配电网改造项目节能量计算方法探讨

赵彪，刘旸，冒咏秋，冷雪飞，蒋剑锋，刘浩然，赵才溢

（1.国网（北京）节能设计研究院有限公司，北京100052；2.中国质量认证中心南京分中心，江苏南京210005）

配电网改造项目节能量计算方法探讨

赵彪1，刘旸2，冒咏秋2，冷雪飞1，蒋剑锋1，刘浩然1，赵才溢2

（1.国网（北京）节能设计研究院有限公司，北京100052；2.中国质量认证中心南京分中心，江苏南京210005）

本文首先分别介绍了三类配电网节能量计算方法的基本原理及应用现状；其次，简要分析了各类方法的优缺点及适用性；可为今后配电网节能改造项目的节能量计算提高参考。

配电网；节能改造；节能量审核；线损

配电网线损已成为整个电力系统线损的最大构成部分，我国中、低压配电网损耗占电网整体综合损耗的近50%。一方面，在硬件设施上，部分配电网还存在设备老化、台区负荷不匹配、线路过长、迂回供电、部分线路线径偏小、无功补偿不足等众多导致高线损的不利因素；另一方面，新型城镇化、农业现代化步伐加快，新能源、分布式电源、电动汽车、储能装置快速发展，气候变化导致极端天气频发，终端用电负荷呈现增长快、变化大、多样化的新趋势，使得配电网改造升级的任务更加紧迫。由于负荷增长快而配电网建设投资滞后，配电网在节能降耗方面有着很大的挖掘潜力。

合同能源管理机制能够实现节能服务公司、用能公司、金融机构间的多赢局面，配电网节能改造引入效益分享型合同能源管理机制是电力行业节能减排的重要举措，对于电力行业完成节能减排目标具有重要作用［1］。节能量是衡量合同能源管理项目节能效果的关键参数，也是项目用能单位与节能服务公司效益分享的核心依据，其计算结果的准确与否可直接关系到项目的成败。

目前，对于配电网节能改造项目节能量计算主要有基于统计线损的节能量计算方法、以实测数据为基础的理论线损法、基于设备运行数据的简化计算法等三类方法。本文首先分别介绍了三类配电网节能量计算方法的基本原理及应用现状；其次，简要分析了各类方法的优缺点及其适用性；可为今后配电网节能改造项目的节能量计算提供参考。

1 配电网改造项目节能量计算方法

线损理论计算是根据配电网的实际负荷及正常运行方式，计算配电网中每一元件的实际有功功率损失和在一定时间段内的电能损失［2］。目前，基于线损理论测量与验证方法已被应用于分析配电网综合节能改造项目的节能潜力和计算节能量［3～8］。基于线损理论的节能量计算方法主要有统计线损法、理论线损法两大类。

1.1 基于统计线损的节能量计算方法

统计线损法是指以某一区域配电网或某一线路改造项目为对象，通过计量其改造前基准期内，以及改造后统计报告期内的供、售电量，计算出项目改造前后的线损率，并根据线损率的变化计算得到节电量。

根据《国家电网公司电力网电能损耗管理规定》，线损率计算公式为：

式中：△A%为线损率，AG为供电量，AS为售电量，AF为电厂发电量，AWG为外购电量，ASR为电网输入电量，ASC为输出电量，AZD，i为终端客户的抄见电量。

根据上述公式（1），电力企业的线损率即为单位供电量的电能损耗量，该参数可对应于国家发展和改革委员会公布的《节能量确定和监测方法》中的单个产品能耗，改造前后的线损率则分别对应基准期、统计报告期单个产品电耗，基准期供电量则对应于基准产量。进一步，改造项目节能量计算可按如下公式：

式中：△E为节能量，△AJZ%为基准期线损率，△ABG%为报告期线损率，AG，JZ为基准期供电量。

电网线损率是国家主管部门考核电力企业的一项重要经济指标，降低线损是配电网节能改造的最主要目的之一，也是其改造效果最直接、最重要的体现。统计线损法从改造结果出发，直接以线损率计算配电网改造项目节能量，计算参数也均为电力企业日常生产管理数据，该计算方法最为简单直观。

统计线损率作为考核电力企业的一项重要经济指标，其数值大小不仅受到配电网改造项目设备性能水平高低的影响，同时也是电力公司电力系统规划设计水平、生产技术水平、经营管理水平的综合体现。相较于设备性能水平，其他影响因素更加难以量化，因此，利用统计线损法计算配电网改造项目的节能量常常存在能耗泄漏的情况，造成计算结果与实际值的正负偏差波动性较大且不可控，这在一定程度上制约了此类方法的推广应用。

1.2 基于理论线损的节能量计算方法

由1.1节可知，统计线损率是基于供、售电量计量表计统计得出的线损率，计量表计之间准确度及精度不一致产生的误差［4］、供售电不同期引起的波动［5］，经误差传递、累积，可导致统计线损率计算结果的误差较大，从而使得以统计线损法计算得到的节能量偏离真实值。

相较于统计线损率，理论线损率是基于设备参数、负荷潮流特性计算得出的线损率，能够规避管理因素对线损率数据的影响，因而理论线损率能更好的反应系统本身的技术水平。实际上，理论线损计算常用于管理部门参考制定线损率考核指标［6］，或分析降损潜力，为线路技术改造提供理论依据［7］，因此以理论线损率为基础计算改造项目节能量与统计线损率相比可以进一步剔除影响因素，减少能耗泄漏，提高计算结果的可信度。

目前，对于电网理论线损率的计算方法主要有传统计算方法和潮流计算等两类。传统计算方法与潮流计算方法均需以建立配电网等效电路模型为基础，且均从组成配电网的各元件/设备入手，以电阻损耗计算公式为基本方法，计算理论线损。两者的主要区别在于传统计算方法是通过简化求解潮流方程来计算线损，即先求各节点负荷，然后假设各节点电压都相等且为定值，将非线性潮流方程简化为线性方程，从而不用迭代求解潮流方程，而直接利用功率迭加法来得到流经各线路的功率［8］。因此，与潮流计算方法相比，传统计算方法的精度较差，并且传统计算方法主要适用于稳态负荷模型计算，对动态模型的适用性较差。

随着计算机与通信技术的发展，SCADA/EMS、GIS等系统在电力系统的投入应用，使得原来难以获取的各节点电流、电压、相位、功率等数据，以可以实时显示［7］，并可以5min或10min或15min一次的频率存储数据，完全可以代表电力系统的运行状态［9］，为潮流计算提供了良好的数据基础。

目前，国内众多学者［8，10］已对利用潮流法计算配电网线损开展了大量的研究。但是将潮流法应用到节能量计算中，从实际工程应用层面还存在网络拓扑结构复杂造成模型搭建工作量巨大、SCADA采集数据的“准实时性”造成的计算结果准确性降低、以损耗功率计算节能量采用方法的精度有限等诸多问题有待解决。

1.3 基于设备运行数据的简化计算方法

前两者方法都是从线路层面出发，以线损为基础计算节能量，计算结果受到多因素的交叉耦合影响，能耗泄漏情况十分复杂，可能导致无法有效识别节能效果的情况发生，简化计算法则以改造元件/设备为研究对象，划定边界，可直接计算出各改造元件/设备的节能量，汇总可得项目总节能量。

现阶段配电网节能改造主要可分为设备能效升级、电能质量提升等两大类别，常可见：配电变压器节能改造、配电线路节能改造、无功补偿节能改造、谐波治理、三相不平衡治理等其中一个或多个的组合。分析上述节能改造项目可以发现：配电变压器节能改造常采用的方式有替换为低损高效变压器或有载调容变压器，目的在于降低变压器空载损耗，提升供电效率；配电线路节能改造常采用的方式有线路升压改造、扩径改造、应用节能导线，从降低线路电流或电阻方面，降低线路电阻损耗；无功补偿节能改造，则是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并接接入电路，就近提供感性负荷所需要的无功功率，提高传输线路的功率因数，降低线路负荷电流，以降低线损。因此，一般都可划定为元件本身为界，分别从降低空载损耗、提升供电效率角度计算配电变压器节能改造项目节能量，从降低线路电流、电阻角度计算配电线路改造项目节能量，从提升线路功率因素或无功补偿量（引入无功经济当量概念）角度计算无功补偿项目节能量，并根据单项措施节能量来综合计算项目总节能量，具体可按如下公式：

△EX，i为线路改造类项目总节能量，为无功补偿类项目总节能量。

对于变压器类、线路改造类、无功补偿类改造项目的简化计算方法，国家电网公司、山东省均出台了相关企业标准或地方标准，国家发展和改革委员会经济运行与调节局2014年发布的《电力需求侧管理城市综合试点项目类型及计算方法（试行）》文件中，均有列出简化计算方法的公式，可参照使用。

简化计算方法以改造元件或设备本身为边界，直接抓取关键节能部分，并基于实测数据计算改造项目的节能量，该计算方法也较为直观易懂，但所使用的部分参数非电力企业生产运行数据需要另行计量，部分时候会出现参数获取上存在困难的情况。并且，简化计算方法将配电网各改造项目人为地割裂开来，忽略了电网作为一个整体其中任何一个元件或设备的变化均可能引起潮流分布的变化，因此，也同样存在能耗泄漏的问题，但相较于前两种方法，该部分能耗泄漏对计算结果的影响相对可控。因此，目前该方法是电力企业、合同能源管理项目供应商等相关方应用最多的方法。

2 三类计算方法的适用性分析

从工程实际应用的角度出发，比较了三种方法的适用性，如表1所示。

表1 节能量计算方法的适用性比较

3 结论

（1）目前对于配电网节能改造项目节能量计算可以从降低网络线损率、降低元件损耗等两个角度出发，主要有基于统计线损的节能量计算方法、以实测数据为基础的理论线损法、基于实际运行数据的简化计算法等三类方法。

（2）从实际工程应用的角度，简化计算方法适用性最好；统计线损法一般只用于项目节能潜力的粗略估算；理论线损法仅适用于对典型项目的节能潜力分析。

［1］许文秀，张立斌，李萌文.引入效益分享型合同能源管理的配电网节能风险分析及对策研究［J］.节能与环保，2015，4：64～65.

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［4］谢伟，张池，曹基华.线损精细化中统计线损和理论线损存在的差异分析［J］.华东电力，2009，37（1）：13～16.

［5］郝莉，王文婷.供、售电不同期引起线损波动问题的探讨［J］.宁夏电力，2010，3：14～16.

［6］宋宏彪.配电网线损分析与研究［D］.硕士学位论文，北京：华北电力大学（北京），2002.

［7］高颂九.SCADA和GIS在理论线损中的应用［J］.供用电，2001，18（3）：50～51.

［8］陈得治.基于负荷获取和匹配潮流方法的配电网理论线损计算［J］.电网技术，2005，29（1）：80～84.

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TM925.12

A

2095-2066（2016）30-0016-02

国网节能服务有限公司科技项目“配电网多元设备节能潜力广域尺度评价模型及其时空耦合性研究”；国家质量监督检验检疫总局科技计划项目（2016IK088）。

2016-10-11

冒咏秋，男，江苏如皋人，工学硕士，主要从事节能及新能源技术研发、能源管理、碳排放交易等工作。

冒咏秋。