一种适用于直流配电网线路的能效分析方法
【专利摘要】本发明涉及电气工程中的输配电系统领域的分析方法，具体涉及一种适用于直流配电网线路的能效分析方法。该方法适用于中压配电网，以线路分析为主导；在线路部分以电缆线为主体研究对象，分析交流线路、单极直流线路、双极直流线路三种线路方式的能效指标，再进行比较，做出判断哪种方式的能效更高。针对交流线路、单极直流线路、双极直流线路三种不同的线路，给出了有功功率损耗、供电效率、电能损耗、线损率四个指标的具体计算模型，该方法可广泛应用于不同电压等级的配电网计算和比较，不同电压等级得到的结果和结论会有不同，通过此方法可以得到配电网交、直流不同方案的能效分析比较结论。
【专利说明】一种适用于直流配电网线路的能效分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气工程中的输配电系统领域的分析方法，具体涉及一种适用于直流配电网线路的能效分析方法。
【背景技术】
[0002]电网分为输电网和配电网两种形式，这两种电网是基于电压等级和在电力系统中承担的作用不同而进行的分类。输电网是通过高压、超高压输电线将发电厂与变电所、变电所与变电所连接起来，完成电能传输的电力网络.又称为电力网中的主网架。配电网是从输电网或地区发电厂接受电能.通过配电设施就地或逐级分配给用户的电力网。目前高压直流输电技术相对成熟，而且与交流的传输方式比起来十分经济，效率也比较高，目前已经广泛应用于输电工程中:三峡一上海±500千伏直流输电工程线路全长1048.6千米，输送容量300万千瓦，若按中强度全铝合金导线替代普通导线计算，正常功率下，如果一年的输送小时数为4000小时，可节约电能7.98万千瓦时/千米，全线每年可节电8372万千瓦时。
[0003]未来城市电力负荷密度逐步增大，大型商业中心、数据金融中心、高档智能小区等高负荷密度地块的供电对电能质量和可靠性的要求越来越高。而目前我国IOkV中压配电网的供电半径小、供电能力明显不足，改由20kv供电涉及设备改造等投资巨大，造成目前IOkV中压配电网适应能力差，供电困难等局面。从目前来看，没有在适当时机把IOkV升级为20kV，而IOkV中压配电网网损高、供电能力不足问题现在已经难以解决。可以预计，在节能降损上，直流配电网将是未来电网的一场革命。目前直流配电网建设尚未起步，考虑降低电能损耗、提高供电能力、提高供电可靠性经济性等问题，研究中低压配电网直流供电方式意义重大。
[0004]按照电力输出的理论原理和直流输电技术的实现，我们可以预计在配电网进行直流配电也是可行的。但由于电网发展规划和改造发展速度有限，目前传统意义上的配电网还未能实现直流配电技术。目前，只有在飞机、船舶等小型配电系统中实现了低压直流的配电技术，直流配电技术尚未投入到高、中压工程实例中去。因此有必要在提出直流配电网具体技术实施之前，给予一种或几种评价其能效的分析方法，这样可以对直流配电网建设提供可行性依据，加速直流配电网建设步伐。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于直流配电网线路的能效分析方法，该方法适用于中压配电网，以线路分析为主导；在线路部分以电缆线为主体研究对象，分析交流线路、单极直流线路、双极直流线路三种线路的能效指标，再进行比较，做出判断哪种方式的能效更高，并且针对交流线路、单极直流线路、双极直流线路三种不同的线路，给出了有功功率损耗、供电效率、电能损耗、线损率四个指标的具体计算模型。该方法可广泛应用于不同电压等级的配电网计算和比较，不同电压等级得到的结果和结论会有不同，通过此方法可以得到配电网交、直流不同方案的能效分析比较结论。[0006]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0007]本发明提供一种适用于直流配电网线路的能效分析方法，其改进之处在于，所述方法适用于中压配电网，所述方法包括下述步骤:
[0008]A、确定以线路为主体分析元件的能效分析模型:确定线路部分以电缆线路方式为主体和电力设备和负荷为辅助的能效分析指标；
[0009]B、对电缆线路能效分析指标进行分析比较，得出电缆线路方式的计算结果，并选出能效最高的电缆线路运行方式。
[0010]进一步地，所述中压配电网包括中压辐射式直流配电网，所述中压辐射式直流配电网包括两路配电网接入线路；其中一路配电网接入线路包括依次连接的交流电源(I)、交流变压器(2 )、AC/DC换流器(3 )、DC/DC直流斩波器(9 )和(10 );在DC/DC直流斩波器(10 )的输出端分别连接有两路输出，其中一路输出包括依次连接的直流斩波器(5 )和直流负荷；另一路输出包括依次连接的DC/AC逆变器(8)和交流负荷；所述AC/DC换流器(3)的输出端连接配电网接入端I ;
[0011]另一路配电网接入线路包括并行的两路输入，其中一路输入包括依次连接的风电/水电分布式能源、交流变压器(7)和AC/DC换流器(4);另一路输入包括依次连接的光伏发电/燃料电池分布式电源和DC/DC直流斩波器(6);所述DC/DC直流斩波器(6)的输出端连接配电网接入端II。
[0012]进一步地，所述步骤A中，所述电缆线路包括交流线路、单极直流线路和双极直流线路三种不同的线路；以电缆线路方式为主体的能效分析指标包括有功功率损耗、输电效率、电能损耗和线损率。
[0013]进一步地，所述有功功率损耗指的是当负荷电流通过电力线路时，电力线路的电阻产生的功率损耗；
[0014]按电缆线路方式划分有功功率损耗包括交流线路有功功率损耗、单极直流线路有功功率损耗和双极直流线路有功功率损耗；
[0015]交流线路的线路电流表达式为
【权利要求】
1.一种适用于直流配电网线路的能效分析方法，其特征在于，所述方法适用于中压配电网，所述方法包括下述步骤: A、确定以线路为主体分析元件的能效分析模型:确定线路部分以电缆线路方式为主体和电力设备和负荷为辅助的能效分析指标； B、对电缆线路能效分析指标进行分析比较，得出电缆线路方式的计算结果，并选出能效最高的电缆线路运行方式。
2.如权利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，所述中压配电网包括中压辐射式直流配电网，所述中压辐射式直流配电网包括两路配电网接入线路；其中一路配电网接入线路包括依次连接的交流电源(I)、交流变压器(2)、AC/DC换流器(3)、DC/DC直流斩波器(9)和(10);在0(:/1^直流斩波器(10)的输出端分别连接有两路输出，其中一路输出包括依次连接的直流斩波器(5)和直流负荷；另一路输出包括依次连接的DC/AC逆变器(8)和交流负荷；所述AC/DC换流器(3)的输出端连接配电网接入端I ; 另一路配电网接入线路包括并行的两路输入，其中一路输入包括依次连接的风电/水电分布式能源、交流变压器(7)和AC/DC换流器(4);另一路输入包括依次连接的光伏发电/燃料电池分布式电源和DC/DC直流斩波器(6);所述DC/DC直流斩波器(6)的输出端连接配电网接入端II。
3.如权利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，所述步骤A中，所述电缆线路包括交流线路、单极直流线路和双极直流线路三种不同的线路；以电缆线路方式为主体的能效分析指标包括有功功率损耗、输电效率、电能损耗和线损率。
4.如权利要求3所述的能效分析方法，其特征在于，所述有功功率损耗指的是当负荷电流通过电力线路时，电力线路的电阻产生的功率损耗； 按电缆线路方式划分有功功率损耗包括交流线路有功功率损耗、单极直流线路有功功率损耗和双极直流线路有功功率损耗； 交流线路的线路电流表达式为
5.如权利要求3所述的能效分析方法，其特征在于，所述输电效率是指电力线路末端输出有功功率与电力线路始端输入有功功率的比值，用百分比来表示； 输电效率的表达式为:输电效率.^、100。/。<6> 式中七一电力线路始端输入有功功率;p2—电力线路末端输出有功功率。
6.如权利要求3所述的能效分析方法，其特征在于，采用最大负荷利用小时数Tmax直接查取最大负荷损耗时间的方法，再乘以电力线路最大负荷功率损耗APmax作为电能损耗的最终值，所述电能损耗的表达式为:
7.如权利要求3所述的能效分析方法，其特征在于，所述线损率是指电力线路上损耗的电能与电力线路始端输入的电能的比值；不计对地电导或电晕损耗时，是指电力线路电阻中的损耗的电能AWz与电力线路始端输入电能W1的比值；线损率以百分值来表示，表达式为:
8.如权利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，所述步骤A中，电力设备和负荷为辅助的能效指标指的是输电效率能效，所述输电效率的表达式为:
9.如权利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，所述步骤B中，对电缆线路能效分析指标进行分析比较时选取YJV22型号电缆和单相截面积240mm2电缆线，并设定以下边界条件: 1)单相截面积240mm2的YJV22电缆输入交流电时单位电阻为0.0985 Ω/km，输入直流电时的单位电阻为0.0754 Ω /km ； 2)线路长度设定为3km； 3)线路所供应的负荷消耗的有功功率为3MW，功率因数设定为0.9 ； 4)线路的电压等级设定为五个档次:10kV、15kV、20kV、25kV和30kV； 5)计算全年电能损耗时最大负荷利用小时数Tmax选为3000h。
10.如权利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，电缆线路方式的计算结果包括:电缆传输电能的双极直流线路的电能效率在电压等级从IOkv至30kV的范围内始终为最优，在IOkV的电压等级下其与交流线路比较时优势明显；随着电压等级的升高，双极直流线路对于交流线路的效率优势缩小； 用电缆传输电能的单极直流系统中，大地/海水回线方式的电能效率较金属回线方式高，损耗小；金属回线方式电能效率相比交流线路无任何优势； 直流系统电缆线路中，双极直流线路电能效率最高，损耗最低，结合能效方面选择双极直流系统为最优的电缆线路方式。`
【文档编号】H02J3/00GK103715686SQ201410009148
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】苏剑, 韦涛, 惠慧, 崔艳妍, 刘自发, 李梦渔, 徐兢浩, 李韦姝 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网上海市电力公司, 华北电力大学