一种配电网交流输电损耗计算与参数估计方法
【专利摘要】本发明公开了一种配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，包括：配网线路损耗计算；基于配网线路损耗的计算结果，对象不同类型节点多时间断面参数进行估计。本发明所述配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，可以克服现有技术中安全隐患大、维护不方便和网损大等缺陷，以实现安全隐患小、维护方便和网损小的优点。
【专利说明】一种配电网交流输电损耗计算与参数估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机技术与电网技术相结合的【技术领域】，具体地，涉及一种配电网 交流输电损耗计算与参数估计方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着中国经济的持续快速发展以及居民消费水平的不断提高，对能源的 需求日益增加。然而，由于全球化石能源的逐渐枯竭以及排放造成的环境压力不断增大，使 得国际社会对节能减排高度重视。2009年在哥本哈根世界气候大会上，中国政府做出承诺： 在2020年单位国内生产总值C02排放量比2005年下降40 %?50%，并作为约束性指标纳 入国民经济和社会发展中长期规划，随之制定了相应的国内统计、监测和考核办法。2010年 国家发展改革委会同六部委联合下发《电力需求侧管理办法》，明确提出电网企业年度电力 电量节约指标原则上不低于其上年售电量的0.3%、最大用电负荷的0.3%。电网企业作为 电能传输、分配过程的主要承担者，同时也是一个用电大户，其自身的节能减排对于完成国 家既定目标具有重要意义。随着多项国家政策的出台，企业自身的节能减排压力也空前加 大，迫切需要从技术层面发展节能技术与设备，进一步提高电网传输能效。同时，还需要加 强管理避免能源资源的不必要浪费。
[0003] 在我国垂直一体化的电力系统管理体制下，主要以发电成本最小为目标，以等耗 量微增率准则为核心进行有功调度。而在电力市场条件下，传统电力工业自上而下的垄断 运营方式被"厂网分开，竞价上网"的模式取代，发电、输电和用电成为独立的利益实体，使 得电能由电厂向用电侧传输过程中产生的电网损耗成为同时涉及三方经济利益的关键问 题，特别是随着大规模电网互联和远距离输电的日益发展，线损已经成为衡量电网运行质 量、管理水平、输电效率等的关键综合指标之一，也是制定电网建设、运行调度、控制决策等 的理论依据。准确的电网损耗分析计算是复杂的，这项工作不但对网损管理与网损计划考 核指标的编制有重要意义，而且对降损措施进行多方位比较与对各种降损措施效果的考 察，也有一定的指导作用。通过对网损的理论分析计算，可以大致明确构成网损各环节的比 例，便于掌握电网损耗的总体情况，为网损的分级、分压、分区管理以及对降损措施投资方 案的评估与比较提供充分的依据。另外，通过准确网损的理论分析计算，还可以发现在网损 管理工作中的薄弱环节，便于实施对网损的目标管理。因而，如何在一定精度下快速进行损 耗计算有着重要的理论价值和实际意义。
[0004] 降低线损率是电网节能减排的重要举措，也是企业提升自身竞争力的需要。要有 效地降低损耗，首先要了解电网的自然线损状况。以自然线损为尺度，分清统计线损的构 成，了解不同用电性质的配电网中线损产生的原因及其大小，量化线损管理指标，有的放矢 地采取技术降损措施。当前，电网线损损耗分析的研究比较多，也相当成熟，但由于在实际 运行中影响线损的因素有许多，导致当前线损计算方法存在如下问题：中低压配电网线损 计算方法不统一，各种算法的理论值与统计值偏差不一致，导致计算结果不统一；当前配 电网线损理论算法基本上以三相平衡为基础进行的，而在实际的配电网中负荷不平衡度较 高；没有考虑到配电网中不同用电性质负荷的具体运行情况。电网实际运行中的设备参数 因改线、改建，或因环境变化等原因而局部地、缓慢地发生着变化。这时，如果还用给定的理 论参数值计算，那么就会造成计算结果不准确。如果设备存在缺陷，还会导致设备长期处于 带病运行状态，给电网安全造成隐患。为此，需要对电网设备的参数进行估计，确定设备实 际运行中的参数值。能够快速发现安全隐患、及时维修和更换设备、为有效降低网络损耗打 下基础。
[0005] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在安全隐患大、维护不方 便和网损大等缺陷。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种配电网交流输电损耗计算与参数估 计方法，以实现安全隐患小、维护方便和网损小的优点。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种配电网交流输电损耗计算与参 数估计方法，包括：
[0008] a、配网线路损耗计算；
[0009] b、基于配网线路损耗的计算结果，对象不同类型节点多时间断面参数进行估计。
[0010] 进一步地，所述步骤a，具体包括：
[0011] 在交流配电系统中对输电线路损耗和变电站损耗，通过对各种设备运行能耗分 析，建立损耗计算；
[0012] 通过计算机编程形成配网线路损耗子程序，对分层模型配网损耗计算时，每进行 一次参数估计，就调用一次该程序。
[0013] 进一步地，在步骤a中，在交流输电系统中，损耗主要由输电线路损耗和变电站损 耗组成；输电线路通常包括架空输电线和电缆线路，输电线路的损耗主要包括电阻损耗、 电晕损耗、绝缘介质损耗三部分，变电站中主要的用电设备有变压器、电容器、电抗器、调相 机、电压互感器、电流互感器、电能表；
[0014] 变压器损耗主要包括空载损耗和负载损耗，电容器损耗主要包括并联电容器损耗 和串联电容器损耗，电抗器损耗主要包括并联电抗器损耗和串联电抗器损耗，调相机损耗 主要包括调相机本身和辅机的损耗，其他的损耗包括电流互感器损耗、电压互感器损耗、电 能表损耗和厂用电。
[0015] 进一步地，所述步骤b，具体包括：
[0016] 在配电网络中，对不同类型的节点建立测量方程，基于多时间断面采集原理，形成 分层参数递推测量方程组，运用阻尼最小二乘法对配电网络参数进行计算，最终形成配电 网参数估计流程分析方法，形成具体计算流程。
[0017] 进一步地，所述步骤b，进一步包括：
[0018] 对于大多数配电网的模型都可以看作由许多以电源点为根节点，以末梢节点为终 点的树组成的森林，建立配电网的分层模型；
[0019] 对电网设备的参数进行估计，确定设备实际运行中的参数值；若能够利用现有的 量测数据将配电网设备的参数估计出来，将为快速发现安全隐患、及时维修和更换设备、有 效降低网络损耗打下基础。
[0020] 进一步地，所述对电网设备的参数进行估计的操作，更进一步包括：
[0021] ㈠不同类型节点参数估计
[0022] 对于配电网而言，主变电站的IOkV出线开关的电压和电流有效值以及有功功率 和无功功率可以通过变电站自动化终端采集，安装配变终端单元TTU采集配电变压器低压 侧的电压和电流有效值以及有功功率和无功功率；
[0023] 在配电网络中，有以下几种不同类型的节点，即首节点、末梢节点、普通节点和T 接点（网络中T接分支的引出点）；
[0024] ㈡多时间断面分析
[0025] 对不同类型的节点进行参数估计时，单时间断面下的一组量测数据可以建立一个 量测方程；
[0026] 利用序贯原理来对量测量进行采集；利用以时间换空间的思想，通过序贯采样获 得多个时间断面上的多组量测数据；
[0027] ㈢参数估计量测方程的求解
[0028] 通过上述分析得到不同类型节点第t次采样的量测函数ft (X)，式中t为时间采样 序号；每次估计只计算一种类型的节点参数，故得到不同时间断面的序贯采集量测方程组 F(X):
[0029] (36)；
[0030] 式中，k为采样次数；
[0031] 因此，参数估计就是求解出X，使其尽可能达到F(X) = 0的要求，即使残差平方和 极小化，目标函数为：
[0032] (37)；
[0033] 采用对非线性问题处理有较高效率的阻尼最小二乘法来对参数进行估计；当在方 程中加入阻尼项U > 〇时，修正方程变为：
[0034] p(k) =-((A(k))TA(k)+ii I)-1 (A(k))TF(k) (38)；
[0035] 式4 为量测函 ， 数的雅可比矩阵；
[0036] 当（A(k)) Vk)奇异时，二次函数 S(Pw) = mini I (A(k)) TA(k)+F(k) I I2 在 Rn 上无唯一极 小值，通过阻尼最小二乘法迭代步骤S (p(k))使获得约束条件下的唯一极小值；
[0037] 采取上述方法得到单个时间断面下不同节点类型的量测方程表达式，并且利用多
【权利要求】
1. 一种配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，其特征在于，包括： a、 配网线路损耗计算； b、 基于配网线路损耗的计算结果，对象不同类型节点多时间断面参数进行估计。
2. 根据权利要求1所述的配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，其特征在于，所 述步骤a，具体包括： 在交流配电系统中对输电线路损耗和变电站损耗，通过对各种设备运行能耗分析，建 立损耗计算； 通过计算机编程形成配网线路损耗子程序，对分层模型配网损耗计算时，每进行一次 参数估计，就调用一次该程序。
3. 根据权利要求2所述的配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，其特征在于，在 步骤a中，在交流输电系统中，损耗主要由输电线路损耗和变电站损耗组成；输电线路通常 包括架空输电线和电缆线路，输电线路的损耗主要包括电阻损耗、电晕损耗、绝缘介质损耗 三部分，变电站中主要的用电设备有变压器、电容器、电抗器、调相机、电压互感器、电流互 感器、电能表； 变压器损耗主要包括空载损耗和负载损耗，电容器损耗主要包括并联电容器损耗和串 联电容器损耗，电抗器损耗主要包括并联电抗器损耗和串联电抗器损耗，调相机损耗主要 包括调相机本身和辅机的损耗，其他的损耗包括电流互感器损耗、电压互感器损耗、电能表 损耗和厂用电。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，其特 征在于，所述步骤b，具体包括： 在配电网络中，对不同类型的节点建立测量方程，基于多时间断面采集原理，形成分层 参数递推测量方程组，运用阻尼最小二乘法对配电网络参数进行计算，最终形成配电网参 数估计流程分析方法，形成具体计算流程。
5. 根据权利要求4所述的配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，其特征在于，所 述步骤b，进一步包括： 对于大多数配电网的模型都可以看作由许多以电源点为根节点，以末梢节点为终点的 树组成的森林，建立配电网的分层模型； 对电网设备的参数进行估计，确定设备实际运行中的参数值；若能够利用现有的量测 数据将配电网设备的参数估计出来，将为快速发现安全隐患、及时维修和更换设备、有效降 低网络损耗打下基础。
6. 根据权利要求5所述的配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，其特征在于，所 述对电网设备的参数进行估计的操作，更进一步包括： (-)不同类型节点参数估计 对于配电网而言，主变电站的IOkV出线开关的电压和电流有效值以及有功功率和无 功功率可以通过变电站自动化终端采集，安装配变终端单元TTU采集配电变压器低压侧的 电压和电流有效值以及有功功率和无功功率； 在配电网络中，有以下几种不同类型的节点，即首节点、末梢节点、普通节点和T接点 (网络中T接分支的引出点）； (二)多时间断面分析 对不同类型的节点进行参数估计时，单时间断面下的一组量测数据可以建立一个量测 方程； 利用序贯原理来对量测量进行采集；利用以时间换空间的思想，通过序贯采样获得多 个时间断面上的多组量测数据； 曰参数估计量测方程的求解 通过上述分析得到不同类型节点第t次采样的量测函数ft(x)，式中t为时间采样序 号；每次估计只计算一种类型的节点参数，故得到不同时间断面的序贯采集量测方程组 F(X):
式中，k为采样次数； 因此，参数估计就是求解出?使其尽可能达到F(X) =O的要求，即使残差平方和极小 化，目标函数为：
采用对非线性问题处理有较高效率的阻尼最小二乘法来对参数进行估计；当在方程中 加入阻尼项μ > 〇时，修正方程变为： p(k) =-((A(k))TA(k)+μ Ir1(A0i))TF(k) (38)；
为量测函数的 雅可比矩阵； 当（Αω)τΑω 奇异时，二次函数S(Pw) =min| I (A(k))TA(k)+F(k)| |2在1^上无唯一极小值， 通过阻尼最小二乘法迭代步骤S (ρω)使获得约束条件下的唯一极小值； 采取上述方法得到单个时间断面下不同节点类型的量测方程表达式，并且利用多时间 断面采集原理采样多个时间断面上的量测量形成量测方程组，进而对配电网络参数进行估 计。
7.根据权利要求6所述的配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，其特征在于，所 述阻尼最小二乘法迭代步骤，再进一步包括： (1)选取任意初始常数β e (0，1)，阻尼因子μ^>〇,增长因子V>1，待估计参数初 值Xtl，置迭代次数k = 0; ⑵计算量测方程矩阵F(k) =F(x(k))，目标函数S (x(k)) = (F(x(k)))TF (x(k))，雅可比矩 阵 A (x(k)) = DF(x(k))。Q(k) = (A(k))TA(k)，g(k) = (A(k))TF(k); (3) 解方程（Q(k)+y (k)I)pk = -g(k)，求出修正值 p(k); (4) 计算 x(k+1) =x(k)+p(k)，F(k+1) =F(x(k+1))，S(x(k+1)) = (F(x(k+1)))TF(x(k+1)); (5) 检验 S(x(k+1)) <S(x(k)) + i3 (g(k))Tpk 若满足，则令转（6);否则，令，转（3); (6) 置 k = k+Ι，转（2)。
8.根据权利要求6所述的配电网交流输电损耗计算与参数估计方法，其特征在于，所 述对配电网络参数进行估计的操作，再进一步包括： (1) 读入量测数据，对网络进行分层； (2) 将最后一层层号放入变量M ; (3) 将第M层中所含节点放入队列； (4) 从N中取出一个节点i，通过矩阵FZ寻找到节点j的父节点i，并寻找到以节点i， j为端点的支路； (5) 判断支路m尾节点是否为末梢节点，如果是则转第（6)步；若否，则转第（5)步； (6) 判断支路m尾节点是否为普通节点。如果是则转第（6)步；若否，则转第（7)步； ⑵判断支路m首节点是否为T接点。如果是，则转第（10)步；若否，则转第⑶步； (8) 判断支路m尾节点是否为T接点。如果是，则转第（9)步；若否，则转第（11)步； (9) 根据节点类型，如果支路m的尾节点是末梢节点，则调用末梢节点计算模块；若是 普通节点，则调用普通节点计算模块，第（10)步； (10) 调用T接点计算模块； (11) 计算支路损耗，包括支路的有功损耗AP1和无功损耗AQ1 ; (12) 所有支路是否都搜索完毕，若是，则程序结束；若否，则转第（12)步； (13) m = m-Ι,转第（2)步。
【文档编号】G06F19/00GK104376207SQ201410645553
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】郑晶晶, 王维洲, 张刚, 刘福潮, 韩永军, 解佗, 马朝晖, 张建华, 李正远, 华夏, 陶国龙, 杜培东, 王庆玲 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 国网甘肃省电力公司电力科学研究院, 西安理工大学, 甘肃省电机工程学会科技咨询部