和大量的历史数据将配电网负荷伪量测数据补充完整。
其次，针对配电网伪量测负荷精度不高的问题，提出采用基于配电匹配潮流技术和最小二乘估计的理论线损改进算法，充分利用实时量测数据，对非量测负荷数据进行不同程度的修正，以使非量测负荷数据的准确度达到或者接近实时量测数据的精度水平。在负荷最小二乘估计算法中以负荷电流为状态变量，通过量测变换，将配电网中的功率量测转化为等效电流量测，实现了雅可比矩阵常数化，负荷电流虚部、实部解耦求解。以等效的观点，将面向时间过程的能量损耗问题转化为一个断面的功率损耗问题，利用修正后的等效功率计算网络的等效线损，显著减少了计算量。算例分析表明，此理论线损改进算法能有效提高伪量测数据的准确度。同时，就一实际配电系统进行了理论线损分析，通过理论线损与统计线损比较、线损成份分析，给出提高计量准确度的方法以及降低线损的措施。
最后，就开发的《电网理论线损分析系统》软件产品，侧重于该软件的配网线损计算部分给予详细的总结，开发的配网理论线损分析软件符合国家规程及管理标准，内容丰富、界面友善、使用方便，已投入工程应用，取得良好效果。
There are three most important economic index in the electric power system operation, which are the fuel consumption rate, the station service power consumption rate and the line loss rate. Recently, although electric utility industry is deregulated, the three index is unchangeable. For the distribution network, rational and effective line loss calculation is one of the important task during management and operation. Currently, distribution line loss calculation is rough calculated under some assumed conditions, such as given power factor and load curve, voltage variation neglected, and so on. For this reason, it looks very urgent to study a new method which is suitable for different automation level.
Firstly, fuzzy C-means cluster analysis is used to consider the influence by special days. According to the distribution automation, the difficulty of line loss calculation is analyzed and the characteristic of load measurements is studied. The method treats the feeder line as a basic unit and concentrates radial networks, which differentiates loads as: real-time-info loads, energy-consumption-info loads and capacity-info loads. A spot of real-time data and a large quantity of history data are took full advantage of replenishing in the method.
Secondly, due to the low precision of pseudo measurements, an improved method based on matching power flow and least square estimation is proposed. The real-time data are took full advantage and the pseudo measurements are modified to increase theirs precision. Power measurements are all transformed to equivalent current measurement that makes the Jacobian matrix constant and calculates current real and imaginary part individually. In the light of nodal equivalent power principle, it solves the energy losses as power losses. Calculation example results show the method can increase the precision of pseudo measurements. Meanwhile, a practical system is analyzed using this method. Contrasting the theoretical line loss and statistical line loss, analyzing the ingredient of line loss, the way to increase the measure precision and reduce the line loss is proposed.
Finally, introduces the software developed of power system theoretical line loss analyzing system. This software can satisfy the request of precision in the engineering application and is in accordance with the standards of loss calculation and management, and it has already in-service. It is user-friendly, and the practical application shows its effectiveness.
首先，通过FCM聚类算法进行典型日选取，考虑特殊用电日对线损计算的影响。根据配电网自动化现状，分析了配电网理论线损计算所面对的主要困难，研究了配电网各种用户量测配置的特点。以馈线为基本单元，以辐射状网络为研究对象，对不同量测配置的用户区别对待，将用户分为实时量测节点、电量信息节点和容量信息节点，利用少量的实时数据和大量的历史数据将配电网负荷伪量测数据补充完整。
其次，针对配电网伪量测负荷精度不高的问题，提出采用基于配电匹配潮流技术和最小二乘估计的理论线损改进算法，充分利用实时量测数据，对非量测负荷数据进行不同程度的修正，以使非量测负荷数据的准确度达到或者接近实时量测数据的精度水平。在负荷最小二乘估计算法中以负荷电流为状态变量，通过量测变换，将配电网中的功率量测转化为等效电流量测，实现了雅可比矩阵常数化，负荷电流虚部、实部解耦求解。以等效的观点，将面向时间过程的能量损耗问题转化为一个断面的功率损耗问题，利用修正后的等效功率计算网络的等效线损，显著减少了计算量。算例分析表明，此理论线损改进算法能有效提高伪量测数据的准确度。同时，就一实际配电系统进行了理论线损分析，通过理论线损与统计线损比较、线损成份分析，给出提高计量准确度的方法以及降低线损的措施。
最后，就开发的《电网理论线损分析系统》软件产品，侧重于该软件的配网线损计算部分给予详细的总结，开发的配网理论线损分析软件符合国家规程及管理标准，内容丰富、界面友善、使用方便，已投入工程应用，取得良好效果。
There are three most important economic index in the electric power system operation, which are the fuel consumption rate, the station service power consumption rate and the line loss rate. Recently, although electric utility industry is deregulated, the three index is unchangeable. For the distribution network, rational and effective line loss calculation is one of the important task during management and operation. Currently, distribution line loss calculation is rough calculated under some assumed conditions, such as given power factor and load curve, voltage variation neglected, and so on. For this reason, it looks very urgent to study a new method which is suitable for different automation level.
Firstly, fuzzy C-means cluster analysis is used to consider the influence by special days. According to the distribution automation, the difficulty of line loss calculation is analyzed and the characteristic of load measurements is studied. The method treats the feeder line as a basic unit and concentrates radial networks, which differentiates loads as: real-time-info loads, energy-consumption-info loads and capacity-info loads. A spot of real-time data and a large quantity of history data are took full advantage of replenishing in the method.
Secondly, due to the low precision of pseudo measurements, an improved method based on matching power flow and least square estimation is proposed. The real-time data are took full advantage and the pseudo measurements are modified to increase theirs precision. Power measurements are all transformed to equivalent current measurement that makes the Jacobian matrix constant and calculates current real and imaginary part individually. In the light of nodal equivalent power principle, it solves the energy losses as power losses. Calculation example results show the method can increase the precision of pseudo measurements. Meanwhile, a practical system is analyzed using this method. Contrasting the theoretical line loss and statistical line loss, analyzing the ingredient of line loss, the way to increase the measure precision and reduce the line loss is proposed.
Finally, introduces the software developed of power system theoretical line loss analyzing system. This software can satisfy the request of precision in the engineering application and is in accordance with the standards of loss calculation and management, and it has already in-service. It is user-friendly, and the practical application shows its effectiveness.
引文
[1] 许绍良，宋治，苗竹梅．电力网电能损耗计算导则．北京：中国电力出版社，2000．
[2] 杨秀台．电力网线损的理论计算和分析．北京：水利电力出版社，1985．
[3] 曹建凯，李正强．电力网理论线损计算与分析．郑州大方软件有限责任公司，2004．
[4] 吴安官，倪保珊．电力系统线损．中国电力出版社，1996．
[5] 辛开远，杨玉华，陈富．计算配电网线损的GA与BP结合的新方法．中国电机工程学报，2002，22(2)：79-82．
[6] 姜惠兰，安敏，刘晓津，等．基于动态聚类算法径向基函数网络的配电网线损计算．中国电机工程学报，2005，25(10)：35-39．
[7] 盛四清，王献忠．基于粒子群优化算法的神经网络在配电网线损计算中的应用．继电器，2006，34(10)：73-76．
[8] 袁慧梅，郭喜庆，于海波．中压配电网线损计算新方法．电力系统自动化，2002，26(11)：50-53．
[9] 顾秀芳，刘青，关长余，康海珍．基于远方终端测量装置的配电网线损计算．继电器，2005，33(11)：18-21．
[10] 王军刚，王承民，李恒，郭志忠．基于实测数据的配网理论网损计算方法．电网技术，2002，26(12)：18-20．
[11] 陈得治，郭志忠．基于负荷获取和匹配潮流方法的配电网理论线损计算．电网技术，2005，29(1)：80-84．
[12] 陈得治，郭志忠．基于抄表策略的配电网负荷模式分析．继电器，2005，33(5)：17-19．
[13] 陈得治，郭志忠，胡健．基于典型负荷模式的配电网负荷分析．中国电力，2005，33(8)：24-27．
[14] 杨霖，王卫东，陈得治，郭志忠．基于测量的中压配电网线损计算研究．继电器，2005，33(3)：28-33．
[15] 陈得治，郭志忠．基于表计配置的配电网可观性分析．中国电机工程学报， 2005，25(12)：35-41．
[16] 丁心海，罗毅芳，刘巍，等．配电网线损理论计算的实用方法一改进迭代法．电网技术，2000，24(1)：39-42．
[17] 孙宏斌，张伯明，相年德．配电匹配潮流技术及其在配电网状态估计中的应用．电力系统自动化，1998，22(7)：18-22．
[18] 曹亮，孔峰，陈昆薇．一种配电网的实用潮流算法．电网技术，2002，26(11)：58-60．
[19] 张铁峰，苑津莎，刘建新．计及多种因素的配电网理论线损实用计算方法．华北电力大学学报，2005，32(3)：5-7．
[20] 孟晓丽，李惠玲，盛万兴．省／地／县一体化配电网线损管理系统的设计与实现．电力系统自动化，2005，29(23)：87-90．
[21] 杨骥，吴杰．配电网实时线损计算系统．电力需求侧管理，2005，7(2)：18-20．
[22] 卫志农，鞠平，董峰，王步华，陈淑华．基于潮流计算的电力网线损理论计算．河海大学学报，2000，28(6)：43-46．
[23] 张步涵，李可文，沙立华，涂火生．基于树状网潮流的配电网电能损耗计算．华中理工大学学报，2000，28(2)：57-60．
[24] 刘健，徐精求，董海鹏．配电网概率负荷分析及其应用．电网技术，2004，28(6)：67-70．
[25] 王成山，王守相．基于区间算法的配电网三相潮流计算及算例分析．中国电机工程学报，2002，22(3)：58-62．
[26] 王成山，刘妹，林勇．基于区间算法的配电网线损理论计算．电力系统自动化，2002，22-27．
[27] 李红梅，齐伟夫，徐建源．改进电量法在配电网线损计算中的应用．东北电力技术，2004，10：14-16．
[28] 彭新宇，黄民翔，许诺，沈勤靖．10kV配电网线损的快速计算法．电力系统及其自动化学报，2002，14(4)：45-47．
[29] 李建，王心丰，段刚，韩英铎．基于等效功率变换的配电网状态估计算法．电力系统自动化，2003，27(10)：39-44．
[30] 辛开远，高赐威，杨玉华．配电网状态估计中的量测变换技术．电网技术，2002，26(9)：67-70．
[31] 李惠，杨明皓．配电网非量测负荷的最小二乘估计．电网技术，2003，27(7)：47-51．
[32] 李惠，杨明皓．基于负荷电流的配电网非量测负荷估计．中国电机工程学报，2005，25(5)：33-37．
[33] 高赐威，陈昆薇，何洋．一种配电网状态估计算法的研究．继电器，2001，29(10)：13-15．
[34] 毕胜春．电力系统运动及调度自动化．2000．
[35] 陈竟成，张学松，于尔铿．配电管理系统(DMS)及其应用功能．电力系统自动化，1999，23(18)：45-48．
[36] 朱振清，房朝阳，丁永福，谢廷彬．配电网线损的实用计算．中国电力，1997，2(30)：38-40．
[37] 高新波．模糊聚类分析及其应用．西安电子科技大学出版社，2004．
[38] 于尔铿．电力系统状态估计．北京：水利电力出版社，1985．
[39] C. C. B. Oliverira, N. Kagan A. Meffe, S. Jonathan, S. Caparroz, J. Cavaretti. A NEW METHOD FOR THE COMPUTION OF TECHNICAL LOSS IN ELECTRICAL POWER DISTRIBUTION SYSTEMS. IEE 2001, 18-22.
[40] Mentor Proveda, A New Method to Calculate Power Distribution Losses in an Enviroment of High Unregistered Loads, IEEE, 1999.
[41] Ross Baldick and Flix F. Wu, Approximation Formulas for the Distribution System: the Loss Function and Voltage Dependence, IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 6, No. 1, January 1991.
[42] David L. Flaten, Distribution System Losses Calculated By Percent Loading, IEEE Transaction on Power System, Vol. 3, No. 3, August 1988.
[43] M. Kinnunen, E. Lakervi, Estimation and Role of Distribution System Losses in OpenMarkets, IEEE, 2002, 897-901.
[44] J. J. Grainger, T. J. Kendrew, Evaluation of Technical Losses on Electrical Distribution Systems, CIRED, 1989, 488-494.
[45] R O FERREYRA, P J PAOLETICH, Model for Losses Calculation and Breakdown in Distribution Systems, CIRED2001, 18-21 June 2001, Conference Publication No. 482 IEE 2001.
[46] H. M. Khodr, J. Molea etc, Standerd Levels of Energy Losses in Primary Distribution Circuits for SCADA Application, IEEE Transaction on Power Systems, Vol.17, No.3, August 2002。
[47] Joanicjusz Nazarko, Zbigniew Styczynski, Mirosiaw Popiawski, The Fuzzy Approach to Energy Losses Calculations in Low Voltage Distribution Networks,2000 IEEE.
[48] Paulo Moises Costa and Manuel A. Matos, Loss Allocation in Distribution Networks with Embedded Generation, IEEE TRANSATCTION ON POWER SYSTEMS, VOL.19, NO.1, FEBRUARY 2004.
[49] Jian Liu, Bi Pengxiang, Zhang Yangqing, WuXiaomeng, Power Flow Analysis on Simplified Feeder Modeling , IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL.19, NO.1, JANAUARY 2004.
[2] 杨秀台．电力网线损的理论计算和分析．北京：水利电力出版社，1985．
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