CN103034961A - 一种电网节能水平的判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网节能水平判定方法，该方法包括：建立“节能型电网”的判定指标集：分别从输配电环节解析出电网运行过程中各环节的各类能耗，根据不同能耗的性质归为四类，分别是电网结构能耗、电网运行能耗、电网设备能耗和电网管理能耗；对于每一类能耗，分别给出相应的指标及各指标的计算公式；以此为基础形成评价电网节能特征的能耗指标体系；利用第一部分中给出的各个指标的计算公式对电网的节能水平进行判定，得出各环节的各类能耗水平，以此得出电网的节能水平。本发明揭示各环节的能耗结构；通过辨识比较，发现低能效环节及其原因，揭示各环节的节能潜力；构建节能型电网的评价指标体系，为电网节能化水平的分析与评估提供直接依据。

Description

一种电网节能水平的判定方法

技术领域

本发明属于电力***性能判定技术领域，特别涉及电网节能化水平的评价指标体系与评价方法。

背景技术

节能减排是各国发展的重要途径，近年来，能源和环境问题已日益成为全球关注的焦点。为应对全球气候变化，实现能源的可持续发展，发展节能型经济已经成为世界各国的共同选择。各国都致力于大规模开发可再生能源、提高能源利用效率、减少温室气体排放，以促进整个社会经济向高能效、低能耗和低碳排放的模式转型。

电力行业存在很大的节能空间。电力行业是经济发展的重要支柱，将各种一次能源转化为清洁的二次能源，在能源工业中有着极为重要的位置。国内外专家学者在发电侧和用电侧开展了大量节能工作研究，但电网环节节能尚需进一步深化研究和挖掘，电力行业依然存在着很大的节能减排空间。

高效节能是未来电网的重要标准。电网具有电能输送和能量流管理的功能，可以实现区域的资源优化配置，是国家能源管理和实施国家能源经济政策的重要工具。电网是提高能源利用效率、推进节能减排技术发展的重要载体，建设节能型电网，将有利于节约一次能源消耗，实现高效、清洁、安全的能源供应。而低碳电力是未来电网的重要发展方向，提高能源利用效率，节约能源使用也是智能电网和的主要发展目标之一。因此，大力发展应用于电网的节能技术、建设节能型电网、不仅能够给够给电网带来切实的经济效益，同时能够减少温室气体的排放，推动电网的低碳化发展，并促进智能电网技术的应用，是促进电力行业可持续发展的重要举措。

目前，针对电网侧的节能技术主要有大截面导线技术、节能金具技术、节能变压器技术、无功补偿技术等，但这些技术都只是停留在设备层面，而衡量一个电网的节能水平不仅仅要看其设备的能耗、还要从电网的结构、运行、管理等角度来进行全面的考察，因此有必要建立一套完整的电网节能水平的判定方法。

发明内容

本发明的目的是针对电网运行中的能耗问题，提出一种电网节能水平的评价方法，通过设立判定指标，为评价电网某一环节的能耗情况提供依据，并以此为依据找出电网高能耗、低能效的具体环节，及时采取有效的节能减排措施。

本发明提出的一种电网节能水平判定方法，其特征在于，包括两部分：

第一部分：建立“节能型电网”的判定指标集：分别从输配电环节解析出电网运行过程中各环节的各类能耗，根据不同能耗的性质归为四类，分别是电网结构能耗、电网运行能耗、电网设备能耗和电网管理能耗；对于每一类能耗，分别给出相应的指标及各指标的计算公式；以此为基础形成评价电网节能特征的能耗指标体系；

第二部分：利用第一部分中给出的各个指标的计算公式对电网的节能水平进行判定，得出各环节的各类能耗水平，以此得出电网的节能水平。

本发明的有益效果：

首先，本发明提出了建立“节能型电网”的判定指标。分别从输配电环节解析出电网运行过程中各类能耗，根据不同能耗的性质，将其归为四类，分别是电网结构能耗、电网运行能耗、电网设备能耗和电网管理能耗。对于每一类能耗，分别给出相应的指标集，针对不同电网环节制定多维度的节能化、低碳化水平判断准则，用以全面、完整地描述该类能耗。

其次，本发明通过分析节能型电网相比于常规输配电网所具有的特征，给出了各个“节能型电网”判定指标的计算方法，以此为基础形成评价电网节能特征的指标体系，以明确电网低碳化与节能减排的效果，为量化节能效益提供理论支持。

另外，本发明给出了如何根据判定指标的计算值对电网的节能水平进行判定的方法，进而得出各环节节能的优劣性。

总之，本发明方法针对电网的节能减排潜力，提出了一种评价电网能耗水平的指标体系及其构建方法，对电网节能发展提供实践指导。该方法在电网各环节能耗机理及节能潜力的基础上提出输电、配电环节能量损耗的多种指标，揭示各环节的能耗结构；通过辨识比较，发现低能效环节及其原因，揭示各环节的节能潜力；构建节能型电网的评价指标体系，为电网节能化水平的分析与评估提供直接依据。

具体实施方式

本发明提出的一种针对中国电网节能水平判定方法的实施例，其特征在于，包括两部分：

第一部分：建立“节能型电网”的判定指标集：分别从输配电环节解析出电网运行过程中各环节的各类能耗，根据不同能耗的性质归为四类，分别是电网结构能耗、电网运行能耗、电网设备能耗和电网管理能耗；对于每一类能耗，分别给出相应的指标及各指标的计算公式；以此为基础形成评价电网节能特征的能耗指标体系；

第二部分：利用指标的计算公式对电网的节能水平进行判定，得出各环节的各类能耗水平，以此得出电网的节能水平。

节能型电网，就是通过一系列技术手段来降低电网的能耗，使电网企业在最小的能耗下实现最大的经济利益。这里，“低能耗”和“高效率”是节能型电网希望实现的两个重要目标。

电能从电源侧发出，流入电网，最终被用户消耗，这三个环节是彼此相连、息息相关的，因此建立节能型电网不仅要最大程度地降低电网自身的能耗，还要通过规划管理等手段引导和推动电源侧以及用电侧的节能化发展。

上述方法各步骤的具体实施方式详细说明如下：

第一部分：建立“节能型电网”的判定指标集，具体包括

1-1）基于电网结构的指标集：

电网结构包括电网的设备结构与技术结构。设备结构指电网中线路、变电站的电压等级构成、配置容载比、输电容量、网络结构形态等与电网设备直接相关的因素，而技术结构则是各类输、变、配电技术在电网中的应用比例以及应用效果，电网结构指标集中的具体指标的等级以及各指标的含义和作用如表（1）所示。

表（1）电网结构指标集

表中：电网结构的指标集（为一级指标），包括输电网电压等级构成指数、电网配置容载比、配电网网络结构优化率、储能技术指标和电力***中主要节能技术的渗透率五个二级指标；其中，电网的负荷功率与容量的比值由典型日容载比和最高负荷容载比2个子指标（三级指标）组成；储能技术的节能效果由***储能技术容量比和储能技术的储能效率2个子指标（三级指标）组成；电力***中主要节能技术的应用程度即节能潜力由动态增容技术渗透率、节能变压器技术渗透率和节能金具技术渗透率3个子指标（三级指标）组成。

指标说明：

（1）输电网电压等级构成指数：电压等级的高低对于输电效率、网损率等都有着显著的影响，因此，在评价一个电网的节能化水平时，电压等级是一个重要指标。然而电网是由不同电压等级的线路共同构成的，因此我们需要用一个综合指标来衡量一个电网电压等级的平均水平。

（2）电网的配置容载比：容载比是电力***中的一个常用的概念，它是***变电容量与最高负荷之比，表明某地区、某变电站或某变压器的安装容量与最高实际运行容量的关系，反映容量备用情况。

具体采用变电站典型日的容载比以及最大负荷时的容载比。前者用来描述变电容量的利用率，后者用来描述变电站备用容量的宽裕度。

随着电力***不断建设，其变电容量在逐年增加。如果电力负荷的增长速度跟不上变量容量的增长速度，就会造成电网的容载比升高，一部分变电设备的空闲容量增大，从而使电网运行效率降低，损耗增大。另一方面，如果容载比过低，则会出现主变满载或过负荷供电的现象，为电力***的安全运行埋下隐患。容载比的合理与否直接关系到变压器能否工作在经济运行区间，对能耗的影响至关重要。

（3）配电网网络结构优化率：现有的网络结构不够合理是造成配电网网损的重要因素。在电网的设计与布置中，存在着大量的交错、重叠、迂回供电的现象，供电半径过大，造成了极大的浪费。因此，用这一指标来衡量配电网络线路结构的优化程度。一般来说，该指标的值越接近1，表明线路布置越合理。

（4）储能技术指标：储能技术节能的相关指标。本指标用于描述电力储能技术与节能相关的技术指标。

储能技术的发展对于电力***调度中削峰填谷带来了可能，从而改善负荷曲线，大大地提高了电厂的发电效率，对节能减排意义重大。

（5）电力***中主要节能技术的渗透率：电网节能降损的关键在于合理地应用各项节能技术及节能设备。但是由于技术成熟度、经济代价、使用条件等原因的限制，一些节能技术和设备并没有得到广泛的应用。这里我们用“节能技术的渗透率”这一指标来对电力***中主要节能技术和设备应用程度加以描述，该指标可以反映出各项技术的节能潜力。

以上指标构成了反应电网结构能耗的指标集。

基于电网结构指标集中的各指标具体表达式如下：

1-1-1）输电网电压等级构成指数，如式（1）

$V_{\mathrm{cons}-\mathrm{trans}}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{V}_{\mathrm{trans}-i}\×\frac{L_{\mathrm{trans}-i}}{L}---\left(1\right)$

其中：V_rrans-i代表输电网电压等级；L_trans-i表示该电压等级的线路长度；L表示目标线路总长度

1-1-2）电网配置容载比，如式（2）

$\mathrm{\γ}=\frac{Q_C}{Q_L}---\left(2\right)$

其中Q_C是电网变压器总容量，Q_L是变压器的负荷

1-1-3）配电网网络结构优化率，如式（3）

$\mathrm{\α}=\frac{r_{\mathrm{re}}}{r_{\mathrm{ideal}}}---\left(3\right)$

其中，r_re为实际供电半径，r_ideal为理想供电半径。

理想供电半径定义描述如下：在所用将配电点与各用户之间相连的连续的曲线（包括折线）当中，最短的那条曲线的长度即为理想供电半径。由于地理条件等原因，理想供电半径一般无法达到，但是应尽量向其靠拢。该指标用于描述配电网线路结构的优化程度。

1-1-4）储能技术指标，分为下面两个子指标表示

***储能技术容量比，如式（4）

$\mathrm{\β}=\frac{Q_{\mathrm{st}}}{Q_{\mathrm{load}-\max }}---\left(4\right)$

其中：Q_st代表***储能总容量；Q_load-max代表***最大负荷。

储能技术的储能效率，如式（5）

$\mathrm{\η}=\frac{Q_s}{Q_c}---\left(5\right)$

其中：Q_s表示储能技术的储存能量；Q_c表示应用储能技术消耗的能量。

1-1-5）电力***中主要节能技术的渗透率，具体分为三个子指标表示：

动态增容技术的渗透率，如式（6）

${\mathrm{\γ}}_a=\frac{Q_a}{Q_{\mathrm{line}}}---\left(6\right)$

其中：Q_a表示现有动态增容技术增加的输电容量；Q_line表示不用动态增容技术时线路的输送功率。

节能变压器的技术渗透率，如式（7）

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{trans}}=\frac{Q_s}{Q_t}---\left(7\right)$

其中：Q_s表示节能变压器的总容量，Q_t表示总的变电容量

节能金具渗透率，如式（8）

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{fit}}=\frac{n_{\mathrm{fit}}}{n_t}---\left(8\right)$

其中n_fit表示使用节能金具的杆塔数量，n_t表示杆塔总数量

1-2）基于电网运行的指标集：

电网运行能耗是从电网的运行层面对电网能耗进行描述，电网运行指标集主要根据电网中与能耗相关的运行数据来进行指标的选取，电网运行指标集中的具体指标的等级以及各指标的含义和作用如表（2）

表（2）电网运行指标集

表中：电网运行的指标集（为一级指标），包括电网单位能耗供电率、输电网综合网损率、配电网综合网损率、全网功率因数、低压配网相间不平衡度和无功补偿技术的应用效果六个二级指标；其中，输电网损耗电量站上网电量的比重由500KV及以上电网综合网损率、220KV电网综合网损率和110KV电网综合网损率3个子指标（三级指标）组成。

指标说明：

（1）电网单位能耗供电率：电网造成的每单位能耗可支撑的供电量。本指标实际上描述的是电网的供电效率。将电网能耗这样一个负面指标转换成正面指标，把研究重点从降低绝对能耗上转移到提高单位能耗供电率上，更加具有实际意义。它可以作为一个目标指标，即电网中各种节能措施的最终效果都可以转化成对这一指标的考察。

（2）电网综合能耗率：电网的综合损耗率指的是电网能耗占总的上网电量的比例。这是一个宏观指标，淹没了电网能耗的主要因素与次要因素。因此在实际对电网进行评估时，我们应该针对不同电压等级的网络分别进行比较，这样才能找出问题的关键，有针对性地进行治理和改进。

（3）全网功率因数：该指标用来衡量电网功率的利用效率以及各种用电器接受输入总电能的利用率。一般来说，功率因数越高，则有功功率的利用效率越高，电网中因无功流动所造成的网损越小。功率因数每降低一个百分点，就意味着我国有二、三百万千瓦的电力设施如同白建。很多节能降损的措施都是围绕着如何提高功率因数来展开的，比如***中接入的各种电抗器、电容器。总之，功率因数对于电网运行的意义十分重大，所以我们有必要将其作为一个重要指标来对电网的节能化水平来进行评价。

（4）低压配网相间不平衡度：输电线路电压或电流负序分量与正序分量的方均根比值。

随着电力***发展，低压配电网的三相不平衡度问题越来越突出，这种现象主要是由三相负荷不平衡造成的。相间不平衡问题将使输电线路、配电变压器上增加本可以避免的额外损耗，因此，在运行中要经常测量配电变压器出口侧和部分主干线路的三相负荷电流。

（5）无功补偿技术的应用效果：由于无功补偿技术的引入而使功率因数得到改善的效果。无功补偿对于电网的节能运行至关重要。我们用该指标来衡量无功补偿技术的应用程度以及应用效果。

以上指标构成了反应电网运行能耗的指标集。

基于电网运行指标集中的各指标具体表达式如下：

1-2-1）电网单位能耗供电率，如式（9）和式（10）

$\mathrm{\η}=\frac{Q_{\mathrm{pro}}}{Q_{\mathrm{tol}}\·\mathrm{\κ}}---\left(9\right)$

$\mathrm{\κ}=1-\frac{Q_{\mathrm{pro}}}{Q_{\mathrm{tol}}}---\left(10\right)$

其中：Q_pro表示***供电量；Q_tol表示***上网电量；κ表示***能耗率

1-2-2）电网综合能耗率，如式（11）

$\mathrm{\α}=\frac{Q_{\mathrm{loss}}}{Q_{\mathrm{total}}}---\left(11\right)$

其中：Q_loss表示电网的总损耗，Q_total表示总的上网电量

1-2-3)全网功率因数，如式（12）

$\mathrm{\μ}=\frac{P_{\mathrm{total}}}{S_{\mathrm{total}}}---\left(12\right)$

1-2-4）低压配网相间不平衡度，如式（13）

$\mathrm{\β}=\frac{I_n}{I_p}---\left(13\right)$

其中：I_n表示输电线路电流负序分量，I_p表示输电线路电流正序分量

1-2-5）无功补偿技术的应用效果，如式（14）

μ＝sinθ₂-sinθ₁    （14）

其中：sinθ₂为无功补偿后的功率因数，sinθ₁为无功补偿前的功率因数

1-3）基于电网设备的指标集：

电网的能耗主要是设备运行工作时产生的，因此本发明将电网中所有高能耗设备放在一起，统一建立指标集，来对电网的设备能耗水平进行评估，电网设备指标集中的具体指标的等级以及各指标的含义和作用如表（3）所示。

表（3）电网设备指标集

表中：电网设备的指标集（为一级指标），包括输电线路综合损耗率、变压器综合损耗率、电容电抗元件综合损耗率、互感器综合损耗率四个二级指标；其中，输电线路综合损耗率由输电网线路损耗率和配电网线路损耗率2个子指标（三级指标）组成；变压器综合损耗率由变压器运行损耗率、变压器平均负载率、变压器的冷却负载率和节能变压器的节能率4个子指标（三级指标）组成；电容电抗元件综合损耗率由限流电抗器的运行损耗率、并联电抗器的运行损耗率和电容器综合损耗率3个子指标（三级指标）组成。

以上指标构成了反应电网设备能耗的指标集。

指标说明：

（1）输电线路综合损耗率：输电导线（包括架空线、电缆等）上的损耗占输电容量的百分比。线损是电力***损耗的一个重要构成因素，该指标用于评价电网的线损水平。

（2）变压器综合损耗：变压器作为变电站中最为重要的电力设备，其能耗构成了变电站能耗的主要部分。本发明主要针对变压器运行损耗率变压器平均负载率、变压器冷却负载损耗率和节能变压器的节能率3个能够重点反映变压器能耗水平的指标来进行变压器能耗水平的描述。

（3）电容电抗元件的综合损耗：变电站中，限流电抗器、并联电抗器和并联电容器的运行损耗也十分巨大，因此有必要对这一指标进行判定。

（4）互感器运行损耗率：变电站内存在着大量的电压、电流互感器，降低这部分设备的能耗可以明显提高能效。

基于电网设备指标集中的各指标具体表达式如下：

1-3-1）输电线路综合损耗率，如式（15）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{line}}=\frac{Q_{\mathrm{line}\_\mathrm{loss}}}{Q_{\mathrm{line}-\mathrm{total}}}---\left(15\right)$

其中：Q_{line_loss}表示输电导线（包括架空线、电缆等）上的损耗，Q_total表示输电容量。

1-3-2）变压器综合损耗，该指标分为以下几个子指标

变压器运行损耗率，如式（16）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{trans}}=\frac{Q_{\mathrm{trans}\_\mathrm{loss}}}{Q_{\mathrm{trans}-\mathrm{total}}}---\left(16\right)$

其中：Q_trans__loss表示变压器运行时其自身的总损耗，Q_trans-total表示总的变电容量

变压器平均负载率，如式（17）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{trans}-\mathrm{load}}=\frac{Q_{\mathrm{trans}\_\mathrm{load}}}{Q_{\mathrm{trans}-\mathrm{total}}}---\left(17\right)$

其中，Q_{trans_load}表示变压器的负载，Q_trans-total表示变压器的额定容量

变压器冷却负载损耗率，如式（18）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{trans}-\mathrm{co}}=\frac{Q_{\mathrm{trans}\_\mathrm{co}}}{Q_{\mathrm{trans}-\mathrm{total}}}---\left(18\right)$

其中，Q_{trans_co}表示变压器的冷却设备所造成的损耗，Q_trans-total表示变压器的额定容量。

节能变压器的节能率，如式（19）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{sav}-\mathrm{trans}}=\frac{Q_{\mathrm{sav}-\mathrm{trans}}}{Q_{\mathrm{com}-\mathrm{trans}}}---\left(19\right)$

其中，Q_sav-trans表示与同容量的普通变压器相比，节能变压器降低的损耗，Q_com-trans表示普通变压器损耗。

1-3-3）电容电抗元件的综合损耗，如式（20）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{LC}}=\frac{Q_{L-\mathrm{loss}}+Q_{C-\mathrm{loss}}}{Q_{\mathrm{trans}-\mathrm{total}}}---\left(20\right)$

其中：Q_L-loss表示限流电抗器和并联电抗器的运行损耗，Q_C-loss表示并联电容器的运行损耗，Q_trans-total表示总的变电容量

1-3-4）互感器运行损耗率，如式（21）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{tr}}=\frac{Q_{\mathrm{tr}-\mathrm{loss}}}{Q_{\mathrm{trans}-\mathrm{total}}}---\left(21\right)$

其中：Q_tr-loss表示互感器的运行损耗，Q_trans-total代表总的变电容量

1-4）基于电网管理的指标集：

电网管理指标是与电网调度管理与政策制度相关的指标，该类指标强调了人为因素对电力***行为的干预，而这种人为干预会对电网的能耗水平产生巨大影响，电网管理指标集中的具体指标的等级以及各指标的含义和作用如表（4）。

表（4）电网管理指标集

表中：电网管理的指标集（为一级指标），包括电网节能发电调度节电率、上大压小政策的实施力度、供电可靠性的节能代价指数三个二级指标；其中，供电可靠性的节能代价指数由电压合格率节能代价、故障平均时间节能代价、用户平均停电时间节能代价和负荷电量损失率节能代价4个子指标（三级指标）组成；

指标说明：

（1）电网节能发电调度节电率：通过节能发电调度所减少的煤电容量与传统发电调度煤电容量之比。用该指标来衡量节能发电调度的实施力度与成效。

节能发电调度是在保障电力可靠供应的基础上，遵循节能、环保、经济的原则，优先利用可再生能源，依照机组的能耗水平和污物排放量由低到高排列，从而减少使用化石能源，最大程度降低能源的消耗和污物的排放。节能发电调度相当于从管理的层面上对电源结构进行了整合和优化，从而使清洁能源和高效率机组的作用发挥到极致。

（2）上大压小政策的实施效果：关闭的接网小机组（单机10KW以下）容量占总容量的百分比；相对于大机组而言，小机组的运行效率低下，能耗和运行成本都较高。对统调机组实施“上大压小”改造，将原有高耗能小机组改造成超临界或超超临界大机组，优化电网结构，降低发电损耗，减少污染排放量。该指标可以反映出电网节能优化管理的力度。

（3）节能代价指标：电网由于采用各种节能技术后对供电带来的扰动与代价。电网企业要在不影响供电可靠性的原则下保证自身的低碳发展。初步设定包括综合电压合格率，平均故障时间，用户平均停电时间，用户平均停电次数，负荷电量损失率等，将各类指标的增加量乘以相应系数与***实现的节能效益进行比较，以评判节能技术与管理技术的运用合理性。

以上指标构成了反应电网管理能耗的指标集。

基于电网管理指标集中的各指标具体表达式如下：

1-4-1）网节能发电调度节电率，如式（22）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{disp}}=\frac{Q_{\mathrm{sav}}}{Q_{\mathrm{tro}}}---\left(22\right)$

其中：Q_sav表示通过节能发电调度所减少的煤电容量，Q_tro表示传统发电调度煤电容量。

1-4-2）上大压小政策的实施效果，如式（23）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{quit}}=\frac{Q_{\mathrm{quit}}}{Q_{\mathrm{total}}}---\left(23\right)$

其中：Q_quit表示关闭的接网小机组容量，Q_total表示上网总容量

1-4-3）节能代价指标，该指标分为以下几个子指标：

电压合格率节能代价，如式（24）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{VQ}}=\frac{\mathrm{\Δ\γ}}{\mathrm{\ΔQ}}\·K_{\mathrm{VQ}}---\left(24\right)$

故障平均时间节能代价，如式（25）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{AVT}}=\frac{{\mathrm{\ΔT}}_B}{\mathrm{\ΔQ}}\·K_{\mathrm{AVT}}---\left(25\right)$

用户平均停电时间节能代价：如式（26）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{APO}}=\frac{{\mathrm{\ΔT}}_S}{\mathrm{\ΔQ}}\·K_{\mathrm{VQ}}---\left(26\right)$

负荷电量损失率节能代价：如式（27）

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{LPL}}=\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_{L-\mathrm{LOSS}}}{\mathrm{\ΔQ}}\·K_{\mathrm{LPL}}---\left(27\right)$

其中：Δγ表示电压合格率下降值；ΔT_B表示平均故障增加时间；ΔT_S表示平均停电时间增加量；ΔQ_L-LOSS表示负荷电量损失增加量；ΔQ表示***节能量；

由于电力***与用户对各类可靠性指标允许的恶化忍受率各不相同，因此在各个指标中的K值表明***与用户对该可靠性指标恶化程度的容忍程度。越不能容忍，K值越大，相应的节能代价就越大。

第二部分：利用指标的计算公式对电网的节能水平进行判定，得出各环节的各类能耗水平，以此得出电网的节能水平。

对第一部分中给出的各个指标分别确定一个判定值，通过利用指标计算公式得到的计算值与判定值进行比较，就能够对某一指标的计算结果进行定位，从而判断该指标所描述的电网能耗的水平。

2-1）指标判定值的确定：

取各省级电网的某一时期的历史数据，利用第一部分给出的各个指标的计算公式得到每个省级电网各指标的计算值。以统计的方法得到众多电网中各指标的最优值，以这一最优值作为该指标在这一时期的判定值。

将第一部分的各种指标按其性质分为成本性、效益型和区间型三类，成本性指标是指取值越小越好的指标，效益型指标是指取值越大越好的指标，区间型指标是指取值在某一范围内最好的指标。如第一部分的指标集列表中给出的各个指标的指标定性（成本性、效益型和区间型），其中成本型指标的判定值利用式（28）进行确定，效益型指标的判定值按照式（29）进行确定，区间型指标的判定值按照式（30）进行确定。

${\hat{x}}_{\mathrm{jk}}=\max (x_{1\mathrm{jk}},x_{2\mathrm{jk}},...,x_{\mathrm{mjk}},...,x_{\mathrm{njk}})---\left(28\right)$

${\hat{x}}_{\mathrm{jk}}=\min (x_{1\mathrm{jk}},x_{2\mathrm{jk}},...,x_{\mathrm{mjk}},...,x_{\mathrm{njk}})---\left(29\right)$

${\hat{x}}_{\mathrm{jk}}=\frac{1}{n}(x_{1\mathrm{jk}}+x_{2\mathrm{jk}}+...+x_{\mathrm{mjk}}+...+x_{\mathrm{njk}})---\left(30\right)$

其中，表示第j个指标在第k个时期的判定值，x_mjk表示第m个电网第j个指标在第k个时期的计算值。

2-2）利用指标的计算值与判定值对电网的节能水平进行评价：

2-2-1）利用各省级电网的评价结果将电网能耗水平分级：

取各省级电网(设共有n个电网)当前时期的各类数据，利用第一部分各个指标的计算公式得出各个指标的计算值；通过与相应的各个指标当前时期的判定值进行比较，根据得到的评价结果对电网能耗水平分级，具体包括：

利用式（31）对成本型指标进行评价：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ik}}=\frac{|x_{\mathrm{ik}}-{\hat{x}}_i|}{{\hat{x}}_i}---\left(31\right)$

利用式（32）对效益型指标进行评价：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ik}}=\frac{|\frac{1}{x_{\mathrm{ik}}}-\frac{1}{{\hat{x}}_i}|}{\frac{1}{{\hat{x}}_i}}---\left(32\right)$

利用式（33）对区间型指标进行评价：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ik}}=\frac{|x_{\mathrm{ik}}-{\hat{x}}_i|}{\max |x_{\mathrm{im}}-{\hat{x}}_i|},m=\mathrm{1,2},...,n---\left(33\right)$

其中，γ_ik为第k个电网第i个指标的评价结果，x_ik为第k个电网第i个指标的计算值，

为第i各指标当前的判定值；

利用式（31）、式（32）和式（33）得到各电网各个指标的评价结果，评价结果的取值在[0,1]区间内，取值越接近0说明该指标所描述的电网能耗水平越低。

利用式（34）分别对各个省级电网的4类指标集进行综合评价：

$r_{\mathrm{kj}}=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ik}}}^2}---\left(34\right)$

r_kj表示第k个电网第j个指标集的综合评价结果，γ_ik表示第k个电网第i个指标的评价结果，其中j=1,2,3,4，即4个指标集；i表示每一个指标集中各指标的标号，i＝1,2,…,n。

将各省级电网的四类指标集的综合评价结果分别按从小到大排序：

$r_{k_{1}j}<r_{k_{2}j}<...<r_{k_{n}j},j=\mathrm{1,2,3,4}$

将各省级电网的能耗水平设定为一级到五级共五个级别：把综合评价结果排在前五分之一的电网设定为一级；将综合评价结果排在前五分之一到前五分之二之间的电网设定为二级；以此类推；

2-2-2）对中国任意一个电网（各个级别的电网）的能耗水平进行评价：

取待评价电网当前的实际数据，利用式（31）、式（32）、式（33）对待评价电网的各个指标进行计算；利用式（34）对待评价电网的四个指标集的综合指标进行计算；按照2-2-1）中设定的电网能耗水平级别，确定待评价电网所属的级别；以此为依据来评价该电网的能耗水平。

Claims (4)

1.一种电网节能水平判定方法，其特征在于，包括两部分： 

第一部分：建立“节能型电网”的判定指标集：分别从输配电环节解析出电网运行过程中各环节的各类能耗，根据不同能耗的性质归为四类，分别是电网结构能耗、电网运行能耗、电网设备能耗和电网管理能耗；对于每一类能耗，分别给出相应的指标及各指标的计算公式；以此为基础形成评价电网节能特征的能耗指标体系； 

第二部分：利用第一部分中给出的各个指标的计算公式对电网的节能水平进行判定，得出各环节的各类能耗水平，以此得出电网的节能水平。 

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一部分建立“节能型电网”的判定指标集，具体包括以下步骤： 

1-1）基于电网结构的指标集： 

该电网结构的指标集，包括输电网电压等级构成指数、电网配置容载比、配电网网络结构优化率、储能技术指标和电力***中主要节能技术的渗透率五个指标；其中，电网的负荷功率与容量的比值由典型日容载比和最高负荷容载比2个子指标组成；储能技术的节能效果由***储能技术容量比和储能技术的储能效率2个子指标组成；电力***中主要节能技术的应用程度即节能潜力由动态增容技术渗透率、节能变压器技术渗透率和节能金具技术渗透率3个子指标组成； 

基于电网结构指标集中的各指标具体表达式如下： 

1-1-1）输电网电压等级构成指数，如式（1） 

其中：V_trans-i代表输电网电压等级；L_trans-i表示该电压等级的线路长度；L表示目标线路总长度； 

1-1-2）电网配置容载比，如式（2） 

其中Q_C是电网变压器总容量，Q_L是变压器的负荷； 

1-1-3）配电网网络结构优化率，如式（3） 

其中，r_re为实际供电半径，r_ideal为理想供电半径； 

1-1-4）储能技术指标，分为下面两个子指标表示： 

***储能技术容量比，如式（4） 

其中：Q_st代表***储能总容量；Q_load-max代表***最大负荷； 

储能技术的储能效率，如式（5） 

其中：Q_s表示储能技术的储存能量；Q_c表示应用储能技术消耗的能量； 

1-1-5）电力***中主要节能技术的渗透率，具体分为三个子指标表示： 

动态增容技术的渗透率，如式（6） 

其中：Q_a表示现有动态增容技术增加的输电容量；Q_line表示不用动态增容技术时线路的输送功率； 

节能变压器的技术渗透率，如式（7） 

其中：Q_s表示节能变压器的总容量，Q_t表示总的变电容量； 

节能金具渗透率，如式（8） 

其中n_fit表示使用节能金具的杆塔数量，n_t表示杆塔总数量； 

1-2）基于电网运行的指标集： 

电网运行的指标集包括电网单位能耗供电率、输电网综合网损率、配电网综合网损率、全网功率因数、低压配网相间不平衡度和无功补偿技术的应用效果六个指标；其中，输电网损耗电量站上网电量的比重由500KV及以上电网综合网损率、220KV电网综合网损率和110KV电网综合网损率3个子指标组成； 

基于电网运行指标集中的各指标具体表达式如下： 

1-2-1）电网单位能耗供电率，如式（9）和式（10） 

其中：Q_pro表示***供电量；Q_tol表示***上网电量；κ表示***能耗率； 

1-2-2）电网综合能耗率，如式（11） 

其中：Q_loss表示电网的总损耗，Q_total表示总的上网电量； 

1-2-3)全网功率因数，如式（12） 

1-2-4）低压配网相间不平衡度，如式（13） 

其中：I_n表示输电线路电流负序分量，I_p表示输电线路电流正序分量； 

1-2-5）无功补偿技术的应用效果，如式（14）： 

μ＝sinθ₂-sinθ₁      （14） 

其中：sinθ₂为无功补偿后的功率因数，sinθ₁为无功补偿前的功率因数； 

1-3）基于电网设备的指标集： 

电网设备的指标集包括输电线路综合损耗率、变压器综合损耗率、电容电抗元件综合损耗率、互感器综合损耗率四个指标；其中，输电线路综合损耗率由输电网线路损耗率和配电网线路损耗率2个子指标组成；变压器综合损耗率由变压器运行损耗率、变压器平均负载率、变压器的冷却负载率和节能变压器的节能率4个子指标组成；电容电抗元件综合损耗率由限流电抗器的运行损耗率、并联电抗器的运行损耗率和电容器综合损耗率3个子指标组成； 

基于电网设备指标集中的各指标具体表达式如下： 

1-3-1）输电线路综合损耗率，如式（15） 

其中：Q_{line_loss}表示输电导线上的损耗，Q_total表示输电容量； 

1-3-2）变压器综合损耗，该指标分为以下几个子指标： 

变压器运行损耗率，如式（16） 

其中：Q_{trans_loss}表示变压器运行时其自身的总损耗，Q_trans-total表示总的变电容量； 

变压器平均负载率，如式（17） 

其中，Q_{trans_load}表示变压器的负载，Q_trans-total表示变压器的额定容量； 

变压器冷却负载损耗率，如式（18） 

其中，Q_{trans_co}表示变压器的冷却设备所造成的损耗，Q_trans-total表示变压器的额定容量； 

节能变压器的节能率，如式（19） 

其中，Q_sav-trans表示与同容量的普通变压器相比，节能变压器降低的损耗，Q_com-trans表示普通变压器损耗； 

1-3-3）电容电抗元件的综合损耗，如式（20） 

其中：Q_L-loss表示限流电抗器和并联电抗器的运行损耗，Q_C-loss表示并联电容器的运行损耗，Q_trans-total表示总的变电容量； 

1-3-4）互感器运行损耗率，如式（21） 

其中：Q_tr-loss表示互感器的运行损耗，Q_trans-total代表总的变电容量； 

1-4）基于电网管理的指标集： 

电网管理的指标集包括电网节能发电调度节电率、上大压小政策的实施力度、供电可靠性的节能代价指数三个指标；其中，供电可靠性的节能代价指数由电压合格率节能代价、故障平均时间节能代价、用户平均停电时间节能代价和负荷电量损失率节能代价4个子指标组成； 

基于电网管理指标集中的各指标具体表达式如下： 

1-4-1）网节能发电调度节电率，如式（22） 

其中：Q_sav表示通过节能发电调度所减少的煤电容量，Q_tro表示传统发电调度煤电容量； 

1-4-2）上大压小政策的实施效果，如式（23） 

其中：Q_quit表示关闭的接网小机组容量，Q_total表示上网总容量； 

1-4-3）节能代价指标，该指标分为以下几个子指标： 

电压合格率节能代价，如式（24） 

故障平均时间节能代价，如式（25） 

用户平均停电时间节能代价：如式（26） 

负荷电量损失率节能代价：如式（27） 

其中：Δγ表示电压合格率下降值；ΔT_B表示平均故障增加时间；ΔT_S表示平均停电时间增加量；ΔQ_L-LOSS表示负荷电量损失增加量；ΔQ表示***节能量。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述第二部分：利用第一部分中给出的各 个指标的计算公式对电网的节能水平进行判定，得出各环节的各类能耗水平，以此得出电网的节能水平；具体包括： 

2-1）指标判定值的确定： 

取同级多个电网的某一时期的历史数据，利用第一部分给出的各个指标的计算公式得到每个电网各指标的计算值；对该多个电网中得到每个电网各指标的计算值以统计的方法得到各个指标的最优值，以这一最优值作为该指标在这一时期的判定值； 

将第一部分的各种指标按其性质分为成本性、效益型和区间型三类，成本性指标是指取值越小越好的指标，效益型指标是指取值越大越好的指标，区间型指标是指取值在某一范围内最好的指标；其中成本型指标的判定值利用式（28）进行确定，效益型指标的判定值按照式（29）进行确定，区间型指标的判定值按照式（30）进行确定； 

其中，表示第j个指标在第k个时期的判定值，x_mjk表示第m个电网第j个指标在第k个时期的计算值； 

2-2）利用指标的计算值与判定值对电网的节能水平进行评价： 

2-2-1）利用同级各电网的评价结果将电网能耗水平分级： 

取同级各电网当前时期的各类数据，利用第一部分各个指标的计算公式得出各个指标的计算值；通过与相应的各个指标当前时期的判定值进行比较，根据得到的评价结果对电网能耗水平分级，具体包括： 

利用式（31）对成本型指标进行评价： 

利用式（32）对效益型指标进行评价： 

利用式（33）对区间型指标进行评价： 

其中，γ_ik为第k个电网第i个指标的评价结果，x_ik为第k个电网第i个指标的计算值， 

为第i各指标当前的判定值； 

利用式（31）、式（32）和式（33）得到各电网各个指标的评价结果，评价结果的取值在[0,1]区间内，取值越接近0说明该指标所描述的电网能耗水平越低； 

利用式（34）分别对各个省级电网的4类指标集进行综合评价： 

r_kj表示第k个电网第j个指标集的综合评价结果，γ_ik表示第k个电网第i个指标的评价结果，其中j=1,2,3,4，即4个指标集；i表示每一个指标集中各指标的标号，i1,2,…,n； 

将各省级电网的四类指标集的综合评价结果分别按从小到大排序： 

将同级各电网的能耗水平设定为一级到五级共五个级别：把综合评价结果排在前五分之一的电网设定为一级；将综合评价结果排在前五分之一到前五分之二之间的电网设定为二级；以此类推。 

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，还包括2-2-2）对各个级别的任意一个电网的能耗水平进行评价： 

取待评价电网当前的实际数据，利用式（31）、式（32）、式（33）对待评价电网的各个指标进行计算；利用式（34）对待评价电网的四个指标集的综合指标进行计算；按照2-2-1）中设定的电网能耗水平级别，确定待评价电网所属的级别；以此为依据来评价该电网的能耗水平。