一種適用于直流配電網(wǎng)線路的能效分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電氣工程中的輸配電系統(tǒng)領(lǐng)域的分析方法，具體涉及一種適用于直流配電網(wǎng)線路的能效分析方法。該方法適用于中壓配電網(wǎng)，以線路分析為主導(dǎo)；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(biāo)，再進(jìn)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(biāo)的具體計算模型，該方法可廣泛應(yīng)用于不同電壓等級的配電網(wǎng)計算和比較，不同電壓等級得到的結(jié)果和結(jié)論會有不同，通過此方法可以得到配電網(wǎng)交、直流不同方案的能效分析比較結(jié)論。
【專利說明】一種適用于直流配電網(wǎng)線路的能效分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣工程中的輸配電系統(tǒng)領(lǐng)域的分析方法，具體涉及一種適用于直流配電網(wǎng)線路的能效分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電網(wǎng)分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩種形式，這兩種電網(wǎng)是基于電壓等級和在電力系統(tǒng)中承擔(dān)的作用不同而進(jìn)行的分類。輸電網(wǎng)是通過高壓、超高壓輸電線將發(fā)電廠與變電所、變電所與變電所連接起來，完成電能傳輸?shù)碾娏W(wǎng)絡(luò).又稱為電力網(wǎng)中的主網(wǎng)架。配電網(wǎng)是從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能.通過配電設(shè)施就地或逐級分配給用戶的電力網(wǎng)。目前高壓直流輸電技術(shù)相對成熟，而且與交流的傳輸方式比起來十分經(jīng)濟(jì)，效率也比較高，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)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(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線替代普通導(dǎo)線計算，正常功率下，如果一年的輸送小時數(shù)為4000小時，可節(jié)約電能7.98萬千瓦時/千米，全線每年可節(jié)電8372萬千瓦時。
[0003]未來城市電力負(fù)荷密度逐步增大，大型商業(yè)中心、數(shù)據(jù)金融中心、高檔智能小區(qū)等高負(fù)荷密度地塊的供電對電能質(zhì)量和可靠性的要求越來越高。而目前我國IOkV中壓配電網(wǎng)的供電半徑小、供電能力明顯不足，改由20kv供電涉及設(shè)備改造等投資巨大，造成目前IOkV中壓配電網(wǎng)適應(yīng)能力差，供電困難等局面。從目前來看，沒有在適當(dāng)時機(jī)把IOkV升級為20kV，而IOkV中壓配電網(wǎng)網(wǎng)損高、供電能力不足問題現(xiàn)在已經(jīng)難以解決?？梢灶A(yù)計，在節(jié)能降損上，直流配電網(wǎng)將是未來電網(wǎng)的一場革命。目前直流配電網(wǎng)建設(shè)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(jīng)濟(jì)性等問題，研究中低壓配電網(wǎng)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(shù)的實(shí)現(xiàn)，我們可以預(yù)計在配電網(wǎng)進(jìn)行直流配電也是可行的。但由于電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和改造發(fā)展速度有限，目前傳統(tǒng)意義上的配電網(wǎng)還未能實(shí)現(xiàn)直流配電技術(shù)。目前，只有在飛機(jī)、船舶等小型配電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了低壓直流的配電技術(shù)，直流配電技術(shù)尚未投入到高、中壓工程實(shí)例中去。因此有必要在提出直流配電網(wǎng)具體技術(shù)實(shí)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(wǎng)建設(shè)提供可行性依據(jù)，加速直流配電網(wǎng)建設(shè)步伐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種適用于直流配電網(wǎng)線路的能效分析方法，該方法適用于中壓配電網(wǎng)，以線路分析為主導(dǎo)；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(biāo)，再進(jìn)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(biāo)的具體計算模型。該方法可廣泛應(yīng)用于不同電壓等級的配電網(wǎng)計算和比較，不同電壓等級得到的結(jié)果和結(jié)論會有不同，通過此方法可以得到配電網(wǎng)交、直流不同方案的能效分析比較結(jié)論。[0006]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種適用于直流配電網(wǎng)線路的能效分析方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法適用于中壓配電網(wǎng)，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(shè)備和負(fù)荷為輔助的能效分析指標(biāo)；
[0009]B、對電纜線路能效分析指標(biāo)進(jìn)行分析比較，得出電纜線路方式的計算結(jié)果，并選出能效最高的電纜線路運(yùn)行方式。
[0010]進(jìn)一步地，所述中壓配電網(wǎng)包括中壓輻射式直流配電網(wǎng)，所述中壓輻射式直流配電網(wǎng)包括兩路配電網(wǎng)接入線路；其中一路配電網(wǎng)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(fù)荷；另一路輸出包括依次連接的DC/AC逆變器(8)和交流負(fù)荷；所述AC/DC換流器(3)的輸出端連接配電網(wǎng)接入端I ;
[0011]另一路配電網(wǎng)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(fēng)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(fā)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(wǎng)接入端II。
[0012]進(jìn)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(biāo)包括有功功率損耗、輸電效率、電能損耗和線損率。
[0013]進(jìn)一步地，所述有功功率損耗指的是當(dāng)負(fù)荷電流通過電力線路時，電力線路的電阻產(chǎn)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(dá)式為
【權(quán)利要求】
1.一種適用于直流配電網(wǎng)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(wǎng)，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(shè)備和負(fù)荷為輔助的能效分析指標(biāo)； B、對電纜線路能效分析指標(biāo)進(jìn)行分析比較，得出電纜線路方式的計算結(jié)果，并選出能效最高的電纜線路運(yùn)行方式。
2.如權(quán)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(wǎng)包括中壓輻射式直流配電網(wǎng)，所述中壓輻射式直流配電網(wǎng)包括兩路配電網(wǎng)接入線路；其中一路配電網(wǎng)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(fù)荷；另一路輸出包括依次連接的DC/AC逆變器(8)和交流負(fù)荷；所述AC/DC換流器(3)的輸出端連接配電網(wǎng)接入端I ; 另一路配電網(wǎng)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(fēng)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(fā)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(wǎng)接入端II。
3.如權(quán)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(biāo)包括有功功率損耗、輸電效率、電能損耗和線損率。
4.如權(quán)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(dāng)負(fù)荷電流通過電力線路時，電力線路的電阻產(chǎn)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(dá)式為
5.如權(quán)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(dá)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(quán)利要求3所述的能效分析方法，其特征在于，采用最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax直接查取最大負(fù)荷損耗時間的方法，再乘以電力線路最大負(fù)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(dá)式為:
7.如權(quán)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(dǎo)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(dá)式為:
8.如權(quán)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(shè)備和負(fù)荷為輔助的能效指標(biāo)指的是輸電效率能效，所述輸電效率的表達(dá)式為:
9.如權(quán)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(biāo)進(jìn)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(shè)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(shè)定為3km； 3)線路所供應(yīng)的負(fù)荷消耗的有功功率為3MW，功率因數(shù)設(shè)定為0.9 ； 4)線路的電壓等級設(shè)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(fù)荷利用小時數(shù)Tmax選為3000h。
10.如權(quán)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(jié)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(nèi)始終為最優(yōu)，在IOkV的電壓等級下其與交流線路比較時優(yōu)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(yōu)勢縮?。? 用電纜傳輸電能的單極直流系統(tǒng)中，大地/海水回線方式的電能效率較金屬回線方式高，損耗??；金屬回線方式電能效率相比交流線路無任何優(yōu)勢； 直流系統(tǒng)電纜線路中，雙極直流線路電能效率最高，損耗最低，結(jié)合能效方面選擇雙極直流系統(tǒng)為最優(yōu)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】蘇劍, 韋濤, 惠慧, 崔艷妍, 劉自發(fā), 李夢漁, 徐兢浩, 李韋姝 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)上海市電力公司, 華北電力大學(xué)