一种基于多参量修正的输电线路线损优化计算方法

1.本发明涉及特高压配电网线损分析技术领域，尤其涉及一种基于多参量修正的输电线路线损优化计算方法，主要适用于提高线损率的准确性。


背景技术：

2.线损率是考察电网以及电力行业的重要经济技术指标，它能切实反映出我国电力部门对电网运行的管理水平，并且精益化的线损计算有利于相关部门对电网进行规划和生产可行性的管理。而且，电力市场的交易、定价和结算电量也都依赖于线损及线损率的计算。因此找到一种能够减小误差，将理论线损和统计线损同时进行修正的精益化综合线损计算模型迫在眉睫。
3.目前采用的多为均方根电流法、平均电流法和最大电流法。均方根电流法的优点是参量需求较少，计算更加简便，且得到的数据与实际吻合度高；但缺点是该方法适用范围小，只对常规接线方式有较好的效果，且该方法得到的负荷曲线以及负荷节点功率因数都与实际有着很大差别，故直接用该方法进行代数计算得到的负荷节点电流并不能直接当成均方根电流。而平均电流法采用实际生产中较容易获取的电量做为参数，能够得到较为理想的计算结果；其缺点是形状系数计算难度较大，该值的结果对计算准确度有一定影响。最大电流法即为损失因数法，是以最大电流和均方根电流之间具有的等效关系为前提进行运用，最大电流法最终所获得损耗计算值较大，所以利用小于1的修正系数完善结果，提高真实性；最大电流法也存在不足，计算时只需要采集某时段最大电流以及平均电流，无法保证最终结果的准确性，所以该计算方法只适合在配电网的规划、设计环节使用，电力系统运行期间的降损对策以及线损计算还需要选择其他方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中存在的准确性低的缺陷与问题，提供一种准确性高的基于多参量修正的输电线路线损优化计算方法。
5.为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于多参量修正的输电线路线损优化计算方法，该方法包括以下步骤：
6.s1、根据输电线路长度对架空输电线路模型中的电阻、电抗、电纳进行修正；
7.s2、在温度影响下对输电线路电阻损耗进行修正；对各种天气下的电晕损耗进行修正；
8.s3、构建理论线损修正模型；
9.s4、将理论线损和统计线损拟合构建综合线损率计算模型。
10.步骤s1中，等值电路每相导线的电阻r计算公式为：
11.12.式中，r0为导线单位电阻，ρ为导线电阻率，l为导线长度，s为导线截面积，n
ci
为每相导线的分裂数；
13.等值电路的电抗x计算公式为：
[0014][0015]
式中，x0为传输线单位长度电抗，ω为工频下角速度，l1为单位电感的电感值，β为导线几何均距，rd为导线半径；
[0016]
等值线路的电纳b计算公式为：
[0017][0018]
式中，b0为传输线单位长度电纳，c为单位电容的电容值；
[0019]
当导线长度l满足500km≤l≤1000km时，对电阻r、电抗x、电纳b的数学计算公式进行修正，修正系数为：
[0020][0021]
式中，ηr为电阻修正系数，η
x
为电抗修正系数，ηb为电纳修正系数。
[0022]
步骤s2中，等值传输线路的电阻损耗的计算公式为：
[0023][0024]
式中，δa为等值传输线路的电阻损耗，t为运行时间，i(t)为通过导线电流的瞬时值，r为导线的电阻；
[0025]
对电阻损耗进行修正的计算公式为：
[0026]
δe
′
l
＝kw×
δe
l
[0027][0028]
式中，δe
′
l
为温度补偿后的线路电阻损耗，kw为温升补偿系数，δe
l
为温度补偿前的线路电能损耗，ri(20)为温度为20℃时线路第i段单位长度的电阻值，li为第i种导线长度，i
pi
为额定电流值，i
if
为均方根电流值，li为第i种型号导线的长度，n
ci
为每相导线的分裂数，t
te
为环境温度。
[0029]
步骤s2中，对电阻损耗进行修正时，对电阻本身阻值进行修正，修正公式为：
[0030]
r0＝k
θr20
[0031]
r0＝k
θr20
[0032][0033]
式中，r0为导线的实际电阻，r0为导线单位电阻，k
θ
为电阻温度修正系数，r
20
为导线在温度20℃时的电阻值，r
20
为导线在温度20℃时的单位电阻，i
rms
为均方根电流值，n
ci
为每相导线的分裂数，k为导线温度系数，t为选取代表日的平均气温，i为温度为20℃时导线达到目标温度时的持续电流值。
[0034]
步骤s2中，电晕损耗计算公式为：
[0035][0036]
式中，p1、p2、p3分别为好天气、多雨天气和雾凇天气的单位长度的电晕损耗，rn为分裂导线半径，eu为导线表面的最大场强，e0为临界电场强度；
[0037]
中间相的表面场强em计算公式为：
[0038][0039]
式中，v为计算分裂导线表面最大电场强度的系数，c
av
为平均电容，n
ci
为每相导线的分裂数，r为子导线半径，v为实际运行电压，d1为常数；
[0040]
边侧相的表面场强em(b)计算公式为：
[0041][0042]
式中，d2为常数，d2＝d1＝d；
[0043]
将输电线路运行电压用其首端和末端的平均电压代替，则一年电晕损耗的加权平均值为：
[0044][0045]
式中，vi和vj分别为输电线路首端电压和末端电压，t1为一年中好天气持续时间，t2为一年中多雨天气持续时间，t3为一年中雾凇天气持续时间；a1、a2、a3都为替换参数，
[0046]
电晕损耗修正公式为：
[0047]
p
′i＝μpi[0048][0049]
式中，p
′i为修正后的电晕损耗，pi为电晕损耗的加权平均值，μ为电晕修正系数，f为电压频率，r1为导线半径；β为导线几何均距，rb为导线等效为参考电位的圆柱半径。
[0050]
步骤s3中，理论线损计算公式为：
[0051]
δp＝p
1-p2[0052]
式中，δp为理论线损，p1为输电线路首端有功功率，p2为输电线路末端有功功率；
[0053]
修正后的理论线损为：
[0054]
δp
′
＝δp+μpi+kwδe
l
[0055]
式中，δp
′
为修正后的理论线损，μpi为修正后的电晕损耗，kwδw
l
为修正后的电阻损耗。
[0056]
步骤s4中，将理论线损分为可变损耗与固定损耗；
[0057]
可变损耗pr计算公式为：
[0058]
[0059]
式中，iw为工作状态下流过线路电阻的电流，r为线路电阻，u为电阻上电压；
[0060]
固定损耗δpc计算公式为：
[0061]
δpc＝n
[0062]
式中，n为一个定常数；
[0063]
则理论线损率k1为：
[0064][0065]
统计线损率k2计算公式为：
[0066][0067]
式中，δs为线损电量，s1为关口始端送电量，s2为关口末端送电量；
[0068]
综合线损率χ计算模型为：
[0069][0070]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0071]
本发明一种基于多参量修正的输电线路线损优化计算方法中，在考虑各种因素的前提下，对导线电阻损耗和电晕损耗进行修正，并将修正后的损耗加到原有的线路损耗中，将其拟合成一个新的理论线损计算模型，该模型考虑因素比传统方法更多，运算结果更可靠。因此，本发明能提高线损率的准确性，使得传输线路高压电电量结算更加公平，保障电网的协调与高效运行。
附图说明
[0072]
图1是本发明一种基于多参量修正的输电线路线损优化计算方法的流程图。
[0073]
图2是本发明中架空输电线路模型示意图。
[0074]
图3是本发明中线损率随功率变化曲线图。
具体实施方式
[0075]
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0076]
参见图1，一种基于多参量修正的输电线路线损优化计算方法，该方法包括以下步骤：
[0077]
s1、构建架空输电线路模型，如图2所示；根据输电线路长度对架空输电线路模型中的电阻、电抗、电纳进行修正；
[0078]
等值电路每相导线的电阻r计算公式为：
[0079][0080]
式中，r0为导线单位电阻，ρ为导线电阻率，l为导线长度，s为导线截面积，n
ci
为每
相导线的分裂数；
[0081]
等值电路的电抗x计算公式为：
[0082][0083]
式中，x0为传输线单位长度电抗，ω为工频下角速度，l1为单位电感的电感值，β为导线几何均距，rd为导线半径；
[0084]
等值线路的电纳b计算公式为：
[0085][0086]
式中，b0为传输线单位长度电纳，c为单位电容的电容值；
[0087]
当导线长度l满足500km≤l≤1000km时，对电阻r、电抗x、电纳b的数学计算公式进行修正，修正系数为：
[0088][0089]
式中，ηr为电阻修正系数，η
x
为电抗修正系数，ηb为电纳修正系数；
[0090]
电阻r、电抗x、电纳b分别乘以修正系数ηr、η
x
、ηb，即可得到修正后的线路参数；
[0091]
s2、在温度影响下对输电线路电阻损耗进行修正；对各种天气下的电晕损耗进行修正；
[0092]
由于导体的内部特性会随着温度的变化而变化，所以电阻率也会随之变化，同时，导体工作环境的温度也会影响到导体本身的散热速度，所以温度对导体的影响不可忽略；
[0093]
等值传输线路的电阻损耗的计算公式为：
[0094][0095]
式中，δa为等值传输线路的电阻损耗，t为运行时间，i(t)为通过导线电流的瞬时值，r为导线的电阻；
[0096]
温度补偿即在电阻的电能损耗计算结果上乘以温升补偿系数，进而对电阻损耗进行修正，计算公式为：
[0097]
δe
′
l
＝kwδe
l
[0098][0099]
式中，δe
′
l
为温度补偿后的线路电阻损耗，kw为温升补偿系数，δe
l
为温度补偿前的线路电能损耗，ri(20)为温度为20℃时线路第i段单位长度的电阻值，li为第i种导线长度，i
pi
为额定电流值，i
if
为均方根电流值，ii为第i种型号导线的长度，n
ci
为每相导线的分裂数，t
te
为环境温度；
[0100]
在计算过程中，导线周围流过的电流会使导线温度升高，空气温度同样会对导线造成影响，进而影响电阻损耗计算的准确程度，所以在对电阻损耗整体进行修正的基础上，还需要对电阻本身阻值进行修正，以确保结果更可靠；修正公式为：
[0101]
r0＝k
θr20
[0102]
r0＝k
θr20
[0103][0104]
式中，r0为导线的实际电阻，r0为导线单位电阻，k
θ
为电阻温度修正系数，r
20
为导线在温度20℃时的电阻值，r
20
为导线在温度20℃时的单位电阻，i
rms
为均方根电流值，n
ci
为每相导线的分裂数，k为导线温度系数，t为选取代表日的平均气温，i为温度为20℃时导线达到目标温度时的持续电流值；
[0105]
通常在计算110kv及以上电压等级输电线路的时候，电晕损耗较小，所以可将其归算至理论线损之内；110kv～330kv电压等级的输电线路的电晕损耗相对模糊，故可按该导线的有功损耗的0.5％～2.0％进行估算，在好天气时取偏小值，在冰雪天气、雾凇天气取偏大值；500kv～1000kv电压等级的输电线路的单位长度上的电晕损耗计算公式为：
[0106][0107]
式中，p1、p2、p3分别为好天气、多雨天气和雾凇天气的单位长度的电晕损耗，rn为分裂导线半径，eu为导线表面的最大场强，e0为临界电场强度；
[0108]
中间相的表面场强em计算公式为：
[0109][0110]
式中，v为计算分裂导线表面最大电场强度的系数，c
av
为平均电容，n
ci
为每相导线的分裂数，r为子导线半径，v为实际运行电压，d1为常数；
[0111]
边侧相的表面场强em(b)计算公式为：
[0112][0113]
式中，d2为常数，由于d1仅比d2大6％左右，故近似认为d2＝d1＝d；
[0114]
将输电线路运行电压用其首端和末端的平均电压代替，则一年电晕损耗的加权平均值为：
[0115][0116]
式中，vi和vj分别为输电线路首端电压和末端电压，t1为一年中好天气持续时间，t2为一年中多雨天气持续时间，t3为一年中雾凇天气持续时间；a1、a2、a3都为替换参数，
[0117]
电晕损耗修正公式为：
[0118]
p
′i＝μpi[0119][0120]
式中，p
′i为修正后的电晕损耗，pi为电晕损耗的加权平均值，μ为电晕修正系数，f为电压频率，r1为导线半径；β为导线几何均距，rb为导线等效为参考电位的圆柱半径；
[0121]
s3、构建理论线损修正模型；
[0122]
结合图2和步骤s1的参数修正结果，计算出电抗器损耗，输电线路损耗以及无功消耗，可以得到：其中，为输电线路总送电量，s
′2为输电线路型等效后输出电量，δq为无功消耗，δs
zl
为输电线路损耗，δsa为电抗器损耗；并且可以
根据复功率计算出输电线路首端有功功率p1；根据输电线路末端送电量s2，亦可以得到输电线路末端有功功率p2；
[0123]
理论线损计算公式为：
[0124]
δp＝p
1-p2[0125]
式中，δp为理论线损，p1为输电线路首端有功功率，p2为输电线路末端有功功率；
[0126]
经过参数修正后的线损计算仍未考虑到电阻损耗和电晕损耗的影响。上述内容分析了温度对电阻、电晕损耗的影响，并计算出了电阻损耗和电晕损耗的修正系数。因为目前用首端功率和末端功率相减来粗略计算线路损耗，忽略温度对导线电阻损耗的影响，以及场强和不同天气对电晕损耗造成的影响，会导致计算结果不准确，与实际值差别较大。故本发明提出在考虑各种因素的前提下，对导线电阻损耗和电晕损耗进行修正，并将修正后的损耗加到原有的线路损耗中，提出一种新的理论线损计算模型，计算式如下所示，该模型考虑因素比传统方法更多，运算结果更可靠；
[0127]
修正后的理论线损为：
[0128]
δp
′
＝δp+μpi+kwδe
l
[0129]
式中，δp
′
为修正后的理论线损，μpi为修正后的电晕损耗，kwδe
l
为修正后的电阻损耗，且电阻损耗的电阻为r0＝k
θr20
；
[0130]
s4、将理论线损和统计线损拟合构建综合线损率计算模型；
[0131]
考虑到在计算理论线损时会忽略掉温度、湿度以及一些微小负荷变动对线路损耗产生的影响，所以单从理论线损计算模型来计算线损率会使计算结果不准确。而只考虑统计线损，不考虑理论线损也会由于关口计量误差所导致线损率与真实值有偏差，所以本发明将理论线损和统计线损拟合在一起，提出一种新型综合线损计算模型，从而对现有单一线损率计算方案进行修正，减小误差；
[0132]
将理论线损分为可变损耗与固定损耗；
[0133]
可变损耗pr计算公式为：
[0134][0135]
式中，iw为工作状态下流过线路电阻的电流，r为线路电阻，u为电阻上电压；
[0136]
固定损耗δpc计算公式为：
[0137]
δpc＝n
[0138]
式中，n为一个定常数；
[0139]
则理论线损率k1为：
[0140][0141]
统计线损率k2计算公式为：
[0142][0143]
式中，δs为线损电量，s1为关口始端送电量，s2为关口末端送电量；
[0144]
综合线损率χ计算模型为：
[0145][0146]
由于理论线损率和统计线损率中均会存在一定误差，而且误差产生原因不同，故可以用二者结合构造出综合线损率，对综合线损误差进行相互修正，能够更准确的表达温度、电晕损耗、功率等因素的变动对线损率的影响。
[0147]
在选取一年之中不同天气的占比后，根据导线的分裂数、表面最大场强系数、子导线半径以及实际运行电压求出电阻损耗和电晕损耗，再加上变压器和架空线路的固定损耗即可得到理论线损率和功率的关系式。选取一年内的输电线路关口计量的统计线损数据，并求出统计线损率和功率的关系式，在选取不同功率时，将二者拟合成综合线损率，在取点可根据来绘制得到线损率随着功率变化情况。
[0148]
某省的跨区输送电比较频繁，综合线损率用于将送端区域电网关口电量折算至受端区域电网，故选取该省研究综合线损率，以往的单一线损率为固定值记为1.3％，下面利用本发明提出的综合线损率计算方法对其进行修正。
[0149]
线路的等效电阻为r＝5.67ω，其中电晕损耗受温度、天气条件影响，故取雨、雾、冰雪天气在全年中占比为分裂导线表面最大电场强度的系数为0.6，平均电容为5f，分裂数为4，子导线半径为0.6mm，实际运行电压为550kv，经过计算并根据修正过后的电晕损耗为8.72mw，架空线路以及变压器固定损耗和为13.67mw，代入理论线损率计算公式得到理论线损率；
[0150]
选取一年内的输电线路关口计量的统计线损数据，并根据提出的统计线损率计算公式得到统计线损率；
[0151]
对于理论线损率和统计线损率，分别取不同功率下的点(pi，k
1i
)以及(si，k
2i
)，对两种线损率修正后的综合线损率进行取点所取功率如表1；
[0152]
表1理论线损率、统计线损率、综合线损率和功率的关系
[0153]
功率(mw)理论线损率％统计线损率％综合线损率％4502.322.732.647502.032.262.1310501.431.871.6713501.091.561.3217501.131.761.4322501.231.991.5627501.652.451.97
32501.862.982.2137502.023.312.32
[0154]
理论线损率、统计线损率随功率变化曲线以及修正曲线的函数图像如图3所示。可见，修正曲线的图像位于前两者所表达函数图像的中间，既统筹考虑了理论因素与实际因素，又通过互相修正减小了误差。
[0155]
本发明针对现有的理论线损影响因素，如温度、天气、湿度对电阻损耗、电晕损耗产生的影响进行修正，并基于这些提出了一种修正后的理论线损计算模型。根据功率对理论和统计线损的影响因素，建立出一种综合线损率计算模型，使其能够让理论线损和统计线损充分综合，互相修正，避免了采取单一线损计算方法所带来的误差。在本发明提出的线损模型运用在实际传输电线路上时可看到：在不同功率下该模型的综合线损率计算结果都更接近实际值，传统1000kv特高压线路上流过功率为1350mw时综合线损率为1.32％，其精度相比于理论线损率提高了17.7％；相比于统计线损精度提高了18.5％，更接近于此时工程实际线损率1.3％，使得传输线路高压电电量结算更加公平。所以本发明提出的综合线损率计算模型说服力强、准确性高，且具有较强的实际意义。