一種適用于直流配電網線路的能效分析方法
【專利摘要】本發明涉及電氣工程中的輸配電系統領域的分析方法，具體涉及一種適用于直流配電網線路的能效分析方法。該方法適用于中壓配電網，以線路分析為主導；在線路部分以電纜線為主體研究對象，分析交流線路、單極直流線路、雙極直流線路三種線路方式的能效指標，再進行比較，做出判斷哪種方式的能效更高。針對交流線路、單極直流線路、雙極直流線路三種不同的線路，給出了有功功率損耗、供電效率、電能損耗、線損率四個指標的具體計算模型，該方法可廣泛應用于不同電壓等級的配電網計算和比較，不同電壓等級得到的結果和結論會有不同，通過此方法可以得到配電網交、直流不同方案的能效分析比較結論。
【專利說明】一種適用于直流配電網線路的能效分析方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電氣工程中的輸配電系統領域的分析方法，具體涉及一種適用于直流配電網線路的能效分析方法。
【背景技術】
[0002]電網分為輸電網和配電網兩種形式，這兩種電網是基于電壓等級和在電力系統中承擔的作用不同而進行的分類。輸電網是通過高壓、超高壓輸電線將發電廠與變電所、變電所與變電所連接起來，完成電能傳輸的電力網絡.又稱為電力網中的主網架。配電網是從輸電網或地區發電廠接受電能.通過配電設施就地或逐級分配給用戶的電力網。目前高壓直流輸電技術相對成熟，而且與交流的傳輸方式比起來十分經濟，效率也比較高，目前已經廣泛應用于輸電工程中:三峽一上海±500千伏直流輸電工程線路全長1048.6千米，輸送容量300萬千瓦，若按中強度全鋁合金導線替代普通導線計算，正常功率下，如果一年的輸送小時數為4000小時，可節約電能7.98萬千瓦時/千米，全線每年可節電8372萬千瓦時。
[0003]未來城市電力負荷密度逐步增大，大型商業中心、數據金融中心、高檔智能小區等高負荷密度地塊的供電對電能質量和可靠性的要求越來越高。而目前我國IOkV中壓配電網的供電半徑小、供電能力明顯不足，改由20kv供電涉及設備改造等投資巨大，造成目前IOkV中壓配電網適應能力差，供電困難等局面。從目前來看，沒有在適當時機把IOkV升級為20kV，而IOkV中壓配電網網損高、供電能力不足問題現在已經難以解決。可以預計，在節能降損上，直流配電網將是未來電網的一場革命。目前直流配電網建設尚未起步，考慮降低電能損耗、提高供電能力、提高供電可靠性經濟性等問題，研究中低壓配電網直流供電方式意義重大。
[0004]按照電力輸出的理論原理和直流輸電技術的實現，我們可以預計在配電網進行直流配電也是可行的。但由于電網發展規劃和改造發展速度有限，目前傳統意義上的配電網還未能實現直流配電技術。目前，只有在飛機、船舶等小型配電系統中實現了低壓直流的配電技術，直流配電技術尚未投入到高、中壓工程實例中去。因此有必要在提出直流配電網具體技術實施之前，給予一種或幾種評價其能效的分析方法，這樣可以對直流配電網建設提供可行性依據，加速直流配電網建設步伐。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種適用于直流配電網線路的能效分析方法，該方法適用于中壓配電網，以線路分析為主導；在線路部分以電纜線為主體研究對象，分析交流線路、單極直流線路、雙極直流線路三種線路的能效指標，再進行比較，做出判斷哪種方式的能效更高，并且針對交流線路、單極直流線路、雙極直流線路三種不同的線路，給出了有功功率損耗、供電效率、電能損耗、線損率四個指標的具體計算模型。該方法可廣泛應用于不同電壓等級的配電網計算和比較，不同電壓等級得到的結果和結論會有不同，通過此方法可以得到配電網交、直流不同方案的能效分析比較結論。[0006]本發明的目的是采用下述技術方案實現的:
[0007]本發明提供一種適用于直流配電網線路的能效分析方法，其改進之處在于，所述方法適用于中壓配電網，所述方法包括下述步驟:
[0008]A、確定以線路為主體分析元件的能效分析模型:確定線路部分以電纜線路方式為主體和電力設備和負荷為輔助的能效分析指標；
[0009]B、對電纜線路能效分析指標進行分析比較，得出電纜線路方式的計算結果，并選出能效最高的電纜線路運行方式。
[0010]進一步地，所述中壓配電網包括中壓輻射式直流配電網，所述中壓輻射式直流配電網包括兩路配電網接入線路；其中一路配電網接入線路包括依次連接的交流電源(I)、交流變壓器(2 )、AC/DC換流器(3 )、DC/DC直流斬波器(9 )和(10 );在DC/DC直流斬波器(10 )的輸出端分別連接有兩路輸出，其中一路輸出包括依次連接的直流斬波器(5 )和直流負荷；另一路輸出包括依次連接的DC/AC逆變器(8)和交流負荷；所述AC/DC換流器(3)的輸出端連接配電網接入端I ;
[0011]另一路配電網接入線路包括并行的兩路輸入，其中一路輸入包括依次連接的風電/水電分布式能源、交流變壓器(7)和AC/DC換流器(4);另一路輸入包括依次連接的光伏發電/燃料電池分布式電源和DC/DC直流斬波器(6);所述DC/DC直流斬波器(6)的輸出端連接配電網接入端II。
[0012]進一步地，所述步驟A中，所述電纜線路包括交流線路、單極直流線路和雙極直流線路三種不同的線路；以電纜線路方式為主體的能效分析指標包括有功功率損耗、輸電效率、電能損耗和線損率。
[0013]進一步地，所述有功功率損耗指的是當負荷電流通過電力線路時，電力線路的電阻產生的功率損耗；
[0014]按電纜線路方式劃分有功功率損耗包括交流線路有功功率損耗、單極直流線路有功功率損耗和雙極直流線路有功功率損耗；
[0015]交流線路的線路電流表達式為
【權利要求】
1.一種適用于直流配電網線路的能效分析方法，其特征在于，所述方法適用于中壓配電網，所述方法包括下述步驟: A、確定以線路為主體分析元件的能效分析模型:確定線路部分以電纜線路方式為主體和電力設備和負荷為輔助的能效分析指標； B、對電纜線路能效分析指標進行分析比較，得出電纜線路方式的計算結果，并選出能效最高的電纜線路運行方式。
2.如權利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，所述中壓配電網包括中壓輻射式直流配電網，所述中壓輻射式直流配電網包括兩路配電網接入線路；其中一路配電網接入線路包括依次連接的交流電源(I)、交流變壓器(2)、AC/DC換流器(3)、DC/DC直流斬波器(9)和(10);在0(:/1^直流斬波器(10)的輸出端分別連接有兩路輸出，其中一路輸出包括依次連接的直流斬波器(5)和直流負荷；另一路輸出包括依次連接的DC/AC逆變器(8)和交流負荷；所述AC/DC換流器(3)的輸出端連接配電網接入端I ; 另一路配電網接入線路包括并行的兩路輸入，其中一路輸入包括依次連接的風電/水電分布式能源、交流變壓器(7)和AC/DC換流器(4);另一路輸入包括依次連接的光伏發電/燃料電池分布式電源和DC/DC直流斬波器(6);所述DC/DC直流斬波器(6)的輸出端連接配電網接入端II。
3.如權利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，所述步驟A中，所述電纜線路包括交流線路、單極直流線路和雙極直流線路三種不同的線路；以電纜線路方式為主體的能效分析指標包括有功功率損耗、輸電效率、電能損耗和線損率。
4.如權利要求3所述的能效分析方法，其特征在于，所述有功功率損耗指的是當負荷電流通過電力線路時，電力線路的電阻產生的功率損耗； 按電纜線路方式劃分有功功率損耗包括交流線路有功功率損耗、單極直流線路有功功率損耗和雙極直流線路有功功率損耗； 交流線路的線路電流表達式為
5.如權利要求3所述的能效分析方法，其特征在于，所述輸電效率是指電力線路末端輸出有功功率與電力線路始端輸入有功功率的比值，用百分比來表示； 輸電效率的表達式為:輸電效率.^、100。/。<6> 式中七一電力線路始端輸入有功功率;p2—電力線路末端輸出有功功率。
6.如權利要求3所述的能效分析方法，其特征在于，采用最大負荷利用小時數Tmax直接查取最大負荷損耗時間的方法，再乘以電力線路最大負荷功率損耗APmax作為電能損耗的最終值，所述電能損耗的表達式為:
7.如權利要求3所述的能效分析方法，其特征在于，所述線損率是指電力線路上損耗的電能與電力線路始端輸入的電能的比值；不計對地電導或電暈損耗時，是指電力線路電阻中的損耗的電能AWz與電力線路始端輸入電能W1的比值；線損率以百分值來表示，表達式為:
8.如權利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，所述步驟A中，電力設備和負荷為輔助的能效指標指的是輸電效率能效，所述輸電效率的表達式為:
9.如權利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，所述步驟B中，對電纜線路能效分析指標進行分析比較時選取YJV22型號電纜和單相截面積240mm2電纜線，并設定以下邊界條件: 1)單相截面積240mm2的YJV22電纜輸入交流電時單位電阻為0.0985 Ω/km，輸入直流電時的單位電阻為0.0754 Ω /km ； 2)線路長度設定為3km； 3)線路所供應的負荷消耗的有功功率為3MW，功率因數設定為0.9 ； 4)線路的電壓等級設定為五個檔次:10kV、15kV、20kV、25kV和30kV； 5)計算全年電能損耗時最大負荷利用小時數Tmax選為3000h。
10.如權利要求1所述的能效分析方法，其特征在于，電纜線路方式的計算結果包括:電纜傳輸電能的雙極直流線路的電能效率在電壓等級從IOkv至30kV的范圍內始終為最優，在IOkV的電壓等級下其與交流線路比較時優勢明顯；隨著電壓等級的升高，雙極直流線路對于交流線路的效率優勢縮小； 用電纜傳輸電能的單極直流系統中，大地/海水回線方式的電能效率較金屬回線方式高，損耗小；金屬回線方式電能效率相比交流線路無任何優勢； 直流系統電纜線路中，雙極直流線路電能效率最高，損耗最低，結合能效方面選擇雙極直流系統為最優的電纜線路方式。`
【文檔編號】H02J3/00GK103715686SQ201410009148
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月8日 優先權日:2014年1月8日
【發明者】蘇劍, 韋濤, 惠慧, 崔艷妍, 劉自發, 李夢漁, 徐兢浩, 李韋姝 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院, 國網上海市電力公司, 華北電力大學