一种适用于直流配电网线路的能效分析方法

摘要

本发明涉及电气工程中的输配电系统领域的分析方法，具体涉及一种适用于直流配电网线路的能效分析方法。该方法适用于中压配电网，以线路分析为主导；在线路部分以电缆线为主体研究对象，分析交流线路、单极直流线路、双极直流线路三种线路方式的能效指标，再进行比较，做出判断哪种方式的能效更高。针对交流线路、单极直流线路、双极直流线路三种不同的线路，给出了有功功率损耗、供电效率、电能损耗、线损率四个指标的具体计算模型，该方法可广泛应用于不同电压等级的配电网计算和比较，不同电压等级得到的结果和结论会有不同，通过此方法可以得到配电网交、直流不同方案的能效分析比较结论。

主权项

一种适用于直流配电网线路的能效分析方法，其特征在于，所述方法适用于中压配电网，所述方法包括下述步骤：A、确定以线路为主体分析元件的能效分析模型：确定线路部分以电缆线路方式为主体和电力设备和负荷为辅助的能效分析指标；B、对电缆线路能效分析指标进行分析比较，得出电缆线路方式的计算结果，并选出能效最高的电缆线路运行方式；所述步骤A中，所述电缆线路包括交流线路、单极直流线路和双极直流线路三种不同的线路；以电缆线路方式为主体的能效分析指标包括有功功率损耗、输电效率、电能损耗和线损率；所述有功功率损耗指的是当负荷电流通过电力线路时，电力线路的电阻产生的功率损耗；按电缆线路方式划分有功功率损耗包括交流线路有功功率损耗、单极直流线路有功功率损耗和双极直流线路有功功率损耗；交流线路的线路电流表达式为：则交流线路有功功率损耗的表达式为：式中：P—负荷消耗的三相有功功率/单相有功功率；U_N—电力线路额定线电压/相电压；—负荷功率因数；r—电力线路单相单位电阻；L—电力线路距离；单极直流线路包括大地/海水回线运行方式和金属回线运行方式；单极直流线路的线路电流表达式为：$I=\frac{P}{U_N}---<3>;$则单极直流线路有功功率损耗的表达式为：式中：大地/海水回线运行时，R为电力线路单位电阻和大地单位电阻之和；金属回线运行时R为两根导线的单位电阻之和，计算时假设两根导线为同样的型号，则R＝2r；双极直流系统包括双极两端接地中性点接地方式、双极一端中性点接地方式和双极金属回线方式；双极直流线路有功功率损耗的表达式为：$\mathrm{\Delta P}=\frac{P^2}{{{2U}_N}^2}\mathrm{rL}---<5>;$式中：r为单根极线中的单位电阻；所述输电效率是指电力线路末端输出有功功率与电力线路始端输入有功功率的比值，用百分比来表示；输电效率的表达式为：式中：P₁—电力线路始端输入有功功率；P₂—电力线路末端输出有功功率；采用最大负荷利用小时数T_max直接查取最大负荷损耗时间τ_max的方法，再乘以电力线路最大负荷功率损耗ΔP_max作为电能损耗的最终值，所述电能损耗的表达式为：ΔW_z＝ΔP_max×τ_max   <7>；所述线损率是指电力线路上损耗的电能与电力线路始端输入的电能的比值；不计对地电导或电晕损耗时，是指电力线路电阻中的损耗的电能ΔW_z与电力线路始端输入电能W₁的比值；线损率以百分值来表示，表达式为：式中：W₂为电力线路末端输出的电能；所述步骤B中，对电缆线路能效分析指标进行分析比较时选取YJV22型号电缆和单相截面积240mm²电缆线，并设定以下边界条件：1)单相截面积240mm²的YJV22电缆输入交流电时单位电阻为0.0985Ω/km，输入直流电时的单位电阻为0.0754Ω/km；2)线路长度设定为3km；3)线路所供应的负荷消耗的有功功率为3MW，功率因数设定为0.9；4)线路的电压等级设定为五个档次：10kV、15kV、20kV、25kV和30kV；5)计算全年电能损耗时最大负荷利用小时数T_max选为3000h；电缆线路方式的计算结果包括：电缆传输电能的双极直流线路的电能效率在电压等级从10kV至30kV的范围内始终为最优，在10kV的电压等级下其与交流线路比较时优势明显；随着电压等级的升高，双极直流线路对于交流线路的效率优势缩小；用电缆传输电能的单极直流系统中，大地/海水回线方式的电能效率较金属回线方式高，损耗小；金属回线方式电能效率相比交流线路无任何优势；直流系统电缆线路中，双极直流线路电能效率最高，损耗最低，结合能效方面选择双极直流系统为最优的电缆线路方式。