CN103267914B - 变压器无功补偿的降损效果实证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器无功补偿的降损效果实证方法，包括以下步骤：选取变压器作为研究对象，根据该变压器额定系数选取该变压器的等值电阻，并选取某两个典型量测日作为研究的时间周期；将选取量测点，计算有功功率损耗值；选取五个典型量测日的数据记录，计算该变压器有功功率损耗区间值；计算变压器电量损耗折算区间值；将采用无功补偿后量测得到变压器损耗值与电网电量损耗折算区间值进行比较即可得出无功补偿的降损效果。实现将变压器损耗量测策略与衡量无功补偿降损效果的实证进行整合，从而无需开展繁杂的电网分析，便可清晰，简单的量化无功补偿节能效果的优点。

Description

变压器无功补偿的降损效果实证方法

技术领域

本发明涉及高压输送领域，具体地，涉及一种变压器无功补偿的降损效果实证方法。

背景技术

目前，针对变压器的低压侧进行无功补偿，将可有效降低变压器的无功负荷，提升变压器负荷的功率因数，对变压器节能降损具有十分重要的作用。然而，通常来讲，在某一时间段内，变压器实施无功补偿前后所面临的负荷状态并不一致。因此，两次损耗量的量测结果不仅反映无功补偿设备投运的效果，而且在更大程度上受负荷变化的影响，量测结果难以直接应用于节能效果的实证。

现有的对配电网变压器进行无功补偿主要有两种方式：变电站集中补偿和配变低压集中补偿。其中变电站集中补偿将无功补偿装置装设在10kV侧（如图1中补偿方式1），配变低压集中补偿将无功补偿装置装设在配变低压侧（如图1中补偿方式2）。

关于无功补偿后节能降损效果评估技术，国内学者大多提出通过构造一个补偿前后相同结构和负荷的网络拓扑，来解决补偿前后网络由于时段不同、负荷不同所致网络不一致的问题，构造方法有迭代法、虚拟补偿前网络法与基于变压器电量的等值电阻法相结合的评估方法等，提供对动态无功补偿效果的评估，从而计算无功补偿装置所产生的降损效益。

现有对于变压器无功补偿节能效果的评判都是基于采用无功补偿前后的变压器功率的量测，而没有涉及到无功补偿前后变压器电量损耗的量测。因需开展繁杂的电网分析使得操作比较繁琐。并且现有的节能降损效果评估技术不能将无功补偿节能效果进行直观的量化。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种变压器无功补偿的降损效果实证方法，以实现将变压器损耗量测策略与衡量无功补偿降损效果的实证进行整合，从而无需开展繁杂的电网分析，便可清晰，简单的量化无功补偿节能效果的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种变压器无功补偿的降损效果实证方法，包括以下步骤：

步骤一：选取变压器作为研究对象，根据该变压器额定系数选取该变压器的等值电阻，并选取某两个典型量测日作为研究的时间周期；

步骤二：将上述选取的其中一个典型量测日作为装设无功补偿设备前的量测日，测量得到该典型量测日中该变压器电量损耗值；将上述选取的另一个典型量测日作为装设无功补偿设备后的量测日，量测得到该量测日中变压器电量损耗值，同时在选取该变压器的高压侧尾量测点，分段记录该测量点的有功功率Pi、无功功率Qi和电压Ui的数据（其中i=0,1,2…）；

步骤三：根据上述步骤二中得到的有功功率Pi、无功功率Qi和电压Ui的数据，结合变压器等值电阻，计算得到该变压器有功功率损耗值；

步骤四：从上述变压器高压侧量测点中的电网状态数据库中调取装设无功补偿设备前的五个典型量测日的数据记录，每个记录都包含该典型量测日全天有功电量Aa、全天无功电量Ar、有功功率P、无功功率Q和电压U；

步骤五：根据步骤四中得到数据，计算该变压器有功功率损耗区间值；

步骤六：结合步骤五得到的变压器有功功率损耗区间值和步骤三中得到变压器有功功率损耗值，计算得到变压器电量损耗折算区间值；

步骤七：将采用无功补偿后量测得到变压器损耗值与电网电量损耗折算区间值进行比较即可得出无功补偿的降损效果。

根据本发明的优选实施例，上述步骤二中对该变压器进行电量损耗量测的方法如下：在变压器的高压侧和低压侧分别安装变压器量测终端装置，并在所选取的典型量测日中分别量测得到高压侧和低压侧的电量值和，则变压器的电量损耗值为：

。

根据本发明的优选实施例，上述步骤三中变压器有功功率损耗值（i=0,1,2…）的求取采用下列公式：

式中，Pi为有功功率、Qi为无功功率，Ui为电压，为变压器等值电阻。

根据本发明的优选实施例，上述步骤五中变压器有功功率损耗区间值的计算方法如下：

根据步骤四中得到的五个典型量测日的数据记录，对于每个数据记录，可计算得到对应的变压器高压侧量测点处形状系数区间值，将计算得到的五个形状系数区间值设为；

对于步骤四中得到的五个典型量测日的数据记录记为j个数据记录（），计算变压器有功功率损耗，如下式表示：

其中，K为形状系数，Aa为典型量测日全天有功电量、Ar为典型量测日全天无功电量，为变压器等值电阻，为第j（）个记录中电压U的算术平均值；

由上式（）为一个区间值，则表示为：

式中，和分别为形状系数区间值的下限值和上限值，Aa为典型量测日全天有功电量、Ar为典型量测日全天无功电量，为变压器等值电阻；

根据计算得到的变压器有功功率损耗区间值（j=1,2,…5），令，，则变压器有功功率损耗区间值最终确定为，其中，为变压器有功功率损耗最终区间下限值，为变压器有功功率损耗最终区间上限值。

根据本发明的优选实施例，上述步骤六中变压器电量损耗折算区间值的求取步骤如下：

由上述已知（i=0,1,2…）与变压器有功功率损耗区间值，求出的上限值和下限值；

通过作图将i个值描绘在图上并通过依次连接这i个点得到变压器有功功率损耗上限曲线，设该曲线为A；用同样的方法根据i个值得到变压器有功功率损耗下限曲线，设该曲线为B；

曲线A与时间横轴t之间的面积值即为变压器电量损耗区间上限值，曲线B与时间横轴t之间的面积值即为变压器电量损耗区间下限值，最终得到变压器电量损耗折算区间值。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过根据当地量测水平对采用无功补偿前后的变压器进行电量损耗量测，得到采用无功补偿前后的变压器电量损耗值；同时在采用无功补偿后的变压器损耗量测中，记录变压器高压侧的运行状态（有功功率P、无功功率Q和电压U），同时结合当地电网运行的变压器高压侧历史运行状态的数据以及变压器额定数据，将采用无功补偿前的变压器电量损耗值进行折算，使折算后的电量损耗值与采用无功补偿后的电量损耗值处于同一基准，最终使采用无功补偿前后的电量损耗值变得可以比较，无需开展繁杂的电网分析，便可清晰，简单的达到了量化无功补偿节能效果的目的。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有技术中对配电网变压器进行无功补偿中两种方式的示意图；

图2为本发明的实施例中变压器无功补偿降损效果测量与实证框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种变压器无功补偿的降损效果实证方法，包括以下步骤：

步骤一：选取变压器作为研究对象，根据该变压器额定系数选取该变压器的等值电阻，并选取某两个典型量测日作为研究的时间周期；

步骤二：将上述选取的其中一个典型量测日作为装设无功补偿设备前的量测日，测量得到该典型量测日中该变压器电量损耗值；将上述选取的另一个典型量测日作为装设无功补偿设备后的量测日，量测得到该量测日中变压器电量损耗值，同时在选取该变压器的高压侧尾量测点，分段记录该测量点的有功功率Pi、无功功率Qi和电压Ui的数据（其中i=0,1,2…）；

步骤三：根据上述步骤二中得到的有功功率Pi、无功功率Qi和电压Ui的数据，结合变压器等值电阻，计算得到该变压器有功功率损耗值；

步骤四：从上述变压器高压侧量测点中的电网状态数据库中调取装设无功补偿设备前的五个典型量测日的数据记录，每个记录都包含该典型量测日全天有功电量Aa、全天无功电量Ar、有功功率P、无功功率Q和电压U；

步骤五：根据步骤四中得到数据，计算该变压器有功功率损耗区间值；

步骤六：结合步骤五得到的变压器有功功率损耗区间值和步骤三中得到变压器有功功率损耗值，计算得到变压器电量损耗折算区间值；

步骤七：将采用无功补偿后量测得到变压器损耗值与电网电量损耗折算区间值进行比较即可得出无功补偿的降损效果。

其中，步骤二中对该变压器进行电量损耗量测的方法如下：在变压器的高压侧和低压侧分别安装变压器量测终端装置，并在所选取的典型量测日中分别量测得到高压侧和低压侧的电量值和，则变压器的电量损耗值为：

。

步骤三中变压器有功功率损耗值（i=0,1,2…）的求取采用下列公式：

式中，Pi为有功功率、Qi为无功功率，Ui为电压，为变压器等值电阻。

步骤五中变压器有功功率损耗区间值的计算方法如下：

根据步骤四中得到的五个典型量测日的数据记录，对于每个数据记录，可计算得到对应的变压器高压侧量测点处形状系数区间值，将计算得到的五个形状系数区间值设为；

对于步骤四中得到的五个典型量测日的数据记录记为j个数据记录（），计算变压器有功功率损耗，如下式表示：

其中，K为形状系数，Aa为典型量测日全天有功电量、Ar为典型量测日全天无功电量，为变压器等值电阻，为第j（）个记录中电压U的算术平均值；

由上式（）为一个区间值，则表示为：

式中，和分别为形状系数区间值的下限值和上限值，Aa为典型量测日全天有功电量、Ar为典型量测日全天无功电量，为变压器等值电阻；

根据计算得到的变压器有功功率损耗区间值（j=1,2,…5），令，，则变压器有功功率损耗区间值最终确定为，其中，为变压器有功功率损耗最终区间下限值，为变压器有功功率损耗最终区间上限值。

步骤六中变压器电量损耗折算区间值的求取步骤如下：

由上述已知（i=0,1,2…）与变压器有功功率损耗区间值，求出的上限值和下限值；

通过作图将i个值描绘在图上并通过依次连接这i个点得到变压器有功功率损耗上限曲线，设该曲线为A；用同样的方法根据i个值得到变压器有功功率损耗下限曲线，设该曲线为B；

曲线A与时间横轴t之间的面积值即为变压器电量损耗区间上限值，曲线B与时间横轴t之间的面积值即为变压器电量损耗区间下限值，最终得到变压器电量损耗折算区间值。

下文以i其95为例，如图2所示：

（1）选取某地区配电网变电站某变压器作为研究对象，根据该变压器铭牌上的额定值求取该变压器等值电阻。并选取某两个典型量测日作为研究的时间周期；

（2）将已选取的其中一个典型量测日作为装设无功补偿设备前的量测日，量测得到该量测日的该变压器电量损耗；将已选取的另一个典型量测日作为装设无功补偿设备后的量测日，量测得到该量测日的变压器电量损耗。同时在所研究变压器高压侧量测点中，每隔一段时间（如15分钟，以下分析均以15分钟为例）记录有功功率Pi、无功功率Qi和电压Ui的数据（i=0,1,2…95）；

将施加无功补偿前后量测得到的数据记录于表格中，

变压器进行电量损耗量测的方法如下：在变压器的高压侧和低压侧分别安装变压器量测终端装置，并在所选取的典型量测日中分别量测得到高压侧和低压侧的电量值和，则变压器的电量损耗值为：

，即代表和。

（3）根据（2）中得到的96组有功功率Pi、无功功率Qi和电压Ui的数据记录，结合变压器等值电阻，计算得到96组变压器有功功率损耗值（i=0,1,2…95）；变压器有功功率损耗值（i=0,1,2…95）的求取采用下列公式：

式中，Pi为有功功率、Qi为无功功率，Ui为电压，为变压器等值电阻。

（4）从所研究变压器高压侧量测点中的电网状态数据库中调取装设无功补偿设备前某五个典型量测日的数据记录。每个记录都包含该典型量测日全天有功电量Aa、全天无功电量Ar、96组有功功率P、无功功率Q和电压U；

将施加无功补偿前的每个数据记录于表格中。

（5）根据（4）中得到数据，计算确定所研究变压器有功功率损耗区间值；

变压器有功功率损耗区间值的计算方法如下：

（5.1）根据（4）中得到的五个数据记录，对于每个数据记录，可计算得到对应的变压器高压侧量测点处形状系数区间值。将计算得到的五个形状系数区间值设为；

（5.2）对于（4）中得到的第j个数据记录（），计算变压器有功功率损耗，如下式表示：

其中，K为形状系数，Aa为典型量测日全天有功电量、Ar为典型量测日全天无功电量，为变压器等值电阻，为第j（）个记录中96组电压U的算术平均值；

（5.3）由于上式（）为一个区间值，则也应用区间表示，即

式中，和分别为（5.1）中形状系数区间值的下限值和上限值，Aa为典型量测日全天有功电量、Ar为典型量测日全天无功电量，为变压器等值电阻。

（5.4）根据计算得到的变压器有功功率损耗区间值（j=1,2,…5），令、，则变压器有功功率损耗区间值最终确定为。其中，为变压器有功功率损耗最终区间下限值，为变压器有功功率损耗最终区间上限值。

（6）结合（5）中得到的变压器有功功率损耗区间值和（3）中得到的96组变压器有功功率损耗值，计算得到变压器电量损耗折算区间值；

变压器电量损耗折算区间值的求取步骤如下：

（6.1）由已知96个（i=0,1,2…95）与变压器有功功率损耗区间值，求出的上限值和下限值；

（6.2）通过作图，将96个值描绘在图上并通过依次连接这96个点得到变压器有功功率损耗上限曲线，设该曲线为A；用同样的方法根据96个值得到变压器有功功率损耗下限曲线，设该曲线为B；

（6.3）曲线A与时间横轴t之间的面积值即为变压器电量损耗区间上限值，曲线B与时间横轴t之间的面积值即为变压器电量损耗区间下限值，最终得到变压器电量损耗折算区间值。

（7）将采用无功补偿后量测得到变压器损耗与电网电量损耗折算区间值进行比较即得出损耗效果。

典型量测日：为测量的数据比较具有典型代表意义的测量日。

综上所述，本发明技术方案还具有以下效果：

1、采用实际量测值作为研究变压器损耗的基础，符合实际运行工况，避免了通过损耗计算软件计算得到的损耗值存在的误差；

2、采用无功补偿前后的变压器损耗值归化至同一电网状态水平上，解决了采用无功补偿前后的变压器损耗值不直接可比的问题；

3、思路清晰，所采用的算法各步骤物理意义明确，解决了无功补偿的节能潜力及效果必须依赖虚拟电网进行电网分析才能量化的问题；

4、本发明避免了使用复杂的电网分析计算方法，易于操作和推广，符合工程实际，具有普遍的应用价值；

5、提出的算法考虑了变压器采用无功补偿前后的运行状态变化，采取折算的思路，解决了变压器损耗值不直接可比的问题，使分析结果客观准确；

6、可用于配电变压器无功补偿的节能量计算和能效评估等节能服务工作中，能够为国家电网公司节能服务体系建设和国家节能减排工作提供有力支持。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种变压器无功补偿的降损效果实证方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：选取变压器作为研究对象，根据该变压器额定系数选取该变压器的等值电阻R_Teq，并选取某两个典型量测日作为研究的时间周期；

步骤二：将上述选取的其中一个典型量测日作为装设无功补偿设备前的量测日，测量得到该典型量测日中该变压器电量损耗值ΔA_before；将上述选取的另一个典型量测日作为装设无功补偿设备后的量测日，量测得到该量测日中变压器电量损耗值ΔA_after，同时再选取该变压器的高压侧为量测点，分段记录该量测点的有功功率P_i、无功功率Q_i和电压U_i的数据，其中i＝0,1,2…；

步骤三：根据上述步骤二中得到的有功功率P_i、无功功率Q_i和电压U_i的数据，结合变压器等值电阻R_Teq，计算得到该变压器有功功率损耗值ΔP_after·i；

步骤四：从上述变压器高压侧量测点中的电网状态数据库中调取装设无功补偿设备前的五个典型量测日的数据记录，每个记录都包含该典型量测日全天有功电量A_a、全天无功电量A_r、有功功率P、无功功率Q和电压U；

步骤五：根据步骤四中得到数据，计算该变压器有功功率损耗区间值

步骤六：结合步骤五得到的变压器有功功率损耗区间值和步骤三中得到的变压器有功功率损耗值ΔP_after·i，计算得到变压器电量损耗折算区间值

步骤七：将采用无功补偿后量测得到变压器电量损耗值ΔA_after与变压器电量损耗折算区间值进行比较即可得出无功补偿的降损效果。

2.根据权利要求1所述的一种变压器无功补偿的降损效果实证方法，其特征在于，

上述步骤二中对该变压器进行电量损耗值量测的方法如下：在变压器的高压侧和低压侧分别安装变压器量测终端装置，并在所选取的典型量测日中分别量测得到高压侧和低压侧的电量值A_high和A_low，则变压器的电量损耗值ΔA为：

ΔA＝A_high-A_low。

3.根据权利要求1所述的一种变压器无功补偿的降损效果实证方法，其特征在于，

上述步骤三中变压器有功功率损耗值ΔP_after·i的求取采用下列公式，i＝0，1，2…：

${\mathrm{\ΔP}}_{after\·i}=\frac{P_i^2+Q_i^2}{U_i^2}{R}_{Teq}$

式中，P_i为有功功率、Q_i为无功功率，U_i为电压，R_Teq为变压器等值电阻。

4.根据权利要求1所述的一种变压器无功补偿的降损效果实证方法，其特征在于，

上述步骤五中变压器有功功率损耗区间值的计算方法如下：

根据步骤四中得到的五个典型量测日的数据记录，对于每个数据记录，可计算得到对应的变压器高压侧量测点处形状系数区间值，将计算得到的五个形状系数区间值设为

对于步骤四中得到的五个典型量测日的数据记录记为j个数据记录，j＝1,2,...,5，计算变压器有功功率损耗，如下式表示：

${\mathrm{\ΔP}}_{total\·j}=K^2\frac{A_a^2+A_r^2}{U_{av}^2}{R}_{Teq}$

其中，K为形状系数，A_a为典型量测日全天有功电量、A_r为典型量测日全天无功电量，R_Teq为变压器等值电阻，U_av为第j个记录中电压U的算术平均值，j＝1,2,...,5；

由上式为一个区间值j＝1,2,...,5，则ΔP_total·j表示为：

${\mathrm{\ΔP}}_{total\·j}=\[{\left(\underset{\‾}{k_j}\right)}^2\frac{A_a^2+A_r^2}{U_{av}^2}{R}_{Teq},{\left(\stackrel{\‾}{k_j}\right)}^2\frac{A_a^2+A_r^2}{U_{av}^2}{R}_{Teq}\]=\[\underset{\‾}{{\mathrm{\ΔP}}_{total\·j}},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ΔP}}_{total\·j}}\]$

式中，k _j 和分别为形状系数区间值的下限值和上限值，A_a为典型量测日全天有功电量、A_r为典型量测日全天无功电量，R_Teq为变压器等值电阻；

根据计算得到的变压器有功功率损耗区间值j＝1,2,…5，令则变压器有功功率损耗区间值最终确定为其中，ΔP _total 为变压器有功功率损耗最终区间下限值，为变压器有功功率损耗最终区间上限值。

5.根据权利要求2所述的一种变压器无功补偿的降损效果实证方法，其特征在于，

上述步骤六中变压器电量损耗折算区间值的求取步骤如下：

由上述已知ΔP_after·i与变压器有功功率损耗区间值i＝0,1,2…，求出ΔP_after·i的上限值和下限值

通过作图将i个值描绘在图上并通过依次连接这i个点得到变压器有功功率损耗上限曲线，设该曲线为A；用同样的方法根据i个ΔP _after·i 值得到变压器有功功率损耗下限曲线，设该曲线为B；

曲线A与时间横轴t之间的面积值即为变压器电量损耗区间上限值曲线B与时间横轴t之间的面积值即为变压器电量损耗区间下限值ΔA _after ，最终得到变压器电量损耗折算区间值