馬莉

關(guān)鍵詞：電力線路線損；負(fù)載變化；動(dòng)態(tài)分析；調(diào)整方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

電力線路線損是電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不可避免的問(wèn)題，其直接影響電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。隨著電力系統(tǒng)持續(xù)快速發(fā)展，電力線路的長(zhǎng)度和復(fù)雜度不斷增加，導(dǎo)致線損問(wèn)題日益突出，電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率也逐漸降低，使得能源成本大大提升。因此，如何有效降低電力線路線損成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

1 負(fù)載變化的電力線路線損概述

負(fù)載變化指的是電路中的負(fù)載電阻在變化[1]。當(dāng)負(fù)載電阻增大時(shí)，電路中的電流減?。划?dāng)負(fù)載電阻減小時(shí)，電路中的電流增大。這種變化本質(zhì)上是電路中負(fù)載的變化，即負(fù)載大時(shí)電阻小，負(fù)載小時(shí)電阻大。在線路運(yùn)行過(guò)程中，由于負(fù)載變化而引起的線損就是負(fù)載變化的電力線路線損。線損分為可變損失與固定損失。其中，可變損失是隨著電流強(qiáng)度變化而波動(dòng)的電能損耗，主要與電阻有關(guān)；固定損失是始終保持穩(wěn)定的電能損失，與電流大小無(wú)關(guān)。當(dāng)線路中的負(fù)載增加時(shí)，線損也會(huì)相應(yīng)增加；而當(dāng)負(fù)載減少時(shí)，線損也會(huì)相應(yīng)減少。這種線損是由于電流在傳輸過(guò)程中受到電阻、電感和電容等的影響而產(chǎn)生的。

2 電力線路線損的成因和影響因素

輸電、變電、配電設(shè)備產(chǎn)生的損耗會(huì)影響線路的損失。這種能量損失以熱能的形式釋放到周?chē)h(huán)境中，加上一部分客觀存在的管理?yè)p耗，構(gòu)成了電網(wǎng)所有的線損電量。影響電力線路線損的因素主要包括電阻作用、磁場(chǎng)作用和設(shè)備問(wèn)題等。

2.1 電阻作用

導(dǎo)體直流電阻的大小直接影響線損的大小。線路中的導(dǎo)體本身存在一定的電阻，當(dāng)電流流過(guò)時(shí)，會(huì)因電阻的存在而產(chǎn)生熱量，這種熱量會(huì)導(dǎo)致電能的損失，即線損[2]。線損與電流的平方成正比，隨著電流的增大而增大。在電力系統(tǒng)中，由于電阻的存在，線路中的電壓會(huì)發(fā)生變化，從而影響線損的大小。例如，當(dāng)線路的長(zhǎng)度增加時(shí)，線路的電阻也會(huì)增加，導(dǎo)致電壓降增大，使得線損增大。此外，電壓波動(dòng)和閃變也會(huì)對(duì)線損產(chǎn)生影響。

2.2 磁場(chǎng)作用

在高壓輸電線路中，勵(lì)磁損耗是電氣設(shè)備在建立和維持磁場(chǎng)的過(guò)程中，因磁滯和渦流現(xiàn)象的存在，導(dǎo)致鐵芯中產(chǎn)生額外的熱量損耗。電磁轉(zhuǎn)換損耗是在交流電路中，當(dāng)電流流經(jīng)電氣設(shè)備時(shí)，會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的磁場(chǎng)，確保電氣設(shè)備可以正常運(yùn)行。受磁場(chǎng)的影響，在這個(gè)過(guò)程中，由于鐵芯產(chǎn)生的磁滯和渦流現(xiàn)象，鐵芯溫度會(huì)隨之升高，損耗更多的電能。該損耗通常出現(xiàn)在變壓器的運(yùn)行過(guò)程中，并且與負(fù)載電流的平方成正比。

2.3 設(shè)備問(wèn)題

長(zhǎng)期運(yùn)行的電力設(shè)備容易發(fā)生老化現(xiàn)象，如絕緣性能下降、接觸不良等，這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能下降，使線路損耗增加。此外，老化的設(shè)備容易發(fā)生故障，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)或停電，從而增加線路的損耗。當(dāng)設(shè)備長(zhǎng)期處于過(guò)載狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱量增加，加速設(shè)備老化，從而增加線路損耗。過(guò)載的設(shè)備還可能引發(fā)設(shè)備故障，如電機(jī)燒毀等，這些故障不僅增加了線路損耗，還會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。

3 負(fù)載變化的電力線路線損動(dòng)態(tài)分析

由于線路中負(fù)載變化可能會(huì)對(duì)線損產(chǎn)生延遲影響，這種影響可能跨越較長(zhǎng)的時(shí)間段。長(zhǎng)短期記憶（long short-term memory，LSTM）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（recurrent neural network，RNN），能夠捕捉到數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的模式，包括周期性變化、趨勢(shì)變化等，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)負(fù)載變化對(duì)線損的影響。因此本文采用LSTM 相關(guān)模型對(duì)電力線路線損進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

3.1 LSTM 相關(guān)模型的建立

LSTM 是一種特殊的RNN，其設(shè)計(jì)初衷是為了克服傳統(tǒng)RNN 在處理長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)時(shí)遭遇的梯度消失、梯度爆炸等問(wèn)題，從而能夠?qū)W習(xí)長(zhǎng)期依賴(lài)關(guān)系。LSTM 模型結(jié)構(gòu)如圖1 所示，LSTM 的核心是記憶單元，其允許網(wǎng)絡(luò)在序列中保持和傳遞信息。圖1 中，X_t 表示t 時(shí)刻的輸入；h_t表示t 時(shí)刻的隱藏狀態(tài)；C_t表示更新細(xì)胞狀態(tài)；C_t-1表示候選細(xì)胞狀態(tài)；σ 表示sigmoid 激活函數(shù)；tanh 表示tanh 激活函數(shù)。

LSTM 的記憶單元主要由3 種門(mén)（遺忘門(mén)、輸入門(mén)、輸出門(mén)）和1 種細(xì)胞狀態(tài)組成。遺忘門(mén)決定哪些信息應(yīng)該從細(xì)胞狀態(tài)中丟棄，其接收前一個(gè)時(shí)刻的隱藏狀態(tài)和當(dāng)前時(shí)刻的輸入，并輸出一個(gè)介于0 和1 之間的數(shù)值，表示保留或遺忘的比例。輸入門(mén)決定哪些新信息應(yīng)該被添加到細(xì)胞狀態(tài)中，其同樣接收前一個(gè)時(shí)刻的隱藏狀態(tài)和當(dāng)前時(shí)刻的輸入，并產(chǎn)生兩個(gè)輸出，分別是候選細(xì)胞狀態(tài)和更新細(xì)胞狀態(tài)的權(quán)重。輸出門(mén)決定下一個(gè)隱藏狀態(tài)，輸出門(mén)接收前一個(gè)時(shí)刻的隱藏狀態(tài)和當(dāng)前時(shí)刻的輸入，并產(chǎn)生一個(gè)介于0 和1 之間的數(shù)值作為權(quán)重，用于控制細(xì)胞狀態(tài)的哪些部分應(yīng)該被輸出。

負(fù)載變化預(yù)測(cè)是一種時(shí)間序列預(yù)測(cè)任務(wù)，目的是根據(jù)歷史負(fù)載數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)的負(fù)載需求，該預(yù)測(cè)對(duì)于電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。雙向長(zhǎng)短期記憶（bidirectional long short-term memory， Bi-LSTM）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)考慮歷史負(fù)載數(shù)據(jù)中的正向和反向信息，這種雙向處理方式使得模型能夠更全面地理解負(fù)載變化的模式。因此本文采用LSTM作為基線模型，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)改進(jìn)，引入Bi-LSTM 模型進(jìn)行對(duì)比。

Bi-LSTM 由正向LSTM 和反向LSTM 兩層LSTM 組成（圖2）。正向LSTM 用于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的時(shí)序和自適應(yīng)信息（如依存關(guān)系），而反向LSTM則學(xué)習(xí)相反的時(shí)序和自適應(yīng)信息。最終，Bi-LSTM模型將兩者結(jié)合起來(lái)以得到更準(zhǔn)確的輸出。該雙向模型的主要優(yōu)點(diǎn)是具有對(duì)輸入序列正反兩個(gè)方向的“記憶”，可以更好地理解上下文，具有更高的魯棒性和泛化能力。相較于單向的LSTM，Bi-LSTM 可以更好地處理給定時(shí)序上下文，并提高模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

3.2 負(fù)載變化對(duì)線損的分析

本文采集河北省某電網(wǎng)的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分析和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)不同時(shí)段輸電線路所處的負(fù)載率等級(jí)不同。在LSTM 和Bi-LSTM 兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型下，對(duì)不同負(fù)載率的線路線損情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。表1為不同負(fù)載等級(jí)下LSTM 與Bi-LSTM 模型的預(yù)測(cè)平均絕對(duì)誤差（mean absolute error，MAE）值。

如表1 所示，在中負(fù)載率情況下，Bi-LSTM 網(wǎng)絡(luò)模型的表現(xiàn)結(jié)果最優(yōu)。在低負(fù)載率和高負(fù)載率情況下，線損變化波動(dòng)較大，不利于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的學(xué)習(xí)，造成的數(shù)據(jù)偏差較大。

4 負(fù)載變化的電力線路線損調(diào)整方法

4.1 優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

通過(guò)合理規(guī)劃電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以降低輸電線路的電阻和電抗，在傳輸過(guò)程中盡可能減少電能的消耗[3]。采用分裂導(dǎo)線、增加導(dǎo)線截面積、使用低損耗變壓器等措施可以有效降低線路的電阻和電抗，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和管理水平，降低線損。從而推動(dòng)可再生能源發(fā)展，降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，減少環(huán)境污染和碳排放，促進(jìn)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。

4.2 調(diào)整運(yùn)行方式

調(diào)整運(yùn)行方式是降低電力線路線損的重要手段之一。通過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式，可以?xún)?yōu)化輸電線路的負(fù)荷分布和潮流分布[4]，從而降低線路損耗。采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式、合理分配負(fù)荷、調(diào)整變壓器擋位等措施，均可以有效降低線路損耗。此外，加強(qiáng)調(diào)度運(yùn)行人員的培訓(xùn)和管理、加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和管理也都是減少線路損耗的必要手段。

4.3 采用無(wú)功補(bǔ)償

無(wú)功補(bǔ)償是降低電力線路線損的有效方法之一。通過(guò)在輸電線路中安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，可以平衡線路的無(wú)功功率，從而降低線路的損耗。無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬煞N方式分別為靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償[5]。靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償是指通過(guò)電容器和電感器來(lái)補(bǔ)償無(wú)功功率的技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)電容器和電感器的電容量、電感值來(lái)控制無(wú)功功率的流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償是一種通過(guò)電子元器件來(lái)補(bǔ)償無(wú)功功率的技術(shù)，通過(guò)控制電子元器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)控制無(wú)功功率的流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。

4.4 更新設(shè)備和技術(shù)

采用新型節(jié)能設(shè)備、推廣智能電網(wǎng)技術(shù)等措施，不僅可以降低設(shè)備故障率，減少因設(shè)備故障導(dǎo)致的線損問(wèn)題；而且通過(guò)智能化控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析，可以更加精準(zhǔn)地確定無(wú)功補(bǔ)償需求、優(yōu)化調(diào)度策略。例如，定期對(duì)電力線路進(jìn)行維護(hù)和檢修、采用新型節(jié)能變壓器等措施，都可以有效降低線路的損耗。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

本文研究了考慮負(fù)載變化的電力線路線損動(dòng)態(tài)分析與調(diào)整方法。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理、預(yù)測(cè)與決策等技術(shù)手段的應(yīng)用，可以有效提高電力線路線損管理的效率和精度，降低電能傳輸過(guò)程中的損失。未來(lái)將進(jìn)一步開(kāi)展優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、調(diào)整運(yùn)行方式、采用無(wú)功補(bǔ)償和更新設(shè)備與技術(shù)等方面的工作。同時(shí)，還需要加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的研究與應(yīng)用，為電力系統(tǒng)的智能化和精細(xì)化發(fā)展提供有力支持。