CN102244384A - 一种基于经济当量分析的主变压器优化运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，步骤如下：步骤一，电网经济运行辅助决策系统实时获取电网运行数据，并对电网运行数据进行维护和更新；步骤二，根据获得的电网运行数据，电网经济运行辅助决策系统对电网运行状态进行估计；步骤三，对电网中的每个变电所的主变压器进行损耗分析；步骤四，对全电网损耗进行分析；步骤五，将步骤四所得的全电网状态估计值和潮流计算值与当前从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据进行比较、分析，得出主变压器损耗最小的运行方案；步骤六，电网经济运行辅助决策系统采用专家系统作出决策；步骤七，由SCADA系统对电网中的各个主变压器作出投切状态的调整。

Description

一种基于经济当量分析的主变压器优化运行方法

技术领域

本发明属于电力系统优化配置领域，具体地说是涉及一种在对经济当量进行分析的基础上对主变压器进行优化的运行方法。

背景技术

现有技术中，已有以下概念：

无功经济当量，它就是将无功电流折算成有功电流，这样无功电流造成的损耗就可以很容易计算出来。

经济当量，由扰动情况下电网供电可靠性提高所带来的收益增加及为满足该类安全性措施所需支付的辅助服务费用组成。传统电力系统中的某一安全性指标在市场环境下是否会得到执行、执行到何种程度将取决于其经济当量值，只有当其经济当量值大于零，该安全性校验措施的执行才是可行的，而且其经济当量值越大，运行性能越优。

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统。它在远动系统中占重要地位，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，即我们所知的“四遥”功能。RTU(远程终端单元)，FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分，在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用。

基于经济当量计算的主变经济运行研究与应用(PEO)，从广义上来说是在保证变压器安全运行和保证用户供电量的基础上，使变压器在低电能损耗状态下运行。

PEO的具体含义是指在确保变压器在安全运行、传输电量满足生产要求的基础上，充分利用现有设备，不增加或增加很少设备投资，通过选择变压器的最佳运行方式、优化负载调整、确定变压器运行位置的最佳组合以及改善变压器运行条件等技术措施，达到最大限度地降低变压器的电能损耗，提高电源侧功率因数的目的，实质上就是在技术经济允许的条件下实现变压器节电运行，从而节省大量的成本。

电力系统的电能损耗值是考核供电企业运营状况的一项重要的技术经济指标，电能损耗的计算是确定电力系统规划、运行方式、网络技术改造及设备维修的重要依据。但就目前的现状而言，电能损耗的分析、管理、控制水平还远远跟不上电力系统对于节能降耗的要求。

电网调度部门作为电网生产运行的核心部门，长期以来它的主要任务是监视电网安全运行，进行负荷预测，编制发电计划，指挥倒闸操作，进行事故处理，设计运行方式，同时也做一些电网经济运行的调度工作。电网经济运行的调度主要侧重于两个方面，即有功的经济调度和无功的经济调度，且有功的经济调度以有功潮流优化为主。电力系统中，由于厂网分离，电力市场建立，在地区电网发电机较少的情况下，发电机有功的经济调度可能受到客观因素的限制。因此，有功潮流的优化主要以供电路径优化和减少供电路径的有功损耗为主，其核心内容为变压器运行方式的优化。

目前在国内，变压器经济运行研究较多，尤其以胡景生教授研究较多。而传统的变压器经济运行以主要是以离线分析为主，未能考虑变压器的实际运行方式，以及不能频繁调整的工程实际因素。

在国外，目前对变压器经济运行分析研究现状来看，对变压器经济运行是没有考虑损益分析：它仅仅从负荷角度来考虑变压器经济运行，忽视了设备的运行成本。因此，目前所提到的变压器经济运行并不是完善的经济运行，或者说不是完整的、全面的经济运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑电网损耗全面、得出电网运行方案准确经济，从而节省大量成本的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，它包括以下步骤：

步骤一，电网经济运行辅助决策系统通过数据接口从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据，并对电网运行数据进行维护和更新；

步骤二，根据获得的电网运行数据，电网经济运行辅助决策系统对电网运行状态进行估计；

步骤三，在对电网运行状态进行估计的基础上，对电网中的每个变电所的主变压器进行损耗分析；

步骤四，对全电网损耗进行分析，包括对全电网的状态估计和潮流计算；

步骤五，将步骤四所得的全电网状态估计值和潮流计算值与当前从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据进行比较、分析，得出主变压器损耗最小的运行方案；

步骤六，电网经济运行辅助决策系统根据步骤五的比较分析结果，采用专家系统作出决策；

步骤七，电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统，由SCADA系统对电网中的各个主变压器作出投切状态的调整。

所述步骤一中，电网经济运行辅助决策系统采用标准的远动规约，通过数据接口从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据。

在所述的步骤一中，对采集到的电网运行数据进行坏数据初检、网络拓扑分析、量测系统可观测性分析和不良数据辨识检测。

所述步骤二中，电网经济运行辅助决策系统利用Givens正交变换法对电网运行状态进行估计。

在利用Givens正交变换法进行估计处理时，首先对电网进行分块，在分块的基础上利用牛拉法迭代计算出系统各个节点的电压，最后利用潮流计算公式对整个电网的状态进行估计。

所述步骤三中，主变压器损耗分析的包括主变压器的空载损耗、短路损耗和机械损耗。

所述步骤四中，所述对整个电网进行潮流计算方法包括牛顿拉夫逊法和保留非线性法。

在电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统之后，SCADA系统采用开环控制方式。

所述的步骤六还包括：电网经济运行辅助决策系统将步骤五的比较分析结果，绘成图形曲线发送至监视工作站。

所述的电网经济运行辅助决策系统还包括线损离线仿真及评估模块。

采用上述技术方案的本发明，具有以下优点：

(1)本发明对主变压器的线损进行了全面地分析，综合考虑了主变等相关设备的动作代价，变压器设备使用寿命、变压器设备投切成本，变压器设备的维修费用，采用经济当量法对每台变压器进行损益分析，避免了低效益、无效益甚至负效益的设备动作，实现了变压器经济运行。

(2)本发明采用了可靠的接驳方式，保障了数据接口的可靠性；采用标准的远动规约，如104协议以获取电网实时运行数据；采用IEC61970标准建模，综合保障了维护的方便性和运行的可持续性。

(3)建立正确的电网计算模型，上述的电网计算模型包括正确的电网结构、正确的电网实时运行数据、网络拓扑与状态估计，采用高效和先进的算法，确保了计算模型的可靠和计算效率的高效，满足了实时控制的要求。具有极强潮流计算能力，确保了计算的快速性和收敛性。

(4)引入了专家系统，保证了系统给出的主变经济运行方式策略建议的科学性与正确性；其中专家系统明确给出了策略效益和策略效果，辅助判断并执行开环控制。

(5)根据设备运行规定的基本要求，结合简单的短期负荷预测、超短期负荷预测和设备动作次数可靠控制，杜绝了设备动作震荡。

(6)本发明还提供了强大的离线工具、主变经济运行与线路经济运行的仿真计算、辅助决策运行方式和其他降损措施。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的整体流程图；

图3为并列运行双绕组变压器的接线图；

图4为分列运行变压器的接线图；

图5为本发明中牛顿法潮流的流程图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明包括以下步骤：

步骤一，电网经济运行辅助决策系统通过数据接口从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据。本发明与SCADA系统接驳如图1所示。因主要由调度值班人员用于实时调整电网运行方式以降低电网损耗，故本发明中电网经济运行辅助决策系统直接接入SCADA系统时，运行方式、线损专工管理工作站均通过二次防护系统隔离。需要说明的是，在接驳时可采用标准的远动规约如104协议以获取电网实时运行数据。

然后采用IEC61970标准建立电网计算模型，上述的电网计算模型包括正确的电网结构，正确的电网实时运行数据、网络拓扑和状态估计。其中，正确的电网实时运行数据由电网经济运行辅助决策系统从SCADA系统中获取，获取这些数据之后，还需对电网运行数据进行维护和更新，以保证电网运行数据的正确性。上述对电网运行数据进行维护包括：对运行数据的坏数据初检、网络拓扑分析、量测系统可观测性分析、不良数据辨识等，系统结合传统的标准残差检测法和量测量突变检测法，使用最小信息损失MIL决策原理对采集出的原始数据进行辨识，删除、补充和修正数据库中的不良数据，提高实时数据库的精度、完整和可靠性，满足系统计算的需要，即根据连续断面的运行数据连续性、同一断面节点电流平衡性、同一断面电量平衡性、设备遥测数据与相关开关状态一致性判断并修正不合理数据。数据分为三种：正确实测数据、合理状态估计数据、状态估计后仍不合理数据，三种数据输出时加以标记，以提供给后继分析用比较合理的研究数据。

步骤二，根据获得的电网运行数据，电网经济运行辅助决策系统对电网运行状态进行估计。在对电网运行状态进行估计时所采用的算法是一种基于分块Givens旋转的电力系统状态估计算法，该算法属于Givens正交变换法。但在Givens正交变换的处理上，首先对电网进行分块，利用电力系统状态估计问题的分块特征对量测雅可比矩阵进行分块，根据信息矩阵的分块稀疏结构进行列编号的优化，采用变转轴逐列消元策略，基于最小度原则动态选择转轴元素，根据非零注入元素最少的原则选择旋转元素，既减少了所需的内存空间，又明显提高了执行效率，实验证明可节省约30％的CPU时间。其具体实现的方法就是利用冗余的量测，通过最小二乘法估计出更精确的系统状态，即通过冗余的量测包括节点电压、支路潮流、注入功率等，利用牛拉法迭代计算出系统各个节点的电压，再运用潮流计算公式，就可以估计出更为精确的量测值。

另外，电网经济运行辅助决策系统还可根据获得的数据进行短期负荷预测，短期负荷预测是根据历史负荷数据及气象资料等预报未来一天或一周内96点(每15分钟一个点)或更密点的系统负荷值。预报可按全系统或按区域进行。考虑到天气、温度的变化，特别事件对负荷因素的影响，在提供工作日负荷预报的同时，还提供休息日(星期六、星期日)、特殊日(元旦、春节等)的负荷预报。

步骤三，在对电网运行状态进行估计的基础上，对电网中的每个变电所的主变压器进行损耗分析。主变压器损耗分析的包括主变压器的空载损耗、短路损耗和机械损耗等等。其中，变电所的主变压器主要分为并列运行双绕组和分列运行两种方式。下面对这两种方式分为予以说明：

1)并列运行双绕组变压器的经济运行

在一个变电所中，如有两台以上变压器并列运行，其接线图如图3所示：

若并列运行的变压器台数为M，则存在着(2^M-1)种组合运行方式。

在相同负载条件下，变压器并列运行的功率损耗不仅与运行方式的组合技术参数有关，而且与变压器间负载的分配有关。所以在分析变压器经济运行方式时，一定要考虑变压器短路阻抗不等和容量不同等因素的影响。

(1)短路阻抗相接近双绕组变压器并列运行的经济运行方式

并列运行变压器短路阻抗相接近的具体条件是变压器短路阻抗的差值ΔU_k％＜＝5％，即容量相同变压器并列运行时，认为负载分配是均衡的，对容量不同变压器并列运行时，认为负载是按容量成比例进行分配的。

①相同台数并列运行变压器组合的经济运行

有功功率临界负载功率为：

$S_{\mathrm{LP}}^{I~\mathrm{\Π}}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{0\mathrm{iI}}-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{0\mathrm{i\Π}}}{\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ki\Π}}}{{\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{Ni\Π}}\right)}^2}-\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{kiI}}}{{\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{NiI}}\right)}^2}}}$

其中：I，∏——分别指I与∏两种运行方案；

m——并列运行变压器的台数；

P_0iI，P_0i∏——分别指运行方式I与∏中第i台变压器空载损耗；

P_kiI，P_ki∏——分别指运行方式I与∏中第i台变压器短路损耗；

S_NiI，S_Ni∏——分别指运行方式I与∏中第i台变压器额定容量；

②不同台数并列运行变压器组合的经济运行

M台和M+1台并列运行变压器经济运行有功功率临界负载功率：

$S_{\mathrm{LP}}^{M~M+1}=\sqrt{\frac{P_{0(m+1)}}{\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ki}}}{{\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{Ni}}\right)}^2}-\frac{\underset{i=1}{\overset{m+1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ki}}}{{\left(\underset{i=1}{\overset{m+1}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{Ni}}\right)}^2}}}$

其中：M，M+1——并列运行变压器的台数；

m，m+1——并列运行变压器的序号；

P_0(m+1)——第m+1台变压器空载损耗；

P_ki——第i台变压器短路损耗；

S_Ni——第i台变压器额定容量；

③并列运行变压器经济运行方式的综合判定

a)将变压器编号，i：1，2，3…n；

b)找出P_0i最小者P_0k，记住编号k；

c)找出最小者其中j为和编号组合k相差一位或者位数相等的其他编号的组合，但不包括已经记住的编号或者编号组合。例如：若上一步骤中k＝3则j可为：2，13，34；若上一步k＝234则j可为15，245，1678，1346，记住这时的编号或者编号组合1，如果编号组合包括所有的编号则结束，否则继续下一步；

d)将K：＝1，转入步骤c；

(2)短路阻抗相差较大双绕组变压器并列运行的经济运行方式

a.相同台数并列运行变压器组合的经济运行

有功功率临界负载功率为：

$S_{\mathrm{LP}}^{I~\mathrm{\Π}}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{0\mathrm{iI}}-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{0\mathrm{i\Π}}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{D_{\mathrm{i\Π}}}{S_{\mathrm{Ni\Π}}}\right)}^2{P}_{\mathrm{ki\Π}}-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{D_{\mathrm{iI}}}{S_{\mathrm{NiI}}}\right)}^2{P}_{\mathrm{kiI}}}}$

其中：I，∏——分别指I与∏两种运行方案；

m——并列运行变压器的台数；

P_0iI，P_0i∏——分别指运行方式I与∏中第i台变压器空载损耗；

P_kiI，P_ki∏——分别指运行方式I与∏中第i台变压器短路损耗；

S_NiI，S_Ni∏——分别指运行方式I与∏中第i台变压器额定容量；

D_iI，D_i∏——分别指运行方式I与∏中第i台变压器负载分配系数；

b.不同台数并列运行变压器组合的经济运行

M台和M+1台并列运行变压器经济运行有功功率临界负载功率：

$S_{\mathrm{LP}}^{M~M+1}=\sqrt{\frac{P_{0(m+1)}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{D_{\mathrm{Mi}}}{S_{\mathrm{Ni}}}\right)}^2{P}_{\mathrm{ki}}-\underset{i=1}{\overset{m+1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{D_{(M+1)i}}{S_{\mathrm{Ni}}}\right)}^2{P}_{\mathrm{ki}}}}$

其中：M，M+1——并列运行变压器的台数；

m，m+1——并列运行变压器的序号；

P_0(m+1)——第m+1台变压器空载损耗；

P_ki——第i台变压器短路损耗；

S_Ni——第i台变压器额定容量；

D_iM，D_i(M+1)——M、M+1台并列运行时第i台变压器负载分配系数；

c.并列运行变压器经济运行方式的综合判定

同变压器阻抗相接近经济运行方式的判定。

2)分列运行变压器线路组的经济运行

变压器线路组分列运行，是指在一个变电所内有两个变压器线路组在其负载侧有联络开关相连，如图4所示：

两个变压器线路组A和B存在着3种运行方式：

变压器线路组A单组运行，S_A与S_B都由A供电；

变压器线路组B单组运行，S_A与S_B都由B供电；

变压器线路组A和B分列运行，S_A与S_B分别由A与B供电；

在供相同负载条件下，在三种运行方式中必然存在着一种损耗最小的运行方式。以下利用负载分配系数法分析，适用于分列运行的两台变压器其功率因数相接近的情况。

(1)单台与两台分列运行方式间

两台容量不同变压器分列运行时，其总的有功功率损耗ΔP_σ(kW)：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{\σ}}=P_{0A}+P_{0B}+{\left(\frac{D_A{S}_{\mathrm{\σ}}}{S_{\mathrm{NA}}}\right)}^2{P}_{\mathrm{\σkA}}+{\left(\frac{D_B{S}_{\mathrm{\σ}}}{S_{\mathrm{NB}}}\right)}^2{P}_{\mathrm{\σkB}}$

其中：S_σ——两台变压器负载功率之和，S_σ＝S_A+S_B，kVA；

S_A，S_B——分别为变压器线路组A和B的负载功率，kVA；

D_A，D_B——分别为变压器线路组A和B的负载分配系数。

P_σkA，P_σkB——分别为变压器线路组A和B的等效额定负载的有功功率损耗(kW)， 其中I_INA，I_INB分别为变压器A和B的一次侧额定电流，A。

若负载S_σ由A单独供电，则有功功率损耗ΔP_σ(kW)：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{\σ}}=P_{0A}+{\left(\frac{S_{\mathrm{\σ}}}{S_{\mathrm{NA}}}\right)}^2{P}_{\mathrm{\σkA}}$

单台变压器A与A，B两台分列运行之间有功经济运行的临界负载功率

(kVA)：

$S_{\mathrm{\σLP}}^{A~\mathrm{AB}}=\sqrt{\frac{P_{0B}}{\frac{P_{\mathrm{kA}}}{S_{\mathrm{NA}}^2}-D_A^2\frac{P_{\mathrm{kA}}}{S_{\mathrm{NA}}^2}-D_B^2\frac{P_{\mathrm{kB}}}{S_{\mathrm{NB}}^2}}}$

(2)两种单台运行方式间

单台变压器A和单台变压器B经济运行的临界负载功率

$S_{\mathrm{\σLP}}^{A~B}=\sqrt{\frac{P_{0A}-P_{0B}}{\frac{P_{\mathrm{kB}}}{S_{\mathrm{NB}}^2}-\frac{P_{\mathrm{kA}}}{S_{\mathrm{NA}}^2}}}$

变压器不能超载的两个算式：S_σ＜S_NA，S_σ＜S_NB。

步骤四，对全电网损耗进行分析，采用牛顿拉夫逊法和保留非线性法对全电网的状态估计和潮流计算。其中，潮流基本模型是根据各母线注入功率计算各母线电压和相角，母线划分为三种类型：P-Q、P-V，V-θ，不同母线类型的已知量和未知量如表1所示：

母线类型	已知量	未知量
			P-Q	Pi  Qi	Vi  θi
P-V	Pi  Vi	Qi  θi
			V-θ	Vi θi	Pi  Qi

表1

潮流方程即母线注入方程：

$P_{G,i}-P_{D,i}=\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{V}_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}})$ (i＝1，2，3，……，n)

$Q_{G,i}-Q_{D,i}=\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{V}_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}})$ (i＝1，2，3，……，n)

式中：PG，i为母线i的有功发电功率值；QG，i为母线i的无功发电功率值；PD，i为母线i的有功负荷功率值；QD，i为母线i的无功负荷功率值；θi为母线i的电压相角；Vi为母线i的电压幅值；Gij为母线导纳矩阵元素ij的电导值；Bij为母线导纳矩阵元素ij的电纳值；θij＝θi-θj；n为母线数。

基本潮流计算求出各母线的状态量，即满足上述潮流方程Vi和θi的值，这是一个2n个非线性方程组求解2n个未知量的问题。

潮流基本模型是一个高维数的非线性方程组问题。而牛顿-拉夫逊(或称牛顿法)是解非线性方程组最有效的方法。基本原理是在解某一邻域内的初始点出发，沿着该点的一阶偏导数——雅克比矩阵，朝减小方程残差的方向前进一步，在新的点上再计算残差和雅克比矩阵继续前进，重复这一过程直到残差达到收敛标准，即得到了非线性方程组的解。因此越靠近解，偏导数的方向越准，收敛速度也就越快，所以牛顿法具有二阶收敛特性。而所谓“某一邻域”是指雅克比方向均指向解的范围，否则可能走向非线性函数的其他极值。一般来说潮流计算由平电压即各母线电压，相角为0，幅值为1启动即在此邻域内。

潮流方程可以改写为残差形式：

$\mathrm{\Δ}{P}_i=(P_{G,i}-P_{D,i})-\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{V}_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}})$ (i＝1，2，3，……，n)

$\mathrm{\Δ}{Q}_i=(Q_{G,i}-Q_{D,i})-\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{V}_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}})$ (i＝1，2，3，……，n)

对上式进行泰勒级数展开，仅取一次项，即可得到潮流计算的线性修正方程组，以矩阵的形式表示为：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]$

牛顿潮流计算的步骤如图5所示：

①母线电压初始化；

②计算残差ΔP和ΔQ；

③测试残差ΔP和ΔQ是否达到收敛标准ε，达到判为收敛，否则转④；

④计算雅克比矩阵元素

⑤计算修正向量Δθ和ΔV，进行进一步迭代修正

θ(k+1)＝θ(k)+Δθ(k)

V(k+1)＝V(k)+ΔV(k)

式中(k)表示迭代次数，转②继续迭代。

在实际应用中，虽然对某一具体潮流出发条件难以断定是否收敛，但经验表明主要的不收敛原因：

i系统不平衡功率过大，当它远远超过平衡机的调节能力，受相关的变压器和短路容量的限值，在这些元件上电压相角差和电压幅值差过大而失去计算的稳定性。

ii在电磁环网中开断高压侧的元件潮流时，对应低压侧元件潮流过大超过稳定极限，失去计算的稳定性。

针对以上潮流发散的原因可以在初始功率调整、平衡母线和P-V母线的选择、电磁环的开断辨识等方面改善收敛性。

通常在一条支路(线路或变压器)上电压差达到0.3～0.4时潮流计算发散。

由EMS系统实时数据，经潮流计算，按月、日、小时存储下列各值：

各元件的： $\∫\mathrm{idt},\∫i^2\mathrm{dt},\∫\mathrm{pdt},\∫\mathrm{qdt},\cos \left({\tan }^{-1}\frac{\∫\mathrm{pdt}}{\∫\mathrm{qdt}}\right)$

各母线的：

调用EMS系统的电网设备(变压器、线路等)，计算线路和变压器损耗：

其中线路损耗：(∫i²dt)×R_l

变压器损耗：铜损+铁损

最后，汇总系统总供电量、线损电量、线损率、和分级后各电压等级总的供电量、线损电量、线损率。

步骤五，将步骤四所得的全电网状态估计值和潮流计算值与当前从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据进行比较、分析，得出主变压器损耗最小的运行方案。

步骤六，电网经济运行辅助决策系统根据步骤五的比较分析结果，采用专家系统作出决策。

在建立变压器损耗和负荷、功率因数之间的函数模型的基础上，应用自动推理、知识处理系统、专家系统、时间序列法、神经元网络法等人工智能研究方面的成果，经过进一步研究和改进包括工程实用化改进，分别应用到系统中解决各个优化问题，其中专家系统的科学正确引入至为关键。

专家系统是人工智能应用研究最活跃和最广泛的课题之一。专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统。它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。

快速构建系统所需的专家系统，利用实时获取得生产层、控制层和管理层大量数据，按照最有能力人(专家)的方式进行实时处理，提供决策建议或直接采取相应的行动，使过去需要人类专家直接参与的过程实现了自动化，用于决策支持。同时，它与应用系统、数据库、控制系统、网络系统等外部系统紧密结合，有效改善了操作的有效性和性能。

除此之外，该步骤六还可以包括：电网经济运行辅助决策系统将步骤五的比较分析结果，绘成图形曲线发送至监视工作站，以方便监视工作站的工作人员随时查看相关信息。

步骤七，电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统，由SCADA系统对电网中的各个主变压器作出投切状态的调整。这里所说的主变压器投切状态是指根据决策信息，决定哪台或哪几台变压器应一期使用，哪台或哪几台变压器二期使用等等；或者短期内使用或暂停使用哪台或哪几台主变压器。在上述的过程中，SCADA系统采用开环控制方式，另外还可以采用闭环控制方式。上述的开环控制方式为：当电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统后，结合人为的参与，在人为控制下对电网中的各个主变压器作出投切状态的调整。上述的闭环控制方式为：当电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统后，由SCADA系统直接对电网中的各个主变压器作出投切状态的调整，从而形成一个闭环控制。

另外，上述的电网经济运行辅助决策系统还包括线损离线仿真及评估模块。它的主要作用是在在线或者离线状态下，在当前断面或某些历史断面数据基础上进行假想分析，可通过人工设置操作改变网络结构以及有功、无功潮流的分布，察看网损的变化情况。

用户在图形上通过改变变压器分接头位置和电容器电抗器投切状态，改变发电机组负荷、重要线路的潮流、重要设备节点的P、Q、V值，改变设备参数如变压器电容器型号容量、线路导线型号和参数，调整或切除某些负荷，模拟电网运行，通过计算、统计、排序和对比，以曲线或报表等形式展示结果并进行分析，通过比较模拟前后各指标值的变化，分析模拟前后电压越限、功率越限、电网网损、各支路网损变化情况，分析变化对电网损耗的影响程度，量化影响因素对网损的影响度。

支持对于影响电网安全或电压合格率变化的操作进行事项报警和提醒。

手动启动，方便用户进行假想预算以积累经验，也可以验证某些人为初步制定的方案或者通过其他分析工具得出的方案，验证方案的可行性和有效性等。

Claims (10)

1.一种基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一，电网经济运行辅助决策系统通过数据接口从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据，并对电网运行数据进行维护和更新；

步骤二，根据获得的电网运行数据，电网经济运行辅助决策系统对电网运行状态进行估计；

步骤三，在对电网运行状态进行估计的基础上，对电网中的每个变电所的主变压器进行损耗分析；

步骤四，对全电网损耗进行分析，包括对全电网的状态估计和潮流计算；

步骤五，将步骤四所得的全电网状态估计值和潮流计算值与当前从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据进行比较、分析，得出主变压器损耗最小的运行方案；

步骤六，电网经济运行辅助决策系统根据步骤五的比较分析结果，采用专家系统作出决策；

步骤七，电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统，由SCADA系统对电网中的各个主变压器作出投切状态的调整。

2.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于：所述步骤一中，电网经济运行辅助决策系统采用标准的远动规约，通过数据接口从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据。

3.根据权利要求书2所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于：在所述的步骤一中，对采集到的电网运行数据进行坏数据初检、网络拓扑分析、量测系统可观测性分析和不良数据辨识检测。

4.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于：所述步骤二中，电网经济运行辅助决策系统利用Givens正交变换法对电网运行状态进行估计。

5.根据权利要求书4所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于：在利用Givens正交变换法进行估计处理时，首先对电网进行分块，在分块的基础上利用牛拉法迭代计算出系统各个节点的电压，最后利用潮流计算公式对整个电网的状态进行估计。

6.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于：所述步骤三中，主变压器损耗分析的包括主变压器的空载损耗、短路损耗和机械损耗。

7.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于：所述步骤四中，所述对整个电网进行潮流计算方法包括牛顿拉夫逊法和保留非线性法。

8.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于：在电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统之后，SCADA系统采用开环控制方式。

9.根据权利要求书1～8任一所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于，所述的步骤六还包括：电网经济运行辅助决策系统将步骤五的比较分析结果，绘成图形曲线发送至监视工作站。

10.根据权利要求书9所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于：所述的电网经济运行辅助决策系统还包括线损离线仿真及评估模块。

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