多目标配电网综合节能潜力评估.pdf

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第42卷第13期2014年7月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlV_01.42No.13Ju1.1,2014多目标配电网综合节能潜力评估曾建敏,白先红,张勇军,杨向宇(1.华南理工大学电力学院,广东广州510640;2.广西电网公司计划发展部,广西南宁530023)摘要:由于某些配电网改造措施既能使网损下降亦能使线路电压质量得到改善,因此创新地提出了结合节能及电压质量改善的综合节能潜力评估方法。根据实际情况对某地区线路进行分类,抽取典型线路进行六项改造措施的综合节能潜力计算。根据各措施的综合节能潜力排名值,得到适合各线路的改造方案。以南方桌市配电线路为例,进行综合节能潜力评估,提出适宜的改造方案。关键词:节能评估;规划;电压质量;多目标,配电网Multi-objectivecomprehensiveenergysavingpotentialevaluationofdistributionnetworks—ZENGJianrain,BAIXian-hong,ZHANGYong ̄un。,YANGXiang-yu(1.SchoolofElectricPower,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China;2.DeptofPlan&Development,GuangxiPowerGridCompany,Nanning530023,China)—Abstract:Becausesomeremakingmeasurescanreducethelinelossofthedistributionnetworkfurtherandimprovethevoltagequality,thispaperputsforwardanassessmentmethodincludingtheenergysavingandthevoltagequalityimproving.Firstly,thelinesshouldbeclassifiedaccordingtotheactualsituationofacertainarea.Thenitpicksupseveraltypicallinestothecomprehensiveenergysavingpotentialinsixdifferentremakingmeasures.Atlast,itcallgettheretrofitschemeforeachtypeofthelinesaccordingtotherankingvalueofdifferentmeasures.Itusesthedistributionlineasanexampletoassessthecomprehensiveenergysavingpotentialandputsforwardthefeasibleretrofitscheme.ThisworkissupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.51377060).Keywords:evaluationofenergysaving;planning;voltagequality;multi-objective;distributionnetwork中图分类号:TM714文献标识码:A—文章编号:16743415(2014)13-0100r060引言线损率和电压合格率是电网的主要考核指标,降低线损率实现节能降损对供电企业提高经济效益起到举足轻重的作用;而电压合格率对电力系统的正常运行有着重要影响,电压过高或过低都严重影响着用户设备的安全运行。因此对于线损和电压质量问题严重的线路都需通过一些措施进行改造。而对线路进行节能潜力和电压质量改善的评估体现了采取改造措施后的节能效果及电压改善效果,因此这两项评估内容对配电网改造和规划有着重要指导意义。以往的相关研究较多是针对单一指标进行评基金项目:国家自然科学基金资助项目(51377060);中央高校基本科研业务费专项资金资助(2013ZM0013)估。如文献[1】对配电网运行的经济性评价进行研究,找出电网运行中高损耗环节,为降损提供技术支撑;文献[2]针对电力供应侧的改善措施,定性地评价出措施的节能潜力大小;文献f3]对国外使用新型节能配电变压器的节能空间作出评估;文献[4]是通过基于熵权的多级模糊评价方法,根据电网一些现状数据,得出电网节能潜力得分;文献[5】则针对多项节能改造措施,建立了完整的配电网节能潜力评估体系。根据电网现状数据作出节能潜力的评估。而对于电压质量方面,更多研究是针对如何对电压质量的优劣作出评价,而较少是对其改善空间进行评估。文献[6]则是提出了利用概率统计分析法对电网电压质量进行评估的方法;文献【7]系统化地定义和分析了各种评估方式,提出了电能质量评估体系架构。本文考虑到改善线损和电压质量两个方面的多曾建敏,等多目标配电网综合节能潜力评估.101.数措施是相通的,所以在文献[5]提及的配电网节能评估体系基础上,提出一种计及节能潜力评估和电压质量改善潜力评估的综合节能潜力评估方法体系。根据综合节能潜力的分析结果,可得出节能降耗与电压质量改善效果均良好的改造方案。1综合节能潜力评估方法综合节能潜力评估体系的总体思路框图如图1所示。对某地区配电网进行综合节能潜力评估,首先将其全网抽象成若干类不同负荷特点和拓扑特点的配电线路,对其进行分类;然后选择若干条具有代表性的典型配电线路,再基于配电网节能降耗改造优化计算与分析软件(PSAS),逐一对典型线路进行节能潜力及电压质量改善率评估计算;根据计算结果,利用综合节能评估分析方法进行分析;最终总结得出各类线路的综合节能潜力以及提出合适的改造建议。r-Ot线路分类搜媳I潜力与电压质量犁线路选择ff改善潜力汁算图1配电网综合节能潜力评估体系Fig.1Comprehensiveenergysavingpotentialevaluationsystemfordistributionnetwork1.1综合节能改造措施经研究得知,影响配电网线路损耗和电压损耗的主要因素是系统运行电压,线路运行功率因数,电力设备上的有功负荷、无功负荷、电阻和电抗L8引。因此我们可以知道,当采用某种和某些组合措施改变上述影响因素来实现配电网节能降耗的同时,配电网的电压质量也会同时得到相当程度的改善。所以本文将根据以下措施,对线路进行改造后的综合节能潜力评估L1。——1.1.1措施I改变无功控制策略(1)对降损及电压的影响电网元件的有功损耗可以按式(1)、式(2)计算。p2J-[32=.尺(1)=R㈤△式中:为初始有功损耗;l为投切电容器后有功损耗;Po、Qo为线路首段有功及无功功率;Qc为电容的无功功率;为负荷电压;为线路等效电阻。由式(1)、式(2)可知,当投入一定无功补偿后,线路有功损耗减少。而电压损耗可以近似用式(3)、式(4)计算。△—PoR+—Gxf3)一—AU:—f411PoR+(Qo-9c)X‘△△式中:为初始电压损耗;为投切电容器后电压损耗;为线路等效电抗。可知,投入适当的无功补偿可减少线路首段无功输送,电压损耗减少,电压质量得到改善。(2)措施综合节能评估方法该措施是假设各100kVA及以上容量的配变台区均配置足够的低压动态无功补偿设备,通过无功补偿控制使负荷功率因数全部达到1.0,以此计算出与现状相比较的节能空间及电压质量改善空间。——1.1.2措施II调整母线运行电压(1)对降损及电压的影响对于线路可变损耗(包括线损和配变铜损)比较大的线路,则由式(1)、式(3)可知,用逆调压方式抬升母线电压可以减少有功损耗和电压损耗,取得一定的节能和电压质量改善效果。(2)措施综合节能评估方法对于供电半径较大、负荷较重,可变损耗占线损主要部分的线路,适当提高母线电压至10.6kV;反之,对于轻载、以固定损耗为主的线路,适当降低母线电压至10.1kV。通过电压调整前后线路的潮流分析及电压、损耗对比,计算出该措施对线路降损及电压改善的潜力。——1.1.3措施III增加导线截面(1)对降损及电压的影响=(5)式中,P、,、分别为导线的电阻率、长度和截面大小。而由式(5)可知,增大S后线路等效电阻值减少;结合式(1)和式(3),当线路电阻值减小时,线路有功损耗和电压损耗都会减小。(2)措施综合节能评估方法该措施是考虑地区负荷增长10%,按照经济电流截面选取导则,选取相应线径的导线替换原来主干线导线,铺设方式不变。对比改造前后的全线总损耗以及其电压质量情况,得其节能降耗及电压质.102.电力系统保护与控制量改善潜力。1.1.4措施IV_一缩小供电半径f11对降损及电压的影响缩小供电半径,即导线长度,减小,根据式(5)可知,线路等效电阻值尺会减小。分别结合式(1)和式(3)可知,缩小供电半径可使线路有功损耗下降并减小线路电压损耗。(2)措施综合节能评估方法对于供电半径偏大的线路,假定主干线中点上增加一个电源点,进行潮流计算,即可得到供电半径降低一半后的节能潜力以及电压质量改善潜力。1.1.5措施一更换高能耗配变f1)对降损及电压的影响高能耗配变与节能变压器相比,空载损耗大,对其进行更换,可以直接减小配电网中变压器的有功损耗和无功损耗,进而达到节能和改善电压质量的效果。(2)措施综合节能评估方法该措施是在计及负荷增长10%的前提下,假定将全线s9及其以下系列的配变(高损变)全部更换为同容量的S13或SH15系列配变。对比更换前后全线损耗和节点电压的变化,分别求取其节能降耗及电压质量改善潜力。——1.1.6措施vI削峰填谷,减少日负荷波动(1)对降损及电压的影响假设两负荷曲线的用电量相同,一为直线,理想负荷恒定不变,其值为尸;另一为波动曲线,其值为fit);负荷的功率因数和电压不变,则时间内二者的线路有功电量损耗之差,为ll5J=一品=式中:cos(p为负荷功率因数;U为负荷点电压。连续函数fit)在[0,刀内变差(大小用偏差平方和表示1可定义为rl)一r—=(t)dtPT(7)将式(8)代入到式(7)中,得=S2R(8)COS9U由变差概念L16j可知,当越小,负荷曲线越平缓,越趋近直线,式(8)中线路损耗越小。所以,通过不同措施进行削峰填谷,对降损有重要的意义。根据式(3),负荷重时电压降大,电压偏低;负荷轻时电压降小,电压偏高。削峰填谷可减缓负荷波动,使电压曲线趋于平缓,减少电压越限情况。(2)措施综合节能评估方法该措施是假定通过峰谷电价等DSM措施能有效实现线路负荷削峰填谷,而总供电量保持不变。在现状线路参数、负荷及其波动情况下,考虑减少日负荷波动30%的调整模式来评估减小负荷波动的节能潜力,同时比较得出调整前及调整后用电高峰期的电压质量改善情况。Ⅵ——1.1.7措施I采用馈线自动调压器(1)对降损及电压的影响当线路电压较低时安装馈线自动调压器,安装点后的电压都有所提升j。而根据式(1)可知,电压升高,安装点后线路有功损耗将减少。(2)措施综合节能评估方法假设线路1/3或1/2处(如线路负荷分布不均,则视其实际情况适当调整)安装自动调压器,容量选为安装点后配变总容量1.2倍。计算得出该措施的节能降耗及电压质量改善潜力。1.2潜力评估指标为了直观地体现上述措施单独作用时的节能潜力及电压质量改善潜力大小,下面分别提出了节能潜力以及电压质量改善率两项指标。f1)节能潜力指标10kV配电网分项降损潜力指标%的定义为:以10kV母线的网损率作为比较对象,以某项技术措施(或多种措施)实施后对网损率的变化量的百分数。po/o:二x100%:!墨二二!二 ̄100%:(9)×100%△其中:Po、Pl为采用某措施前后的馈线送电量;为配电网负荷用电量。(2)电压质量改善率指标定义:10kV配电网电压质量改善率%,以主干线末端电压作为比较对象,以某项技术措施(或多种措施)实施后对主干线末端电压提升量与初始状态电压值之比的百分数。对于接有小水电或其他分布式电源且主干线末端电压越上限的馈线,有%:×100%(10)其中:是初始状态的馈线主干线末端电压;是实行各分项改善措施之后的馈线末端电压。作为有改善的空间,应满足Vo_>lO.7kV且应满足l0.0kV,否则均视电压质量无改善。对于无小水电或其他分布式电源接入的馈线:曾建敏,等多目标配电网综合节能潜力评估一103.—%=×100%(I1)‘.作为有改善的空间,应满足I1o<_10.0kV且应满足<10.7kV,否则均视作电压质量无改善。1.3综合节能评估分析方法根据上述提出的综合节能改造措施,计算出各分项措施的节能潜力以及电压质量改善率,再以某项措施的1%l和l%1作为基准值,如以措施I为基准,按式(13)、式(14)分别计算其他措施的节能效果与该项措施效果的比值。{措施1).[措施3)jlI’.%f%lJjI%z3I%l’【%J%JJ(12)计算如式(13)所示,其中i表示措施的编号。屈:+(13)一1%lI%l按照的大小可以得到各措施基于两项指标的综合节能潜力排序,最后根据上述结果结合成本效益及措施实施难易程度,可得出适合改线路的最优、次优及再次之的改造措施建议。2南方某市综合节能潜力评估算例作为研究对象的南方某市10kV配电线路共计516条,根据线路主干线长度、电缆化程度、线路负荷轻重、是否含有小水电等情况将线路分为城区电缆线路、城镇架空线路、农村无源线路及山区含源线路四种类型。归纳各类线路的电气参数特征值,根据特征值,每类线路各抽取2条作为典型线路进行综合节能潜力计算,并根据典型线路的综合节能潜力分析结果提出适合该类型线路的改造建议。经8条典型线路的计算分析,得出各类线路的综合节能潜力,如表1所示。表1南方某市配电网综合潜力评估结果Table1ComprehensiveenergysavingpotentialevaluationresultofGuilindistributionnetwork“——”注:表示该类线路的典型线路的原始电压质量情况良好在10kV以上,因此视其电压质量改善率为0。从上面的评估结果可以看到,山区含源线路及农村无源线路的综合节能潜力最大,所以该市配电网的综合节能改造主要针对这两类线路。利用各措施下的节能潜力及电压质量改善率结果,再以某项措施为基准,得出各措施的综合节能潜力排序值,如表2所示。表2各线路分项措施综合节能潜力排序值Table2Rankingvalueofdifferentmeasurescomprehensiveenergysavingpotentia ̄l“——”注:表示线路无需进行该措施改造。每类线路所选基值不一样。由表2的排序值可得知各类线路改造措施的排序,从而结合成本效益及措施实施难易程度得出针对不同线路的改造措施建议,如表3所示。表3南方某市配电网综合节能措施建议Table3SuggestionforcomprehensiveenergysavingofGuilindistributionnetwork而根据各类线路的措施潜力排名,以及表3给出相应的改造措施优先次序建议,该市的配电网改造主要以措施I改变无功控制策略以及措施III改变导线型号为主。3结论通过本文提出的方法对南方某市10kV配电线路进行综合节能潜力评估,得到以下结论:1)该市以山区含源线路和农村无源线路的综合节能潜力最大,而城区电缆线路最小。南方某市可重点针对山区含源线路以及农村无源线路进行配电网的改造。2)对各分项措施综合节能潜力排序后,经分%一一施.104.电力系统保护与控制析可得出该市不同类型线路的改造方案。城区电缆ZHANGYong-jun,SHIHui,XULiang.Systematic线路、城镇架空线路和农村无源线路以改变无功控,,.…...。.制策略为主;山区含源线路则宜以更换导线为主。“““deVeopmgprog锄。mnm。。。。。rgy另外农村无源及山区含源线路存在部分高能耗配savingpotentialevaluation[J]・AutomationofElectric变,应适时进行更换。PowerSystems,2011,35(2):51.55.3)本文提出的结合节能及电压质量改善的综[6]郑建辉,陈钰,孟昭勇.电网电压质量评估的概率统龛璧力评估方法对配电网改造及规划有一定的计分析方法引用研究【J】.电力系统保护与控制,2009,+匕口_立、、,’’’’……’………’。J一~参考文献7():培2・—ZHENGJianhui,CHENYu,MENGZhaoyong.[1]马丽叶,卢志刚,胡华伟.基于区间数的城市配电网ResearchonprobabilityandstaftsticsanalysisapplicationⅢ经济运行模糊综合评价.电工技术学报,2012,27(8):ofpowernetworkvoltagequality『J1.Powersvstem163-171・ProtectionandControl,2009,37(8):58.82.‘—MALiye,LUZhi。gang,HUHuawei・Afuzzy[7]陶顺,肖湘.电力系统电能质量评估体系架构[J].““。。mpr。h。。i。evaluatiomethodforeconomic电工技术学报,2010,25(4):171.175.“。peratioofurbandistributionnetworkbasedonintervalTAOShun,—XIAOXiangning.Infrastructure0fthenumber[J]・TransactionsofChinaElectrotechnicalpowerqualityassessmeritsystem0fp0wersystemsfJI.Society,2O12,27(8):163-171・TransactionsofChinaE1ectrotechnica1Society,2010.[2]刘文胜,叶永松,胡献忠,等.华中电网电力节能潜力25r41.171-175分析[J]・华中电力,2004,17(5):47_49・Es]卢志刚,秦四娟,李海涛,等.配电网技术线损分析[J]LIUWen。sheng,YEYong。song,HUXian。zhong,eta1.电力系统保护与控制,2009,37(24):177.180.““Aa】Yi。potentia1of。conomizationonenergyinLUZhi.—gang,QINSi-juan,LIHaitao,eta1.AnalysisonCentralChinaGrid[J]:CentralChinaElectricPower,technica1line1ossofdistributionnetwork[J].Power2004,17(5):47-49・SystemProtectioonandContro1,2009.37(24):177.180.[3]DEKEULENAERH,CHAPMAND,FASSBINDERS・[9]刘健,段璨靓.配电网极限线损分析及降损措施优化ThescopeforenergysavingintheEUthroughtheuseoffJ].电力系统保护与控制,2013,41(12):27.35.—energye币cientelectricitydistributiontransformers[C]//LIUJian,DUANJing-jing.Line1osslimitationanalysisProceedingsofthe16thInternationalConferenceandandOptimalplanningof1ossreductionf0rdistributiOnExhibitiononElectricityDistribution,Part1:grids[J].PowerSystemProtectionandControl,2013,“Cotributions,Amsterdam,Netherlands,June18_21,41(12):27.35.2o0l:4-5・[1O]张刘杰,王蒇.浅析供电线路中的电压损失[J].机电[4]吴耀武,陈瑞,娄素华,等.基于熵权的电网节能减排信息。2011(24):42.43.潜力多级模糊评价[J].华中科技大学学报:自然科学ZHANGLiu-jie。WANGWei.AnalysisonthevoRage版,2010,38(11):115-118・1ossofpowerlines_【J】.Mechanica1andE1ectrica1WUYao。wu,cHENRui,LOUSuhua,eta1.FuzzyInformation,2011(24):42.43.“““。。mP。h。。evaluationofpot。ntl。。rgyavlngand[11]李庚银,杨晓东,周明.复杂配电网的电压暂降随机Ⅱ““““。u。。d。t。。reg。nalpow。gridmg。tropy预估方法[J】.电工技术学报,2009,24(11):135.141.weight[J]・HuazhongUnivofSci&Tech:NaturalLIGeng.yin,YANGXiao.dong,ZHOUMing.StochasticScienceEdnion,2010,38(11):115-118・estimationmethodofvoltagesagsincomp1ex[6]张勇军,石辉,许亮.配电网节能潜力评估系统开发distributionsystems[J].Transactionsofchina方案[J].电力系统自动化,2011,35(2):51-55.曾建敏,等多目标配电网综合节能潜力评估一l05.[12][13][14][15]ElectrotechnicalSociety,2009,24(11):135-141.孙中权.电力节能技术的研究和应用[J1.电力系统保—护与控制,2009,37(24):227231.SUNZhong-quan.Researchandapplicationofpowersavingtechnology[J].PowerSystemProtectionand—Control,2009,37(24):227231.余卫国,熊幼京,周新风,等.电力网技术线损分析及降损对策[J】.电网技术,2006,30(18):54-63.Yuwei-guo,XIONGYou 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一夕落阳
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