摘要：分析了配電網(wǎng)損耗產(chǎn)生的物理機(jī)理，并綜述了當(dāng)前常用的配電網(wǎng)理論線損計(jì)算方法，評(píng)價(jià)了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。首先將配網(wǎng)損耗分為設(shè)備損耗和運(yùn)行附加損耗兩類(lèi)，給出各自的分析計(jì)算公式。而后分別介紹電網(wǎng)理論線損計(jì)算的傳統(tǒng)算法、潮流算法和智能算法及其特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，指出電網(wǎng)理論線損預(yù)測(cè)算法的發(fā)展前景。
　　關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；損耗機(jī)理；線損計(jì)算；預(yù)測(cè)
　　0引言
　　近年來(lái)，我國(guó)堅(jiān)持貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，為應(yīng)對(duì)氣候變化，要求各行業(yè)大力開(kāi)展節(jié)能減排工作。2008年，全國(guó)電網(wǎng)綜合線損率達(dá)到6.79%，比2007年下降了0.18個(gè)百分點(diǎn)；其中，南方電網(wǎng)綜合線損率已降至6.68%，比2002年下降了1.31個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)約電量67億千瓦時(shí)，效果顯著[1-2]。然而，相比西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)電力行業(yè)能效水平依然很低，電力發(fā)、輸、配、用環(huán)節(jié)的損耗依然較高，這其中，配電部分尤為明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在整個(gè)電力系統(tǒng)中，我國(guó)配網(wǎng)側(cè)電能損耗占總損耗的15%以上。因此，我國(guó)電力行業(yè)要推動(dòng)節(jié)能減排，首當(dāng)其沖的是全面提高配網(wǎng)側(cè)能效。
　　電網(wǎng)損耗有其自身的規(guī)律和特點(diǎn)，只有從本質(zhì)上掌握目標(biāo)配網(wǎng)的損耗機(jī)理，才能提出有效的降損策略。與此同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)損耗的準(zhǔn)確描述和定量評(píng)估，必須掌握線損計(jì)算的工具。在此，本文對(duì)當(dāng)前在這一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及成果進(jìn)行綜述，以作為進(jìn)一步研究的參考和依據(jù)。
　　1配網(wǎng)損耗機(jī)理
　　配網(wǎng)中的電能損耗主要分為設(shè)備損耗和運(yùn)行附加損耗，其中設(shè)備損耗主要是線路損耗和變壓器損耗。不合理的運(yùn)行方式，如三相不平衡、運(yùn)行電壓不合理、諧波等因素會(huì)在配網(wǎng)中產(chǎn)生一定量的附加損耗[3-5]。
　　1.1設(shè)備損耗
　　1.1.1線路有功損耗ΔPL
　　線路有功損耗ΔPL計(jì)算式如下：
　　(1)
　　式中，RL為線路等值電阻；IL為線路輸送電流；P為線路輸送的有功功率；U為線路運(yùn)行電壓；cosφ為線路運(yùn)行功率因數(shù)。
　　1.1.2變壓器有功損耗ΔPT
　　變壓器有功損耗ΔPT計(jì)算式如下：
　　(2)
　　式中，ΔPCu、ΔPFe為變壓器負(fù)載有功損耗和空載有功損耗；S、SN為運(yùn)行視在功率和額定視在功率；U、UN為運(yùn)行電壓和額定電壓；ΔPk、ΔP0依次為短路損耗、空載損耗。
　　1.1.3電容、電抗有功損耗ΔPC、ΔPE
　　電容器在配電網(wǎng)中起到補(bǔ)償無(wú)功的作用，但電容器的投運(yùn)本身也會(huì)產(chǎn)生一定的有功損耗： ΔPC=QCtana(3)
　　式中，ΔPC為電容器有功損耗，QC為電容器的額定容量，tana為電容器介質(zhì)損耗角。
　　同樣的，串聯(lián)電抗器也會(huì)導(dǎo)致一部分有功損耗：
　　(4)
　　式中，ΔPE為電抗器有功損耗，ΔPK為電抗器的額定工況損耗，IN為電抗器額定電流。
　　1.1.4設(shè)備老化損耗ΔPold
　　變壓器、線路、開(kāi)關(guān)、電容器等設(shè)備老化或接觸不良將導(dǎo)致電網(wǎng)的等值電阻Req增大，產(chǎn)生接觸電阻Rold，從而導(dǎo)致配網(wǎng)的有功損耗增大。不存在接觸電阻時(shí)有功損耗為I2Req；存在接觸電阻時(shí)，有功損耗為I2(Req+Rold)，因此，這部分附加的損耗為：
　　ΔPold=I2Rold(5)
　　1.2運(yùn)行附加損耗
　　1.2.1三相不平衡附加損耗ΔΔPub
　　三相不平衡時(shí)三相配電線路和配變?nèi)�相繞組將產(chǎn)生附加損耗ΔΔPub，計(jì)算式如下：
　　(6)
　　式中，ΔPub、ΔPb分別為三相不平衡和平衡時(shí)的有功損耗；IA、IB、IC為三相電流，當(dāng)三相平衡時(shí)則各相電流IA=IB=IC=(IA+IB+IC)/3。
　　1.2.2運(yùn)行電壓不合理附加損耗ΔΔPvr
　　配電網(wǎng)的損耗實(shí)際上可分為可變損耗和固定損耗，前者包括線路損耗和配變銅損，和電壓平方成反比，后者主要是配變鐵損，與電壓平方成正比。具體如下公式：
　　(7)
　　式中，ΔP為配電網(wǎng)總有功損耗；Req配電線路等值電阻和配變負(fù)載等值電阻之和；ΔP0i為第i臺(tái)配變鐵損；U為配網(wǎng)運(yùn)行電壓。上式兩邊同時(shí)對(duì)U求導(dǎo)可得：
　　(8)
　　令上式等于0可得總有功損耗取得最小值ΔPmin時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值Umin。當(dāng)運(yùn)行電壓偏離Umin值時(shí)，無(wú)論是電壓升高或降低都將使配網(wǎng)將產(chǎn)生附加的運(yùn)行有功損耗，如下式所示：
　　ΔΔPvr=ΔP-ΔPmin(9)
　　1.2.3諧波附加損耗ΔΔPhw
　　當(dāng)配電網(wǎng)中存在諧波電流時(shí)，非正弦周期電流的有效值IΣ等于其基波分量I1與各次諧波分量有效值Ih（h=2,3,4,……）的平方和的平方根值：
　　(10)
　　從而諧波存在時(shí)，IΣ流過(guò)電阻為R的線路所導(dǎo)致附加損耗ΔΔPhw為：
　　ΔΔPhw=IΣ2R－I12R(11)
　　2配網(wǎng)理論線損計(jì)算
　　理論線損計(jì)算一直是電力系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)技術(shù)之一。在近幾十年的發(fā)展中，理論線損計(jì)算方法已形成三個(gè)類(lèi)別：傳統(tǒng)算法，潮流算法，智能算法。
　　2.1傳統(tǒng)算法
　　傳統(tǒng)算法以均方根電流法、平均電流法、最大電流法等為代表，常用的還有等值電阻法、分散系數(shù)法、回歸分析法等[6]。
　　均方根電流法是通過(guò)對(duì)目標(biāo)電網(wǎng)或元件進(jìn)行代表日24小時(shí)負(fù)荷電流測(cè)量，得出實(shí)測(cè)負(fù)荷曲線，然后近似認(rèn)為每小時(shí)負(fù)荷不變，逐小時(shí)計(jì)算線損，從而累加得到代表日日線損的方法。均方根電流法原理簡(jiǎn)單，易于掌握，對(duì)局部電網(wǎng)或單個(gè)元件損耗計(jì)算比較有效，是目前工程常用的計(jì)算方法。當(dāng)考慮到日負(fù)荷波動(dòng)頻繁、代表日不可靠、計(jì)算精度要求高等因素時(shí)，均方根電流法顯示出局限性。
　　等值電阻法是對(duì)電網(wǎng)或元件電阻進(jìn)行理論等值后，代入負(fù)荷電流進(jìn)行損耗計(jì)算的一類(lèi)方法。在實(shí)際電網(wǎng)中，這類(lèi)方法往往造成較大誤差，原因在于實(shí)際系統(tǒng)中存在大量的電容、電感設(shè)備，以及不可見(jiàn)的設(shè)備老化接觸電阻，嚴(yán)重影響計(jì)算精度。
　　回歸分析法是通過(guò)建立回歸分析方程計(jì)算和校準(zhǔn)理論線損的方法。這類(lèi)方法對(duì)規(guī)模配電網(wǎng)計(jì)算精度高，適用性好。其計(jì)算精度主要依賴于對(duì)全網(wǎng)數(shù)據(jù)的正確分類(lèi)和準(zhǔn)確采樣，通常需要抽取大量的樣本進(jìn)行計(jì)算。
　　2.2潮流算法
　　潮流算法是對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算的精確算法，主要包括前推回代法、動(dòng)態(tài)潮流法、損耗功率累加法、損耗功率插值法、節(jié)點(diǎn)等效功率法等[7]。
　　前推回代法主要用于6~10kV單輻射狀配網(wǎng)潮流計(jì)算，根據(jù)潮流計(jì)算定理先預(yù)設(shè)電壓參數(shù)，計(jì)算潮流后，校正預(yù)設(shè)參數(shù)至滿足精度要求，在此基礎(chǔ)上直接計(jì)算配網(wǎng)各部分的功率損耗。
　　動(dòng)態(tài)潮流法是基于實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，通過(guò)不同時(shí)刻采樣并采用插值求取動(dòng)態(tài)有功、無(wú)功值，最終累加得到動(dòng)態(tài)潮流及其損耗電量的方法，其精確度取決于采樣及差值計(jì)算的擬合準(zhǔn)確度。動(dòng)態(tài)潮流法精度高、使用靈活，能適用于系統(tǒng)在線計(jì)算，在較大規(guī)模電網(wǎng)的實(shí)時(shí)計(jì)算中有明顯優(yōu)勢(shì)。
　　節(jié)點(diǎn)等效功率法是把計(jì)算時(shí)段內(nèi)隨著時(shí)間變化的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入功率處理為節(jié)點(diǎn)的等效功率，而后用潮流計(jì)算來(lái)確定系統(tǒng)各部分的損耗電量。算法通過(guò)將負(fù)荷曲線階梯化或者查負(fù)荷曲線形狀系數(shù)來(lái)獲取節(jié)點(diǎn)等效功率。在節(jié)點(diǎn)功率變化幅度不大的情況下，該算法可以取得較好效果。此外，該算法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，計(jì)算所需原始資料的獲取十分簡(jiǎn)便，且準(zhǔn)確可靠，主要來(lái)自電度表數(shù)據(jù)。
　　文獻(xiàn)[8]提出一種基于網(wǎng)絡(luò)最大流概念的配網(wǎng)理論線損計(jì)算方法。該算法將大大簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn)編號(hào)及原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作，只需指定網(wǎng)絡(luò)的發(fā)點(diǎn)及收點(diǎn)，其余各點(diǎn)可任意標(biāo)號(hào)，有利于計(jì)算機(jī)處理，也為可視化配網(wǎng)線損計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)提供了有利條件。缺陷在于，只能用于單電源配網(wǎng)的線損計(jì)算，而不能適應(yīng)多電源配網(wǎng)。
　　文獻(xiàn)[9]提出一種合理地獲取負(fù)荷并基于該負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確潮流計(jì)算的線損計(jì)算方法。首先將配電網(wǎng)負(fù)荷和支路信息分類(lèi)，通過(guò)支路信息將原網(wǎng)絡(luò)分解為若干個(gè)等效網(wǎng)絡(luò)；其次為無(wú)自動(dòng)化量測(cè)的負(fù)荷用戶設(shè)置的假設(shè)條件也最大限度地滿足工程需求，最后將所有獲取負(fù)荷的計(jì)算統(tǒng)一為期望負(fù)荷分配因子和期望負(fù)荷的計(jì)算。根據(jù)不同置信度的期望負(fù)荷為配電網(wǎng)匹配潮流提供負(fù)荷數(shù)據(jù)及其修正，得到理論線損的計(jì)算結(jié)果。該方法能有效提高計(jì)算精度，所能獲取的信息也更為全面。
　　2.3智能算法
　　智能算法是隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展和各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、粒子群算法等模擬生物智能的技術(shù)成熟而得到廣泛應(yīng)用的新型算法。將智能算法應(yīng)用于線損理論計(jì)算時(shí)間不長(zhǎng)，已有的算法主要使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法來(lái)擬合和計(jì)算配網(wǎng)線損[10-12]。
　　文獻(xiàn)[13]提出利用GA優(yōu)化的ANN模型，用于計(jì)算中壓配電線路的實(shí)時(shí)線損。該算法利用SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，能夠同時(shí)進(jìn)行在線、離線計(jì)算。利用GA優(yōu)化的ANN模型進(jìn)行線損計(jì)算，能夠考慮損耗的時(shí)域特性和各節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷曲線形狀，且模型簡(jiǎn)單，具有較好的魯棒性和適應(yīng)性，平均計(jì)算精度高達(dá)2.42%，適用于農(nóng)村配電線路線損的實(shí)時(shí)計(jì)算。
　　文獻(xiàn)[14]提出一種將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法與GA算法結(jié)合，用于計(jì)算配電網(wǎng)線損的新型智能算法。對(duì)于有代表性的配電線路的線損與特征參數(shù)的樣本數(shù)據(jù)，先作標(biāo)準(zhǔn)化處理，再進(jìn)行分群，最后用GA與BP結(jié)合的新算法映射線損與特征參數(shù)之間的復(fù)雜關(guān)系。該算法收斂速度快，準(zhǔn)確度高，避免了常規(guī)BP算法容易陷入局部極小而基本遺傳算法過(guò)早收斂的缺點(diǎn)。
　　文獻(xiàn)[15]針對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速度慢、容易陷入局部極小的缺點(diǎn)，提出了一種基于免疫遺傳算法(IGA)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算配電網(wǎng)的理論線損。該算法在遺傳算法的基礎(chǔ)上引入生物免疫系統(tǒng)中的多樣性保持機(jī)制和抗體濃度調(diào)節(jié)機(jī)制，克服了GA算法的搜索效率低、個(gè)體多樣性差及早熟現(xiàn)象，擴(kuò)大了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值搜索空間，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)效率和精度。
　　文獻(xiàn)[16]首次提出，利用電網(wǎng)參數(shù)、負(fù)荷量的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論線損率的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)，開(kāi)啟了利用線損影響因素預(yù)測(cè)理論線損率的新思路。該方案計(jì)及多種電網(wǎng)發(fā)展的相關(guān)因素，能較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)電網(wǎng)線損率，不足在于體系復(fù)雜，所需的參數(shù)眾多，且耗時(shí)長(zhǎng)。
　　根據(jù)當(dāng)前用戶對(duì)供電電壓質(zhì)量、可靠性的高要求，以及推進(jìn)節(jié)能減排的需要，系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)正得到大力推廣。為實(shí)現(xiàn)線損管理的實(shí)時(shí)化、在線化，配網(wǎng)理論線損計(jì)算技術(shù)的精度和速度，以及對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)度等正面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，智能算法正得到越來(lái)越多的關(guān)注。與此同時(shí)，線損預(yù)測(cè)技術(shù)也是一種極具潛力的發(fā)展方向，特別是在線預(yù)測(cè)技術(shù)。
　　近些年，針對(duì)中、長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的模型和算法已經(jīng)得到深度發(fā)展，各種模型在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)發(fā)展及其規(guī)劃問(wèn)題時(shí)已經(jīng)能夠基本解決負(fù)荷的高精度預(yù)測(cè)問(wèn)題。然而，在線損預(yù)測(cè)方面，這類(lèi)技術(shù)沒(méi)有得到重視。隨著電網(wǎng)節(jié)能政策的推進(jìn)，電網(wǎng)節(jié)能改造、節(jié)能規(guī)劃已經(jīng)越來(lái)越多的進(jìn)入到電力工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。做好配網(wǎng)理論線損的預(yù)計(jì)算及預(yù)評(píng)估，能夠指導(dǎo)配網(wǎng)做出最高效、最節(jié)能的電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行方案。在對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行比較、優(yōu)選時(shí)，對(duì)待選方案進(jìn)行線損預(yù)評(píng)估，也能為電網(wǎng)節(jié)能性指標(biāo)提供能為客觀、更為準(zhǔn)確的依據(jù)。
　　3結(jié)語(yǔ)
　　配網(wǎng)損耗機(jī)理及理論線損計(jì)算是研究配網(wǎng)節(jié)能經(jīng)濟(jì)規(guī)劃和運(yùn)行的重要組成部分，只有透徹分析配網(wǎng)損耗的組成及其損耗機(jī)理，并不斷深化損耗模型的仿真性和適應(yīng)性，才能引導(dǎo)我們正確認(rèn)識(shí)配網(wǎng)損耗的特點(diǎn)，從而提出合理的對(duì)策；只有掌握理論線損計(jì)算的有效工具，才能對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行狀況及其技術(shù)改造成效構(gòu)成定量描述，才能適應(yīng)當(dāng)前電子化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、自動(dòng)化、智能化的電網(wǎng)的運(yùn)行管理要求。
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