CN110222896A - 一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要步骤为：1)提取电力系统中电压等级相同的变电站，并获取所述变电站的基本数据。2)计算每台变压器在当前年度的功能年龄。3)计算每台变压器的总故障率4)计算不同故障事件的平均负荷损失功率。5)计算不同备用变压器数量下的变电站运行的风险损失。6)对变电站中的老化变压器进行退役更新。7)对风险损失进行归一化处理。8)计算期望风险损失平均值。本发明可有效降低变电站运行风险，提高电力系统的安全稳定性。

Description

一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法
技术领域
本发明涉及电力系统运行技术领域，具体是一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法。
背景技术
变电站是电力系统的重要组成部分，其运行风险不仅关系到电网运行的可靠性和经济性，更关系到社会经济发展和人民生活水平提高。如果变电站处于较高的运行风险，将可能导致电力系统发生大面积停电事故，造成严重的社会影响。因此，降低变电站运行风险对保障电力系统安全稳定运行具有重大意义。
变压器作为变电站中的核心设备，其运行状态直接影响变电站的运行风险。根据运行变压器的老化状态，利用备用变压器对老化变压器进行退役更新是降低变电站运行风险的重要措施。此外，变电站中的变压器在实际运行中可能突然发生故障，修复故障变压器或采购新变压器替换故障设备所需时间较长，而采用备用变压器能够大大缩短故障时间，降低变电站的风险损失。
然而，现有技术中缺点在于：1)没有充分考虑变电站中的各台变压器的实际老化状态以及不可修复故障率对变电站运行风险和风险损失的影响，比如，有研究依据变压器运行时间计算设备的不可修复故障率，并没有计及设备的实际老化状态，也有研究只考虑各台变压器的可修复故障率，没有模拟计算变压器的不可修复故障率；2)变电站运行风险的影响中只辨识了各故障事件发生的可能性，没有识别风险损失，比如，有研究利用备用变压器来满足变电站设定的可接受失效概率指标，没有考虑失效概率引起的严重性损失。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要包括以下步骤：
1)确定待调整电力系统。提取电力系统中电压等级相同的变电站，并获取所述变电站的基本数据。
所述变电站的基本数据主要包括变压器台数N、各台变压器编号i、投运年份Iy和投运月份Im、变压器退役的功能年龄Age、变压器寿命的均值μ、变压器寿命标准差σ、未来规划年限T、各台变压器绝缘油中的糠醛浓度FAL、当前年度各变压器的平均负荷功率Ce、当前年度各变压器负荷功率年增长率d、每台变压器发生可修复故障的平均故障频率f、每台变压器发生可修复故障时的平均修复时间MTTR、故障事件平均持续时间HC、备用变压器平均安装时间HD、单位停电损失费用u和单台备用变压器每年的运行损失成本Sunit。
2)根据每台变压器绝缘油中的糠醛浓度，计算每台变压器在当前年度的功能年龄。
计算变压器在当前年度的功能年龄的主要步骤如下：
2.1)计算第i台变压器绝缘纸的聚合度DPi，即：
DPi＝-285.7×log10(FALi×0.88)+1288.6,i＝1,2,...,N。 (1)
式中，FALi为第i台变压器绝缘油中的糠醛浓度。
2.2)计算第i台变压器在当前年度的功能年龄即：
式中，INDP为全新的变压器绝缘纸的聚合度。i为变压器的编号。N为变压器台数。
3)根据所述变电站基本数据和每台变压器的功能年龄，计算每台变压器的总故障率
计算每台变压器总故障率的主要步骤如下：
3.1)确定每台变压器的可修复故障率即：
式中，为第i台变压器的可修复故障率。fi为第i台变压器发生可修复故障的平均故障频率。MTTRi为第i台变压器发生可修复故障时的平均修复时间。
3.2)利用正态分布，确定每台变压器的不可修复故障率即：
式中，表示第i台变压器的功能年龄。μ和σ分别为正态分布的均值和标准差，也即变压器的寿命均值和标准差。F(x)表示概率函数。x为概率函数的输入。j为规划期间中任一年划分的时间间隔中的第j个时间间隔，时间间隔总数为w。j＝1,2,3,…,w。w＝100。
概率函数F(x)如下所示：
式中，α为计算系数。x指代或f(x)为在x≥0时的概率函数表达式。
3.3)确定每台变压器总的故障率即：
其中，为第i台变压器总的故障率。
4)根据变压器组中每台变压器总故障率计算变压器组中不同故障事件的发生概率。根据当前年度所有变压器的平均负荷功率和负荷功率年增长率，计算不同故障事件的平均负荷损失功率。
计算变压器组中不同故障事件的发生概率ps和不同故障事件的平均负荷损失功率的主要步骤如下：
4.1)变压器组第s个故障状态的发生概率ps如下所示：
式中，和分别为变压组中的第s个故障状态下的故障变压器台数和正常运行变压器台数。和分别为第i台变压器总故障率和第j台变压器总故障率。S为变压器组中的故障状态总数。
4.2)第m个故障事件的发生概率如下所示：
其中，f为第m个故障事件中的故障变压器的台数。Sf为故障状态中的故障变压器台数为f的故障状态数量。M为故障事件的总数。
4.3)计算不同故障事件在某个年度的平均负荷损失功率即：
式中，d为负荷功率年增长率。f为第m个故障事件中的故障变压器台数。Ce为变压器的平均负荷功率。T为未来规划年限。t＝0代表当前年度，t＝1,2,...,T，代表未来规划年限内的某个年度。
5)根据所述变电站的基本数据，计算不同备用变压器数量下的变电站运行风险损失。
所述变电站运行风险损失主要包括期望停电时间EDT(n)、期望缺供电量EENS(n)和期望运行损失成本EOC(n)。
期望停电时间EDT(n)如下所示：
式中，N为变压器总台数。M1 n为故障事件中的故障变压器数量多余备用变压器数量n的故障事件数量。M2 n为故障事件中的故障变压器数量小于或者等于备用变压器数量n的故障事件数量。Pi和Pj分别为第i个故障事件和第j个故障事件发生的概率。HC和HD分别为故障事件平均持续时间和备用变压器平均安装时间。
期望缺供电量EENS(n)如下所示：
其中，Ci和Cj分别为第i个故障事件和第j个故障事件的平均负荷损失功率，单位为兆瓦。
期望运行损失成本EOC(n)如下所示：
EOC(n)＝EENS(n)·u+n·Sunit,N≥n≥0。 (12)
其中，EOC(n)为n台备用变压器时的期望运行损失成本，单位为万元。u为单位停电损失费用，单位为万元/兆瓦时。Sunit为单台备用变压器每年的运行损失成本，单位为万元/台。
6)根据所述变电站基本数据和各台变压器在当前年度的功能年龄，计算各台变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄，并利用备用变压器对变电站中的老化变压器进行退役更新，再重复执行步骤3-步骤5，直到规划年限内所有年度的功能年龄计算完毕。
利用备用变压器对变电站中的老化变压器进行退役更新的主要步骤如下：
6.1)计算各台变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄即：
式中，为第i台变压器在未来规划年限内的第t年度的自然年龄。为第i台变压器在当前年度的自然年龄。
其中，第i台变压器在第X年度的自然年龄如下所示：
式中，为第i台变压器在第X个年度的自然年龄。为第i台变压器的投运年份。为第i台变压器的投运月份。
6.2)比较第i台变压器在未来规划年限内的第t年度的功能年龄和变压器退役的功能年龄Age，若则利用备用变压器替换第i台变压器，使第i台变压器退役。
7)根据所述未来规划年限内不同年度不同备用变压器数量下变电站运行风险造成的风险损失，对风险损失进行归一化处理。
归一化后的变电站运行风险损失|EK|t(n)如下所示：
式中，EKt(n)为在未来规划年限内的第t年度采用n台备用变压器时变电站运行风险损失。为在未来规划年限内的第t年度变电站运行风险损失的最大值。K＝DT，ENS，OC。n为备用变压器数量。N为变压器总台数。T为未来规划年限。
8)计算不同备用变压器数量下变电站运行风险造成的期望风险损失平均值，并确定最小的期望风险损失平均值；基于最小的期望风险损失平均值对应的变压器数量，确定变压器运行方法。
在未来规划年限内的第t年度n台备用变压器时变电站运行风险导致的期望风险损失平均值Rt(n)如下所示：
式中，|EDT|t(n)、|EENS|t(n)和|EOC|t(n)分别为在未来规划年限内的第t年度采用n台备用变压器时变电站运行风险造成的归一化期望停电时间、归一化期望缺供电量和归一化期望运行损失成本。
本发明的技术效果是毋庸置疑的。本发明提供一种通过备用变压器降低变电站运行风险的方法，能够通过反映各台变压器实际老化状态的功能年龄，利用备用变压器退役更新变电站中的老化变压器，降低变电站运行风险，综合考虑设备的不可修复故障率和可修复故障率，分析不同备用情况下的变电站的风险损失，利用备用变压器获得最小的期望风险损失平均值。本发明既能够降低各变电站的运行风险，也能够降低各变电站的风险损失。本发明基于变压器绝缘油中糠醛浓度，以绝缘纸聚合度为指标，评估变压器的功能年龄，利用备用变压器更新替换变电站内的老化变压器，降低变电站的运行风险，利用正态分布和功能年龄模拟变压器的不可修复故障率，并考虑变压器的可修复故障率，计算变电站运行风险造成的风险损失，利用备用变压器得到变电站最小的期望风险损失平均值。该方法可有效降低变电站运行风险和风险损失，提高电力系统的安全稳定性，具有很强的工程实用价值。
附图说明
图1为方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1，一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要包括以下步骤：
1)确定待调整电力系统。提取电力系统中电压等级相同的变电站，并获取所述变电站的基本数据。
所述变电站的基本数据主要包括变压器台数N、各台变压器编号i、投运年份Iy和投运月份Im、变压器退役的功能年龄Age、变压器寿命的均值μ、变压器寿命标准差σ、未来规划年限T、各台变压器绝缘油中的糠醛浓度FAL、当前年度各变压器的平均负荷功率Ce、当前年度各变压器负荷功率年增长率d、每台变压器发生可修复故障的平均故障频率f、每台变压器发生可修复故障时的平均修复时间MTTR、故障事件平均持续时间HC、备用变压器平均安装时间HD、单位停电损失费用u和单台备用变压器每年的运行损失成本Sunit。
2)根据每台变压器绝缘油中的糠醛浓度，计算每台变压器在当前年度的功能年龄。
计算变压器在当前年度的功能年龄的主要步骤如下：
2.1)计算第i台变压器绝缘纸的聚合度DPi，即：
DPi＝-285.7×log10(FALi×0.88)+1288.6,i＝1,2,...,N。 (1)
式中，FALi为第i台变压器绝缘油中的糠醛浓度。
2.2)计算第i台变压器在当前年度的功能年龄即：
式中，INDP为全新的变压器绝缘纸的聚合度，其值在1000左右，通常选择INDP＝1100。i为变压器的编号。N为变压器台数。
3)根据所述变电站基本数据和每台变压器的功能年龄，计算每台变压器的总故障率
计算每台变压器总故障率的主要步骤如下：
3.1)确定每台变压器的可修复故障率即：
式中，为第i台变压器的可修复故障率。fi为第i台变压器发生可修复故障的平均故障频率。MTTRi为第i台变压器发生可修复故障时的平均修复时间。
3.2)利用正态分布，确定每台变压器的不可修复故障率即：
式中，表示第i台变压器的功能年龄。μ和σ分别为正态分布的均值和标准差，也即变压器的寿命均值和标准差。F(x)表示概率函数。x为概率函数的输入。j为规划期间中任一年划分的时间间隔中的第j个时间间隔，时间间隔总数为w。j＝1,2,3,…,w。w＝100。
概率函数F(x)如下所示：
式中，α为计算系数。x指代或f(x)为x≥0时概率函数表达式。
3.3)确定每台变压器总的故障率即：
其中，为第i台变压器总的故障率。
4)根据变压器组中每台变压器总故障率计算变压器组中不同故障事件的发生概率。根据当前年度所有变压器的平均负荷功率和负荷功率年增长率，计算不同故障事件的平均负荷损失功率。
计算变压器组中不同故障事件的发生概率ps和不同故障事件的平均负荷损失功率的主要步骤如下：
4.1)将各变电站内相同型号的变压器组成一个变压器组，通过变压器组的状态分析变电站运行风险，由于每台变压器的状态可以分为正常运行状态和故障状态两种情况，变压器组的状态实际上是变压器组中所有变压器运行状态的排列组合，根据每台变压器总的故障率，变压器组第s个故障状态的发生概率ps如下所示：
式中，和分别为变压组中的第s个故障状态下的故障变压器台数和正常运行变压器台数。和分别为第i台变压器总故障率和第j台变压器总故障率。S为变压器组中的故障状态总数。
4.2)由于变压器组中不同的故障状态可能具有相同数量的故障变压器，根据变压器组故障状态中的故障变压器数量，可以将具有相同故障变压器数量的变压器组故障状态归为同一个故障事件，根据变压器组中的各个故障状态的发生概率，第m个故障事件的发生概率如下所示：
其中，f为第m个故障事件中的故障变压器的台数。Sf为故障状态中的故障变压器台数为f的故障状态数量。M为故障事件的总数。值得注意的是，故障事件中的故障变压器数量应该大于或等于1，同时也应该小于或等于变压器台数N。Sf为故障状态中的故障变压器台数为f的故障状态数量。
4.3)计算不同故障事件在某个年度的平均负荷损失功率即：
式中，d为负荷功率年增长率。f为第m个故障事件中的故障变压器台数。Ce为变压器的平均负荷功率。T为未来规划年限。t＝0代表当前年度，t＝1,2,...,T，代表未来规划年限内的某个年度。
5)根据所述变电站的基本数据，计算不同备用变压器数量下的变电站运行风险损失。
所述变电站运行风险损失主要包括期望停电时间EDT(n)、期望缺供电量EENS(n)和期望运行损失成本EOC(n)。
期望停电时间EDT(n)如下所示：
式中，N为变压器总台数。M1 n为故障事件中的故障变压器数量多余备用变压器数量n的故障事件数量。M2 n为故障事件中的故障变压器数量小于或者等于备用变压器数量n的故障事件数量。Pi和Pj分别为第i个故障事件和第j个故障事件发生的概率。HC和HD分别为故障事件平均持续时间和备用变压器平均安装时间。
期望缺供电量EENS(n)如下所示：
其中，Ci和Cj分别为第i个故障事件和第j个故障事件的平均负荷损失功率，单位为兆瓦。
期望运行损失成本EOC(n)如下所示：
EOC(n)＝EENS(n)·u+n·Sunit,N≥n≥0。 (12)
其中，EOC(n)为n台备用变压器时的期望运行损失成本，单位为万元。u为单位停电损失费用，单位为万元/兆瓦时。Sunit为单台备用变压器每年的运行损失成本，单位为万元/台。
6)根据所述变电站基本数据和各台变压器在当前年度的功能年龄，计算各台变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄，并利用备用变压器对变电站中的老化变压器进行退役更新，再重复执行步骤3-步骤5，直到规划年限内所有年度的功能年龄计算完毕。
利用备用变压器对变电站中的老化变压器进行退役更新的主要步骤如下：
6.1)计算各台变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄即：
式中，为第i台变压器在未来规划年限内的第t年度的自然年龄。为第i台变压器在当前年度的自然年龄。
其中，第i台变压器在第X年度的自然年龄如下所示：
式中，为第i台变压器在第X个年度的自然年龄。为第i台变压器的投运年份。为第i台变压器的投运月份。
6.2)比较第i台变压器在未来规划年限内的第t年度的功能年龄和变压器退役的功能年龄Age，若则利用备用变压器替换第i台变压器，使第i台变压器退役，从而降低变电站运行风险性。
7)根据所述未来规划年限内不同年度不同备用变压器数量下变电站运行风险造成的风险损失，对风险损失进行归一化处理。
归一化后的变电站运行风险损失|EK|t(n)如下所示：
式中，EKt(n)为在未来规划年限内的第t年度采用n台备用变压器时变电站运行风险损失。为在未来规划年限内的第t年度变电站运行风险损失的最大值。K＝DT，ENS，OC。n为备用变压器数量。N为变压器总台数。T为未来规划年限。
8)计算不同备用变压器数量下变电站运行风险造成的期望风险损失平均值，并确定最小的期望风险损失平均值；基于最小的期望风险损失平均值对应的变压器数量，确定变压器运行方法。
在未来规划年限内的第t年度采用n台备用变压器时变电站运行风险导致的期望风险损失平均值Rt(n)如下所示：
式中，|EDT|t(n)、|EENS|t(n)和|EOC|t(n)分别为在未来规划年限内的第t年度采用n台备用变压器时变电站运行风险造成的归一化期望停电时间、归一化期望缺供电量和归一化期望运行损失成本。
实施例2：
一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要包括以下步骤：
1)确定待调整电力系统；提取电力系统中电压等级相同的变电站，并获取所述变电站的基本数据。
2)根据每台变压器绝缘油中的糠醛浓度，计算每台变压器在当前年度的功能年龄。
3)根据所述变电站基本数据和每台变压器的功能年龄，计算每台变压器的总故障率
4)根据变压器组中每台变压器总故障率计算变压器组中不同故障事件的发生概率。根据当前年度所有变压器的平均负荷功率和负荷功率年增长率，计算不同故障事件的平均负荷损失功率。
5)根据所述变电站的基本数据，计算不同备用变压器数量下的变电站运行的风险损失。
6)根据所述变电站基本数据和各台变压器在当前年度的功能年龄，计算变压器组中各台变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄，并利用备用变压器对变电站中的老化变压器进行退役更新，再重复执行步骤3-步骤5，直到规划年限内所有年度的功能年龄计算完毕。
7)根据所述未来规划年限内不同年度不同备用变压器数量下变电站运行风险造成的风险损失，对风险损失进行归一化处理。
8)计算不同备用变压器数量下变电站运行风险造成的期望风险损失平均值，并确定最小的期望风险损失平均值；基于最小的期望风险损失平均值对应的变压器数量，确定变压器运行方法。
实施例3：
一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要步骤同实施例2，其中，变电站的基本数据主要包括变压器台数N、各台变压器编号i、投运年份Iy和投运月份Im、变压器退役的功能年龄Age、变压器寿命的均值μ、变压器寿命标准差σ、未来规划年限T、各台变压器绝缘油中的糠醛浓度FAL、当前年度各变压器的平均负荷功率Ce、当前年度各变压器负荷功率年增长率d、每台变压器发生可修复故障的平均故障频率f、每台变压器发生可修复故障时的平均修复时间MTTR、故障事件平均持续时间HC、备用变压器平均安装时间HD、单位停电损失费用u和单台备用变压器每年的运行损失成本Sunit。
实施例4：
一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要步骤同
实施例2，其中，计算变压器在当前年度的功能年龄的主要步骤如下：
1)计算第i台变压器绝缘纸的聚合度DPi，即：
DPi＝-285.7×log10(FALi×0.88)+1288.6,i＝1,2,...,N。 (1)
式中，FALi为第i台变压器绝缘油中的糠醛浓度。
2)计算第i台变压器在当前年度的功能年龄即：
式中，INDP为全新的变压器绝缘纸的聚合度。i为变压器的编号。N为变压器台数。
实施例5：
一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要步骤同实施例2，其中，计算每台变压器总故障率的主要步骤如下：
1)确定每台变压器的可修复故障率即：
式中，为第i台变压器的可修复故障率。fi为第i台变压器发生可修复故障的平均故障频率。MTTRi为第i台变压器发生可修复故障时的平均修复时间。
2)利用正态分布，确定每台变压器的不可修复故障率即：
式中，表示第i台变压器的功能年龄。μ和σ分别为正态分布的均值和标准差，也即变压器的寿命均值和标准差。F(x)表示概率函数。x为概率函数的输入。j为规划期间中任一年划分的时间间隔中的第j个时间间隔，时间间隔总数为w。j＝1,2,3,…,w。w＝100。
概率函数F(x)如下所示：
3)确定每台变压器总的故障率即：
其中，为第i台变压器总的故障率。
实施例6：
一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要步骤同实施例2，其中，计算变压器组中不同故障事件的发生概率ps和不同故障事件的平均负荷损失功率的主要步骤如下：
4.1)变压器组第s个故障状态的发生概率ps如下所示：
式中，和分别为变压组中的第s个故障状态下的故障变压器台数和正常运行变压器台数。和分别为第i台变压器总故障率和第j台变压器总故障率。S为变压器组中的故障状态总数。
4.2)第m个故障事件的发生概率如下所示：
其中，f为第m个故障事件中的故障变压器的台数。Sf为故障状态中的故障变压器台数为f的故障状态数量。M为故障事件的总数。
4.3)计算不同故障事件在某个年度的平均负荷损失功率即：
式中，d为负荷功率年增长率。f为第m个故障事件中的故障变压器台数。Ce为变压器的平均负荷功率。T为未来规划年限。
实施例7：
一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要步骤同实施例2，其中，所述变电站运行风险损失主要包括期望停电时间EDT(n)、期望缺供电量EENS(n)和期望运行损失成本EOC(n)。
期望停电时间EDT(n)如下所示：
式中，N为变压器总台数。M1 n为故障事件中的故障变压器数量多余备用变压器数量n的故障事件数量。M2 n为故障事件中的故障变压器数量小于或者等于备用变压器数量n的故障事件数量。Pi和Pj分别为第i个故障事件和第j个故障事件发生的概率。HC和HD分别为故障事件平均持续时间和备用变压器平均安装时间。
期望缺供电量EENS(n)如下所示：
其中，Ci和Cj分别为第i个故障事件和第j个故障事件的平均负荷损失功率，单位为兆瓦。
期望运行损失成本EOC(n)如下所示：
EOC(n)＝EENS(n)·u+n·Sunit,N≥n≥0。 (3)
其中，EOC(n)为n台备用变压器时的期望运行损失成本，单位为万元。u为单位停电损失费用，单位为万元/兆瓦时。Sunit为单台备用变压器每年的运行损失成本，单位为万元/台。
实施例8：
一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要步骤同实施例2，其中，利用备用变压器对变电站中的老化变压器进行退役更新的主要步骤如下：
1)计算各台变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄即：
式中，为第i台变压器在未来规划年限内的第t年度的自然年龄。为第i台变压器在当前年度的自然年龄。
其中，第i台变压器在第X年度的自然年龄如下所示：
式中，为第i台变压器在第X个年度的自然年龄。为第i台变压器的投运年份。为第i台变压器的投运月份。
2)比较第i台变压器在未来规划年限内的第t年度的功能年龄和变压器退役的功能年龄Age，若则利用备用变压器替换第i台变压器，使第i台变压器退役。
实施例9：
一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要步骤同实施例2，其中，归一化后的变电站运行风险损失|EK|t(n)如下所示：
式中，EKt(n)为在未来规划年限内的第t年度采用n台备用变压器时变电站运行风险造成的风险损失。为在未来规划年限内的第t年度变电站运行风险造成的风险损失的最大值。K＝DT，ENS，OC。n为备用变压器数量。N为变压器总台数。T为未来规划年限。
K＝DT时，EKt(n)＝EDTt(n)，K＝ENS时，EKt(n)＝EENSt(n)，K＝OC时，EKt(n)＝EOCt(n)。
实施例10：
一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，主要步骤同实施例2，其中，在未来规划年限内的第t年度n台备用变压器时变电站运行风险导致的期望风险损失平均值Rt(n)如下所示：
式中，|EDT|t(n)、|EENS|t(n)和|EOC|t(n)分别为在未来规划年限内的第t年度n台备用变压器时变电站运行风险造成的归一化期望停电时间、归一化期望缺供电量和归一化期望运行损失成本。
实施例11：
一种验证利用备用变压器降低变电站运行风险的方法的实验，主要步骤如下：
1)获取变电站的基本数据
选取A区域电网中的6座220kV变电站，将各变电站的编号为T1、T2、....、T6，将各变压器的编号为1、2、....、13，变压器功能年龄上限Age＝40年，平均寿命为42年，标准差为15年，N＝13台变压器在当前年度2019年的平均负荷功率为104.56MW，A区域负荷功率年增长率为2％，未来规划年限T＝10年，即2020年1月-2029年12月，N＝13台变压器的投运时间和绝缘油中糠醛浓度如表1所示，根据变电站10年(2008～2018年)的历史故障记录数据，电站内的变压器发生可修复故障的平均故障率为f＝0.065次/年，发生可修复故障的平均修复时间为MTTR＝168小时/次，故障事件平均持续时间为200小时，备用设备安装时间为24小时，A区域的单位停电损失费用为0.247万元/兆瓦时，单台备用变压器每年运行损失成本为56.9056万元。
表1变压器的投运时间和绝缘油中糠醛浓度
2)评估各台变压器在当前年度2019年的功能年龄
根据公式(1)先计算第i台变压器的绝缘纸聚合度DPi，然后根据公式(2)计算第i台在当前年度2019年的功能年龄如表2所示。
表2第i台在当前年度2019年的功能年龄
3)计算各台变压器总的故障率
根据公式(3)计算N＝13台变压器的可修复故障率Vr＝0.0012；然后，根据第i台变压器的功能年龄，计算第i台变压器的不可修复故障率最后，综合可修复故障率和不可修复故障率，得到第i台变压器总的故障率Viar。
4)计算各故障事件的发生概率和平均负荷损失功率
首先，将变电站内的13台相同型号的变压器组成一个变压器组，根据公式(7)计算变压器组中的各个故障状态发生的概率ps；然后，根据公式(8)计算各个故障事件发生的概率最后，根据公式(9)计算各故障事件在第t年度的平均负荷损失功率。
5)计算变电站运行风险造成的风险损失
采用公式(10)-(12)，计算0～13台备用变压器下的变电站运行风险造成的风险损失，即期望停电时间，期望缺供电量和期望运行风险损失费。
6)评估各变压器在未来规划年限内各年度的功能年龄，利用备用变压器更新老化设备，并计算变电站运行风险在未来规划年限内各年度造成的风险损失
先根据公式(13)计算各变压器在未来规划年限内第t年度的功能年龄，结合变压器退役的功能年龄Age，退役更新变电站内的老化变压器，然后重复执行第三步至第五步。其中，各变电站内的变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄(年)如表3所示，利用备用变压器退役更新的老化变压器如表4所示。
表3各变电站内的变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄(年)
表4利用备用变压器退役更新的老化变压器
7)归一化处理变电站运行风险造成的风险损失
在未来规划年限内，根据公式(15)归一化计算在0～N台备用变压器时变电站的运行风险损失，期望停电时间，期望缺供电量和期望运行损失成本分别如表5、表6和表7所示。
表5期望停电时间
表6期望缺供电量
表7期望运行损失成本
8)利用备用变压器使得变电站风险损失的期望平均值最小
在未来规划年限内，根据公式(16)计算在0～N台备用变压器时变电站运行风险造成的期望风险损失平均值如表8所示，变电站期望风险损失平均值最低时所需的备用变压器数量如表9所示。
表8期望风险损失平均值
表9变电站期望风险损失平均值最低时所需的备用变压器数量
时间 备用变压器数量
2020～2029年 2台

Claims (9)

1.一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)确定所述待调整电力系统；提取电力系统中电压等级相同的变电站，并获取所述变电站的基本数据。
2)根据每台变压器绝缘油中的糠醛浓度，计算每台变压器在当前年度的功能年龄；
3)根据所述变电站基本数据和每台变压器的功能年龄，计算每台变压器的总故障率
4)根据变压器组中每台变压器总故障率计算变压器组中不同故障事件的发生概率；根据当前年度所有变压器的平均负荷功率和负荷功率年增长率，计算不同故障事件的平均负荷损失功率。
5)根据所述变电站的基本数据，计算不同备用变压器数量下的变电站运行的风险损失；
6)根据所述变电站基本数据和各台变压器在当前年度的功能年龄，计算各台变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄，并利用备用变压器对变电站中的老化变压器进行退役更新，再重复执行步骤3-步骤5，直到规划年限内所有年度的功能年龄计算完毕；
7)根据所述未来规划年限内不同年度不同备用变压器数量下变电站运行风险损失，对风险损失进行归一化处理；
8)计算不同备用变压器数量下变电站运行风险造成的期望风险损失平均值，并确定最小的期望风险损失平均值；基于最小的期望风险损失平均值对应的变压器数量，确定变压器运行方法。
2.根据权利要求1所述的一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，其特征在于，所述变电站的基本数据主要包括变压器台数N、各台变压器编号i、投运年份Iy和投运月份Im、变压器退役的功能年龄Age、变压器寿命的均值μ、变压器寿命标准差σ、未来规划年限T、各台变压器绝缘油中的糠醛浓度FAL、当前年度各变压器的平均负荷功率Ce、当前年度各变压器负荷功率年增长率d、每台变压器发生可修复故障的平均故障频率f、每台变压器发生可修复故障时的平均修复时间MTTR、故障事件平均持续时间HC、备用变压器平均安装时间HD、单位停电损失费用u和单台备用变压器每年的运行损失成本Sunit。
3.根据权利要求1所述的一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，其特征在于，计算变压器在当前年度的功能年龄的主要步骤如下：
1)计算第i台变压器绝缘纸的聚合度DPi，即：
DPi＝-285.7×log10(FALi×0.88)+1288.6,i＝1,2,...,N； (1)
式中，FALi为第i台变压器绝缘油中的糠醛浓度；
2)计算第i台变压器在当前年度的功能年龄即：
式中，INDP为全新的变压器绝缘纸的聚合度；i为变压器的编号；N为变压器台数。
4.根据权利要求1所述的一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，其特征在于，计算每台变压器总故障率的主要步骤如下：
1)确定每台变压器的可修复故障率即：
式中，为第i台变压器的可修复故障率；fi为第i台变压器发生可修复故障的平均故障频率；MTTRi为第i台变压器发生可修复故障时的平均修复时间；
2)利用正态分布，确定每台变压器的不可修复故障率即：
式中，表示第i台变压器的功能年龄；μ和σ分别为正态分布的均值和标准差，也即变压器的寿命均值和标准差；F(x)表示概率函数；x为概率函数的输入；j为规划期间中任一年划分的时间间隔中的第j个时间间隔；时间间隔总数为w；j＝1,2,3,…,w；
概率函数F(x)如下所示：
式中，α为计算系数；x指代或f(x)为在x≥0时的概率函数表达式；
3)确定每台变压器总的故障率即：
其中，为第i台变压器总的故障率。
5.根据权利要求1所述的一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，其特征在于，计算变压器组中不同故障事件的发生概率ps和不同故障事件的平均负荷损失功率的主要步骤如下：
1)变压器组第s个故障状态的发生概率ps如下所示：
式中，和分别为变压组中的第s个故障状态下的故障变压器台数和正常运行变压器台数；和分别为第i台变压器总故障率和第j台变压器总故障率；S为变压器组中的故障状态总数；
2)第m个故障事件的发生概率如下所示：
其中，f为第m个故障事件中的故障变压器的台数；Sf为故障状态中的故障变压器台数为f的故障状态数量；M为故障事件的总数；
3)计算不同故障事件在某个年度的平均负荷损失功率即：
式中，d为负荷功率年增长率；f为第m个故障事件中的故障变压器台数；Ce为变压器的平均负荷功率；T为未来规划总年限；t＝0代表当前年度，t＝1,2,...,T，代表未来规划年限内的某个年度。
6.根据权利要求1所述的一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，其特征在于，所述变电站运行风险损失主要包括期望停电时间EDT(n)、期望缺供电量EENS(n)和期望运行损失成本EOC(n)；
期望停电时间EDT(n)如下所示：
式中，N为变压器总台数；M1 n为故障事件中的故障变压器数量多余备用变压器数量n的故障事件数量；M2 n为故障事件中的故障变压器数量小于或者等于备用变压器数量n的故障事件数量；Pi和Pj分别为第i个故障事件和第j个故障事件发生的概率；HC和HD分别为故障事件平均持续时间和备用变压器平均安装时间；
期望缺供电量EENS(n)如下所示：
其中，Ci和Cj分别为第i个故障事件和第j个故障事件的平均负荷损失功率；
期望运行损失成本EOC(n)如下所示：
EOC(n)＝EENS(n)·u+n·Sunit,N≥n≥0； (12)
式中，EOC(n)为n台备用变压器时的期望运行损失成本；u为单位停电损失费用；Sunit为单台备用变压器每年的运行损失成本。
7.根据权利要求1所述的一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，其特征在于，利用备用变压器对变电站中的老化变压器进行退役更新的主要步骤如下：
1)计算各台变压器在未来规划年限内不同年度的功能年龄即：
式中，为第i台变压器在未来规划年限内的第t年度的自然年龄；为第i台变压器在当前年度的自然年龄；
其中，第i台变压器在第X年度的自然年龄如下所示：
式中，为第i台变压器在第X个年度的自然年龄；为第i台变压器的投运年份；为第i台变压器的投运月份；
2)比较第i台变压器在未来规划年限内的第t年度的功能年龄和变压器退役的功能年龄Age，若则利用备用变压器替换第i台变压器，使第i台变压器退役。
8.根据权利要求1所述的一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，其特征在于，归一化后的变电站运行风险损失|EK|t(n)如下所示：
式中，EKt(n)为在未来规划年限内的第t年度采用n台备用变压器时变电站运行风险损失；为在未来规划年限内的第t年度变电站运行风险损失的最大值；K＝DT，ENS，OC；n为备用变压器数量；N为变压器总台数；T为未来规划年限。
9.根据权利要求1所述的一种利用备用变压器降低变电站运行风险的方法，其特征在于，在未来规划年限内的第t年度采用n台备用变压器时变电站运行风险导致的期望风险损失平均值Rt(n)如下所示：
式中，|EDT|t(n)、|EENS|t(n)和|EOC|t(n)分别为在未来规划年限内的第t年度n台采用备用变压器时变电站运行风险造成的归一化期望停电时间、归一化期望缺供电量和归一化期望运行损失成本。
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