专利名称：一种准确计算电力线路损耗的方法
技术领域：
本发明涉及一种输变电技术，具体地说是一种计算电力线路损耗的方法。尤其是提供一种准确计算实际的线路损耗、优化三相电力负荷、计算低压变压器安装的最佳位置时所需要的计算方法。
背景技术：
随着社会的发展及人民生活水平的逐步提高，电能需求量也逐步增加；由于电力线路中的损耗是与通过电流的平方成正比，所以线路中损耗的增加就更加明显；能源告急、污染加剧，因此如何充分利用当前并不富裕的能源、降低线路中的损耗，就成了当务之急。
现有技术的线路损耗计算一般采用的计算方法有电量法、容量法、竹节法以及等值电阻法等等，由于上述计算方法都不是根据实际线路中的潮流情况进行计算，而是通过简化的数学模型(比如忽略了每一负荷所接的相别、每一负荷都采用统一功率因数值)进行，所以计算的结果与实际偏差较大，起不到电业管理部门对线损管理的指导作用。这些计算方法最大的缺陷就是没有考虑实际负荷所接的相别(A、B、C三相)，由于三相平衡情况下的线路损耗是完全不平衡情况下的六分之一(如果零线的截面积小于相线，那么这个数值将还要小)，所以用这些计算方法所计算出来的结果都存在极大的不准确性。
在现有的线损计算方法中，没有考虑相别的主要原因是如果不考虑相别，就可以按标量进行计算，这样计算比较简单，速度也较快；若考虑相别，就要按矢量计算，而矢量计算是比较麻烦的，并且计算速度比较慢。
另外，现有技术的计算方法存在极大的不准确性，所以不能作为技术降损措施的理论依据，即使勉强使用，由于基本的计算方法存在问题，又因为没有考虑负荷所接的相别，所以也就不可能具有优化三相负荷使之趋于平衡的功能，所提供的降损措施也就不具备任何实际意义。
发明内容
为了有效降低电能在线路中的损耗，为此需要知道理论损耗是多少，然后判断管理情况如何；理论值越准确，就越有利于线路损耗的管理和进一步制定科学的降损措施。
本发明的方法是，只考虑对线损影响比较大的负荷电流、导线电阻、负荷运行天定义、负荷功率因数及负荷所接相别，如A、B、C或ABC、AB、AC、BC，不考虑对线路损耗影响比较小、参数又比较难采集的影响因素，比如温度对导线电阻的影响、电流密度对电阻的影响、接点电阻对线损的影响、电源电压对线损的影响为前提；本方法通过三角函数公式对负荷电流进行合成计算，最终得到每段线路上的总的电流模值，根据模值及线路电阻计算线路损耗。计算步骤如下(a)首先建立一空白数据表用来存放计算的中间结果，表结构定义如下第一个字段为导线编号，以标识当前行是用来保存哪一段导线数据的，第二个到第二十五个字段用来记录每天24个时间段的电流模值及相位角，其中奇数行用来记录角度，偶数行用来记录电流模值，由于每段导线有可能是由A、B，C、O四根导线组成或者有可能是A相或A、O相、B相或B、O、C相或C、O，所以表中的数据要以八行为一个基本单元，第一行、第二行用来记录A相的相位角和电流模值，第三行、第四行用来记录B相的相位角和电流模值，第五行、第六行用来记录C相的相位角和电流模值，第七行、第八行用来记录O相的相位角和电流模值，每两行为一小组，用来记录当前线段当前相的数据，每八行为一大组，用来记录当前段的数据；如图一所示。
(b)先计算每一负荷的电流模值及相位角，本例中使用用户电量、负荷曲线、功率因数及负荷运行天定义计算负荷产生的有功电流及无功电流；计算方式如下1)根据负荷曲线计算当前时间段的电量，以一个小时为一个时间段计算公式是DL1＝DL/Days*X％；其中DL代表当前负荷的全月电量，Days代表当前计算时间段负荷所运行的天数，X％代表当前时间段所占的百分数，根据负荷曲线确定此百分数；2)根据当前负荷的性质计算有功电流i)单相负荷有功电流的确定I1＝1000*DL1/V1；ii)两相负荷有功电流的确定I1＝1000*DL1/V2；iii)三相负荷有功电流的确定I1＝1000*DL1/1.732/V2；此处的1000是因为电量的单位为瓩小时，而电压与电流的计算结果为瓦，1.732为3的算术平凡根，V1及V2分别为电源端的相电压和线电压，若电源电压波动比较大，也可以通过定义电压曲线来获得更准确的计算结果；3)根据有功电流计算电流模值及角度i)计算模值以A相为例；假设A相电流与X轴的夹角为a，那么a的余玄值就是当前负荷的功率因数，所以电流模值I2＝I1/COS(a)；其中sqrt代表开平方，COS(a)代表当前点的功率因数；其它相的计算都是以当前相的电压方向为基准进行，计算过程完全与A相一样。
ii)计算角度由图三所示，a＝ACOS(Cos(a))，ACOS为求反余玄值函数。
(c)从负荷到电源，将当前负荷电流与每段线路上相应相上的累计电流进行合成，生成新的合成电流，并填写到(a)中所介绍的表中对应行；为了提高运算速度，零线电流先不计算，最后根据三相交流电的特性计算每段导线的零线总电流；在填写的过程中，如果表中还没有当前线段，就追加之，在追加行时每次要追加八行，在填写时要根据负荷相别分别填写到不同的计算合成电流时均以当前相的电压方向为零度角，最后在计算零线的合成电流时再考虑三相各自的方向。
如图二所示，假设当前线段上的电流模值为M1，角度为J1，当前负荷的模值及角度为M2及J2，那么根据余玄定理很容易推出合成矢量的大小计算公式M＝sqrt(M12+M22-2*M1*M2*COS(M_PI-(abs(J1-J2))))其中sqrt求算术平方根M_PI为圆周率Abs求绝对值合成矢量的角度求法如下
两矢量在X方向上的分量之和为Mx＝M1*cos(J1)+M2*cos(J2)两矢量在Y方向上的分量之和为My＝M1*sin(J1)+M2*sin(J2)合成矢量的角度为JJ＝atanl(My/Mx)；其中atan为求反正切函数如果Mx等于零，让JJ＝±M_PI/2；也就是纯容性或纯感性负载，根据My判断。
(d)对每一负荷执行一遍(b)、(c)所述的过程，所有负荷所产生的相线(俗称火线)中的电流便都分别叠加在了一起；计算结果如图一所示。
(e)计算零线的合成电流根据三相交流电Ia+Ib+Ic+Io＝0的特性，计算零线中的电流；因为损耗只与电流的模值有关系，为了简化计算过程，所以只计算零线中电流的大小即可；有两种计算方法，一是如上面电流直接合成，过程基本上一样，不过要考虑每相电流的基准方向，也就是三相电压的方向，计算时可以两两合成，执行第一次时还要计算出合成矢量的角度，第二次计算时只计算合成电流的大小即可；第二种方法是把A、B、C三相的电流进行分解，然后再计算总合成电流的模值，此值就是零线中电流的模值，假设A相电流的模值为Ia，相位角为Ja，B相电流的模值为Ib，相位角为Jb，C相电流的模值为Ic，相位角为Jc，计算过程如下Ixa＝Ia*cos(Ja)Iya＝Ia*sin(Ja)Ixb＝-Ib*cos(M_PI/3+Jb)Iyb＝-Ib*sin(M_PI/3+Jb)Ixc＝-Ic*cos(M_PI/3-Jc)Iyc＝Ic*sin(M_PI/3-Jc)Ix＝Ixa+Ixb+IxcIy＝Iya+Iyb+IycI＝sqrt(Ix2+Iy2)将零线中的合成电流模值填写到数据表中零线小组内的第二行内。
对数据表中每一大组都计算一遍，当然计算时每一个时间段都要计算。
(f)计算每段每相的损耗，并进行累加，得到总损耗根据当前线段的电阻及数据表中偶数行中的电流模值，计算每段每相的损耗，并把结果累加到代表总损耗的变量内，从而获得总的线路损耗，计算损耗的公式为W＝(I3)2R，每项的含义前面已做介绍，最后再除以1000就变为了kWh，即度。
本发明的主要优点和有益效果是由于在计算线损时考虑了用户负荷所接的相别，所以其计算准确度较高；并且利用此方法还可以对低压线路进行三相负荷的优化计算；由于三相交流电在三相完全平衡下的线路损耗是完全不平衡情况下的六分之一(对于零线截面积小于相线的，其差别还要大)，所以对于电业系统降损节能具有比较重要的意义；比如我们利用此方法在山东鄄城县搞了一个用电村的优化计算，当时这个村的低压管理线损(也称实际线损)为14.3％，我们使用这一方法计算的结果为13.5％，然后对负荷进行优化，理论优化结果为7.5％，他们根据我们的优化方案对负荷布局进行了调整，到次月抄表时管理线损降低了5.7％。
图1是计算结果数据表中的部分数据显示，A12、A13等代表时间；图2是计算单相合成电流矢量图。
图3是计算三相合成电流模值(即零线电流模值)矢量图。
实施方式下面以一个台区为例进行简单的计算。
假设该台区有200户，其中某一户的月用电量为60kWh，单相负荷，运行天数为30，功率因数为0.9，该用户的负荷曲线为12、13、18、19、20、21、22七个点各占10％、10％、10％、20％、20％、20％、10％，其它点均为0，以12点为例计算有功电流，DL1＝DL/Days*X％＝60/30*0.1＝0.2；I1＝1000*DL1/V1＝1000*0.2/220＝0.90909电流角度a＝ACos(0.9)＝0.451下面计算某个线段上某相两个电流的合成假设当前线段上A相中当前的电流模值为M1为2，角度J1为0.5，正在被累加的电流模值M2为3，角度J2为0.8，那么合成电流的模值根据上面介绍的公式M＝sqrt(M12+M22-2*M1*M2*COS(M_PI-(abs(J1-J2))))得M＝sqrt(22+32-2*2*3*COS(M_PI-(abs(0.5-0.8))))＝4.94611M＝sqrt(M12+M22-2*M1*M2*COS(M_PI-(abs(J1-J2))))合成电流角度J计算两矢量电流在X方向的合成大小Mx＝M1*cos(J1)+M2*cos(J2)＝2*cos(0.5)+3*cos(0.8)＝4.826143两矢量电流在Y方向的合成大小为My＝M1*sin(J1)+M2*sin(J2)＝2*sin(0.5)+3*sin(0.3)＝1.283899所以电流合成矢量的角度为JJ＝atan(My/Mx)＝atan(1.283899/4.826143)＝0.2600079下面计算零线中电流的模值假设A相电流的模值Ia为3，角度Ja为0.3，B相电流的模值Ib为4，角度Jb为0.4，C相电流的模值Ic为5，角度Jc为0.5，那么Ixa＝Ia*cos(Ja)＝3*cos(0.3)＝2.866009Iya＝Ia*sin(Ja)＝3*cos(0.3)＝0.8865606Ixb＝-Ib*cos(M_PI/3+Jb) Iyb=-Ib*sin(M_PI/3+Jb)＝4*cos(M_PI/3+0.4) ＝-4*sin(M_PI/3+0.4)＝-0.4931373 ＝-3.969486Ixc＝-Ic*cos(M_PI/3-Jc) Iyc＝Ic*sin(M_PI/3-Jc)＝-5*cos(M_PI/3-0.5) ＝5*sin(M_PI/3-0.5)
＝-4.26993＝2.60148Ix＝Ixa+Ixb+Ixc Iy＝Iya+Iyb+Iyc＝2.866009-0.4931373-4.26993 ＝0.8865605-3.969486+2.60148＝-1.8970583 ＝-0.4814455零线电流的模值Io＝sqrt(Ix2+Iy2)＝sqrt((-1.8970583)2+(-0.4814455)2)＝1.957197下面计算损耗假设当前段18点的A相电流大小为5，电阻为0.0235，那么当前段当前小时内A相的损耗为P＝I2*R＝52*0.0235＝0.5875用同样的方法可以求出其它时间段内的损耗，并且用同样的方法可以求出当前线路段其它相的损耗。然后将各个线路段各相的损耗进行累加，就得到了当天总的损耗。若有的天运行情况不相同，就要分开进行计算，最后将各天损耗情况进行累加，并除以1000，就得到了总损耗kWh。
本方法适合于高低压线路线损的计算；但由于高压线路中负荷结构相对于低压线路比较简单，没有单相负荷，所以可以按三相平衡进行计算，又由于没有零线，所以也不用考虑零线中的电流，因此高压线路中的损耗可以简化为以下方式进行数据表中每两行为一大组，同时也用作小组使用，用来存放每一线段的电流(因为此时每一相损耗是相同的)，求出总损耗后乘以3就是整个线路的损耗。为了提高计算速度，也可以把接入点相同、性质相同的负荷预先进行合并。
为了提高计算准确度，可以进行多次计算；第一次计算负荷电流时用到的电压取电源端电压，以后的计算电压要考虑前一次计算后网络中的电流所产生的电压损失，一般经过三次计算其准确度就能满足实际的需要，也可以设置一记录损耗的变量，然后判断本次计算结果与前次的差别，差别在许可的范围内就停止计算。另外，若某一负荷的功率因数变化比较大，也可以通过定义功率因数曲线来获得更加准确的计算结果。前面提及的电源电压曲线及此处的功率因数曲线定义与负荷曲线基本是一样的。
权利要求
1.一种准确计算电力线路损耗的方法，其特征在于在计算电力线路损耗时，只考虑对线损影响比较大的负荷电流、导线电阻、负荷运行天定义、负荷功率因数及负荷所接相别的各项因素，不考虑对线路损耗影响比较小、参数又比较难采集的温度对导线电阻的影响、电流密度对电阻的影响、接点电阻对线损的影响、电源电压对线损的影响各项因素为前提；通过三角函数公式对负荷电流进行合成计算，最终得到每段线路上的总的电流模值，根据模值及线路电阻计算线路损耗，计算步骤如下(a)首先建立一空白数据表用来存放计算的中间结果，表结构定义如下第一个字段为导线编号，以标识当前行是用来保存哪一段导线数据的，第二个到第二十五个字段用来记录每天24个时间段的电流模值及相位角，其中奇数行用来记录角度，偶数行用来记录电流模值，由于每段导线有可能是由A、B，C、O四根导线组成或者有可能是A相或A、O相、B相或B、O、C相或C、O，所以表中的数据要以八行为一个基本单元，第一行、第二行用来记录A相的相位角和电流模值，第三行、第四行用来记录B相的相位角和电流模值，第五行、第六行用来记录C相的相位角和电流模值，第七行、第八行用来记录O相的相位角和电流模值，每两行为一小组，用来记录当前线段当前相的数据，每八行为一大组，用来记录当前段的数据；(b)先计算每一负荷的电流模值及相位角，本例中使用用户电量、负荷曲线、功率因数及负荷运行天定义计算负荷产生的有功电流及无功电流；计算方式如下1)根据负荷曲线计算当前时间段的电量，以一个小时为一个时间段计算公式如下DL1＝DL/Days*X％；其中DL代表当前负荷的全月电量，Days代表当前计算时间段负荷所运行的天数，X％代表当前时间段所占的百分数，根据负荷曲线确定此百分数；2)根据当前负荷的性质计算有功电流i)单相负荷有功电流的确定I1＝1000*DL1/V1；ii)两相负荷有功电流的确定I1＝1000*DL1/V2；iii)三相负荷有功电流的确定I1＝1000*DL1/1.732/V2；此处的1000是因为电量的单位为瓩小时，而电压与电流的计算结果为瓦，1.732为3的算术平凡根，V1及V2分别为电源端的相电压和线电压，若电源电压波动比较大，也可以通过定义电压曲线来获得更准确的计算结果；3)根据有功电流计算电流模值及角度i)计算模值以A相为例；假设A相电流与X轴的夹角为a，那么a的余玄值就是当前负荷的功率因数，所以电流模值I2＝I1/COS(a)；其中sqrt代表开平方，COS(a)代表当前点的功率因数；其它相的计算都是以当前相的电压方向为基准进行，计算过程完全与a相一样；ii)计算角度由图三所示，a＝ACOS(Cos(a))，ACOS为求反余玄值函数；(c)从负荷到电源，将当前负荷电流与每段线路上相应相上的累计电流进行合成，生成新的合成电流，并填写到(a)中所介绍的表中对应行；为了提高运算速度，零线电流先不计算，最后根据三相交流电的特性计算每段导线的零线总电流；在填写的过程中，如果表中还没有当前线段，就追加之，在追加行时每次要追加八行，在填写时要根据负荷相别分别填写到不同的行内；计算合成电流时均以当前相的电压方向为零度角，最后在计算零线的合成电流时再考虑三相各自的方向；假设当前线段上的电流模值为M1，角度为J1，当前负荷的模值及角度为M2及J2，那么根据余玄定理很容易推出合成矢量的大小计算公式M＝sqrt(M12+M22-2*M1*M2*COS(M_PI-(abs(J1-J2))))其中sqrt求算术平方根M_PI为圆周率Abs求绝对值合成矢量的角度求法如下两矢量在X方向上的分量之和为Mx＝M1*cos(J1)+M2*cos(J2)两矢量在Y方向上的分量之和为My＝M1*sin(J1)+M2*sin(J2)合成矢量的角度为JJ＝atanl(My/Mx)；其中atan为求反正切函数如果Mx等于零，让JJ＝±M_PI/2；也就是纯容性或纯感性负载，根据My正负判断取+还是取-；(d)对每一负荷执行一遍(b)、(c)所述的过程，所有负荷所产生的相线(俗称火线)中的电流便都分别叠加在了一起；计算结果如图一所示；(e)计算零线的合成电流根据三相交流电Ia+Ib+Ic+Io＝0的特性，计算零线中的电流；因为损耗只与电流的模值有关系，为了简化计算过程，所以只计算零线中电流的大小即可；有两种计算方法，一是如上面电流直接合成，过程基本上一样，不过要考虑每相电流的基准方向，也就是三相电压的方向，计算时可以两两合成，执行第一次时还要计算出合成矢量的角度，第二次计算时只计算合成电流的大小即可；第二种方法是把A、B、C三相的电流进行分解，然后再计算总合成电流的模值，此值就是零线中电流的模值，假设A相电流的模值为Ia，相位角为Ja，B相电流的模值为Ib，相位角为Jb，C相电流的模值为Ic，相位角为Jc，计算过程如下Ixa＝Ia*cos(Ja)Iya＝Ia*sin(Ja)Ixb＝-Ib*cos(M_PI/3+Jb)Iyb＝-Ib*sin(M_PI/3+Jb)Ixc＝-Ic*cos(M_PI/3-Jc)Iyc＝Ic*sin(M_PI/3-Jc)Ix＝Ixa+Ixb+IxcIy＝Iya+Iyb+IycI＝sqrt((Ix)2+(Iy)2)将零线中的合成电流模值填写到数据表中零线小组内的第二行内；对数据表中每一大组都计算一遍，当然计算时每一个时间段都要计算；(f)每段每相的损耗及总损耗的计算根据当前线段的电阻及数据表中偶数行中的电流模值，计算每段每相的损耗，并把结果累加到代表总损耗的变量内，从而获得总的线路损耗，计算损耗的公式为W＝(I3)2R，最后再除以1000就变为了kWh，即度，其中I3为每段的电流模值。
全文摘要
一种准确计算电力线路损耗的方法，其特征在于在计算电力线路损耗时，只考虑对线损影响比较大的负荷电流、导线电阻、负荷运行天定义、负荷功率因数及负荷所接相别的各项因素，不考虑对线路损耗影响比较小、参数又比较难采集的温度对导线电阻的影响、电流密度对电阻的影响、接点电阻对线损的影响、电源电压对线损的影响各项因素为前提；通过三角函数公式对负荷电流进行合成计算，最终得到每段线路上的总的电流模值，根据模值及线路电阻计算线路损耗，由于在计算线损时考虑了用户负荷所接的相别，所以其计算准确度较高；并且利用此方法还可以对低压线路进行三相负荷的优化计算；由于三相交流电在三相完全平衡下的线路损耗是完全不平衡情况下的六分之一(对于零线截面积小于相线的，其差别还要大)，所以对于电业系统降损节能具有比较重要的意义。
文档编号G01R19/10GK101067634SQ20071001428
公开日2007年11月7日 申请日期2007年4月16日 优先权日2007年4月16日
发明者朱桂永, 朱凯, 王萍 申请人:朱桂永