CN106980932A - 变压器最大负载率范围评估方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器最大负载率范围评估方法和系统。获取并列运行的变压器台数、变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率，根据变压器台数和变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围，考虑了变压器运行的安全性，根据变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算变压器最大负载率的第二范围，综合考虑了变压器的负荷特性和效率特性，根据变压器最大负载率的第一范围和变压器最大负载率的第二范围计算得到变压器最大负载率的合理范围并输出，所以在对变压器最大负载率范围进行评估时，综合考虑了变压器的运行安全性、负荷特性及效率特性，提高了准确性。

Description

变压器最大负载率范围评估方法和系统

技术领域

本发明涉及变压器领域，特别是涉及一种变压器最大负载率范围评估方法和系统。

背景技术

国内在电网和设备利用效率研究方面，较具代表性的是西北电网和华东电网的研究。西北电网方面，西北电监局发布的电网运营情况调研报告主要采用了线路最大负载率、线路平均负载率、主变最大负载率、主变平均负载率等表征设备的利用效率，统计了西北区域电网几年的年电网设备利用效率，但没有提出设备负载率的合理范围，华东电网方面，华东电监局早些年开展对华东电网交流主网架运行评价的研究，该研究采用了容载比来评估变压器最大负载率的合理取值范围，但传统的评估方法仅仅是通过容载比确定变压器最大负载率的合理取值范围，存在评估准确度低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对传统的评估方法评估准确性低的问题，提供一种评估准确度高的变压器最大负载率范围评估方法和系统。

一种变压器最大负载率范围评估方法，包括以下步骤：

获取并列运行的变压器台数、变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率；

根据所述变压器台数和所述变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围；

根据所述变压器夏季典型负荷日最大负载率和所述变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算所述变压器最大负载率的第二范围；

根据所述变压器最大负载率的第一范围和所述变压器最大负载率的第二范围得到所述变压器最大负载率的范围并输出。

一种变压器最大负载率范围评估系统，包括：

参数获取模块，用于获取并列运行的变压器台数，变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率；

第一计算模块，用于根据所述变压器台数和所述变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围；

第二计算模块，用于根据所述变压器夏季典型负荷日最大负载率和所述变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算所述变压器最大负载率的第二范围；

最大负载率范围评估模块，用于根据所述变压器最大负载率的第一范围和所述变压器最大负载率的第二范围计算得到所述变压器最大负载率的范围并输出。

上述变压器最大负载率范围评估方法和系统，获取并列运行的变压器台数、变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率，根据变压器台数和变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围，考虑了变压器运行的安全性，根据变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算变压器最大负载率的第二范围，综合考虑了变压器的负荷特性和效率特性，根据变压器最大负载率的第一范围和变压器最大负载率的第二范围计算得到变压器最大负载率的范围并输出，所以在对变压器最大负载率范围进行评估时，综合考虑了变压器的运行安全性、负荷特性及效率特性，提高了准确性。

附图说明

图1为一实施例中变压器最大负载率范围评估方法流程图；

图2为一实施例中某地区夏季典型日负荷曲线图；

图3为一实施例中某地区冬季典型日负荷曲线图；

图4为一实施例中某地区某地区年负荷曲线图；

图5为一实施例中变压器效率曲线图；

图6为一实施例中变压器最大负载率范围评估系统结构图。

具体实施方式

在一个实施例中，如图1所示，一种变压器最大负载率范围评估方法，包括以下步骤：

步骤S110：获取并列运行的变压器台数、变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率。

具体地，过载能力即超过额定限值以后设备能够承受的能力范围。在通信电源领域，设备有标称额定值标示其所能承载的负荷，而设计时候往往会留有余量，该余量被称为过载能力。典型负荷日，一般是指夏季负荷最大的那天，或者夏季负荷最小的那天，也有冬季负荷最大的那天，或者夏季负荷最小的那天，具体地，不同的地区典型负荷日不同。负载率是指实际功率与额定功率的比值叫负载率，最大负载率是指某一段时间内，变压器传输的功率最大，此时的负载率可称为这段时间内的最大负载率。负荷率是指在规定时间(日、月、年)内的平均负荷与最大负荷之比的百分数，负荷率用来衡量在规定时间内负荷变动情况，以及考核电气设备的利用程度。

步骤S120：根据变压器台数和变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围。在一个实施例中，步骤S120包括步骤122至步骤126。

具体地，根据变压器出产技术条件、运行年限，以及配套串联开关等设备的通流能力，对于容量为S_N、过载能力为k1的单台变压器，运行部门规定其一定时限内过载能力为(1+k₁)S_N，当k1为0.2时，该变压器对应一定时限内的负载率上限为120％。

步骤122：根据变压器台数和变压器的过载能力计算变压器最大负载率的上限值，具体为：

其中，y₁为变压器最大负载率的上限值，n为并列的变压器运行台数，k₁为变压器的过载能力。

具体地，根据变压器台数、变压器的过载能力和变压器的容量计算变电站正常方式下的最大负载，然后再计算变电站正常方式下的最大负载率，最后再计算每台变压器最大负载率的上限值，具体为：

步骤124：根据变压器台数、变压器的过载能力计算变电站最大负载率的下限值。

具体地，当某站负载达到其N-1极限时，应进行扩建时，则：设主变台数为n的变电站(n>2)，当其负载率不满足N-1要求进行扩建1台主变后，变电站的负载率变为(n-1)*(1+k₁)/(n+1)，则主变台数为n的变电站最大负载率的下限值为(n-2)*(1+k₁)/n；当主变台数n＝2时，考虑新建的2台主变的变电站消除已有站点的重载及不满足N-1的情况。按照1个新站消除1个现有站的方式，设现有站为3台变且达到N-1极限，即该站的最大负载率达到(2/3)*(1+k₁)，新站投产后，将现有重载站负载率由(2/3)*(1+k₁)降低至(1/2)*(1+k₁)，则需分担负荷(1/6)*(1+k₁)*3*S_N。假设新旧站点单变容量相同，则新建的含2台变压器的变电站的负载率为(1/4)*(1+k₁)。

综上，变电站最大负载率的下限值，具体为：

其中，y₂为变电站最大负载率的下限值，n为并列的变压器运行台数，k₁为变压器的过载能力。

步骤126：根据变压器最大负载率的上限值和变电站最大负载率的下限值计算变压器的第一范围，具体为：

L₁＝(y₂，y₁)

其中，L₁为变压器最大负载率的第一范围，y₁为变压器最大负载率的上限值，y₂为变电站最大负载率的下限值。

具体地，根据变压器台数和变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围，充分考虑了变压器运行的安全性。

步骤S130：根据变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算变压器最大负载率的第二范围。具体为：

15％≤Km*Lm*β≤100％

其中，L₂为变压器最大负载率的第二范围，Km为负载率转换系数，Lm为变压器夏季典型负荷日最大负载率，β为变压器冬季典型日最小负荷率。

具体地，Lm为变压器夏季典型负荷日最大负载率，也是全年最大负载率，由于负荷会随着季节变化，冬季时也有一个最大负载率，通常，冬季负载率会比夏季负载率更小，因此，冬季典型负荷日最大负载率是K_m*L_m，其中，Km为负载率转换系数，Km的值会根据地区的不同而不同，变压器冬季典型日最小负荷率为β，则冬季典型负荷日最小负载率为K_m*L_m*β。

具体地，图2、3、4所示为某地区夏季、冬季及全年的负荷曲线，日最小负荷率β是日最小负荷与同日最大负荷之比。

具体地，110kV及以上变压器，要求变压器在低谷负荷期也能保持较高的运行效率。根据变压器的效率曲线约束，在变压器负载率15％～100％时，变压器的效率η可在99％以上。

具体地，变压器的效率定义为二次侧绕组输出的有功功率与一次侧绕组输入的有功功率之比。忽略某些次要因素并作出若干假定后，变压器效率可表示为：

其中，S_N为变压器的额定容量，η为变压器的效率，P₀为变压器的空载损耗，P_k为变压器的负载损耗，为变压器负载的功率因数，β₂为负载系数。

对于给定的变压器(S_N、P₀、P_k为常值)，在一定性质的负载下(为常值)，其效率η与负载系数β₂之间的关系曲线称为变压器的效率曲线，如图5所示，从图5可知变压器效率与负载系数密切相关。

具体地，根据变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算变压器最大负载率的第二范围，综合考虑了变压器的负荷特性和效率特性。

步骤S140：根据变压器最大负载率的第一范围和变压器最大负载率的第二范围得到变压器最大负载率的范围并输出。具体为：

L＝(L₁∩L₂)

其中，L为变压器最大负载率的范围，L₁为变压器最大负载率的第一范围，L₂为变压器最大负载率的第二范围。

具体地，根据变压器最大负载率的第一范围和变压器最大负载率的第二范围得到变压器最大负载率的范围，综合考虑了变压器的运行安全性、负荷特性及效率特性，提高了准确性。

上述变压器最大负载率范围评估方法，获取并列运行的变压器台数、变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率，根据变压器台数和变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围，考虑了变压器运行的安全性，根据变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算变压器最大负载率的第二范围，综合考虑了变压器的负荷特性和效率特性，根据变压器最大负载率的第一范围和变压器最大负载率的第二范围计算得到变压器最大负载率的合理范围并输出，所以在对变压器最大负载率范围进行评估时，综合考虑了变压器的运行安全性、负荷特性及效率特性，提高了准确性，且提出了变压器最大负载率合理范围的计算方法，便于推广应用。

在一个实施例中，如图6所示，一种变压器最大负载率范围评估系统，包括参数获取模块110、第一计算模块120、第二计算模块130和最大负载率范围评估模块140，参数获取模块110连接第一计算模块120，第一计算模块120连接第二计算模块130，第二计算模块130连接最大负载率范围评估模块140。

在一个实施例中，参数获取模块110用于获取并列运行的变压器台数，变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率。

在一个实施例中，第一计算模块120用于根据变压器台数和变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围。在一个实施例中，第一计算模块120包括上限值计算单元、下限值计算单元和第一范围计算单元。

上限值计算单元用于根据变压器台数和变压器的过载能力计算变压器最大负载率的上限值，具体为：

其中，y₁为变压器最大负载率的上限值，n为并列的变压器运行台数，k₁为变压器的过载能力。

下限值计算单元用于根据变压器台数和变压器的过载能力计算变电站最大负载率的下限值，具体为：

其中，y₂为变电站最大负载率的下限值，n为并列的变压器运行台数，k₁为变压器的过载能力。

第一范围计算单元用于根据变压器最大负载率的上限值和变电站最大负载率的下限值计算变压器的第一范围，具体为：

L₁＝(y₂，y₁)

其中，L₁为变压器最大负载率的第一范围，y₁为变压器最大负载率的上限值，y₂为变电站最大负载率的下限值。

在一个实施例中，第二计算模块130用于根据变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算变压器最大负载率的第二范围。第二计算模块130具体为：

15％≤K_m*L_m*β≤100％

其中，L₂为变压器最大负载率的第二范围，Km为负载率转换系数，Lm为变压器夏季典型负荷日最大负载率，β为变压器冬季典型日最小负荷率。

在一个实施例中，最大负载率范围评估模块140用于根据变压器最大负载率的第一范围和变压器最大负载率的第二范围计算得到变压器最大负载率的范围并输出。最大负载率范围评估模块140具体为：

L＝(L₁∩L₂)

其中，L为变压器最大负载率的范围，L₁为变压器最大负载率的第一范围，L₂为变压器最大负载率的第二范围。

上述变压器最大负载率范围评估系统，参数获取模块110用于获取并列运行的变压器台数、变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率，第一计算模块120用于根据变压器台数和变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围，考虑了变压器运行的安全性，第二计算模块130用于根据变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算变压器最大负载率的第二范围，综合考虑了变压器的负荷特性和效率特性，最大负载率范围评估模块140用于根据变压器最大负载率的第一范围和变压器最大负载率的第二范围计算得到变压器最大负载率的范围并输出，所以在对变压器最大负载率范围进行评估时，综合考虑了变压器的运行安全性、负荷特性及效率特性，提高了准确性，且提出了变压器最大负载率合理范围的计算方法，便于推广应用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种变压器最大负载率范围评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取并列运行的变压器台数、变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率；

根据所述变压器台数和所述变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围；

根据所述变压器夏季典型负荷日最大负载率和所述变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算所述变压器最大负载率的第二范围；

根据所述变压器最大负载率的第一范围和所述变压器最大负载率的第二范围得到所述变压器最大负载率的范围并输出。

2.根据权利要求1所述的变压器最大负载率范围评估方法，其特征在于，所述根据所述变压器台数和所述变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围的步骤，包括：

根据所述变压器台数和所述变压器的过载能力计算所述变压器最大负载率的上限值，具体为：

$y_1=\frac{(n-1)(1+k_1)}{n},n\≥2$

其中，y₁为变压器最大负载率的上限值，n为并列的变压器运行台数，k₁为变压器的过载能力；

根据所述变压器台数、所述变压器的过载能力计算变电站最大负载率的下限值，具体为：

$y_2=\left\{\begin{array}{c}\frac{(n-2)(1+k_1)}{n},n>2\\ \frac{(1+k_1)}{4},n=2\end{array}\right.$

其中，y₂为变电站最大负载率的下限值，n为并列的变压器运行台数，k₁为变压器的过载能力；

根据所述变压器最大负载率的上限值和变电站最大负载率的下限值计算所述变压器的第一范围，具体为：

L1＝(y2，y1)

其中，L₁为变压器最大负载率的第一范围，y₁为变压器最大负载率的上限值，y₂为变电站最大负载率的下限值。

3.根据权利要求1所述的变压器最大负载率范围评估方法，其特征在于，所述根据所述变压器夏季典型负荷日最大负载率和所述变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算所述变压器最大负载率的第二范围的步骤，具体为：

15％≤K_m*L_m*p≤100％

$\frac{3}{20K_m*\mathrm{\β}}\≤L_m\≤\frac{1}{K_m*\mathrm{\β}}$

$L_2=(\frac{3}{20K_m*\mathrm{\β}},\frac{1}{K_m*\mathrm{\β}})$

其中，L₂为变压器最大负载率的第二范围，Km为负载率转换系数，Lm为变压器夏季典型负荷日最大负载率，β为变压器冬季典型日最小负荷率。

4.根据权利要求1所述的变压器最大负载率范围评估方法，其特征在于，所述根据所述变压器最大负载率的第一范围和所述变压器最大负载率的第二范围得到所述变压器最大负载率的范围的步骤，具体为：

L＝(L₁∩L₂)

其中，L为变压器最大负载率的范围，L₁为变压器最大负载率的第一范围，L₂为变压器最大负载率的第二范围。

5.一种变压器最大负载率范围评估系统，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于获取并列运行的变压器台数，变压器的过载能力、变压器夏季典型负荷日最大负载率和变压器冬季典型负荷日最小负荷率；

第一计算模块，用于根据所述变压器台数和所述变压器的过载能力计算变压器最大负载率的第一范围；

第二计算模块，用于根据所述变压器夏季典型负荷日最大负载率和所述变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算所述变压器最大负载率的第二范围；

最大负载率范围评估模块，用于根据所述变压器最大负载率的第一范围和所述变压器最大负载率的第二范围计算得到所述变压器最大负载率的范围并输出。

6.根据权利要求5所述的变压器最大负载率范围评估系统，其特征在于，所述第一计算模块包括：

上限值计算单元，用于根据所述变压器台数和所述变压器的过载能力计算所述变压器最大负载率的上限值，具体为：

$y_1=\frac{(n-1)(1+k_1)}{n},n\≥2$

其中，y₁为变压器最大负载率的上限值，n为并列的变压器运行台数，k₁为变压器的过载能力，S_N为变压器容量；

下限值计算单元，用于根据所述变压器台数和所述变压器的过载能力计算变电站最大负载率的下限值，具体为：

$y_2=\left\{\begin{array}{c}\frac{(n-2)(1+k_1)}{n},n>2\\ \frac{(1+k_1)}{4},n=2\end{array}\right.$

其中，y₂为变电站最大负载率的下限值，n为并列的变压器运行台数，k₁为变压器的过载能力。

第一范围计算单元，用于根据所述变压器最大负载率的上限值和变电站最大负载率的下限值计算所述变压器的第一范围，具体为：

L₁＝(y₂，y₁)

其中，L₁为变压器最大负载率的第一范围，y₁为变压器最大负载率的上限值，y₂为变电站最大负载率的下限值。

7.根据权利要求5所述的变压器最大负载率范围评估系统，其特征在于，所述第二计算模块用于根据所述变压器夏季典型负荷日最大负载率和所述变压器冬季典型负荷日最小负荷率计算所述变压器最大负载率的第二范围，具体为：

15％≤K_m*L_m*β≤100％

$\frac{3}{20K_m*\mathrm{\β}}\≤L_m\≤\frac{1}{K_m*\mathrm{\β}}$

$L_2=(\frac{3}{20K_m*\mathrm{\β}},\frac{1}{K_m*\mathrm{\β}})$

其中，L₂为变压器最大负载率的第二范围，Km为负载率转换系数，Lm为变压器夏季典型负荷日最大负载率，β为变压器冬季典型日最小负荷率。

8.根据权利要求5所述的评估变压器最大负载率范围的系统，其特征在于，所述最大负载率范围评估模块用于根据所述变压器最大负载率的第一范围和所述变压器最大负载率的第二范围计算得到所述变压器最大负载率的范围，具体为：

L＝(L₁∩L₂)

其中，L为变压器最大负载率的范围，L₁为变压器最大负载率的第一范围，L₂为变压器最大负载率的第二范围。