1.1 研究背景和意义
低压配电网是指供电电压等级为 1kV 及以下的配电网。传统的低压配电网损耗计算是在理想的供电环境下进行的，当配电网中存在电能质量问题时会产生较大的计算误差，且电能质量问题越严重误差越大。随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，各类非线性和冲击性负荷在配电网中所占的比例也日益增大，加之电力负荷的飞速增长和各种用电不规范现象的存在，使得低压配电网中谐波、三相不平衡、电压偏差等电能质量问题日趋严重。因此，在进行配电网损耗计算时必须考虑电能质量问题的影响。传统的电能质量问题多由电网端产生，根据产生的原因可分为两大类，即由于电网正常情况下运行方式的改变而导致，如发电机、无功补偿设备的投入和断开、大功率设备的接入等，和由于电网的非正常运行状态而导致，如系统发生接地故障、电气元件损坏、雷暴雨雪天气的影响等[1]。而近年来，随着电力电子技术的发展，以整流和逆变为核心技术的用电设备得到了广泛的应用，用户端大量非线性负荷的接入正成为电能质量恶化的重要因素。例如从日常生活中常见的各种计算机、充电器、变频器，荧光灯到工业上广泛应用的交直流转化设备以及各种开关电源等，其功能的实现都离不开电力电子开关器件，因此不可避免的会造成系统电气量波形的畸变[2-5]。配电网中各相负荷的不对称分布将造成三相电流和电压的不平衡，而三相不平衡一方面会对电力用户的正常用电造成影响，另一方面也会增加配电网的附加电能损耗。同时，伴随着用电负荷的增加以及配电网结构的改变，电压偏差也成为配电网中常见的电能质量问题。电器设备生产商为了使生产的设备免受配电网电能质量问题的影响，往往采用各种新的设备或方法，电力用户则常使用各种保护设备来避免或减轻电能质量问题的干扰，而这些设备和方法往往在使用户端免受电能质量问题干扰的同时为系统引入了更多的电能质量问题[6]。在全球能源危机的影响下，人们已越来越重视能源的高效利用，并开始寻求新的、可持续利用的能源，例如风能、太阳能、潮汐等。分布式发电应运而生，它不仅能够实现能源的可持续发展，而且可以完成能源的就地开发和利用，最大程度的减小能源的浪费，实现了能源的高效利用，目前分布式发电技术已成为各国关注的热点。然而，任何事物都有两面性，分布式电源的大量接入会对电网的电能质量产生不利的影响，例如使电网中出现谐波、三相不平衡以及功率因数降低等电能质量问题，特别是在低压配电网电能质量方面影响最为明显[7-8]。随着负荷类型的变化，负荷侧逐渐成为产生电能质量问题的源头。
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1.2 国内外研究现状
在国际能源危机日益严重的今天，节能减排，实现能源的高效利用已经成为国内外普遍关注的热点，改善电能质量、减少网络损耗已成为各国政策的一部分。随着社会的发展和人民生活水平的提高，低压配电网负荷侧逐渐成为电能质量问题特别是新型电能质量问题的重要来源，而由电能质量问题所造成的低压配电网电能损耗正日益增大。重视并加强电能质量问题对低压配电网能耗影响的研究已势在必行。国外对于低压配电网建设方面的投资比较多，对于低压配电网损耗方面的研究也较为全面。我国电网的发展主要侧重于中、高压以及特高压方面，对于低压配电网方面的研究相比国外来说还比较欠缺，特别是农村低压配电网。在电能质量问题对低压配电网有功电能损耗影响方面，国内外的研究多集中于谐波和三相不平衡对低压配电网损耗的影响分析以及相应的治理措施方面。文献[10]对电能质量问题中影响最广泛并且严重的谐波问题进行了讨论，分析了谐波对低压配电网损耗的影响并采用诺顿等效的方法对配电网非线性负荷进行了建模，最后验证了谐波失真导致的配电网电能损失可高达 20%。文献[11]对低压配电网中最常用民用负荷的谐波情况进行了详细的调查，同时实际测量了几个典型的低压配电网的谐波数据，通过分析验证了非线性负荷的大量使用是低压配电网中谐波产生的主要原因，接着论文建立了谐波下配电网附加损耗的计算模型对配电网的谐波损耗进行了计算。文献[12]介绍了三相不平衡对低压配电网损耗的影响，并提出了一种网损计算的新方法，即利用序分量法将配电网中不平衡电流分解为正序、负序、零序分量，然后分别对三个分量下低压配电网的损耗进行计算，进而得到三相不平衡时配电网的总损耗，同时，论文还提到了三相不平衡时电流相角不对称的情况。文献[13]分析了变压器三相负荷不对称对低压配电网线损率的影响，给出了三相不平衡时低压配电网附加损耗的计算公式，在此基础上还对三相不平衡时变压器的出力情况进行了分析，并提供了一些负荷调整方面的经验。文献[14]研究了电压偏差对配电变压器空载损耗的影响，通过试验建立了不同电压偏差下变压器空载损耗的计算模型，为电压偏差下配电网损耗的计算奠定了基础。文献[15]对某低压配电台区的电压情况进行了实际的测量，在此基础上对该台区存在的电压偏差问题进行了详细的研究，分析了导致该台区电压偏差的原因，并对配电网电压偏差的治理措施进行了深入的讨论。以上研究为电能质量问题对低压配电网损耗的影响分析奠定了一定的理论基础。
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2 三相不平衡度系数计算
三相不平衡是低压配电网中最常见的一种电能质量问题，其不平衡程度将直接影响低压配电网损耗的大小。三相不平衡与低压配电网损耗之间的关系可以通过三相不平衡度系数来描述。本章将对三相不平衡度系数进行详细分析，并建立 ETAP 低压配电网仿真模型，分别分析在不同情况下三相不平衡与低压配电网损耗之间的关系。
2.1 概述
在三相系统中，由于某种原因使电压或电流出现幅值或相角不对称运行且超出允许范围的现象被成为三相不平衡。理想的配电网系统三相电压（电流）应有相同的幅值，并且电压（电流）的相角相差 120 度如图 2.1。而实际中会由于各种不平衡因素，造成配电网不平衡运行如图 2.2 所示。三相不平衡会影响低压配电网电气设备的正常运行，其危害主要体现在以下几个方面：对配电变压器的影响 配电变压器在是按三相负荷平衡的条件设计的，三相参数基本对称且容量相同。当配电网出现三线负荷不对称时，配电变压器各相的输出功率也必定不同。配变负载较轻相的输出功率较小，负载较重相的输出功率较大，这就限制了配电变压其的总的输出容量。三相负载不平衡时，如果变压器仍按三相平衡时的工况运行，可能造成配电变压器某相过载，绕组发热，严重时将烧毁变压器。由对称分量法可知，三相负荷不对称将使低压配电网中出现负序和零序电流，配变低压侧相应的也将出现负序磁通和零序磁通。但是因为变压器本身结构的特点，一次侧通常没有零序电流，这导致二次侧零序电流没有通路，只有通过变压器油箱壁和钢构件来形成回路。变压器钢构件与绕组相比磁阻较大，当钢构件中流过零序电流分量时，必然形成较大的磁滞及涡流损耗，造成钢构件的附加发热。如果变压器经常在高温条件下运行，其绕组绝缘容易发生加速老化的现象，变压器的寿命也会受到不同程度的影响[24-25]。
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2.2 三相幅值不平衡度系数计算
配电网中三相负荷不对称，会使系统中产生不平衡电流，进而造成不平衡运行状态下的变压器和线路产生更多的有功损耗、变压器输出容量减少、供电质量降低等不良后果。2.2 三相幅值不平衡度系数计算配电网中三相负荷不对称，会使系统中产生不平衡电流，进而造成不平衡运行状态下的变压器和线路产生更多的有功损耗、变压器输出容量减少、供电质量降低等不良后果。配电网三相负荷不平衡通常是随时间变化的，为了能够更加准确的估计配电网的损耗，使计算值与实际值相更接近，这里引入动态三相不平衡度的概念，即将要计算的时段分为若干个小的时间段，在每个小的时间段内分别计算三相不平衡度，利用动态值代替原来不变的三相不平衡度。
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3 考虑电压偏差的等值电阻及电气元件损耗计算 .......24
3.1 概述 ........24
3.2 考虑电压偏差的等值电阻计算 ....25
3.5 本章小结 ..........34
4 计及谐波的低压配网元件损耗计算 .......35
4.1 概述 ........35
4.2 谐波电流附加损耗计算 ......38
4.3 谐波电阻修正系数计算 ......39
4.4 考虑谐波的等值电阻计算 ............43
4.5 谐波不平衡度计算 ....43
4.6 谐波 ETAP 仿真分析...........44
4.7 本章小结 ..........47
5 改进的低压配电网损耗计算模型 ...........49
5.1 Q 型聚类分群法的代表日选取 ....49
5.2 低压配电网损耗计算模型 .....52
5.2.1 电压偏差和三相不平衡下配网损耗计算 ........52
5.2.2 计及谐波影响时低压配电网损耗计算 ............53
5.3 实例分析 .............54
5.4 本章小结 .............59
5 改进的低压配电网损耗计算模型
传统的低压配电网损耗计算方法在进行损耗计算时未考虑到三相不平衡、电压偏差及谐波问题，当低压配电网中存在这些电能质量问题时必然影响损耗计算的准确性。本章将在前几章基础上建立同时考虑三相不平衡、电压偏差及谐波的配电网损耗计算模型，并通过实例对计算模型进行具体的分析。
5.1 Q 型聚类分群法的代表日选取
合理的选择代表日是准确计算低压配电网损耗的一个重要前提。它对网损计算的工作量和准确性都起到重要的作用。在进行代表日选择时应按照以下原则[53-54]：(1)代表日内系统运行正常，并且代表日供电量与计算期的日平均供电量相差不大；(2)所选择的代表日气候非异常，且日平均温度与计算期内的平均温度相接近；(3)所选代表日应有详细完备的计算数据，其中包括
