Разнесение потерь мощности и энергии в распределительной сети

Цель – определение способов вычисления потерь энергии в трехфазной четырехпроводной распределительной сети низкого напряжения с использованием измерений балансового интеллектуального счетчика и интеллектуальных счетчиков потребителей, и установление факторов, влияющих на потери, а также разнесение потерь между отдельными проводами сети, нагрузками и потребителями. Анализируется три способа расчета потерь для текущего среза измерений. В первом способе потери определяются как разность поступающей в сеть мощности и мощности суммарного потребления, во втором расчет потерь производится методом адресности. В третьем способе, для которого помимо информации об измерениях требуется знание топологии и параметров элементов схемы сети, потери определяются по результатам метода оценивания состояния. Предложен алгоритм перехода от четырехпроводного моделирования распределительной сети к трехпроводному, заключающийся в разнесении потерь мощности в нейтральном проводе между фазными проводами. Показано, что в сети с несбалансированными нагрузками фаз причиной отрицательных потерь является наличие в узлах наименее загруженной фазы более высоких напряжений, чем напряжение в узле питания. Установлено, что причиной более высоких потерь в фазах с минимальной нагрузкой является неравномерность распределения нагрузок в фазах. Кроме того, установлено, что значения потерь, полученных методом адресности, т.е. непосредственно по измерениям интеллектуальных счетчиков, ближе к потерям по показаниям балансового счетчика и счетчиков потребителей по сравнению с потерями, найденными по результатам оценивания состояния режима сети. Рассмотренные методы расчета и разнесения потерь проиллюстрированы на примере реальной распределительной сети, оснащенной интеллектуальными счетчиками, приведены примеры разнесения суммарных потерь мощности между фазными проводами и нейтральным проводом, только между фазными проводами, между суммарными нагрузками в узлах фаз и отдельными потребителями в фазах.

1. Bialek J. Topological generation and load distribution factors for supplement charge allocation in transmission open access. IEEE Transactions on Power Systems. 1997;12(3):1185-1193. https://doi.org/10.1109/59.630460.

2. Kirschen D., Allan R., Strbac G. Contributions of individual generators to loads and flows. In: IEEE Transactions on Power Systems. 1997;12(1):52-60. https://doi.org/10.1109/59.574923.

3. Gamm A.Z., Golub I.I., Grishin Y.A., Voitov O.N. A graph approach to determining the contribution factors of electric power supplies and losses. In: Modern Electric Power System. 11–13 September 2002, Wroslaw. Wroslaw; 2002, р. 215-220.

4. Conejo A.J., Arroyo J.M., Alguacil N., Guijarro A.L. Transmission loss allocation: a comparison of different practical algorithms. IEEE Transactions on Power Systems. 2002;17(3):571-576. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2002.800894.

5. Carpaneto E., Chicco G., Akilimali J.S. Computational aspects of the marginal loss allocation methods for distribution systems with distributed generation. In: Mediterranean Electrotechnical Conference. 16–19 May 2006, Malaga. Malaga; 2006, р. 1028-1031. https://doi.org/10.1109/MELCON.2006.1653274.

6. Carpaneto E., Chicco G., Akilimali J.S. Loss partitioning and loss allocation in three-phase radial distribution systems with distributed generation. In: IEEE Transactions on Power Systems. 2008;23(3):1039-1049. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2008.922228.

7. Usman M., Coppo M., Bignucolo F., Turri R. Losses management strategies in active distribution networks: а review. Electric Power Systems Research. 2018;163(A):116-132. http://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.06.005.

8. Usman M., Coppo M., Bignucolo F., Turri R., Cerretti A. Multi-phase losses allocation method for active distribution networks based on branch current decomposition. IEEE Transactions on Power Systems. 2019;34(5):3605-3615. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2019.2908075.

9. Golub I.I., Boloev E.V., Kuzkina Y.I. Using smart meters for checking the topology and power flow calculation of a secondary distribution network. In: E3S Web Conferences. 2019;139:01059. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913901059.

10. Ciric R.M., Feltrin A.P., Ochoa L. F. Power flow in four-wire distribution networks-general approach. IEEE Transactions on Power Systems. 2003;18(4):1283-1290. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2003.818597.

11. Kuzkina Y.I., Golub I.I., Boloev E.V. State estimation of a three-phase four-wire secondary distribution network. iPolytech Journal. 2020;24(3):649-662. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-3-649-662.

12. Golub I., Boloev E. Determination of losses in distribution networks by smart meter measurements. In: International Conference on Electrical, Communication, and Computer Engineering. 2021. https://doi.org/10.1109/ICECCE52056.2021.9514102.

13. Khan Z.A., Jayaweera D., Gunduz H. Smart meter data taxonomy for demand side management in smart grids. International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems. 2016. https://doi.org/10.1109/PMAPS.2016.7764143.

14. Le Trong Nghia, Chin Wen‐Long, Truong Dang Khoa, Nguyen Tran Hiep. Advanced metering infrastructure based on smart meters in smart grid. In: Smart Metering Technology and Services - Inspirations for Energy Utilities. London: InTechOpen; 2016, р. 37-61. https://doi.org/10.5772/63631.

15. Therrien F., Blakely L., Reno M.J. Assessment of measurement-based phase identification methods. IEEE Open Access Journal of Power and Energy. 2021;8:128-137. https://doi.org/10.1109/OAJPE.2021.3067632.

16. Kuzkina Y.I., Golub I.I. Identification of smart meter connection phases in low-voltage distribution network. iPolytech Journal. 2020;24(1):135-144. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-1-135-144.

17. Boloev E.V., Golub I.I., Fedchishin V.V. low voltage distribution network state estimation based on smart meter readings. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018;22(2):95-106. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-2-95-106.

18. Golub I., Boloev E. Methods of linear and nonlinear state estimation of distribution network. E3S Web Conferences. 2018;58:03010. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20185803010.

19. Golub I.I., Boloev E.V., Kuzkina Y.I. Method for Calculation of Load Flow in Secondary Distribution Network by Smart Meter Measurements. In: Metodicheskie voprosy issledovaniya nadezhnosti bol'shih sistem energetiki = Methodological problems in reliability study of large energy systems. Vol. 2. Irkutsk: Melentiev Energy Systems Institute Siberian Branch of the RAS; 2020, р. 123-133. (In Russ.).

20. Baptidanov L.N., Kozis V.L., Neklepaev B.N., Nechaev B.V., Okolovich M.N., Soldatkina L.A., et al. Electrical networks and power plants. Moscow: Gosenergoizdat; 1963, 464 p. (In Russ.).