CN108988321B - 一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法 - Google Patents

一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法，同时考虑电网运行方式和负荷的不确定性和随机性，在考虑电网运行方式的不确定性时主要是引入变压器、线路等设备的不确定性运行状态，在考虑负荷的不确定性时主要引入负荷的不确定性状态，假设电网运行方式变化和负荷的波动均服从正态分布，在概率分析的基础上计算电网有功功率和无功功率损耗的平均值。本发明可以计算出在一定运行周期内单站单级多元件供电系统有功功率和无功功率损耗的平均值。反映出并列运行变压器和线路有功和无功功率波动特性及其概率特征、变压器并列运行方式、并列运行变压器和线路故障情况等，为电网调度运行以及线路和变压器检修计划提供技术支撑。

Description

一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法
技术领域
本发明涉及电力系统及其自动化的技术领域，尤其涉及到一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法。
背景技术
线路和变压器是电力系统重要和必要的元件。线路将变电站与不同电网连接，使变电站获得供电电源。在供电系统中，通常采用多条线路并列运行的方式，以保障供电的可靠性和可持续性。多条线路并列运行，虽然能够在保障供电可靠性和可持续性等方面有决定性作用，但是随着输送功率的增大，线路功率损耗也会随之增大。影响线路功率损耗的因素还有线路长度、导线材料、导线截面积等。在供电过程中，线路输送功率由负荷功率、电网结构特征(如阻抗)、电网运行特征(如电压大小和相角等)决定。因此，在不同电网运行方式和运行状态下，线路输送功率是可控的，也是不同的。也就是说，电网负荷特性及电网运行方式的多变性影响效率输送功率。
变压器在变电站中起到电压变换、功率输送的作用，使变电站能够以不同电压对用户负荷供电。变压器类型繁杂，数量庞大，对电力系统网损影响极大，是网损的主要设备。在供电系统中，通常采用多台变压器并列运行的方式，以保障供电的可靠性和可持续性。多台变压器并列运行，虽然能够在保障供电可靠性和可持续性等方面有决定性作用，但是变压器运行都会有一种较为固定的功率损耗，而且这种损耗都会随着并列运行变压器台数的增多而线性增大。在并列运行过程中，变压器同时会产生另一种功率损耗，而且这种功率损耗会随着输送功率的增大而增大。变压器输送功率由负荷功率决定，因此供电系统中功率损耗不仅取决于并列的变压器类型和数量，而且还取决于其负荷特性及电网运行方式的多变性。
负荷在不同时间和空间上都具有不同特性，具有不同的不确定性和随机性，变电站多条输入线路及多条变压器运行、故障、计划检修等也具有具有很大的不确定性和随机性。电网运行方式因变压器和线路的运行状态的变化也具有较大的不确定性和随机性。以往电网中功率损耗通常采用确定性的潮流计算方法，有一些也采用概率潮流计算的方法。确定性潮流计算的方法通常是在假设电网运行方式、用户负荷水平以及电源出力水平都确定的情况下计算电网有功功率和无功功率的损耗值，计算结果是唯一性和确定性的。而概率潮流计算的方法通常是在只假设负荷为不确定性因素的情况下计算电网有功功率和无功功率的损耗值，计算结果是具有一定置信水平的概率值。可见，电网网损计算的现有技术都没有全面考虑电网运行方式、负荷和电源的不确定性和随机性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑到并列变压器运行方式改变、输电线路运行方式改变和负荷波动的不确定性和随机性的单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
在单站单级多元件供电系统功率损耗平均值由变压器和线路有功和无功功率及其概率、变压器并列运行的台数决定，故障、计划检修等因素会影响变压器并列运行的台数的环境下，一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法，包括以下步骤：
S1：从电网能量管理系统EMS获取线路和变压器的相关数据信息，计算每条线路的电阻RLi和电抗XLi，i＝1,2,...,NL，NL为并列变压器的台数；以及计算每台变压器的电阻RTi和电抗XTi，i＝1,2,...,NT，NT为并列变压器的台数；
S2：从电网能量管理系统EMS获取变电站接入每条线路运行的数据信息，然后采用模拟的方法，确定线路视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值和方差：视在功率均值μSLi和方差σSLi、有功功率均值μPLi和方差σPLi、无功功率均值μQLi和方差σQLi；
S3：从电网能量管理系统EMS获取并列运行变压器运行数据信息，然后采用模拟的方法，确定每台变压器视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值和方差：视在功率均值μSTi和方差σSTi、有功功率均均值μPTi和方差σPTi、无功功率均值μQTi和方差σQTi；
S4：从电网能量管理系统EMS获取变压器低压侧负荷功率的数据信息，采用模拟的方法，确定变压器低压侧负荷视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值和方差：视在功率均值μSD和方差σSD、有功功率均值μPD和方差σPD、无功功率均值μQD和方差σQD；
S5：从电网能量管理系统EMS获取相关数据，计算线路有功和无功功率损耗平均值ΔPLLoss和ΔQLLoss；
S6：从电网能量管理系统EMS获取相关数据，计算变压器有功和无功功率损耗平均值ΔPTLoss和ΔQTLoss；
S7：计算NL条输入线路、NT台变压器并列组成的供电系统有功和无功功率损耗的平均值，其计算公式为：
ΔPLoss＝ΔPLLoss+ΔPTLoss；
ΔQLoss＝ΔQLLoss+ΔQTLoss。
进一步地，所述步骤S5中变电站接入的NL条线路有功和无功功率损耗的平均值的计算步骤如下：
S5.1：计算变电站高压母线负荷有功功率：P′DT＝PD+ΔPTLoss；
S5.2：计算变电站高压母线负荷无功功率：Q′DT＝QD+ΔQTLoss；
S5.3：计算NL条线路有功功率损耗平均值：
Figure BDA0001712908780000031
Figure BDA0001712908780000041
S5.4：计算NL条线路无功功率损耗平均值：
Figure BDA0001712908780000042
进一步地，所述步骤S6中，NT台并列运行变压器有功和无功功率损耗的平均值的计算步骤如下：
S6.1：计算NT台并列运行变压器有功功率损耗平均值：
Figure BDA0001712908780000043
Figure BDA0001712908780000051
S6.2：计算NT台并列运行变压器无功功率损耗平均值：
Figure BDA0001712908780000052
与现有技术相比，本方案原理和优点如下：
通过电网能量管理系统EMS获取电网运行的数据，在考虑电网运行方式的不确定性时主要是引入变压器、线路等设备的不确定性运行状态，在考虑负荷的不确定性时主要引入负荷的不确定性状态，假设电网运行方式变化和负荷的波动均服从正态分布，在概率分析的基础上计算电网有功功率和无功功率损耗的平均值。
通过本方案的方法，可以计算出在一定运行周期(1小时、1天、1月、1年、5年、10年等)内单站单级多元件供电系统有功功率和无功功率损耗的平均值。反映了并列运行变压器和线路有功和无功功率波动特性及其概率特征、变压器并列运行方式、并列运行变压器和线路故障情况和检修计划等，为电网调度运行以及线路和变压器检修计划提供技术支撑。
附图说明
图1为单站单级多元件供电系统的示意图；
图2为本发明一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法的流程框图。
图1中的附图标记表示如下：1-并列运行的第一条线路，2-并列运行的第NL条线路，3-变压器高压母线，4-并列运行的第一台变压器，5-并列运行的第NT台变压器，6-变压器低压母线，7-负荷。
具体实施方式
下面参照附图并结合实例对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。
如图2所示，一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法，本实施例所述方法针对图1所示的单站单级多元件供电系统，并考虑上并列变压器运行方式改变、输电线路运行方式改变和负荷波动的不确定性和随机性。
图1中，供电系统由NT台变压器T1、T2、T3、…、
Figure BDA0001712908780000067
并列组成，其通过NL条线路与无穷大电源连接。假设第i条线路输送功率、输送功率、阻抗、电阻、电抗分别为SLi、ZLi、RLi、XLi，SLi＝PLi+jQLi,ZLi＝RLi+jXLi，第i条线路有功功率PLi和无功功率QLi均为随机变量并服从均值为μPLi、μQLi和方差为σPLi、σQLi的正态分布，
Figure BDA0001712908780000061
Figure BDA0001712908780000062
第i台变压器输送功率、输送功率、阻抗、电阻、电抗分别为STi、ZTi、RTi、XTi，STi＝PTi+jQTi,ZTi＝RTi+jXTi，第i台变压器有功和无功功率STi均为随机变量并服从均值为μPTi、μQTi和方差为σPTi、σQTi的正态分布，
Figure BDA0001712908780000063
Figure BDA0001712908780000064
Figure BDA0001712908780000065
负荷SD(SD＝PD+jQD)为随机变量并服从均值为μD、方差为σD的正态分布，
Figure BDA0001712908780000066
单站单级多元件供电系统功率损耗平均值计算方法的具体步骤如下：
S1：从电网能量管理系统EMS获取线路和变压器的相关数据信息，计算每条线路的电阻RLi和电抗XLi，i＝1,2,...,NL，NL为并列变压器的台数；以及计算每台变压器的电阻RTi和电抗XTi，i＝1,2,...,NT，NT为并列变压器的台数；
S2：从电网能量管理系统EMS获取变电站接入每条线路运行的数据信息，按照抽取10年(15分钟或30分钟、1小时作为每一个时段)的数据规模进行计算；采用概率分析方法验证这些数据是否具备正态分布特征，并确定其概率分布函数；按照正态分布特征值计算方法计算并确定线路视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值和方差：视在功率均值μSLi和方差σSLi、有功功率均值μPLi和方差σPLi、无功功率均值μQLi和方差σQLi；
S3：从电网能量管理系统EMS获取并列运行变压器运行数据信息，按照抽取10年(15分钟或30分钟、1小时作为每一个时段)的数据规模进行计算；采用概率分析方法验证这些数据是否具备正态分布特征，并确定其概率分布函数；按照正态分布特征值计算方法计算并确定每台变压器视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值和方差：视在功率均值μSTi和方差σSTi、有功功率均均值μPTi和方差σPTi、无功功率均值μQTi和方差σQTi；
S4：从电网能量管理系统EMS获取变压器低压侧负荷功率的数据信息，按照抽取10年(15分钟或30分钟、1小时作为每一个时段)的数据规模进行计算；采用概率分析方法验证这些负荷功率是否具备正态分布特征，并确定其概率分布函数；按照正态分布特征值计算方法计算并确定负荷视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值和方差：视在功率均值μSD和方差σSD、有功功率均值μPD和方差σPD、无功功率均值μQD和方差σQD；
S5：从电网能量管理系统EMS获取相关数据，计算线路有功和无功功率损耗平均值：
首先确定每条线路有功功率和无功功率损耗的概率密度函数；线路Li有功和无功功率损耗概率密度函数fLPLossi(y)、fLQLossi(y)计算所需的变压器高压侧电压值以及线路有功功率和无功功率从电网能量管理系统EMS获取其实时值，线路Li有功和无功功率损耗概率计算公式分别为：
Figure BDA0001712908780000081
Figure BDA0001712908780000082
在线路Li有功和无功功率损耗概率密度函数fLPLossi(y)、fLQLossi(y)的基础上，线路Li有功和无功功率损耗平均值分别按照下面两个式子计算得出：
Figure BDA0001712908780000083
Figure BDA0001712908780000084
而变电站接入的NL条线路有功和无功功率损耗的平均值的计算步骤如下：
S5.1：计算变电站高压母线负荷有功功率：P′DT＝PD+ΔPTLoss；
S5.2：计算变电站高压母线负荷无功功率：Q′DT＝QD+ΔQTLoss；
S5.3：计算NL条线路有功功率损耗平均值：
Figure BDA0001712908780000085
Figure BDA0001712908780000091
式中，Pr(NL-1)、Pr(NL-2)、…、Pr(NL-a)分别表示变电站的NL条输入线路中一条线路故障并退出运行即NL-1、两条线路同时故障并退出运行即NL-2、...、a条线路同时故障并退出运行即NL-a的概率；
S5.4：计算NL条线路无功功率损耗平均值：
Figure BDA0001712908780000092
式中，Pr(NL-1)、Pr(NL-2)、…、Pr(NL-a)分别表示变电站的NL条输入线路中一条线路故障并退出运行即NL-1、两条线路同时故障并退出运行即NL-2、...、a条线路同时故障并退出运行即NL-a的概率；
S6：从电网能量管理系统EMS获取相关数据，计算变压器有功和无功功率损耗平均值：
首先确定每台变压器有功和无功功率损耗概率密度函数，从电网能量管理系统EMS获取变压器高压侧电压值以及变压器有功功率和无功功率的实时值，即可计算变压器Ti有功和无功功率损耗概率密度函数fTPLossi(y)、fTQLossi(y)。变压器Ti有功和无功功率损耗概率计算公式分别为：
Figure BDA0001712908780000101
Figure BDA0001712908780000102
在变压器Ti有功和无功功率损耗概率密度函数fTPLossi(y)、fTQLossi(y)的基础上，变压器Ti有功和无功功率损耗平均值分别按照下面两个式子：
Figure BDA0001712908780000103
Figure BDA0001712908780000104
假设并列NT台变压器均相同，那么NT台并列运行变压器的有功功率损耗概率密度函数fTPLoss(y)为：
Figure BDA0001712908780000105
NT台并列运行变压器无功功率损耗概率密度函数fTQLoss(y)为：
Figure BDA0001712908780000111
NT台并列运行变压器统有功和无功功率损耗的平均值分别按照如下公式计算:
Figure BDA0001712908780000112
上式中，Pr(NT-1)、Pr(NT-2)、…、Pr(NT-a)分别表示变电站的NT台变压器中一台变压器故障并退出运行即NL-1、两台变压器同时故障并退出运行即NL-2、...、a台变压器同时故障并退出运行即NL-a的概率；
S7：计算NL条输入线路、NT台变压器并列组成的供电系统有功和无功功率损耗的平均值，其计算公式为：
ΔPLoss＝ΔPLLoss+ΔPTLoss；
ΔQLoss＝ΔQLLoss+ΔQTLoss。
本实施例同时考虑电网运行方式和负荷的不确定性和随机性，通过电网能量管理系统EMS获取电网运行的数据，在考虑电网运行方式的不确定性时主要是引入变压器、线路等设备的不确定性运行状态，在考虑负荷的不确定性时主要引入负荷的不确定性状态，假设电网运行方式变化和负荷的波动均服从正态分布，在概率分析的基础上计算电网有功功率和无功功率损耗的平均值。通过本实施例的方法，可以计算出在一定运行周期(1小时、1天、1月、1年、5年、10年等)内单站单级多元件供电系统有功功率和无功功率损耗的平均值。反映了并列运行变压器和线路有功和无功功率波动特性及其概率特征、变压器并列运行方式、并列运行变压器和线路故障情况和检修计划等，为电网调度运行以及线路和变压器检修计划提供技术支撑。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：从电网能量管理系统EMS获取线路和变压器的相关数据信息，计算每条线路的电阻RLi和电抗XLi，i＝1,2,...,NL，NL为线路的条数；以及计算每台变压器的电阻RTi和电抗XTi，i＝1,2,...,NT，NT为并列变压器的台数；
S2：从电网能量管理系统EMS获取变电站接入每条线路运行的数据信息，然后采用模拟的方法，确定线路视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值和方差：视在功率均值μSLi和方差σSLi、有功功率均值μPLi和方差σPLi、无功功率均值μQLi和方差σQLi；
S3：从电网能量管理系统EMS获取并列运行变压器运行数据信息，然后采用模拟的方法，确定每台变压器视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值和方差：视在功率均值μSTi和方差σSTi、有功功率均均值μPTi和方差σPTi、无功功率均值μQTi和方差σQTi；
S4：从电网能量管理系统EMS获取变压器低压侧负荷功率的数据信息，采用模拟的方法，确定变压器低压侧负荷视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值和方差：视在功率均值μSD和方差σSD、有功功率均值μPD和方差σPD、无功功率均值μQD和方差σQD；
S5：从电网能量管理系统EMS获取相关数据，计算线路有功和无功功率损耗平均值ΔPLLoss和ΔQLLoss；
S6：从电网能量管理系统EMS获取相关数据，计算变压器有功和无功功率损耗平均值ΔPTLoss和ΔQTLoss；
S7：计算NL条输入线路、NT台变压器并列组成的供电系统有功和无功功率损耗的平均值，其计算公式为：
ΔPLoss＝ΔPLLoss+ΔPTLoss；
ΔQLoss＝ΔQLLoss+ΔQTLoss；
所述步骤S5中变电站接入的NL条线路有功和无功功率损耗的平均值的计算步骤如下：
S5.1：计算变电站高压母线负荷有功功率：P′DT＝PD+ΔPTLoss；
S5.2：计算变电站高压母线负荷无功功率：Q′DT＝QD+ΔQTLoss；
S5.3：计算NL条线路有功功率损耗平均值：
Figure FDA0003497536470000021
S5.4：计算NL条线路无功功率损耗平均值：
Figure FDA0003497536470000022
2.根据权利要求1所述的一种单站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法，其特征在于：所述步骤S6中，NT台并列运行变压器有功和无功功率损耗的平均值的计算步骤如下：
S6.1：计算NT台并列运行变压器有功功率损耗平均值：
Figure FDA0003497536470000031
S6.2：计算NT台并列运行变压器无功功率损耗平均值：
Figure FDA0003497536470000032
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