輸配電系統(tǒng)中電能損耗產(chǎn)生的原因與分析

當今世界，電力工業(yè)的改革使傳統(tǒng)壟斷的電力行業(yè)向開放化、競爭化轉(zhuǎn)變。開放、公平的輸電網(wǎng)絡是電力市場公平競爭的必要條件。輸配電系統(tǒng)在正常運行的同時，輸電產(chǎn)生的電能損耗占到整個輸電量的5%-10%，配電量的電能損耗更是達到一定規(guī)模。在公平競爭的電力市場環(huán)境下，需要將這些電能損耗公平的分配給所有的輸配電網(wǎng)的用戶。而如何公正合理的分配，在近年來引起了國內(nèi)外學者的廣泛關注，成為電力市場研究的熱點。

　　1 輸配電系統(tǒng)電能損耗的產(chǎn)生原因分析

　　輸配電系統(tǒng)的電能損耗是指輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的網(wǎng)絡損耗電量的總稱。電能損耗的種類主要有技術(shù)損耗和管理損耗兩部分組成。管理損耗量不好估計，是有輸配電企業(yè)的人為或管理因素造成的，需要通過完善管理體制較少損耗。本文探討的主要指技術(shù)損耗，輸配電系統(tǒng)的電能技術(shù)損耗主要包括輸電線路的損耗和變壓器的損耗，根據(jù)損耗是否變動，又可以分為由于線路和變壓器串聯(lián)阻抗產(chǎn)生的變動損耗和與電壓有關的固定損耗。

　　1.1 線路功率損耗

　　電力線路的電能損耗為相應的功率損耗與時間的乘積，線路的功率損耗與輸電電路的有功功率的平方、無功功率的平方，線路線阻和輸電電壓有關。其中，有功功率和無功功率的平方和越大，線路線阻越大，功率損耗越大，輸電電壓越高，功率損耗越小。具體關系可以用以下公式表示：

　　其中：ΔPL指線路功率損耗;P1和Q1分別表示有功功率和無功功率;U1表示輸電電壓;R為線路線阻。

　　1.2 變壓器功率損耗

　　變壓器的功率損耗由于有雙繞組變壓器、三繞組變壓器等種類不同，計算功率損耗的公式也不盡相同。由于電力傳輸過程中，有功功率和無功功率都造成功率損耗，因此在配電變壓器過程中，功率損耗也可以分為有功損耗和無功損耗。變壓器的功率損耗與功率因素成反比，與變壓器的空載損耗、負載損耗、空載電流百分比、阻抗電壓百分比成正比。

　　已知輸配電線路的功率損耗ΔP后，一段時間內(nèi)的電能損耗即為從時間0到t上對于功率損耗的定積分，表示為：

　　2 輸配電系統(tǒng)電能損耗主要分配方法

　　輸配電系統(tǒng)電能損耗的分配一直是國內(nèi)外學者研究的熱點之一，從算法上看，主要分為潮流追蹤和分配系數(shù)兩大類。目前，主要的分配方法有比例分配法、分配系數(shù)法、功率分解方法、基于博弈理論的Shapley值法等。

　　2.1 直接比例分配法

　　比例分配法是目前電能損耗分配最常用的方法之一，是將輸電網(wǎng)分為若干節(jié)點，按照每個節(jié)點的發(fā)電負荷有功大小的比例分配。按比例分配的方法沒有考慮負荷在輸電網(wǎng)中的相對位置和無功對耦合影響和交易間的作用，并且需要專人指定相應的發(fā)電和負荷比例。

　　2.2 分配系數(shù)法

　　邊際網(wǎng)損系數(shù)法是分配系數(shù)法的典型方法，是根據(jù)注入功率的單位變化引起的全部輸配電網(wǎng)的網(wǎng)損變化量的大小來對各個節(jié)點進行電能損耗的分攤。該方法基于監(jiān)測和靈敏度分析，同時考慮到了有功功率和無功功率對網(wǎng)絡損耗的影響。

　　2.3 功率分解法

　　功率分解的潮流算法是將不同電源在同一線路流經(jīng)的功率以及產(chǎn)生的功率損耗進行分解。這種分解基于電網(wǎng)的總損耗表達式或者支路的損耗表達式，結(jié)合按照電路定理推導的阻抗或?qū)Ъ{矩陣方程，進一步計算損耗的分解表達式。在數(shù)學上，這種分配不是唯一的。

　　2.4 基于博弈理論的Shapley值法

　　基于博弈理論的Shapley值法不同于以往的分配方法，這種方法不僅僅基于電路理論，而是被賦予了新的經(jīng)濟學意義。它從市場競爭的角度將各個交易對輸配電網(wǎng)電能損耗的影響平等地考慮在內(nèi)，分配結(jié)果不考慮交易追加次序和電網(wǎng)功率因數(shù)，因此可以適用于任意功率因數(shù)和任意交易次序的輸配電網(wǎng)絡，有很好的應用前景。但方法的缺點在于需要計算各個交易模式下的潮流，計算的工作量大，隨著計算技術(shù)的發(fā)展，這一難題有望得到改進。

　　通過對現(xiàn)有的分配方法進行總結(jié)，在我國現(xiàn)代的損耗分配中普遍存在著以下問題。使用比例分配法的，需要指定專人對電源和負荷的分配比例，在復雜的電力市場模式下就難以適用�；�于電路理論推導的分配系��(shù)法和功率分解法，在市場競爭條件下缺乏相應的經(jīng)濟學意義，而具有經(jīng)濟學意義的博弈論的分配方法又有計算量大的缺點。如何進一步匯總各種分配方法的優(yōu)點，開發(fā)合理科學可行的分配方案，是輸配電系統(tǒng)的電能損耗分配的研究趨勢。

　　3 對降低輸配電網(wǎng)電能損耗的建議

　　通過對輸配電網(wǎng)的電能損耗的產(chǎn)生原因進行分析，可以得出減少電能損耗，就是要減少輸電線路中的損耗和變壓器的損耗。降低電能損耗的具體工作可以從以下幾個方面開展。

　　3.1 加強輸配電網(wǎng)升壓和設備改造

　　在分析電網(wǎng)的電能損耗產(chǎn)生原因時已知，電能損耗的產(chǎn)生與電壓成反比，與電阻成反比。因此，要降低電能損耗，可以對配電網(wǎng)進行升壓改造，如將6 kV改造為10 kV供電電壓，將35 kV變電站改造為110 kV或220 kV變電站等。更換原有的小截面導線，在經(jīng)濟條件允許的情況下?lián)Q成大截面的導線，從而使線路電阻變小，降低網(wǎng)絡電能損耗。采用節(jié)能變壓器，節(jié)能的型配電變壓器的有功、無功需求均小于一般變壓器，從而使變壓器部分的功率損失降低。

　　3.2 優(yōu)化輸配電網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

　　科學合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對于降低電能損耗至關重要。一個設計理想，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，布局合理的輸配電網(wǎng)絡，可以提高整個電網(wǎng)的運行效率，減少不必要的電能輸送，降低電能損耗。主要措施可以有在設備選型方面，選擇與負荷側(cè)適當超前的設計，變壓器的位置盡量處在負荷中心以縮短供電半徑，針對農(nóng)村和城區(qū)選擇不同的電源點配置方式，在接線是盡量多采用輻射式的接線方式進行網(wǎng)絡架設，避免采用單邊供電的接線方式等。

　　4 結(jié)束語

　　電力產(chǎn)業(yè)改革過程中，輸配電系統(tǒng)的電能損耗問題一直是國內(nèi)外學者關注的焦點。本文在分析了電能損耗的主要產(chǎn)生原因的基礎上，對現(xiàn)有的電能損耗分配方法進行了分析，并提出了降低電能損耗的主要途徑，為輸配電企業(yè)進行節(jié)能減排工作提供了一定的參考。