CN101923952A - 有载调容变压器节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有载调容变压器节能控制方法，包括以下步骤：(1)调容开关控制系统采集电压互感器和电流互感器数据，并计算有载调容变压器负载率L和功率因数Q；(2)采用调档预设值优化算法计算当调容开关档位处于大容量档位时的最佳负载率L_max、当调容开关处于小容量档位时的最佳负载率L_min；(3)采用延时调档预设时间算法计算得到延时调档预设时间t、弹性系数k、误差系数b；(4)采用节能策略选择算法进一步调整有载调容变压器最大节能效果的延时调档预设时间t、弹性系数k、误差系数b，从而实现调容开关动作策略的动态设置。本发明具有判断准确、节能效果明显、系统可靠性高等特点，尤其适用于负荷情况复杂的配电台区场合。

Description

有载调容变压器节能控制方法

技术领域

本发明属于有载调容变压器领域，尤其是一种有载调容变压器节能控制方法。

背景技术

电力系统中大量地使用配电变压器，其在电力系统的损耗中占有重要比重，降低变电损耗对于电力生产具有重要意义。有载调容变压器作为一种降低电力系统配电损耗的变压器设备，近年来逐渐得到了应用。有载调容变压器通过调容开关自动调节运行容量，达到根据负荷减小空载损耗的目的，适用于季节性负荷变化幅度比较大的农村电网以及昼夜负荷变化显著的城市商业区、开发区、工业区等配电台区。

有载调容变压器主要由以下三部分组成：1、由高压绕组、低压绕组两部分构成的变压器本体；2、用于切换调容开关状态的调容开关操控系统；3、向调容开关操控系统传递控制信息的调容开关控制系统。有载调容变压器的节能控制方法是：在调容开关控制系统中，通过分析有载调容变压器运行效率与负荷之间的关系来制定合理的调容开关策略，实现有载调容变压器的节能、经济和可靠运行的功能。在专利名称为“一种可进行配电监测的有载调容变综合控制器”(申请号为：200820108805.8)的中国专利文献，可根据实时采集的电压和电流数据生成实时负载并结合预先设定的调档预设值以及调档预设时间对调容开关进行切换，从而实现有载调容变压器的节能控制功能。然而，调档预设值和调档预设时间是预先设置的，调容开关控制系统在实际应用时，很难准确地根据变化的配电负荷进行有载调容，不能充分发挥有载调容变压器的节能效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够根据负荷变化特性进行调容开关动作策略的动态设置以降低损耗的有载调容变压器节能控制方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种有载调容变压器节能控制方法，包括如下步骤：

(1)调容开关控制系统采集电压互感器和电流互感器数据，并计算有载调容变压器负载率L和功率因数Q；

(2)采用调档预设值优化算法计算当调容开关档位处于大容量档位时的最佳负载率L_max、当调容开关处于小容量档位时的最佳负载率L_min；

(3)采用延时调档预设时间算法计算得到延时调档预设时间t、弹性系数k、误差系数b；

(4)采用节能策略选择算法进一步调整有载调容变压器最大节能效果的延时调档预设时间t、弹性系数k、误差系数b，从而实现调容开关动作策略的动态设置。

而且，所述步骤(2)中的调档预设值优化算法，包括以下步骤：

步骤B201，根据电网频率，设采样周期为1秒，监测有载调容变压器1小时的负载率x₁和功率因数x₂，滚动计算负载率在采样周期内的方差σ；

步骤B202，检测当前调容开关档位，设置有载调容变压器容量等级x₃，当调容开关档位处于大容量档位时，则有载调容变压器容量等级x₃＝A(VA)，当调容开关档位处于低档位时，则有载调容变压器容量等级x₃＝B(VA)；按照当前容量情况设置对应损耗值作为空载损耗输入值W₀和负载损耗输入值W₁；

步骤B203，采用信赖域折线法求解获得有载调容变压器效率最大时对应大、小容量最佳负载率L_max、L_min，该信赖域折线法将有载变压器运行参数当前值作为求解有载调容变压器最大效率优化算法的迭代求解初值并通过下述目标方程实现：

上式中：min代表求取函数最小值；S.T代表任意存在x₁满足后面不等式条件；

并按照下式计算出大容量和小容量情况下的最大效率η_max0，η_max1：

而且，所述步骤(3)中的延时调档预设时间算法，包括以下步骤：

步骤B301：按如下公式构造有载调容变压器的延时调档预设时间函数t：

t＝k(x₁-L_min(或L_max))+b

上式中，k为延时调档预设时间的弹性系数，b为延时调档预设时间的误差系数，如果调容开关档位处于小容量时，选择小容量最佳负载率L_min，如果变压器档位处于大容量时，选择大容量最佳负载率L_max；

步骤B302，判断当前调容开关档位，如果调容开关档位处于小容量档位时，则进入步骤B303，否则进入步骤B304；

步骤B303，在小容量档位情况下，采用边界限定法计算调容开关档位为小容量时的弹性系数k和误差系数b，该弹性系数k和误差系数b的计算公式为：

上式中，B代表小容量档位时的有载调容变压器容量等级x₃的取值；

步骤B304，在大容量档位情况下，采用边界限定法计算调容开关档位为大容量时的弹性系数k和误差系数b，该弹性系数k和误差系数b的计算公式为：

上式中，B代表大容量档位时的有载调容变压器容量等级x₃的取值。

而且，所述步骤(4)中的节能策略选择算法，包括如下步骤：

步骤B401，判断调容开关档位，如果调容开关档位在大容量档位运行，则转入步骤402，否则转入步骤403；

步骤B402，判断计算得到的大容量最佳负载率L_max与有载调容变压器小容量B之间的关系，若

则转入步骤B403，否则转入步骤B404；

步骤B403，增大在L_max处延时调档预设时间，将误差系数b扩大至原值的1.2倍；

步骤B404，考察负载率波动特性，根据有载调容变压器负载率变化方差σ水平，调整延时调档预设时间的弹性系数K，按有载调容变压器小容量B的20％进行界定，若σ^TM0.2λB则转入步骤B405，否则转入步骤B406；

步骤B405，增加弹性系数K至原值的1.1倍；

步骤B406，此时负载率方差σ较大，减小弹性系数至原值的0.9倍；

最后通过t＝k(x₁-L_min(或L_max))+b计算得到延时调档预设时间t。

本发明的优点和积极效果是：

1、本控制方法应用在调容开关控制系统中，调容开关控制系统采集电压互感器和电流互感器数据，动态选择合理的调档预设值及延时调档预设时间，形成支持有载调容变压器的节能运行控制策略，最后通过节能计算及经验分析，实现有载调容变压器节能运行，提高抵御负荷变化较大时对运行效率的影响，延长了有载调容变压器寿命。

2、本控制方法充分考虑了有载调容变压器的最高效率条件下的负载率，使得调档预设值配置算法与调容开关动作进行配合，可提高有载调容变压器运行效率。

3、本控制方法通过采用弹性系数和误差系数，处理调容开关档位延时设定问题，可有效发挥调容变压器节能效果。

4、本发明能够根据负荷变化特性进行调容开关动作策略的动态设置，减小负荷波动造成的调容开关频繁动作，提高有载调容变压器对负荷变化的适应性。具有判断准确、节能效果明显、系统可靠性高等特点，尤其适用于负荷情况复杂的配电台区场合。

附图说明

图1是本控制方法的处理流程示意图；

图2是调档预设值优化算法的处理流程图；

图3是延时调档预设时间算法的处理流程图；

图4是节能策略选择算法的处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种有载调容变压器节能控制方法，应用在调容开关控制系统中，通过选择合理的调档预设值及延时调档预设时间，形成支持有载调容变压器的节能运行控制策略。当配电台区负荷数据通过电压互感器以及电流互感器传输至调容开关控制系统后，与该预设值进行比较，当满足时调容开关动作时，由调容开关操控系统实现调容开关的动作。

有载调容变压器节能控制方法通过以下步骤实现：

(1)调容开关控制系统采集电压互感器和电流互感器数据，并计算有载调容变压器负载率L和功率因数Q等负荷信息，供后续的调档预设值优化算法及延时调档预设时间算法。

(2)采用调档预设值优化算法计算当调容开关档位处于大容量档位时对应最佳负载率L_max、当调容开关处于小容量档位时的最佳负载率L_min。

在本步骤中，调档预设值优化算法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤B201，根据电网频率，设定1Hz采样频率(由于从节能角度考虑运行效率问题，采样频率可适当放宽)，这里采样周期设置为1秒，监测有载调容变压器1小时的负载率x₁和功率因数x₂，滚动计算负载率在采样周期内的方差σ；

步骤B202，检测当前调容开关档位，设置有载调容变压器容量等级x₃，当调容开关档位处于大容量档位时，则有载调容变压器容量等级x₃＝A(VA)，当调容开关档位处于低档位时，则有载调容变压器容量等级x₃＝B(VA)；按照当前容量情况设置对应损耗值作为空载损耗输入值W₀和负载损耗输入值W₁；

步骤B203，采用非线性最小二乘法中的信赖域折线法(Trust-Region DoglegMethods)求解获得有载调容变压器效率最大时对应大、小容量最佳负载率L_max、L_min，该信赖域折线法将有载变压器运行参数当前值作为求解有载调容变压器最大效率优化算法的迭代求解初值(即负载率、功率因数、当前档位)并通过下述目标方程实现：

上式中：min代表求取函数最小值；S.T代表任意存在x₁满足后面不等式条件；

由于有载调容变压器存在两个容量，其大、小容量最佳负载率分别记作L_max，L_min，此时对应最大效率分别为η_max0，η_max1。大容量和小容量情况下的最大效率η_max0，η_max1的计算公式如下：

本步骤最后输出大容量最佳负载率L_max、小容量最佳负载率L_min、大容量最大效率和小容量最大效率η_max0，η_max1。

(3)采用延时调档预设时间算法计算得到延时调档预设时间t、弹性系数k、误差系数b；

本步骤中的延时调档预设时间算法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤B301：按如下公式构造有载调容变压器的延时调档预设时间函数t：

t＝k(x₁-L_min(或L_max))+b

上式中，k为延时调档预设时间的弹性系数，b为延时调档预设时间的误差系数，如果调容开关档位处于小容量时，选择小容量最佳负载率L_min，如果变压器档位处于大容量时，选择大容量最佳负载率L_max；

步骤B302，判断当前调容开关档位，如果调容开关档位处于小容量档位时，则进入步骤B303，否则进入步骤B304；

步骤B303，在小容量档位情况下，采用边界限定法计算调容开关档位为小容量时的弹性系数k和误差系数b。假设有载调容变压器具备1.3倍过载能力，则按照实际负荷接近1.3倍时调容开关应立即切换至大容量，此时的延时调档预设时间设为0秒，如果当前负载率接近空载时，延时调档预设时间应该为无穷大，按一周时间计算，延迟时间可设置为秒，因此弹性系数k、误差系数b分别为：

上式中，B代表小容量档位时的有载调容变压器容量等级x₃的取值；

步骤B304，在大容量档位情况下，采用边界限定法计算调容开关档位为大容量时的弹性系数k和误差系数b。当实际负荷接近小容量最大效率L_min时，额定负荷时预设调档延迟时间为0秒，而当实际负荷接近1.3倍小容量负荷时，延迟时间为无穷大，按一周计算，延时时间为604800秒，因此弹性系数k、误差系数b分别为：

上式中，B代表大容量档位时的有载调容变压器容量等级x₃的取值。

(4)采用节能策略选择算法进一步调整有载调容变压器最大节能效果的延时调档预设时间t、弹性系数k、误差系数b，从而实现调容开关动作策略的动态设置。

本步骤中的调档预设值优化算法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤B401，判断调容开关档位，如果调容开关档位在大容量档位运行，则转入步骤402，否则转入步骤403；

步骤B402，判断计算得到的大容量最佳负载率L_max与有载调容变压器小容量B之间的关系，若

则转入步骤B403，否则转入步骤B404；

步骤B403，增大在L_max处延时调档预设时间，将误差系数b扩大至原值的1.2倍；

步骤B404，考察负载率波动特性，根据有载调容变压器负载率变化方差σ水平，调整延时调档预设时间的弹性系数K，按有载调容变压器小容量B的20％进行界定，若σ^TM0.2λB则转入步骤B405，否则转入步骤B406；

步骤B405，增加弹性系数K至原值的1.1倍；

步骤B406，此时负载率方差σ较大，减小弹性系数至原值的0.9倍；

最后通过t＝k(x₁-L_min(或L_max))+b计算得到延时调档预设时间t。

通过综合考虑弹性系数、误差系数以及最佳运行负载率设置值可动态选择合理的调档预设值及延时调档预设时间，从而提高有载调容变压器对负载变化情况的适应能力。

本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种有载调容变压器节能控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)调容开关控制系统采集电压互感器和电流互感器数据，并计算有载调容变压器负载率L和功率因数Q；

(2)采用调档预设值优化算法计算当调容开关档位处于大容量档位时的最佳负载率L_max、当调容开关处于小容量档位时的最佳负载率L_min；

(3)采用延时调档预设时间算法计算得到延时调档预设时间t、弹性系数k、误差系数b；

(4)采用节能策略选择算法进一步调整有载调容变压器最大节能效果的延时调档预设时间t、弹性系数k、误差系数b，从而实现调容开关动作策略的动态设置。

2.根据权利要求1所述的有载调容变压器节能控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中的调档预设值优化算法，包括以下步骤：

步骤B201，根据电网频率，设采样周期为1秒，监测有载调容变压器1小时的负载率x₁和功率因数x₂，滚动计算负载率在采样周期内的方差σ；

步骤B202，检测当前调容开关档位，设置有载调容变压器容量等级x₃，当调容开关档位处于大容量档位时，则有载调容变压器容量等级x₃＝A(VA)，当调容开关档位处于低档位时，则有载调容变压器容量等级x₃＝B(VA)；按照当前容量情况设置对应损耗值作为空载损耗输入值W₀和负载损耗输入值W₁；

步骤B203，采用信赖域折线法求解获得有载调容变压器效率最大时对应大、小容量最佳负载率L_max、L_min，该信赖域折线法将有载变压器运行参数当前值作为求解有载调容变压器最大效率优化算法的迭代求解初值并通过下述目标方程实现：

$\left\{\begin{array}{c}\min :-\mathrm{\&eta;}=-(x_1\&times;\cos x_2)/(x_1\&times;\cos x_2+W_0\&times;x_3+W_1\&times;x_3\&times;x_1^2)\\ S.T.:0<x_1<1;\end{array}\right.$

上式中：min代表求取函数最小值；S.T代表任意存在x₁满足后面不等式条件；

并按照下式计算出大容量和小容量情况下的最大效率η_max0，η_max1：

η_max0＝(L_max×cosx₂)/(L_max×cosx₂+W₀×x₃+W₁×x₃×L_max ²)

η_max1＝(L_min×cosx₂)/(L_min×cosx₂+W₀×x₃+W₁×x₃×L_min ²)。

3.根据权利要求1所述的有载调容变压器节能控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中的延时调档预设时间算法，包括以下步骤：

步骤B301：按如下公式构造有载调容变压器的延时调档预设时间函数t：

t＝k(x₁-L_min(或L_max))+b

上式中，k为延时调档预设时间的弹性系数，b为延时调档预设时间的误差系数，如果调容开关档位处于小容量时，选择小容量最佳负载率L_min，如果变压器档位处于大容量时，选择大容量最佳负载率L_max；

步骤B302，判断当前调容开关档位，如果调容开关档位处于小容量档位时，则进入步骤B303，否则进入步骤B304；

步骤B303，在小容量档位情况下，采用边界限定法计算调容开关档位为小容量时的弹性系数k和误差系数b，该弹性系数k和误差系数b的计算公式为；

$\left\{\begin{array}{c}k=-4.65\&times;{10}^5/B\\ b=-4.65\&times;{10}^5\&times;(1.3\&times;B-L_{\min })/B\end{array}\right.$

上式中，B代表小容量档位时的有载调容变压器容量等级x₃的取值；

步骤B304，在大容量档位情况下，采用边界限定法计算调容开关档位为大容量时的弹性系数k和误差系数b，该弹性系数k和误差系数b的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}k=604800/(1.3B+L_{\min })\\ b=-604800\&times;(L_{\min }-B)/(1.3B+L_{\min })\end{array}\right.$

上式中，B代表大容量档位时的有载调容变压器容量等级x₃的取值。

4.根据权利要求1所述的有载调容变压器节能控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中的节能策略选择算法，包括如下步骤：

步骤B401，判断调容开关档位，如果调容开关档位在大容量档位运行，则转入步骤402，否则转入步骤403；

步骤B402，判断计算得到的大容量最佳负载率L_max与有载调容变压器小容量B之间的关系，若L_max＞B，则转入步骤B403，否则转入步骤B404；

步骤B403，增大在L_max处延时调档预设时间，将误差系数b扩大至原值的1.2倍；

步骤B404，考察负载率波动特性，根据有载调容变压器负载率变化方差σ水平，调整延时调档预设时间的弹性系数K，按有载调容变压器小容量B的20％进行界定，若σ＜0.2×B则转入步骤B405，否则转入步骤B406；

步骤B405，增加弹性系数K至原值的1.1倍；

步骤B406，此时负载率方差σ较大，减小弹性系数至原值的0.9倍；

最后通过t＝k(x₁-L_min(或L_max))+b计算得到延时调档预设时间t。

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