CN108805310A - 一种变压器运行的智能在线分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变压器的经济运行方式研究和运行建议预测，尤其涉及一种变压器运行的智能在线分析系统，包括设备树、变压器参数配置模块、负载查询模块和分析展示模块。本发明利用变压器实际运行负载数据，对变压器未来的负载情况进行智能预测，最终给出变压器经济运行建议报告和不同时间段内的变压器运行方式建议，为掌握变压器经济运行情况和趋势提供一种方便的智能化手段，能够有效提高配电网中变压器运行的经济性，降低配电网系统总体的电能损耗。

Description

一种变压器运行的智能在线分析系统

技术领域

本发明涉及变压器的经济运行方式研究和运行建议预测，尤其涉及一种变压器运行的智能在线分析系统。

背景技术

变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠与经济有着重要影响。

近几年，随着国民经济的飞速发展，一些大型工厂、企业、商场等的用电量与日俱增，从而，电网的经济运行日益受到重视。据统计，我国变压器的总损耗占电力系统总发电量的10％左右，占总电能损耗的30％，变压器运行效率的高低直接影响到电力系统的成本和效益。因此，提高电力系统的输电效率和电力系统运行的经济性对于建设智能电网、落实国家节能减排政策等具有重大而深远的意义。

变压器的经济运行指的是在确保安全可靠运行及满足供电量需求的基础上，通过对变压器进行合理配置，对变压器运行方式进行优化选择，对变压器负载实施经济调整，从而最大限度地降低变压器的电能损耗。变压器的运行状态因实际负载率高低变化而变化，当负载率过低时，变压器能耗急剧增大，运行效率降低；反之，如果实际负载率长时间偏高，同样会影响变压器的运行效率。因此，经济运行分析的主要目的，是给用电单位节约电量同时减少配电网的损耗，从而降低电费、电网维护等费用，提高经济效益。

为了降低变压器运行过程中的功率损耗，提高系统的输电效率，传统的经济运行分析主要由两种，第一种方法由工程师根据变压器的实际负载情况，结合自身理论经验，给出变压器运行方式建议，这种方法通常不够客观严谨，与实际结果存在一定的偏差；第二种方法是利用变压器进行空载损耗试验，从而得到变压器的空载损耗和短路阻抗，但这种方法无法在短时间内计算变压器的实际损耗，同时会对实际的生产生活造成一定的影响。因此，有必要根据变压器历史负载曲线预测未来的负载情况，更科学更智能的给出变压器不同时间段的运行方式建议，有效提高配电网中变压器运行的经济性，降低配电网系统总体的电能损耗。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种变压器运行的智能在线分析系统，利用变压器实际运行负载数据，对变压器未来的负载情况进行智能预测，从而建立一种变压器经济运行智能在线分析系统，最终给出变压器经济运行建议报告和不同时间段内的变压器运行方式建议，为掌握变压器经济运行情况和趋势提供一种方便的智能化手段。

为解决上述技术问题，本发明一种变压器运行的智能在线分析系统，包括设备树、变压器参数配置模块、负载查询模块和分析展示模块，

设备树用于变电所的定位，设备树支持根据变电所名称进行定位和根据变电所区域位置手动进行定位；

变压器参数配置模块用于配置变压器的参数，变压器的参数包括变压器的空载有功损耗、变压器的负载损耗、变压器的空载电流和变压器的阻抗电压；

负载查询模块用于一定时间范围内变压器负载的查询，所述的负载查询模块可以显示一个变压器的负载曲线和多个变压器的负载曲线之和；

分析展示模块根据变压器的参数和变压器的额定容量进行变压器的经济分析，展示变压器经济分析结果，并给出各个时间段变压器经济运行的方式。

作为本发明的进一步改进，变压器的参数确定支持基于最小二乘法的实时参数动态校验方法。

作为本发明的进一步改进，负载查询模块的实现，包括如下步骤：

步骤1：设定时间范围，获取当前时间范围内每天每小时的负载值；

步骤2：求取当前时间范围内每个时刻点的平均值，组成负载预测曲线；

步骤3：根据变压器临界值遍历负载曲线，初步得到每个临界区间包含的时刻点；

步骤4：如果临界区间中连续的时刻点个数大于6个，则合并相同临界区间的时刻点；

步骤5：得到设定时间范围，任何一个时刻变压器的运行方式建议。

作为本发明的进一步改进，容量相同的两台变压器的临界负载功率为：

其中，P_AK为A变压器的短路有功损耗(KW)，Q_AK为A变压器短路无功损耗(KVar)，P_AKZ为A变压器负载综合损耗(KW)，P_BK为B变压器短路有功损耗(KVar)，Q_BK为B变压器短路无功损耗(KVar)，Q_B0为B变压器空载无功损耗(KVar)，P_B0为B变压器的空载有功损耗(KW)，P_B0Z为B变压器的空载综合损耗(KW)，P_BKZ为B变压器综合短路损耗(KW)，S为负载视在功率(KVA)，S_LZ为变压器负载临界功率(KVA)，S_N代表变压器额定容量(Kvar)，K为无功经济当量(KW/KVar)；

(1)如果S＜S_LZ，则两台变压器中损耗小的变压器经济运行特性较好；如果S＞S_LZ，则两台变压器中损耗大的变压器经济运行特性较好；

(2)当S_LZ等于0或者无穷大时，两台变压器中损耗小的变压器经济运行特性较好，如果两台变压器损耗相等，则有功损耗小的变压器经济运行特性较好。

本发明具有积极的效果：本发明结构简单，设计合理，能够根据历史数据点实时校验变压器的关键参数，确保经济运行分析建议的可靠性，同时能够根据历史负载曲线预测未来负载情况，给出不同时间段的变压器运行方式，从而达到降低变压器损耗、节能降耗的目的。本发明利用变压器实际运行负载数据，对变压器未来的负载情况进行智能预测，最终给出变压器经济运行建议报告和不同时间段内的变压器运行方式建议，为掌握变压器经济运行情况和趋势提供一种方便的智能化手段，能够有效提高配电网中变压器运行的经济性，降低配电网系统总体的电能损耗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为负载查询模块工作流程；

图2为变压器运行的智能在线分析系统的运行流程。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种变压器运行的智能在线分析系统，包括设备树、变压器参数配置模块、负载查询模块和分析展示模块，

设备树用于变电所的定位，设备树支持根据变电所名称进行定位和根据变电所区域位置手动进行定位；

变压器参数配置模块用于配置变压器的参数，变压器的参数包括变压器的空载有功损耗、变压器的负载损耗、变压器的空载电流和变压器的阻抗电压；

负载查询模块用于一定时间范围内变压器负载的查询，负载查询模块可以显示一个变压器的负载曲线和多个变压器的负载曲线之和；

分析展示模块根据变压器的参数和变压器的额定容量进行变压器的经济分析，展示变压器经济分析结果，并给出各个时间段变压器经济运行的方式；

目前提供国标参数和实时校验两种方式对变压器的参数进行维护：

其中，1)国标参数：国标参数库列出了油浸式电力变压器和干式电力变压器的主要技术参数和要求。用户可根据电压等级、额定容量和调压方式三种筛选条件在国标参数库中选择与当前变压器匹配的一条记录，将该记录的国标值作为当前变压器的参数值。

2)实时校验：实时校验的主要原理是对采集的原始数据中同一时刻的入线侧和出线侧的有功功率P、无功功率Q、负载视在功率S进行参数拟合，进而得到校准参数，具体如下：

变压器的参数确定支持基于最小二乘法的实时参数动态校验方法

变压器的综合功率损耗包括有功损耗ΔP和无功损耗ΔQ，其理论指导公式分别定义如下：

ΔP＝P₀+(S/S_N)²P_K (1)

ΔQ＝Q₀+(S/S_N)²Q_K

其中，P₀代表空载有功损耗，P_K代表负载损耗，Q₀代表空载无功损耗，Q_K代表负载无功损耗，S代表负载视在功率，S_N代表变压器额定容量(Kvar)。

根据设定的时间范围，分别读取入线侧和出线侧的采集数据，主要包括：P₁₀₁、Q₁₀₁、P₄₀₁、Q₄₀₁和S₄₀₁，对同一时间点，整理得到如下N组数据对：

(ΔP,(S₄₀₁/S_N)²)

(ΔQ,(S₄₀₁/S_N)²)

其中：ΔP＝P₁₀₁-P₄₀₁

ΔQ＝Q₁₀₁-Q₄₀₁

β＝S₄₀₁/S_N，取值范围(0，1)，其中，P₁₀₁为入线侧有功功率(KW)，Q₁₀₁为入线侧无功功率(Kvar)，P₁₀₄为出线侧有功功率(KW)，Q₄₀₁为出线侧无功功率(Kvar)，S₄₀₁为出线侧负载视在功率(Kvar)，β为出线侧视在功率比例系数。

根据上述离散点的数据集，对(ΔP,β²)和(ΔQ,β²)分别按照1次回归方程式：

y＝a₀×x+a₁ (3)

进行曲线拟合，拟合的曲线函数关系：

ΔP＝f(β²) (4)

ΔQ＝g(β²) (5)

令：β＝0，得到P₀，Q₀

β＝1，得到P_K，Q_K

再根据公式：

Q₀＝I₀％*S_N*10^-2 (6)

Q_K＝U_K*S_N*10^-2 (7)

由此，可得到变压器的空载电流I₀和阻抗电压U_K，最终，根据上面的方法层层推导出变压器的4个关键参数：P₀，P_K，I₀，U_K，结合变压器的额定容量S_N一起用于变压器的经济运行分析。

负载查询模块用于一定时间范围内变压器负载的查询，负载查询模块可以显示一个变压器的负载曲线和多个变压器的负载曲线之和，分析时，可以根据当前时间段的历史负载曲线预测未来的负载趋势，并且与历史曲线显示在同一窗口。

分析展示模块根据变压器的参数和变压器的额定容量进行变压器的经济分析，展示变压器经济分析结果，并给出各个时间段变压器经济运行的方式，其中：

对于容量相同的两台变压器，当损耗相等时，两台变压器并联运行的负载率等于单台运行时的一半，据此，可以计算出变压器经济运行的临界负荷。假设有A和B两台同容量的变压器，则：

令：ΔP_ABZ＝ΔP_AZ，则最终得到变压器的临界负载功率为：

其中，P_AB0Z为A、B变压器空载综合损耗(KW)，P_ABKZ为A、B变压器综合负载损耗(KW)，ΔP_AZ为A变压器综合有功损耗(KW)，ΔP_ABZ为A、B变压器综合有功损耗(KW)，P_AK为A变压器的短路有功损耗(KW)，Q_AK为A变压器短路无功损耗(KVar)，P_AKZ为A变压器负载综合损耗(KW)，P_BK为B变压器短路有功损耗(KVar)，Q_BK为B变压器短路无功损耗(KVar)，Q_B0为B变压器空载无功损耗(KVar)，P_B0为B变压器的空载有功损耗(KW)，P_B0Z为B变压器的空载综合损耗(KW)，P_BKZ为B变压器综合短路损耗(KW)，S为负载视在功率(KVA)，S_LZ为变压器负载临界功率(KVA)，S_N代表变压器额定容量(Kvar)，K为无功经济当量(KW/KVar)。

变压器的临界负载功率可以作为判断两台容量相同变压器经济运行特性优劣的依据，分为以下两种情况：

(1)当0＜S_LZ＜S_N时：

如果S＜S_LZ，则两台变压器中损耗小的变压器经济运行特性较好；如果S＞S_LZ，则两台变压器中损耗大的变压器经济运行特性较好；

(2)当S_LZ等于0或者无穷大时，两台变压器中损耗小的变压器经济运行特性较好，如果两台变压器损耗相等，则有功损耗小的变压器经济运行特性较好。

负载查询模块流程如图1所示。首先，根据设定的时间范围内每个整点进行负载数据的采集，然后求取每个时刻点的平均值，得到负载预测曲线。将负载曲线中的所有时刻点按照其负载值的大小与经济分析得到的临界区间进行匹配分组，初步得到每个临界区间包含的时刻点。考虑到实际生产生活中不可能对变压器的运行方式进行频繁切换，因此要求每次切换后变压器能够至少连续运行6小时。对于连续时刻点个数小于6个的临界区间，将该区间中所有时刻点的负载值与左右邻近区间进行比较，每个时刻点将被重新分配到负载值最接近的区间中，直到所有区间中连续时刻点的个数都不小于6个。最后，将相同临界区间的时刻点进行合并，最终得到不同时刻的变压器运行方式建议。

最终，在分析展示模块中除了显示变压器关键参数等基本信息外，还会显示变压器的临界点分析结果以及根据临界点结果得到的变压器运行方式、负载与损耗的具体关系，经过负载预测分析后，得到不同时刻点的变压器运行方式建议预测，从而组成最终变压器经济分析报告。

如2为变压器运行的智能在线分析系统的运行流程，

(1)通过设备树，选择变电所；

(2)确定变压器参数是否存在，如果不存在，通过变压器参数配置模块进行变压器参数的配置，如果存在，分析展示模块进行经济分析；

(3)使用国标参数和实时校验两种方式对变压器的参数进行维护，然后分析展示模块进行经济分析；

(4)结合历史负载曲线，得到变压器经济分析结果和运行方式建议。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变压器运行的智能在线分析系统，其特征在于：包括设备树、变压器参数配置模块、负载查询模块和分析展示模块，

所述的设备树用于变电所的定位，设备树支持根据变电所名称进行定位和根据变电所区域位置手动进行定位；

所述的变压器参数配置模块用于配置变压器的参数，变压器的参数包括变压器的空载有功损耗、变压器的负载损耗、变压器的空载电流和变压器的阻抗电压；

所述的负载查询模块用于一定时间范围内变压器负载的查询，所述的负载查询模块可以显示一个变压器的负载曲线和多个变压器的负载曲线之和；

所述的分析展示模块根据变压器的参数和变压器的额定容量进行变压器的经济分析，展示变压器经济分析结果，并给出各个时间段变压器经济运行的方式。

2.根据权利要求1所述的一种变压器运行的智能在线分析系统，其特征在于：变压器的参数确定支持基于最小二乘法的实时参数动态校验方法。

3.根据权利要求1所述的一种变压器运行的智能在线分析系统，其特征在于：负载查询模块的实现，包括如下步骤：

步骤1：设定时间范围，获取当前时间范围内每天每小时的负载值；

步骤2：求取当前时间范围内每个时刻点的平均值，组成负载预测曲线；

步骤3：根据变压器临界值遍历负载曲线，初步得到每个临界区间包含的时刻点；

步骤4：如果临界区间中连续的时刻点个数大于6个，则合并相同临界区间的时刻点；

步骤5：得到设定时间范围，任何一个时刻变压器的运行方式建议。

4.根据权利要求1所述的一种变压器运行的智能在线分析系统，其特征在于：容量相同的两台变压器的临界负载功率为：

其中，P_AK为A变压器的短路有功损耗(KW)，Q_AK为A变压器短路无功损耗(KVar)，P_AKZ为A变压器负载综合损耗(KW)，P_BK为B变压器短路有功损耗(KVar)，Q_BK为B变压器短路无功损耗(KVar)，Q_B0为B变压器空载无功损耗(KVar)，P_B0为B变压器的空载有功损耗(KW)，P_B0Z为B变压器的空载综合损耗(KW)，P_BKZ为B变压器综合短路损耗(KW)，S为负载视在功率(KVA)，S_LZ为变压器负载临界功率(KVA)，S_N代表变压器额定容量(Kvar)，K为无功经济当量(KW/KVar)；

(1)如果S＜S_LZ，则两台变压器中损耗小的变压器经济运行特性较好；如果S＞S_LZ，则两台变压器中损耗大的变压器经济运行特性较好；

(2)当S_LZ等于0或者无穷大时，两台变压器中损耗小的变压器经济运行特性较好，如果两台变压器损耗相等，则有功损耗小的变压器经济运行特性较好。