輸配電系統中電能損耗産生的原因與分析

當今世界，電力工業的改革使傳統壟斷的電力行業向開放化、競争化轉變。開放、公平的輸電網絡是電力市場公平競争的必要條件。輸配電系統在正常運行的同時，輸電産生的電能損耗占到整個輸電量的5%-10%，配電量的電能損耗更是達到一定規模。在公平競争的電力市場環境下，需要将這些電能損耗公平的分配給所有的輸配電網的用戶。而如何公正合理的分配，在近年來引起了國内外學者的廣泛關注，成為電力市場研究的熱點。

  1 輸配電系統電能損耗的産生原因分析

  輸配電系統的電能損耗是指輸電系統和配電系統運行過程中産生的網絡損耗電量的總稱。電能損耗的種類主要有技術損耗和管理損耗兩部分組成。管理損耗量不好估計，是有輸配電企業的人為或管理因素造成的，需要通過完善管理體制較少損耗。本文探讨的主要指技術損耗，輸配電系統的電能技術損耗主要包括輸電線路的損耗和變壓器的損耗，根據損耗是否變動，又可以分為由于線路和變壓器串聯阻抗産生的變動損耗和與電壓有關的固定損耗。

  1.1 線路功率損耗

  電力線路的電能損耗為相應的功率損耗與時間的乘積，線路的功率損耗與輸電電路的有功功率的平方、無功功率的平方，線路線阻和輸電電壓有關。其中，有功功率和無功功率的平方和越大，線路線阻越大，功率損耗越大，輸電電壓越高，功率損耗越小。具體關系可以用以下公式表示：

  其中：ΔPL指線路功率損耗;P1和Q1分别表示有功功率和無功功率;U1表示輸電電壓;R為線路線阻。

  1.2 變壓器功率損耗

  變壓器的功率損耗由于有雙繞組變壓器、三繞組變壓器等種類不同，計算功率損耗的公式也不盡相同。由于電力傳輸過程中，有功功率和無功功率都造成功率損耗，因此在配電變壓器過程中，功率損耗也可以分為有功損耗和無功損耗。變壓器的功率損耗與功率因素成反比，與變壓器的空載損耗、負載損耗、空載電流百分比、阻抗電壓百分比成正比。

  已知輸配電線路的功率損耗ΔP後，一段時間内的電能損耗即為從時間0到t上對于功率損耗的定積分，表示為：

  2 輸配電系統電能損耗主要分配方法

  輸配電系統電能損耗的分配一直是國内外學者研究的熱點之一，從算法上看，主要分為潮流追蹤和分配系數兩大類。目前，主要的分配方法有比例分配法、分配系數法、功率分解方法、基于博弈理論的Shapley值法等。

  2.1 直接比例分配法

  比例分配法是目前電能損耗分配最常用的方法之一，是将輸電網分為若幹節點，按照每個節點的發電負荷有功大小的比例分配。按比例分配的方法沒有考慮負荷在輸電網中的相對位置和無功對耦合影響和交易間的作用，并且需要專人指定相應的發電和負荷比例。

  2.2 分配系數法

  邊際網損系數法是分配系數法的典型方法，是根據注入功率的單位變化引起的全部輸配電網的網損變化量的大小來對各個節點進行電能損耗的分攤。該方法基于監測和靈敏度分析，同時考慮到了有功功率和無功功率對網絡損耗的影響。

  2.3 功率分解法

  功率分解的潮流算法是将不同電源在同一線路流經的功率以及産生的功率損耗進行分解。這種分解基于電網的總損耗表達式或者支路的損耗表達式，結合按照電路定理推導的阻抗或導納矩陣方程，進一步計算損耗的分解表達式。在數學上，這種分配不是唯一的。

  2.4 基于博弈理論的Shapley值法

  基于博弈理論的Shapley值法不同于以往的分配方法，這種方法不僅僅基于電路理論，而是被賦予了新的經濟學意義。它從市場競争的角度将各個交易對輸配電網電能損耗的影響平等地考慮在内，分配結果不考慮交易追加次序和電網功率因數，因此可以适用于任意功率因數和任意交易次序的輸配電網絡，有很好的應用前景。但方法的缺點在于需要計算各個交易模式下的潮流，計算的工作量大，随着計算技術的發展，這一難題有望得到改進。

  通過對現有的分配方法進行總結，在我國現代的損耗分配中普遍存在着以下問題。使用比例分配法的，需要指定專人對電源和負荷的分配比例，在複雜的電力市場模式下就難以适用。基于電路理論推導的分配系數法和功率分解法，在市場競争條件下缺乏相應的經濟學意義，而具有經濟學意義的博弈論的分配方法又有計算量大的缺點。如何進一步彙總各種分配方法的優點，開發合理科學可行的分配方案，是輸配電系統的電能損耗分配的研究趨勢。

  3 對降低輸配電網電能損耗的建議

  通過對輸配電網的電能損耗的産生原因進行分析，可以得出減少電能損耗，就是要減少輸電線路中的損耗和變壓器的損耗。降低電能損耗的具體工作可以從以下幾個方面開展。

  3.1 加強輸配電網升壓和設備改造

  在分析電網的電能損耗産生原因時已知，電能損耗的産生與電壓成反比，與電阻成反比。因此，要降低電能損耗，可以對配電網進行升壓改造，如将6 kV改造為10 kV供電電壓，将35 kV變電站改造為110 kV或220 kV變電站等。更換原有的小截面導線，在經濟條件允許的情況下換成大截面的導線，從而使線路電阻變小，降低網絡電能損耗。采用節能變壓器，節能的型配電變壓器的有功、無功需求均小于一般變壓器，從而使變壓器部分的功率損失降低。

  3.2 優化輸配電網的網絡結構

  科學合理的電網結構，對于降低電能損耗至關重要。一個設計理想，結構優化，布局合理的輸配電網絡，可以提高整個電網的運行效率，減少不必要的電能輸送，降低電能損耗。主要措施可以有在設備選型方面，選擇與負荷側适當超前的設計，變壓器的位置盡量處在負荷中心以縮短供電半徑，針對農村和城區選擇不同的電源點配置方式，在接線是盡量多采用輻射式的接線方式進行網絡架設，避免采用單邊供電的接線方式等。

  4 結束語

  電力産業改革過程中，輸配電系統的電能損耗問題一直是國内外學者關注的焦點。本文在分析了電能損耗的主要産生原因的基礎上，對現有的電能損耗分配方法進行了分析，并提出了降低電能損耗的主要途徑，為輸配電企業進行節能減排工作提供了一定的參考。