摘要：分析了配電網損耗產生的物理機理，并綜述了當前常用的配電網理論線損計算方法，評價了各自的優缺點。首先將配網損耗分為設備損耗和運行附加損耗兩類，給出各自的分析計算公式。而后分別介紹電網理論線損計算的傳統算法、潮流算法和智能算法及其特點，在此基礎上，指出電網理論線損預測算法的發展前景。
　　關鍵詞：配電網；損耗機理；線損計算；預測
　　0引言
　　近年來，我國堅持貫徹落實科學發展觀，為應對氣候變化，要求各行業大力開展節能減排工作。2008年，全國電網綜合線損率達到6.79%，比2007年下降了0.18個百分點；其中，南方電網綜合線損率已降至6.68%，比2002年下降了1.31個百分點，節約電量67億千瓦時，效果顯著[1-2]。然而，相比西方發達國家，我國電力行業能效水平依然很低，電力發、輸、配、用環節的損耗依然較高，這其中，配電部分尤為明顯。據統計，在整個電力系統中，我國配網側電能損耗占總損耗的15%以上。因此，我國電力行業要推動節能減排，首當其沖的是全面提高配網側能效。
　　電網損耗有其自身的規律和特點，只有從本質上掌握目標配網的損耗機理，才能提出有效的降損策略。與此同時，要實現對配網損耗的準確描述和定量評估，必須掌握線損計算的工具。在此，本文對當前在這一領域的研究現狀及成果進行綜述，以作為進一步研究的參考和依據。
　　1配網損耗機理
　　配網中的電能損耗主要分為設備損耗和運行附加損耗，其中設備損耗主要是線路損耗和變壓器損耗。不合理的運行方式，如三相不平衡、運行電壓不合理、諧波等因素會在配網中產生一定量的附加損耗[3-5]。
　　1.1設備損耗
　　1.1.1線路有功損耗ΔPL
　　線路有功損耗ΔPL計算式如下：
　　(1)
　　式中，RL為線路等值電阻；IL為線路輸送電流；P為線路輸送的有功功率；U為線路運行電壓；cosφ為線路運行功率因數。
　　1.1.2變壓器有功損耗ΔPT
　　變壓器有功損耗ΔPT計算式如下：
　　(2)
　　式中，ΔPCu、ΔPFe為變壓器負載有功損耗和空載有功損耗；S、SN為運行視在功率和額定視在功率；U、UN為運行電壓和額定電壓；ΔPk、ΔP0依次為短路損耗、空載損耗。
　　1.1.3電容、電抗有功損耗ΔPC、ΔPE
　　電容器在配電網中起到補償無功的作用，但電容器的投運本身也會產生一定的有功損耗： ΔPC=QCtana(3)
　　式中，ΔPC為電容器有功損耗，QC為電容器的額定容量，tana為電容器介質損耗角。
　　同樣的，串聯電抗器也會導致一部分有功損耗：
　　(4)
　　式中，ΔPE為電抗器有功損耗，ΔPK為電抗器的額定工況損耗，IN為電抗器額定電流。
　　1.1.4設備老化損耗ΔPold
　　變壓器、線路、開關、電容器等設備老化或接觸不良將導致電網的等值電阻Req增大，產生接觸電阻Rold，從而導致配網的有功損耗增大。不存在接觸電阻時有功損耗為I2Req；存在接觸電阻時，有功損耗為I2(Req+Rold)，因此，這部分附加的損耗為：
　　ΔPold=I2Rold(5)
　　1.2運行附加損耗
　　1.2.1三相不平衡附加損耗ΔΔPub
　　三相不平衡時三相配電線路和配變三相繞組將產生附加損耗ΔΔPub，計算式如下：
　　(6)
　　式中，ΔPub、ΔPb分別為三相不平衡和平衡時的有功損耗；IA、IB、IC為三相電流，當三相平衡時則各相電流IA=IB=IC=(IA+IB+IC)/3。
　　1.2.2運行電壓不合理附加損耗ΔΔPvr
　　配電網的損耗實際上可分為可變損耗和固定損耗，前者包括線路損耗和配變銅損，和電壓平方成反比，后者主要是配變鐵損，與電壓平方成正比。具體如下公式：
　　(7)
　　式中，ΔP為配電網總有功損耗；Req配電線路等值電阻和配變負載等值電阻之和；ΔP0i為第i臺配變鐵損；U為配網運行電壓。上式兩邊同時對U求導可得：
　　(8)
　　令上式等于0可得總有功損耗取得最小值ΔPmin時對應的電壓值Umin。當運行電壓偏離Umin值時，無論是電壓升高或降低都將使配網將產生附加的運行有功損耗，如下式所示：
　　ΔΔPvr=ΔP-ΔPmin(9)
　　1.2.3諧波附加損耗ΔΔPhw
　　當配電網中存在諧波電流時，非正弦周期電流的有效值IΣ等于其基波分量I1與各次諧波分量有效值Ih（h=2,3,4,……）的平方和的平方根值：
　　(10)
　　從而諧波存在時，IΣ流過電阻為R的線路所導致附加損耗ΔΔPhw為：
　　ΔΔPhw=IΣ2R－I12R(11)
　　2配網理論線損計算
　　理論線損計算一直是電力系統研究的熱點技術之一。在近幾十年的發展中，理論線損計算方法已形成三個類別：傳統算法，潮流算法，智能算法。
　　2.1傳統算法
　　傳統算法以均方根電流法、平均電流法、最大電流法等為代表，常用的還有等值電阻法、分散系數法、回歸分析法等[6]。
　　均方根電流法是通過對目標電網或元件進行代表日24小時負荷電流測量，得出實測負荷曲線，然后近似認為每小時負荷不變，逐小時計算線損，從而累加得到代表日日線損的方法。均方根電流法原理簡單，易于掌握，對局部電網或單個元件損耗計算比較有效，是目前工程常用的計算方法。當考慮到日負荷波動頻繁、代表日不可靠、計算精度要求高等因素時，均方根電流法顯示出局限性。
　　等值電阻法是對電網或元件電阻進行理論等值后，代入負荷電流進行損耗計算的一類方法。在實際電網中，這類方法往往造成較大誤差，原因在于實際系統中存在大量的電容、電感設備，以及不可見的設備老化接觸電阻，嚴重影響計算精度。
　　回歸分析法是通過建立回歸分析方程計算和校準理論線損的方法。這類方法對規模配電網計算精度高，適用性好。其計算精度主要依賴于對全網數據的正確分類和準確采樣，通常需要抽取大量的樣本進行計算。
　　2.2潮流算法
　　潮流算法是對電網進行動態潮流計算的精確算法，主要包括前推回代法、動態潮流法、損耗功率累加法、損耗功率插值法、節點等效功率法等[7]。
　　前推回代法主要用于6~10kV單輻射狀配網潮流計算，根據潮流計算定理先預設電壓參數，計算潮流后，校正預設參數至滿足精度要求，在此基礎上直接計算配網各部分的功率損耗。
　　動態潮流法是基于實際系統運行規律，通過不同時刻采樣并采用插值求取動態有功、無功值，最終累加得到動態潮流及其損耗電量的方法，其精確度取決于采樣及差值計算的擬合準確度。動態潮流法精度高、使用靈活，能適用于系統在線計算，在較大規模電網的實時計算中有明顯優勢。
　　節點等效功率法是把計算時段內隨著時間變化的各個節點的注入功率處理為節點的等效功率，而后用潮流計算來確定系統各部分的損耗電量。算法通過將負荷曲線階梯化或者查負荷曲線形狀系數來獲取節點等效功率。在節點功率變化幅度不大的情況下，該算法可以取得較好效果。此外，該算法的另一個優點是，計算所需原始資料的獲取十分簡便，且準確可靠，主要來自電度表數據。
　　文獻[8]提出一種基于網絡最大流概念的配網理論線損計算方法。該算法將大大簡化了節點編號及原始數據準備工作，只需指定網絡的發點及收點，其余各點可任意標號，有利于計算機處理，也為可視化配網線損計算軟件的開發提供了有利條件。缺陷在于，只能用于單電源配網的線損計算，而不能適應多電源配網。
　　文獻[9]提出一種合理地獲取負荷并基于該負荷進行準確潮流計算的線損計算方法。首先將配電網負荷和支路信息分類，通過支路信息將原網絡分解為若干個等效網絡；其次為無自動化量測的負荷用戶設置的假設條件也最大限度地滿足工程需求，最后將所有獲取負荷的計算統一為期望負荷分配因子和期望負荷的計算。根據不同置信度的期望負荷為配電網匹配潮流提供負荷數據及其修正，得到理論線損的計算結果。該方法能有效提高計算精度，所能獲取的信息也更為全面。
　　2.3智能算法
　　智能算法是隨著近年來計算機技術發展和各種神經網絡、遺傳算法、粒子群算法等模擬生物智能的技術成熟而得到廣泛應用的新型算法。將智能算法應用于線損理論計算時間不長，已有的算法主要使用神經網絡、遺傳算法來擬合和計算配網線損[10-12]。
　　文獻[13]提出利用GA優化的ANN模型，用于計算中壓配電線路的實時線損。該算法利用SCADA系統實時數據進行計算，能夠同時進行在線、離線計算。利用GA優化的ANN模型進行線損計算，能夠考慮損耗的時域特性和各節點的負荷曲線形狀，且模型簡單，具有較好的魯棒性和適應性，平均計算精度高達2.42%，適用于農村配電線路線損的實時計算。
　　文獻[14]提出一種將神經網絡BP算法與GA算法結合，用于計算配電網線損的新型智能算法。對于有代表性的配電線路的線損與特征參數的樣本數據，先作標準化處理，再進行分群，最后用GA與BP結合的新算法映射線損與特征參數之間的復雜關系。該算法收斂速度快，準確度高，避免了常規BP算法容易陷入局部極小而基本遺傳算法過早收斂的缺點。
　　文獻[15]針對BP神經網絡學習速度慢、容易陷入局部極小的缺點，提出了一種基于免疫遺傳算法(IGA)的人工神經網絡計算配電網的理論線損。該算法在遺傳算法的基礎上引入生物免疫系統中的多樣性保持機制和抗體濃度調節機制，克服了GA算法的搜索效率低、個體多樣性差及早熟現象，擴大了神經網絡的權值搜索空間，提高了網絡系統的學習效率和精度。
　　文獻[16]首次提出，利用電網參數、負荷量的預測數據進行理論線損率的神經網絡預測，開啟了利用線損影響因素預測理論線損率的新思路。該方案計及多種電網發展的相關因素，能較準確的預測電網線損率，不足在于體系復雜，所需的參數眾多，且耗時長。
　　根據當前用戶對供電電壓質量、可靠性的高要求，以及推進節能減排的需要，系統在線監測和控制技術正得到大力推廣。為實現線損管理的實時化、在線化，配網理論線損計算技術的精度和速度，以及對電網的適應度等正面臨巨大挑戰。因此，智能算法正得到越來越多的關注。與此同時，線損預測技術也是一種極具潛力的發展方向，特別是在線預測技術。
　　近些年，針對中、長期負荷預測的模型和算法已經得到深度發展，各種模型在應對電網發展及其規劃問題時已經能夠基本解決負荷的高精度預測問題。然而，在線損預測方面，這類技術沒有得到重視。隨著電網節能政策的推進，電網節能改造、節能規劃已經越來越多的進入到電力工業技術領域。做好配網理論線損的預計算及預評估，能夠指導配網做出最高效、最節能的電網建設和運行方案。在對電網規劃方案進行比較、優選時，對待選方案進行線損預評估，也能為電網節能性指標提供能為客觀、更為準確的依據。
　　3結語
　　配網損耗機理及理論線損計算是研究配網節能經濟規劃和運行的重要組成部分，只有透徹分析配網損耗的組成及其損耗機理，并不斷深化損耗模型的仿真性和適應性，才能引導我們正確認識配網損耗的特點，從而提出合理的對策；只有掌握理論線損計算的有效工具，才能對配網運行狀況及其技術改造成效構成定量描述，才能適應當前電子化、網絡化、信息化、自動化、智能化的電網的運行管理要求。
　　參考文獻：
　　[1]魏一鳴，等．中國能源報告(2008)：碳排放研究．科學出版社，2008．
　　[2]中國電力企業聯合會．電力行業節能減排政策綜述及規章選編．中國電力出版社，2008．
　　[3]趙全樂．線損管理手冊．中國電力出版社，2007．
　　[4]雷銘．電力網降損節能手冊．中國電力出版社，2005．
　　[5]林輝．線損理論計算模型、算法及其應用．華南理工大學，2003．
　　[6]賈延峰，王業強，劉莉．配電網理論線損計算的研究．沈陽工程學院學報(自然科學版)，2005，1(2)：68-70．
　　[7]丁心海，羅毅芳，劉巍，等．配電網線損理論計算的一種新實用方法-改進迭代法．中國電力，2000，33(4)：70-72．
　　[8]周建英，宋奕冰，劉憲林，等．網絡最大流法在配電網線損計算中的應用．電力系統及其自動化學報，2000，12(5)：11-14．
　　[9]陳得治，郭志忠．基于負荷獲取和匹配潮流方法的配電網理論線損計算．電網技術，2005，29(1)：80-84．
　　[10]LevitinG，KalyuzhnyA，ShenkmanA，etal．Optimalcapacitorallocationindistributionsystemsusingageneticalgorithmandafastenergylosscomputationtechnique[J]．PowerDelivery，IEEETransactionson，2000，15(2)：623-628．
　　[11]HsuCT，YM，ChenCE，etal．Distributionfeederlossanalysisbyusinganartificialneuralnetwork[J]．ElectricPowerSystemsResearch，1995，34(2)：85-90．
　　[12]潘艷蓉．配電網線損考核指標及降損策略的研究．武漢大學，2004．
　　[13]袁慧梅，郭喜慶．配電網線損的實時計算方法．中國農業大學學報，2000，5(6)：90-93．
　　[14]辛開遠，楊玉華，陳富．計算配電網線損的GA與BP結合的新方法．中國電機工程學報，2002，22(2)：79-82．
　　[15]李秀卿，趙麗娜，孟慶然，等．IGA優化的神經網絡計算配電網理論線損．電力系統及其自動化學報，2009，21(5)：87-91．
　　[16]李自若．基于神經網絡的A市電網理論線損率的預測．重慶大學，2006．