CN102914706A - 一种配电变压器更换的节能量测量与验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配电变压器更换的节能量测量与验证方法，所述方法包括以下步骤：确定项目测试边界并判断是否具备能耗计量条件；基于模型仿真系统建立配电变压器能耗仿真模型，得出配电变压器更换后的电能损耗量；通过实测结果得到配变电能实测损耗量，并校准配电变压器能耗仿真模型；采用所述配电变压器能耗仿真模型得到更换前旧有配变在报告期工况下的电能损耗量；得到进行配变更换后的报告期电能降损量。本发明提供的方法通过更换后的配变实测损耗和参数替换来仿真计算，即可得出旧有配变在报告期的电能降损量，大大简化了配电变压器更换的节能量测量与验证流程。

Description

一种配电变压器更换的节能量测量与验证方法

技术领域

本发明属于电力系统节能技术领域，具体涉及一种配电变压器更换的节能量测量与验证方法。

背景技术

供配电系统节能实际上包括了节电量和节电力两种情况：负荷曲线下方减小的面积表示电量的减少量，称之为节电量，单位为kWh，而负荷曲线的最大值（峰值负荷）的降低表示电力的减少量，称之为节电力，单位是kW。尽管两者都统称为节能降损方法，但两者的降损意义是完全不同的。一般来说，用户对减少电量的措施兴趣较大，而电力企业则更关注用户需量的降低，这样可以使电力企业不必额外投资增容，就可以满足已经很高且持续上升的峰荷。

在高效配电变压器更换项目的全流程中，节能量的测量与验证是节能改造项目的最后一步，但是节能量由于涉及到改造前后两个用能状态的对比；所以在改造前后的用能情况的准确掌握也是节能量验证的不可或缺的部分。根据国际能效测量与验证规范（IPMVP）阐述的四类方法，配变更换的节能量验证基本上都属于校验模拟的第四类，考虑到负荷的波动性，节能量并不等于改造前后基准期和报告期能耗实测的简单相减（E_b-E_r），而是在原有设备（未改造）在现有负荷情况下的仿真值E_ab；由于在仿真时需要采用原有设备的参数，所以但在实施改进措施之前应该对设备参数进行实测，或者通过实测负荷进行参数估计。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种配电变压器更换的节能量测量与验证方法，无需对配变更换前即基期的能效数据进行测量采集，不需要根据基期的负荷曲线来拟合报告期的负荷曲线，只需通过采集配电变压器更换后的配变电参数进行计算，即可得出配变的电能降损量，简化测量与验证的流程，并提高了对于配电变压器在铜损和铁损两个方面比较精确的节能量计算。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种配电变压器更换的节能量测量与验证方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：确定项目测试边界并判断是否具备能耗计量条件；

步骤2：基于模型仿真系统建立配电变压器能耗仿真模型，得出配电变压器更换后的电能损耗量；

步骤3：得到电能实测损耗量，并校准配电变压器能耗仿真模型；

步骤4：采用所述配电变压器能耗仿真模型得到配电变压器更换前的电能损耗量；

步骤5：得到配电变压器更换后的电能降损量。

所述步骤1中，根据需要改造的配电变压器能耗确定项目测试边界，根据项目中是否具有计量装置判断是否具备能耗计量条件。

所述步骤2中，配电变压器能耗仿真模型按如下方式建立：

配电变压器总功率损耗量ΔP_T铁损量P_Fe和铜损量P_Cu，其中，铁损量P_Fe和配电变压器运行电压U的平方成正比，铜损量P_Cu和配电变压器运行载荷S的平方成正比；

由于配电变压器的铁损量P_Fe近似等于配电变压器的空载损耗量P₀，即铁损量P_Fe为不变损耗；铜损随着配电变压器负载率的变化而变化，其为可变损耗，节能改造后配电变压器的电能损耗量用△E_T表示，其为总功率损耗量△P_T在进行节能改造后配电变压器运行时间T内的积分值，即：

${\mathrm{\ΔE}}_T={\∫}_T{\mathrm{\ΔP}}_T\mathrm{dt}={\∫}_T(P_{\mathrm{Fe}}+P_{\mathrm{Cu}})\mathrm{dt}$

$={\∫}_T({\left(\frac{U}{U_N}\right)}^2\·P_0{\left(\frac{S}{S_N}\right)}^2\·P_k)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$=P_0\·T+\frac{P_k}{{S_N}^2}\·{\∫}_T{S}^2\mathrm{dt}$

其中，U_N为配电变压器的额定电压。

所述步骤3中，通过实测得到电能实测损耗量，其为配电变压器高压侧电量与低压侧电量之差，通过最小二乘法拟合，校准配电变压器能耗仿真模型及相关参数使配电变压器的电能损耗量的仿真值与实际测量值偏差趋于合理值。

所述步骤4中，配电变压器更换前的电能损耗量用△E′_T表示，在报告期负荷的情况下，同时忽略电网运行电压对铁损量的影响，即认为电网运行电压与运行分接头电压相同，使用不同型号的变压器，将其中的负荷曲线的积分量用实测变损量通过变换后得到，即：

${{\mathrm{\ΔE}}_T}^{\′}={P_0}^{\′}\·T+\frac{{P_k}^{\′}}{{S_N}^{\′2}}\·{\∫}_T{S}^2\mathrm{dt}={P_0}^{\′}\·T+\frac{{P_k}^{\′}}{{S_N}^{\′2}}\·\frac{{\mathrm{\ΔE}}_T-P_0\·T}{P_k/{S_N}^2}---\left(2\right)$

其中，P₀′和P₀分别表示配电变压器更换前、后配电变压器的空载损耗功率，P_k′和P_k分别表示配电变压器更换前、后配电变压器的负载损耗功率，S_N′和S_N分别表示配电变压器更换前后配电变压器的容量，T为后配电变压器更换后配电变压器的运行时间。

所述步骤5中，配电变压器更换后的电能降损量用△(△E_T)表示，其单位为kWh，于是有：

$\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔE}}_T\right)={{\mathrm{\ΔE}}_T}^{\′}-{\mathrm{\ΔE}}_T=(\frac{{P_k}^{\′}{/S_N}^{\′2}}{P_k/{S_N}^2}-1)\·{\mathrm{\ΔE}}_T+({P_0}^{\′}-\frac{{P_k}^{\′}/{S_N}^{\′2}}{P_k/{S_N}^2}\·P_0)\·T---\left(3\right).$

若配电变压器更换前的高损变压器和配电变压器更换后的节能变压器容量相同且型号不同，则S_N′=S_N，相同容量且型号不同的节能变压器和高损变压器的电能降损量用△(△E_T)′表示，则有：

$\mathrm{\Δ}{\left({\mathrm{\ΔE}}_T\right)}^{\′}={{\mathrm{\ΔE}}_T}^{\′}-{\mathrm{\ΔE}}_T=(\frac{{P_k}^{\′}}{P_k}-1)\·{\mathrm{\ΔE}}_T+({P_0}^{\′}-\frac{{P_k}^{\′}}{P_k}\·P_0)\·T---\left(4\right)$

由于节能变压器采用非晶合金变压器，则有P_k′≈P_k，采用非晶合金变压器节能变压器和高损变压器的电能降损量△(△E_T)"表示为

△(△E_T)"＝(P′₀-P₀)·T    （5）。

根据得到的电能降损量制定节能量计算方案及表1所示的配电变压器改造项目节能量计算表格：

表1

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明能够科学、便捷的反映进行配变更换节能量测量与验证过程中的各属性要素，准确高效地评估其配变更换项目的节能效果；

2.本发明针对配电变压器更换制定科学便捷的节能量测量与验证方案，可以有效监测节能量，保证项目改造的节能经济效益；

3.本发明无需对配变更换前即基期的能效数据进行测量采集，不需要根据基期的负荷曲线来拟合报告期的负荷曲线，只需通过采集进行节能改造后的配变电参数进行计算，即可得出配变的节能量，大大简化了配电变压器更换的节能量测量与验证流程。

附图说明

图1是配电变压器更换的节能量测量与验证方法流程图；

图2是配电变压器更换前后节能量验证示意图；

图3是配电变压器Γ型等值电路图。

具体实施方式

下面结合图1-图3对本发明作进一步详细说明。

本发明将提出的配电变压器更换的节能量测量与验证方法应用在实际的中低压配电网改造中。从发明的配变更换节能量计算公式中可以看出，其中影响能耗的各因子的影响关系以及在配电变压器规划建设的不同阶段示例见下表2。

表2

在变压器选型时，主要应考虑变压器的容量选择：如果变压器容量过小，造成了过多的铜损；反之，如果容量过大，则相应的增加了铁损。由此，根据变压器需要供电的载荷，根据变压器的经济负载率来反推额定容量；是配电变压器节能降损的重要内容。

考虑到我国幅员辽阔，不同地区配电网受地方气候以及社会经济发展的影响较大，特意选择西部甘肃某地较落后地区的具有典型性的配电网公变台区进行了变压器更换前后的数据分析。

节能量测量与验证步骤：

1、确定项目边界；

确定改造边界是以改造配变两端作为边界。如图3所示，需要改造的配变（i—j）为Γ型等值电路。

试点的S7型高损耗配变共计27台，以28#公变为例，变压器更换前后的负载损耗、空载损耗参数如表3所示。

表3

变压器更换	变压器设备型号	负载损耗(kW)	空载损耗(kW)
				换前	S7400/10	5.8	0.92
换后	S11-400/10	4.3	0.57

2、配置计量装置；配置计量装置的步骤是在所改造配变两端安装计量装置，计量装置包括电压互感器、电流互感器、电能表。计量装置的准确度等级满足《DL/T448-2000电能计量装置技术管理规程》。

配变改造自2012年3月16日结束，电能表根据3月和4月末冻结表码值如表4，通过与互感器变比相乘得到实际的高低压的4月份（30日）报告期的电量值。

表4

3、确定统计报告期的实际变损；即确定统计报告期的时间段（30天）变压器更换后，变压器的实测变损△E_T=86400-85200=1200（kWh）。

4、根据计算表格和公式，确定变压器节能量。

编制填写测量数据的表格，主要包括能效参数、配电变压器更换前后的空载损耗和负载损耗，由于变压器更换前后容量不变，节能量公式简化为

$\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔE}}_T\right)=(\frac{{P_k}^{\′}}{P_k}-1)\·{\mathrm{\ΔE}}_T+({P_0}^{\′}-\frac{{P_k}^{\′}}{P_k}\·P_0)\·T=527\left(\mathrm{kWh}\right).$

5、统计报告期的推算。

由于目前一般节电量的统计周期按照1年，按照计量装置1年度的实际变损，根据同样的计算公式即可。如果根据现有统计周期（1个月）的变损，也可按照一定的负荷增长率推算，如按照月负荷增长率1%计算， ${\mathrm{\ΔE}}_T=1200\×\frac{1-{1.01}^2}{1-1.01}=15219\left(\mathrm{kWh}\right).$

6、由此，进行节能改造后年节电量为

$\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔE}}_T\right)=(\frac{{P_k}^{\′}}{P_k}-1)\·{\mathrm{\ΔE}}_T+({P_0}^{\′}-\frac{{P_k}^{\′}}{P_k}\·P_0)\·T=6633\left(\mathrm{kWh}\right).$

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种配电变压器更换的节能量测量与验证方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：确定项目测试边界并判断是否具备能耗计量条件；

步骤2：基于模型仿真系统建立配电变压器能耗仿真模型，得出配电变压器更换后的电能损耗量；

步骤3：得到电能实测损耗量，并校准配电变压器能耗仿真模型；

步骤4：采用所述配电变压器能耗仿真模型得到配电变压器更换前的电能损耗量；

步骤5：得到配电变压器更换后的电能降损量。

2.根据权利要求1所述的配电变压器更换的节能量测量与验证方法，其特征在于：所述步骤1中，根据需要改造的配电变压器能耗确定项目测试边界，根据项目中是否具有计量装置判断是否具备能耗计量条件。

3.根据权利要求1所述的配电变压器更换的节能量测量与验证方法，其特征在于：所述步骤2中，配电变压器能耗仿真模型按如下方式建立：

配电变压器总功率损耗量△P_T铁损量P_Fe和铜损量P_Cu，其中，铁损量P_Fe和配电变压器运行电压U的平方成正比，铜损量P_Cu和配电变压器运行载荷S的平方成正比；

由于配电变压器的铁损量P_Fe近似等于配电变压器的空载损耗量P₀，即铁损量P_Fe为不变损耗；铜损随着配电变压器负载率的变化而变化，其为可变损耗，节能改造后配电变压器的电能损耗量用△E_T表示，其为总功率损耗量△P_T在进行节能改造后配电变压器运行时间T内的积分值，即：

${\mathrm{\ΔE}}_T={\∫}_T{\mathrm{\ΔP}}_T\mathrm{dt}={\∫}_T(P_{\mathrm{Fe}}+P_{\mathrm{Cu}})\mathrm{dt}$

$={\∫}_T({\left(\frac{U}{U_N}\right)}^2\·P_0{\left(\frac{S}{S_N}\right)}^2\·P_k)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$=P_0\·T+\frac{P_k}{{S_N}^2}\·{\∫}_T{S}^2\mathrm{dt}$

其中，U_N为配电变压器的额定电压。

4.根据权利要求1所述的配电变压器更换的节能量测量与验证方法，其特征在于：所述步骤3中，通过实测得到电能实测损耗量，其为为配电变压器高压侧电量与低压侧电量之差，通过最小二乘法拟合，校准配电变压器能耗仿真模型及相关参数使配电变压器的电能损耗量的仿真值与实际测量值偏差趋于合理值。

5.根据权利要求1所述的配电变压器更换的节能量测量与验证方法，其特征在于：所述步骤4中，配电变压器更换前的电能损耗量用△E_T′表示，在报告期负荷的情况下，同时忽略电网运行电压对铁损量的影响，即认为电网运行电压与运行分接头电压相同，使用不同型号的变压器，将其中的负荷曲线的积分量用实测变损量通过变换后得到，即：

${{\mathrm{\ΔE}}_T}^{\′}={P_0}^{\′}\·T+\frac{{P_k}^{\′}}{{S_N}^{\′2}}\·{\∫}_T{S}^2\mathrm{dt}={P_0}^{\′}\·T+\frac{{P_k}^{\′}}{{S_N}^{\′2}}\·\frac{{\mathrm{\ΔE}}_T-P_0\·T}{P_k/{S_N}^2}---\left(2\right)$

其中，P₀′和P₀分别表示配电变压器更换前、后配电变压器的空载损耗功率，P_k′和P_k分别表示配电变压器更换前、后配电变压器的负载损耗功率，S_N′和S_N分别表示配电变压器更换前后配电变压器的容量，T为进行节能改造后配电变压器运行时间。

6.根据权利要求1所述的配电变压器更换的节能量测量与验证方法，其特征在于：所述步骤5中，配电变压器更换后的电能降损量用△(△E_T)表示，其单位为kWh，于是有：

$\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔE}}_T\right)={{\mathrm{\ΔE}}_T}^{\′}-{\mathrm{\ΔE}}_T=(\frac{{P_k}^{\′}{{/S}_N}^{\′2}}{P_k/{S_N}^2}-1)\·{\mathrm{\ΔE}}_T+({P_0}^{\′}-\frac{{P_k}^{\′}/{S_N}^{\′2}}{P_k/{S_N}^2}\·P_0)\·T---\left(3\right).$

7.根据权利要求6所述的配电变压器更换的节能量测量与验证方法，其特征在于：若进行改造前的高损变压器和进行改造后的节能变压器容量相同且型号不同，则S_N′=S_N，相同容量且型号不同的节能变压器和高损变压器的电能降损量用△(△E_T)′表示，则有：

$\mathrm{\Δ}{\left({\mathrm{\ΔE}}_T\right)}^{\′}={{\mathrm{\ΔE}}_T}^{\′}-{\mathrm{\ΔE}}_T=(\frac{{P_k}^{\′}}{P_k}-1)\·{\mathrm{\ΔE}}_T+({P_0}^{\′}-\frac{{P_k}^{\′}}{P_k}\·P_0)\·T---\left(4\right)$

由于节能变压器采用非晶合金变压器，则有P_k′≈P_k，采用非晶合金变压器节能变压器和高损变压器的电能降损量△(△E_T)"表示为

△(△E_T)"＝(P′₀-P₀)·T        (5）。

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