CN103678819A - 一种配电变压器节能量测量与评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电变压器节能量测量与评估方法，(1)数据准备；(2)建立配电变压器能耗仿真模型；(3)利用模糊推理和前推回代法求得电能实测损耗量，并校准配电变压器能耗仿真模型；(4)根据求得的电能实测损耗量进行评分；(5)根据评分计算出相应的评价值；本发明能够科学、便捷的反映进行配电变压器能量测量与评估方法中的各属性要素，准确高效地评估本发明的节能效果，可以有效监测节能量，保证项目改造的节能经济效益。

Description

一种配电变压器节能量测量与评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统节能技术领域，尤其涉及一种配电变压器节能量测量与评估方法。

背景技术

配电变压器，是指用于配电系统中根据电磁感应定律变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。我国变压器产品按电压等级一般可分为特高压(750KV及以上)、超高压(500KV)变压器、220-110KV变压器、35KV及以下变压器。配电变压器通常是指运行在配电网中电压等级为10-35KV、容量为6300KVA及以下直接向终端用户供电的电力变压器。

2000年以来，由于受到城乡电网改造工程的拉动，中国配电变压器行业保持了良好的发展势头。据《2013-2017年中国配电变压器行业市场需求预测与投资战略规划分析报》数据显示，2008年中国配电变压器的年产量超过4亿KVA，约占全部变压器年产量近40%。2010年中国变压器产量达到12.23亿KVA，按照40%比例计算，估计2010年新增配电变压器产量达5.34亿KVA。2010年配电变压器制造业实现产值约425.18亿元，同比增长18.84%。

随着我国“节能降耗”政策的不断深入，国家鼓励发展节能型、低噪音、智能化的配电变压器产品。在网运行的部分高能耗配电变压器已不符合行业发展趋势，面临着技术升级、更新换代的需求，未来将逐步被节能、节材、环保、低噪音的变压器所取代。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种配电变压器节能量测量与评估方法，建立配电变压器能效评估体系，该体系构建了一整套全过程的变电站综合能效评价方法，该评估体系能比较科学、完整地综合反映变电站能源消耗的各属性要素；全面地应用现有的综合评价方法。该体系理论清晰，更加剧有科学性和针对性，为变电站的能效评估和节能改造提出了一种崭新的思路和方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种配电变压器节能量测量与评估方法，包括以下步骤：

(1)数据准备；

(2)建立配电变压器能耗仿真模型；

(3)利用模糊推理和前推回代法求得电能实测损耗量，并校准配电变压器能耗仿真模型；

(4)根据求得的电能实测损耗量进行评分；

(5)根据评分计算出相应的评价值。

所述步骤(1)中数据准备包括配电变压器馈线出口以及安装有采集终端的配电变压器出口的电压，有功功率、无功功率，有功电量、无功电量，功率因数等。

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△ET表示，其为总功率损耗量△PT在进行节能改造后配电变压器运行时间T内的积分值，即：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{E}_T=\underset{T}{\∫}\mathrm{\Δ}{P}_T\mathrm{dt}=\underset{T}{\∫}(P_{\mathrm{Fe}}+P_{\mathrm{Cu}})\mathrm{dt}\\ =\underset{T}{\∫}({\left(\frac{U}{U_N}\right)}^2.P_0+({\left(\frac{S}{S_N}\right)}^2{.P}_k)\mathrm{dt}\\ =P_0.T+\frac{P_K}{{S_N}^2}.\underset{T}{\∫}{S}^2\mathrm{dt}\end{array}$

其中，U_N为配电变压器的额定电压。

所述步骤(3)中模糊推理采用Zadeh的模糊推理算法，具体步骤如下：

Zadeh定义的表示模糊逻辑推理基本形式的大前提的模糊关系五有两种形式，分别记为和

令

分别为X，Y中的模糊集合：

$\tilde{A}=\underset{X}{\∫}{\mathrm{\μ}}_{\tilde{A}}\left(x\right)\mathrm{dx}$

$\tilde{B}=\underset{Y}{\∫}{\mathrm{\μ}}_{\tilde{B}}\left(y\right)\mathrm{dy}$

X∈X，Y∈Y，用×，∪，∩，-，

分别表示模糊集合的笛卡尔积、并、交、补和有界和，由“如果x是则Y是”的推理句，Zadeh定义的X×Y的模糊关系

和分别为：

肯定前件式的结论可由推理合成规则得出：

所述步骤(3)中前推回代法，具体步骤如下

①线路上所有非实时量测节点的电压设定初值，U_k＝10kV；k＝1,2,3…；

②由末梢节点向变压器节点，按支线等级由高向低推算各节点的每小时注入功率及每条支线的损耗，

$\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{lossij}}=r_{\mathrm{ij}}({P_j}^2+{Q_j}^2)/{U_j}^2\\ Q_{\mathrm{lossij}}=x_{\mathrm{ij}}({P_j}^2+{Q_j}^2)/{U_j}^2\end{array}---\left(1\right)$

$\begin{array}{c}{P}_i=P_j+P_{\mathrm{lossij}}\\ Q_i=Q_j+Q_{\mathrm{lossij}}\end{array}---\left(2\right)$

③求得馈线首段功率修正量，即前推过程得到的变压器节点每小时平均功率与变压器节点实际量测值的差ΔP，若|ΔP|＞ε，ε取10^-5，对非实时量测负荷节点的每小时注入功率进行修正并检查是否超出各配本身的容量，返回②；否则继续下一步；

④根据节点注入功率由变压器节点向末梢节点，按支线等级由低到高推导节点电压，

$U_j=\sqrt{{(U_i-\frac{P_i{r}_{\mathrm{ij}}+Q_i{x}_{\mathrm{ij}}}{U_i})}^2+{\left(\frac{P_i{x}_{\mathrm{ij}}+Q_i{r}_{\mathrm{ij}}}{U_i}\right)}^2}---\left(3\right)$

⑤计算节点电压幅值的修正量ΔU_i(n+1)

ΔU_i(n+1)＝|U_i(n+1)-U_i(n)|     (4)

⑥计算节点电压幅值修正量的最大值U_max

U_max＝max(ΔU_i(n+1))     (5)

⑦判别收敛条件，ε为收敛值，ε取10^-5，若满足U_max＜ε，则得到电压计算结果，跳出循环，否则，重复②～⑥，直到满足收敛条件；

式（1）～（5）中，i为支线的接入上一级支线的节点号，j为本支线的特征节点号；P_lossij、Q_lossij分别为有功、无功功率损耗；P_i、Q_i、P_j、Q_j分别为节点i、j的注入有功、无功功率；r_ij、x_ij分别为支线的电阻、阻抗；U_i、U_j分别为节点i、j的电压；n为迭代次数。

所述步骤（4）中评分的具体方法为：设评分为ρ＝[ρ₁，ρ₂，…，ρ_n]，其中ρ₁，ρ₂，…，ρ_n为不同评价方法做出的评分，n为自然数，其数值大小等于评价方法的数量。

所述步骤（5），其具体方法为：评价值为

本发明的有益效果：

1.本发明能够科学、便捷的反映进行配电变压器能量测量与评估方法中的各属性要素，准确高效地评估本发明的节能效果，可以有效监测节能量，保证项目改造的节能经济效益；

2.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的节能量测量与评估流程。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种配电变压器节能量测量与评估方法，包括以下步骤：

(1)数据准备；

(2)建立配电变压器能耗仿真模型；

(3)利用模糊推理和前推回代法求得电能实测损耗量，并校准配电变压器能耗仿真模型；

(4)根据求得的电能实测损耗量进行评分；

(5)根据评分计算出相应的评价值；

步骤(1)中数据准备包括配电变压器馈线出口以及安装有采集终端的配电变压器出口的电压，有功功率、无功功率，有功电量、无功电量，功率因数等。

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△ET表示，其为总功率损耗量△PT在进行节能改造后配电变压器运行时间T内的积分值，即：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{E}_T=\underset{T}{\∫}\mathrm{\Δ}{P}_T\mathrm{dt}=\underset{T}{\∫}(P_{\mathrm{Fe}}+P_{\mathrm{Cu}})\mathrm{dt}\\ =\underset{T}{\∫}({\left(\frac{U}{U_N}\right)}^2.P_0+({\left(\frac{S}{S_N}\right)}^2{.P}_k)\mathrm{dt}\\ =P_0.T+\frac{P_K}{{S_N}^2}.\underset{T}{\∫}{S}^2\mathrm{dt}\end{array}$

其中，UN为配电变压器的额定电压。

步骤(3)中模糊推理采用Zadeh的模糊推理算法，具体步骤如下：

Zadeh定义的表示模糊逻辑推理基本形式的大前提的模糊关系五有两种形式，分别记为

和令

分别为X，Y中的模糊集合：

$\tilde{A}=\underset{X}{\∫}{\mathrm{\μ}}_{\tilde{A}}\left(x\right)\mathrm{dx}$

$\tilde{A}=\underset{X}{\∫}{\mathrm{\μ}}_{\tilde{A}}\left(x\right)\mathrm{dx}$

X∈X，Y∈Y。用×，∪，∩，-，

分别表示模糊集合的笛卡尔积、并、交、补和有界和。由“如果x是

则Y是

”的推理句，Zadeh定义的X×Y的模糊关系

和

分别为：

肯定前件式的结论可由推理合成规则得出：

步骤(3)中前推回代法，具体步骤如下

①线路上所有非实时量测节点的电压设定初值，U_k＝10kV；k＝1,2,3,…。

②由末梢节点向变压器节点，按支线等级由高向低推算各节点的每小时注入功率及每条支线的损耗，

$\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{lossij}}=r_{\mathrm{ij}}({P_j}^2+{Q_j}^2)/{U_j}^2\\ Q_{\mathrm{lossij}}=x_{\mathrm{ij}}({P_j}^2+{Q_j}^2)/{U_j}^2\end{array}---\left(1\right)$

$\begin{array}{c}{P}_i=P_j+P_{\mathrm{lossij}}\\ Q_i=Q_j+Q_{\mathrm{lossij}}\end{array}---\left(2\right)$

③求得馈线首段功率修正量，即前推过程得到的变压器节点每小时平均功率与变压器节点实际量测值的差ΔP，若|ΔP|＞ε，ε取10^-5，对非实时量测负荷节点的每小时注入功率进行修正并检查是否超出各配本身的容量，返回②；否则继续下一步；

④根据节点注入功率由变压器节点向末梢节点，按支线等级由低到高推导节点电压，

$U_j=\sqrt{{(U_i-\frac{P_i{r}_{\mathrm{ij}}+Q_i{x}_{\mathrm{ij}}}{U_i})}^2+{\left(\frac{P_i{x}_{\mathrm{ij}}+Q_i{r}_{\mathrm{ij}}}{U_i}\right)}^2}---\left(3\right)$

⑤计算节点电压幅值的修正量ΔU_i(n+1)

ΔU_i(n+1)＝|U_i(n+1)-U_i(n)|     (4)

⑥计算节点电压幅值修正量的最大值U_max

U_max＝max(ΔU_i(n+1))     (5)

⑦判别收敛条件，ε为收敛值，ε取10^-5，若满足U_max＜ε，则得到电压计算结果，跳出循环，否则，重复②～⑥，直到满足收敛条件。

式（1）～（5）中，i为支线的接入上一级支线的节点号，j为本支线的特征节点号；P_lossij、Q_lossij分别为有功、无功功率损耗；P_i、Q_i、P_j、Q_j分别为节点i、j的注入有功、无功功率；r_ij、x_ij分别为支线的电阻、阻抗；U_i、U_j分别为节点i、j的电压；n为迭代次数。

步骤（4）中评分的具体方法为：设评分为ρ＝[ρ₁，ρ₂，…，ρ_n]，其中ρ₁，ρ₂，…，ρ_n为不同评价方法做出的评分，n为自然数，其数值大小等于评价方法的数量。

步骤（5），其具体方法为：评价值为

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种配电变压器节能量测量与评估方法，其特征是，包括以下步骤： 

(1)数据准备； 

(2)建立配电变压器能耗仿真模型； 

(3)利用Zadeh的模糊推理算法和前推回代法求得电能实测损耗量，并校准配电变压器能耗仿真模型； 

(4)根据求得的电能实测损耗量进行评分； 

(5)根据评分除以基准值计算出相应的评价值。 

2.如权利要求1所述一种配电变压器节能量测量与评估方法，其特征是，所述步骤(1)中数据准备包括配电变压器馈线出口以及安装有采集终端的配电变压器出口的电压，有功功率、无功功率，有功电量、无功电量，功率因数。 

3.如权利要求1所述一种配电变压器节能量测量与评估方法，其特征是，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△ET表示，其为总功率损耗量△PT在进行节能改造后配电变压器运行时间T内的积分值，即： 

其中，U_N为配电变压器的额定电压。 

4.如权利要求1所述一种配电变压器节能量测量与评估方法，其特征是，所述步骤(3)中模糊推理采用Zadeh的模糊推理算法，具体步骤如下： 

Zadeh定义的表示模糊逻辑推理基本形式的大前提的模糊关系有两种形式，分别记为 和

令

分别为X，Y中的模糊集合： 

X∈X，Y∈Y，用×，∪，∩，-，

分别表示模糊集合的笛卡尔积、并、交、补和有界和，由“如果x是则Y是

”的推理句，Zadeh定义的X×Y的模糊关系

和

分别为： 

肯定前件式的结论由推理合成规则得出： 

5.如权利要求1所述一种配电变压器节能量测量与评估方法，其特征是，所述步骤(3)中前推回代法，具体步骤如下： 

①线路上所有非实时量测节点的电压设定初值，U_k＝10kV；k＝1,2,3,…； 

②由末梢节点向变压器节点，按支线等级由高向低推算各节点的每小时注入功率及每条支线的损耗， 

③求得馈线首段功率修正量，即前推过程得到的变压器节点每小时平均功率与变压器节点实际量测值的差ΔP，若|ΔP|＞ε，ε取10^-5，对非实时量测负荷节点的每小时注入功率进行修正并检查是否超出各配本身的容量，返回②；否则继续下一步； 

④根据节点注入功率由变压器节点向末梢节点，按支线等级由低到高推导节点电压， 

⑤计算节点电压幅值的修正量ΔU_i(n+1)

ΔU_i(n+1)＝|U_i(n+1)-U_i(n)|     (4) 

⑥计算节点电压幅值修正量的最大值U_max

U_max＝max(ΔU_i(n+1))     (5) 

⑦判别收敛条件，ε为收敛值，ε取10^-5，若满足U_max＜ε，则得到电压计算结果，跳出循环，否则，重复②～⑥，直到满足收敛条件； 

式（1）～（5）中，i为支线的接入上一级支线的节点号，j为本支线的特征节点号；P_lossij、Q_lossij分别为有功、无功功率损耗；P_i、Q_i、P_j、Q_j分别为节点i、j的注入有功、无功功率；r_ij、x_ij分别为支线的电阻、阻抗；U_i、U_j分别为节点i、j的电压；n为迭代次数。 

6.如权利要求1所述一种配电变压器节能量测量与评估方法，其特征是，所述步骤（4）中评分的具体方法为：设评分为ρ＝[ρ₁，ρ₂，…，ρ_n]，其中ρ₁，ρ₂，…，ρ_n为不同评价方法做出的评分，n为自然数，其数值大小等于评价方法的数量。 

7.如权利要求1所述一种配电变压器节能量测量与评估方法，其特征是，所述步骤（5），其具体方法为：评价值为

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