CN102280886B - 一种配电变压器经济运行判据算法系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及软硬件设计，嵌入式系统，电力配电变压系统，并涉及工业自动化控制技术，具体为一种配电变压器经济运行判据算法系统。全面构建两台配电变压器经济安全运行约束条件，以变压器运行综合功率损耗最小为目标，计及负载波动的影响，引入负载波动系数做动态计算，并将计算结果与构建的配电变压器安全运行的约束条件进行比较和修正，求出变压器经济运行模式参量判据及变压器投切时机。可同时满足两台容量及技术参数相同的变压器经济运行，或满足两台容量及技术参数不相同的变压器经济运行，并且两台变压器同时可以是并列运行方式，也可以是分列运行方式。

Description

一种配电变压器经济运行判据算法系统

技术领域

本发明涉及软硬件设计，嵌入式系统，电力配电变压系统，并涉及到工业自动化控制技术，具体为一种配电变压器经济运行判据算法系统。

背景技术

目前，在两台变压器供电系统中，主要手段是事先估算负荷量，采用容量相等或不等的两台或多台变压器，按特定的组合模式运行，或采用定时投切的方式，使变压器运行趋于合理，而投切操作多数是派人员到现场操作，因为实际用电负荷波动频繁，定时投切的方式不能动态跟踪，经常需要人工调整，工作量太大，难以掌握准确负荷变化趋势而及时调整。现阶段，电力系统非常缺乏实用的变压器经济运行自动投切装置，不能自适应，适用面窄。

配电变压器在运行过程中将产生两种损耗，即铁耗与铜耗，铁耗与变压器负荷大小无关，其数值与电压的平方成正比，铜耗与变压器负荷电流的平方成正比。运行变压器的损耗除铁耗外，还包括有功损耗、无功损耗，因此，为了达到电网节能降耗的目的，一个重要措施就是根据变压器负荷的变化，适时的切除轻载变压器，和适时的投入停运变压器以迎接负荷的增长，达到变压器的经济运行。变压器经济运行的概念是：装有备用变压器的用电单位，应优先选择功率损耗小的变压器投入运行，有多台变压器并列运行或分列运行的变电所，应按负载变化规律，选择最佳组合方式运行;在安全、经济、合理的条件下，使变压器在经济运行区的优选运行段内工作，使变压器经济运行，要实现变压器的经济运行，就必须求出变压器经济运行参量判据及变压器投切时机。

配电变压器经济运行判据计算方式主要是依据GB/T 13462-2008《电力变压器经济运行》标准规定的计算方法，但该计算方法仅给出理论计算公式，电网实际运行的变压器由于技术参数的不同，按公式计算求解时，可能会遇见方程式无解（即虚根或无穷大值）， 或计算结果超出变压器的额定值（SN）范围（即越限），导致求解无效。实现配电变压器经济运行根据经济运行判据进行投切变压器时，当实际负荷在临界功率定值上下波动时会导致变压器的频繁投切，其结果会诱发系统的扰动， 影响变压器的使用寿命，危害用电设备的使用安全，也会导致断路器的损坏。为避免出现在临界功率定值上下波动时导致频繁投切，目前最好的方法是采用短期负荷预测，但是，现阶段还没有出现一种较理想的负荷预测方法，来满足对变化频繁、幅度大、突发性较强、随机性较大的实际负荷的预测，由于预测的精度低导致负荷预测值无实际使用价值， 因此，必须寻求新的计算方法来解决此类难题。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种配电变压器经济运行判据算法系统。

本发明的具体技术方案如下：

全面构建两台配电变压器经济安全运行约束条件，以变压器运行综合功率损耗最小为目标，计及负载波动的影响，引入负载波动系数做动态计算，并将计算结果与构建的配电变压器安全运行的约束条件进行比较和修正，求出变压器经济运行模式参量判据及变压器投切时机，配电变压器经济安全运行约束条件构建方法是：

(1)对配电变压器经济运行理论计算值大于变压器额定容量值时进行修正，修正结果满足变压器安全运行模式参量判据；

(2)对配电变压器经济运行理论计算值出现虚根或无穷大值无解时，根据变压器实际实际负荷大小，依据动态损耗曲线，在变压器实际负荷在其额定值范围内，求出配电变压器经济运行模式参量判据；

(3)两台变压器经济运行，其负荷值达到经济运行判据参量的临界值时，为避免频繁投切变压器带来安全隐患，进行处理方法是：先用滤波算法去除实时采集干扰数据，计算实时负荷在三个时间段内采样值的移动平均值， 并对三个时间段内的移动平均值进行求导运算，求出其在对应在当前时刻的移动平均值的变化率，在此基础上，设定变压器经济运行判据参量的临界值的宽度量，当三个移动平均值的任一个值达到判据参量的临界值的宽度量范围值时，预测要投切的变压器再次投切时间间隔，比较变压器最小安全投切间隔值，判断当前变压器是否执行投切操作，从而确定变压器经济运行安全投切时机。

配电变压器经济运行理论计算值计算方法如下：两台变压器分别为A和B，其运行方式有A变压器单独运行带所有负荷，B变压器单独运行带所有负荷，A、B变压器同时运行共同带所有负荷，△P_0AZ 、△P_0BZ、△P_0ABZ 为变压器A运行、B运行、AB同时运行的空载综合损耗，△P_AZ 、△P_BZ、△P_ABZ 分别为变压器A运行、B运行、AB同时运行的综合损耗，Sa_b为变压器A和B之间综合功率临界负载功率， Sa_ab为变压器A和变压器AB之间综合功率临界负载功率，Sb_ab为变压器B和变压器AB之间综合功率临界负载功率，S为实际负荷，根据A、B变压器运行损耗特征曲线可知，当实际负荷S<Sa_b时，变压器A单独运行最经济，当实际负荷Sa_b＜S＜Sb_ab 时，变压器B单独运行最经济，当实际负荷S＞Sb_ab时，变压器A、B同时运行最经济。

配电变压器安全运行的约束条件共有如下7个：S为实际负荷，SNA为变压器A的额定容量值，SNB为变压器B的额定容量值；

约束条件1，当S<Sa_ab， 变压器A或变压器B运行， 当S>Sa_ab，变压器A变压器B同时运行， 此时 Sa_ab<SNA， Sa_ab<SNB；

约束条件2， 当S<SNA，变压器A运行，SNA<S<SNB， 变压器B运行，S>SNB， A、B变压器同时运行， 此时Sa_b与Sb_ab，无解或越限；

约束条件3， S<SNA， 变压器A运行，S>SNA， A、B变压器同时运行， 此时Sa_ab无解或越限，变压器B无单独运行的经济方式；

约束条件4， 当 S<SNA， 变压器A运行，SNA<S<Sb_ab， 变压器B运行， S>Sb_ab， A、B变压器同时运行，此时，Sa_b无解或越限，Sb_ab<SNB；

约束条件5， 当S<Sa_ab， 变压器A运行，S>Sa_ab， A、B变压器同时运行，  此时，变压器B无单独运行的经济运行方式，不考虑Sb_ab影响因数；

约束条件6， 当S<Sa_b， 变压器A运行，Sa_b<S<Sb_ab， 变压器B运行， S>Sb_ab，A、B变压器同时运行，此时，Sa_b<SNA， Sb_ab<SNA；

约束条件7，当 S<Sa_b， 变压器A运行， Sa_b<S<SNB， 变压器B运行，S>SNB， A、B变压器同时运行，此时Sa_b<SNA，Sb_ab无解或越限。

以上7项约束条件全部解决了电网实际运行的变压器由于技术参数的不同，按理论计算公式可能会遇见方程式无解（即虚根或无穷大值）， 或计算结果超出变压器的额定值（SN）范围，导致求解无效的问题，根据约束条件可准确求解配电变压器安全的经济运行模式参量判据。

在配电变压器经济运行根据经济运行计算判据结果进行投切变压器时，为避免在出现在临界功率定值上下波动时会导致变压器的频繁投切，本发明采用新的计算方法来解决：

在两台变压器经济运行时，其负荷值达到经济运行判据参量的临界值(S′)时，先用滤波算法去除实时采集干扰数据，计算实时负荷S在t1、t2、t3时间段（t1<t2<t3）的采样值的移动平均值St1， St2， St3。对St1， St2，St3进行求导运算，求出St1， St2， St3在当前时刻的变化率。设定变压器经济运行判据参量的临界值的△Stq1、△Stq2、△Stq3的宽度量。当St1达到S′±△Stq1，或St2达到 S′±△Stq2， 或St3达到S′±△Stq3范围值时，预测要投切的变压器再次投切时间间隔，比较变压器最小安全投切间隔值，判断当前变压器是否执行投切操作，由此确定变压器经济运行安全投切时机。

本发明提供的配电变压器经济运行判据算法系统，可广泛使用在嵌入式在线设备中，已通过计算机编程具体实现，可同时满足两台容量及技术参数相同的变压器经济运行，或满足两台容量及技术参数不相同的变压器经济运行，并且两台变压器同时可以是并列运行方式，也可以是分列运行方式，满足GB/T 13462-2008《电力变压器经济运行》国家标准的要求，准确求出变压器经济运行模式参量判据及变压器投切时机，实现配电变压的自适应，自动化控制。

附图说明

图1是本发明算法的计算程序流程图。

图2是变压器综合损耗曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施例：

ZLE-2-B/L型多功能配电变压器经济运行系统由主控单元、三相电力测控单元、火灾预警与安防报警单元、通信接口、数据存储器和箱体组成。主控单元通过内部总线分别连接三相电力测控单元、火灾预警与安防报警单元、通信接口、数据存储器，组成闭环集散控制体系。

三相电力测控单元采集变压器运行参数，传输给主控单元，由主控单元进行计算，并发送控制命令给三相电力测控单元执行自动投切动作。主控单元的算法如下：A、B两台变压器，变压器综合损耗曲线如附图2所示，图2中 △P_0AZ 、△P_0BZ 、△P_0ABZ 为变压器A、B、AB的空载综合损耗，△P_AZ 、△P_BZ 、△P_ABZ 分别为变压器A、B、AB的综合损耗，Sa_b为变压器A和B之间综合功率临界负载功率， Sa_ab为变压器A和变压器AB之间综合功率临界负载功率，Sb_ab为变压器B和变压器AB之间综合功率临界负载功率，S为实际负荷，其运行方式有： A变压器单独运行带所有负荷； B变压器单独运行带所有负荷；A、B变压器同时运行共同带所有负荷。

A、B变压器运行损耗特征曲线如附图2所示：由特性曲线可知，当实际负荷S<Sa_b时，变压器A单独运行最经济，当实际负荷Sa_b＜S＜Sb_ab 时，变压器B单独运行最经济，当实际负荷S＞Sb_ab时，变压器A、B同时运行最经济。

以上为理论计算结果，但在电网实际运行的变压器由于技术参数的不同，按公式计算求解时，可能会遇见曲线不相交，方程式无解（即出现虚根或无穷大值）， 或计算结果超出变压器的额定值（即越限）。因此构建出变压器安全运行约束条件。

本发明构建变压器安全经济运行共有七种约束条件，SNA为变压器A的额定容量值，SNB为变压器B的额定容量值，S为实际负荷。

约束条件1，当S<Sa_ab， 变压器A或变压器B运行， 当S>Sa_ab，变压器A变压器B同时运行， 此时 Sa_ab<SNA， Sa_ab<SNB；

约束条件2， 当S<SNA， 变压器A运行，SNA<S<SNB， 变压器B运行，S>SNB， A、B变压器同时运行， 此时Sa_b与Sb_ab，无解或越限；

约束条件3， S<SNA， 变压器A运行， S>SNA， A、B变压器同时运行， 此时Sa_ab无解或越限，变压器B无单独运行的经济方式；

约束条件4， 当 S<SNA， 变压器A运行， SNA<S<Sb_ab， 变压器B运行; S>Sb_ab， A、B变压器同时运行。 此时， Sa_b无解或越限， Sb_ab<SNB；

约束条件5， 当S<Sa_ab， 变压器A运行，S>Sa_ab， A、B变压器同时运行，  此时，变压器B无单独运行的经济运行方式，不考虑Sb_ab影响因数；

约束条件6， 当S<Sa_b， 变压器A运行， Sa_b<S<Sb_ab， 变压器B运行，S>Sb_ab，A、B变压器同时运行，此时，Sa_b<SNA， Sb_ab<SNA；

约束条件7，当 S<Sa_b， 变压器A运行， Sa_b<S<SNB， 变压器B运行，S>SNB， A、B变压器同时运行，此时Sa_b<SNA， Sb_ab无解或越限。

以上7项约束条件全部解决了电网实际运行的变压器由于技术参数的不同，按理论计算公式可能会遇见方程式无解（即虚根或无穷大值）， 或计算结果超出变压器的额定值（SN）范围，导致求解无效的问题，根据约束条件可准确求解配电变压器安全的经济运行模式参量判据。

在配电变压器经济运行根据经济运行计算判据结果进行投切变压器时，为避免在出现在临界功率定值上下波动时会导致变压器的频繁投切，本发明采用新的计算方法来解决。

解决方法是：在两台变压器经济运行时，其负荷值达到经济运行判据参量的临界值(S′)时，先用滤波算法去除实时采集干扰数据，计算实时负荷S在t1、t2、t3时间段（t1<t2<t3）的采样值的移动平均值St1， St2， St3。对St1， St2， St3进行求导运算，求出St1， St2， St3在当前时刻的变化率。设定变压器经济运行判据参量的临界值的△Stq1、△Stq2、△Stq3的宽度量。当St1达到S′±△Stq1，或St2达到 S′±△Stq2， 或St3达到S′±△Stq3范围值时，预测要投切的变压器再次投切时间间隔，比较变压器最小安全投切间隔值，判断当前变压器是否执行投切操作，由此确定变压器经济运行安全投切时机。

ZLE-2-B/L型多功能配电变压器经济运行系统能同时满足两台容量相同、技术参数相同或不同、容量不同技术参数相同或不同、两台同时运行时，可适应并列运行方式、分列运行方式的变压器经济运行的要求，能全面满足两台变压器经济运行的各种运行方式，完成变压器运行自动化控制，极大地提高电网运行的经济效益、减轻调度人员和运行人员的劳动强度；运行十分可靠，节能降耗的、安全性高，可轻松实现自动化远程监控。

Claims (2)

1.一种配电变压器经济运行判据算法系统，其特征在于：全面构建两台配电变压器经济安全运行约束条件，以变压器运行综合功率损耗最小为目标，计及负载波动的影响，引入负载波动系数做动态计算，并将计算结果与构建的配电变压器安全运行的约束条件进行比较和修正，求出变压器经济运行模式参量判据及变压器投切时机，配电变压器经济安全运行约束条件构建方法是：

(1)对配电变压器经济运行理论计算值大于变压器额定容量值时进行修正，修正结果满足变压器安全运行模式参量判据；

(2)对配电变压器经济运行理论计算值出现虚根或无穷大值无解时，根据变压器实际实际负荷大小，依据动态损耗曲线，在变压器实际负荷在其额定值范围内，求出配电变压器经济运行模式参量判据；

(3)两台变压器经济运行，其负荷值达到经济运行判据参量的临界值时，为避免频繁投切变压器带来安全隐患，进行处理方法是：先用滤波算法去除实时采集干扰数据，计算实时负荷在三个时间段内采样值的移动平均值， 并对三个时间段内的移动平均值进行求导运算，求出其在对应在当前时刻的移动平均值的变化率，在此基础上，设定变压器经济运行判据参量的临界值的宽度量，当三个移动平均值的任一个值达到判据参量的临界值的宽度量范围值时，预测要投切的变压器再次投切时间间隔，比较变压器最小安全投切间隔值，判断当前变压器是否执行投切操作，从而确定变压器经济运行安全投切时机；

所述的配电变压器经济运行理论计算如下：

两台变压器分别为A和B，其运行方式有A变压器单独运行带所有负荷，B变压器单独运行带所有负荷，A、B变压器同时运行共同带所有负荷，△P_0AZ 、△P_0BZ、△P_0ABZ 为变压器A运行、B运行、AB同时运行的空载综合损耗，△P_AZ 、△P_BZ、△P_ABZ 分别为变压器A运行、B运行、AB同时运行的综合损耗，Sa_b为变压器A和B之间综合功率临界负载功率， Sa_ab为变压器A和变压器AB之间综合功率临界负载功率，Sb_ab为变压器B和变压器AB之间综合功率临界负载功率，S为实际负荷，根据A、B变压器运行损耗特征曲线可知，当实际负荷S<Sa_b时，变压器A单独运行最经济，当实际负荷Sa_b＜S＜Sb_ab 时，变压器B单独运行最经济，当实际负荷S＞Sb_ab时，变压器A、B同时运行最经济。

2.根据权利要求1所述的一种配电变压器经济运行判据算法系统，其特征在于配电变压器安全运行的约束条件共有7个如下：

S为实际负荷，SNA为变压器A的额定容量值，SNB为变压器B的额定容量值，

约束条件1，当S<Sa_ab， 变压器A或变压器B运行， 当S>Sa_ab，变压器A变压器B同时运行， 此时 Sa_ab<SNA， Sa_ab<SNB；

约束条件2， 当S<SNA，变压器A运行，SNA<S<SNB， 变压器B运行，S>SNB， A、B变压器同时运行， 此时Sa_b与Sb_ab，无解或越限；

约束条件3， S<SNA， 变压器A运行，S>SNA， A、B变压器同时运行， 此时Sa_ab无解或越限，变压器B无单独运行的经济方式；

约束条件4， 当 S<SNA， 变压器A运行，SNA<S<Sb_ab， 变压器B运行， S>Sb_ab， A、B变压器同时运行，此时，Sa_b无解或越限，Sb_ab<SNB；

约束条件5， 当S<Sa_ab， 变压器A运行，S>Sa_ab， A、B变压器同时运行，  此时，变压器B无单独运行的经济运行方式，不考虑Sb_ab影响因数；

约束条件6， 当S<Sa_b， 变压器A运行，Sa_b<S<Sb_ab， 变压器B运行，S>Sb_ab，A、B变压器同时运行，此时，Sa_b<SNA， Sb_ab<SNA；

约束条件7，当 S<Sa_b， 变压器A运行， Sa_b<S<SNB， 变压器B运行，S>SNB， A、B变压器同时运行，此时Sa_b<SNA，Sb_ab无解或越限。

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