关于分布式电源接入配电网计量方式的探究 |
| 2013-01-22 10:46 作者：孟 涛 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，首先介绍几种常见的分布式电源，然后对分布式电源接入配电网的计量原理进行阐述，最后讨论几种计量方式，并分别分析他们的优缺点，最后得出全文结论。
关键词：分布式电源；计量原理；损耗
0前言
随着科学技术的发展，各种新兴电力技术也应运而生。分布式电源接入配电网技术作为其中新兴技术之一，以其分布式电源特有的独立性、灵活性，对配电网产生了很大的变化。因此，本文主要研究分布式电源接入配电网后，其产生的电能是如何进行计量的，以期为分布式电源接入配电网技术中电能计算上提供理论依据。
1分布式电源
分布式电源的定义是不通过其他媒介，在配电网上直接布置，或者在负荷附近分部的一种发电源。一般分布式电源可分为太阳能光伏电池、风力发电、燃料电池和微型燃气轮机等。其发电量一般都在50～1000瓦，甚至可达到数千瓦。分布式电源主要可分为两类，可再生资源类与不可再生资源类
1.1可再生资源类
1.1.1太阳能光伏电池
太阳能光伏电池顾名思义就是利用太阳能进行发电，其工作原理是光伏电池在日照充足的情况下，对光能进行存储，并转化为电能。由于太阳能是一种可再生资源，同时又是一种无污染的环保型资源。因此，太阳能光伏电池的应用前景十分广阔。
1.1.2风力发电
风力发电就是利用风能进行发电，其工作原理是通过装置将风进行收集，对风能进行存储，并转化为电能。虽然风能发电的技术受地理环境影响较为严重，但由于风能同样是一种可再生资源，同时也是一种无污染的环保型资源。因此，风力发电的应用前景也十分广阔。
1.1.3潮汐能发电
潮汐能发电就是通过装置将海水中的潮汐能转化为电能的发电技术。其工作原理是利用涨潮落潮产生的动力，通过水轮将潮汐能转化为机械能，再由机械能转化为电能。
1.1.4小水力发电
小水力发电就是利用规模较小的水电站即其小电网进行发电。其工作原理与潮汐能发电类似，但其又可分为引水方式发电、堤坝方式发电、混合方式发电，以及抽水蓄水方式发电。
1.1.5热能发电
热能发电就是将热能进行转换为机械能，再转化为电能的发电方式。其工作原理是将热水产生的热蒸汽或机械设备过热产生的热流，进行搜集，通过汽轮机进行转化为机械能，再由机械设备转化为电能进行发电。它也是一种可再生能源、对环境污染小。
1.2不可再生资源类
1.2.1燃料电池
燃料电池就是利用燃料进行发电，其工作原理是通过燃料的电化学反应，不通过燃烧燃料就可以将燃料中的化学能转化为电能。具体转化过程为：在燃料电池的负极，即阳极，开始氧化反应，让燃料从负极失去电子，从而产生电流首先。其产生的电流又通过载体到达燃料电池的正极，即阴极，电子开始还原反应。燃料电池的缺点在于它需要足够的燃料以及氧化剂，同时，废弃燃料电池容易对环境造成污染。
1.2.2微型燃气轮机
微型燃气轮机是目前应用最广泛的分布式电源之一，它是一种以天然气、汽油作为原料，通过燃烧原料的方式进行发电的一种超小型燃气轮机设备。其工作原理与燃气轮机一致，其主要优点是体积小，污染小，重量轻；其缺点是它的发电利用率较低。
2计量方式
2.1配电网总能量的计量原理
分布式电源接入配电网后，为配电网增加一定的电能。其增加的电能主要计量原理是，分布式电源接入电量一般已知，只要计算在输送过程中损失的电量，就能得出分布式电源接入配电网后产生的电能量。通常损失的电量是因为电能在传输过程中经过变压器、输电线路等装置，造成一定的电能损耗。其配电网总能量的计量公式如下：
配电网总能量=DG输入电能-损耗电量
2.2配电网损耗电量的种类
在配电网中损耗的电量种类可分为三种，分别为可变损耗、固定损耗和不明损耗。其中，在电能传输过程中，线路及变压器中的电能损耗占到总损耗的95%以上，其他电能损耗仅占5%。因此，为了便于计算，一般来说，仅计算线路及变压器中的电能损耗，其他损耗忽略不计。
2.2.1可变损耗
可变损耗主要有线路导线中的线损、变压器绕组中的铜损和电能表电流圈中的损耗。
2.2.2固定损耗
固定损耗主要有变压器中的铁损、电容器的介质损耗、电能表电压线圈和铁芯中的损耗。
2.2.3不明损耗
不明损耗主要有用户违章用电和切点损耗、电网元件漏电损失、营业中抄核收之差错损失、计量表计量误差损失。
2.3配电网损耗电量的计算方法
2.3.1均方根电流法
均方根电流法是对通过电流的线路中所有的电能损耗进行均方根处理，算出分布式电源接入配电网所产生的损耗。
均方根电流法的优点是计算精度较高且计算原理简单；缺点是必须通过对变压器进行实测数据，才能得到准确数据，否则只能通过分配容量负荷方法来进行计算，计算结果容易与实际情况不符。其次是对线损部分只能对各节点的电流进行代数加减，得到的结果也与实际情况不符合。
计算公式为：。
2.3.2形状系数法
形状系数法是在平均电流法的基础上进行改进的，它是对电流通过线路产生的损耗进行汇总，计算出它的总损耗，从而得出在分布式电源接入配电网后的实际电能损耗。
形状系数法的优点是计算精度非常高；缺点是其计算过程中的重要参数K不容易计算，同时此方法不适用于分布式电源接入低等级的配电网的计量，计量结果与实际结果差距较大。
计算公式为：。
2.3.3损耗因素法
损耗因素法是在形状系数法的基础上进行改进的，它是将电流流过线路后产生的线损的总和进行统计后，然后平均处理，计算出它的实际电能损耗。
损耗因素法的优点是计算时只需要一日的最大电流及损耗因素F，需要的数据很少，便于计算；缺点是重要参数F不容易计算，同时不同的接入配电网形式需要不同的计算方法，算法不通用，同时计算的精度很低，与实际情况差距较大。
计算公式为：。
2.3.4最大负荷损耗小时法
最大负荷损耗小时法是指计算分布式电源接入配电网后一段时间内的损耗，从而得出一年的电能总损耗。
其优点是需要的基础资料较少，且计算过程十分简单；缺点是计算的精度十分低，仅适用估算一年的损耗电能，不适用精确计算损耗电能。
计算公式为：。
2.3.5等值电阻法
等值电阻法是假设在配电网的一端有一个等值电阻存在，则总电流通过配电网一端产生的损耗就是整条线路不通分电阻产生的电能损耗的总和。
等值电阻法的优点是克服了上述算法的缺点，理论研究基础雄厚，长期实践经验表明应用于分布式电源接入10千伏以下的配电网中的计量十分准确；缺点是由于是假设在配电网一端设等值电阻，对结果的精度有一定的影响，与实际情况略有背离。
计算公式为：。
2.3.6潮流法
潮流法的基本单位是馈线，对配电网中的负荷节点的电压进行计算就可以得出分布式电源接入配电网中的耗损总量。
潮流法的优点是计量的精度非常高；缺点是需要的参数条件非常多，为准确计算带来非常大的阻碍。
潮流法的算法主要有牛顿拉夫逊法、等效功率节点法、PQ分解法，前推法和迭代法等。
2.3.7电压损失法
电压损失法是假设所有的接入点都在配电网线路的最终端，从而计算出一个近似的配电网线损量。
电压损失法的优点是计算方法十分简单；缺点是需要假设一个条件，仅限于估算范围，无法准确计算。且只能对抵压配电网的线损进行计算，计算范围有限。
计算公式为：。
2.3.8其他方法
例如竹节法、遗传算法与人工神经网络算法、基于区间算法和模糊识别算法都可以对分布式电源接入配电网的线损进行准确计算。
这些方法的优点是计算结果非常精确，缺点是需要建立规模较大的模型，对于庞大的配电网系统计量十分困难。
3结论
本文通过分析分布式电源接入配电网中电量计量的原理中，发现只需要准确计算出接入过程中的损耗电量，就可以得出最终的电量。
详细探究了几种常用的计算配电网电能损耗的方法，从算法上来看，平均电流法、形状系数法、损耗因素法以及潮流法均为传统算法，理论依据充足，算法也比较简单，容易理解。但是其计算精度普遍较差，与实际情况相差较大，且很多计算数据在实际情况中无法检测得到，最终决定这些算法只能在理论计算中应用。
而现代算法如竹节法、遗传算法与人工神经网络、基于区间算法、模糊识别算法并未作详细介绍，但其计算精度非常准确，但是要求建立相应的模型，同时仅限于简单配电网的应用，很难应用于大型配电网中进行计算。
因此，目前来说仍然很难找到一种完全理想的方法来计量分布式电源接入配电网中的电能。只有通过多种方法的计算，得到各种结果，对这些结果进行对比，最终获得一个较为准确的数值。
作者简介：
孟涛，男，甘肃兰州人，主要从事电力系统智能配电网等研究工作。 |
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