CN111260152A - 配电变压器优化选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电变压器优化选型方法，收集台区可供选择的配电变压器型号及相关参数，根据台区上一年的负荷数据，基于预测规划期内第n年的负荷，设定负荷区间宽度，根据负荷值的大小将负荷区间从小到大排列，得到负荷分布曲线，统计最大概率系数下的负荷区间，计算变压器的经济运行区上限和下限，得出变压器的经济运行区间，计算变压器经济容量的选择区间，建立考虑风险成本的配电变压器全寿命周期成本模型，计算序列内各配电变压器的全寿命周期成本，选择总成本最小的变压器型号作为优选变压器。本发明通过考虑负荷区间最大概率分布系数及风险成本，有效地提供了一种利用效率高、运行成本低、可以保证变压器更优化运行的方法。

Description

配电变压器优化选型方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行技术领域，特别涉及一种配电变压器优化选型方法。

背景技术

配电变压器作为保障电力系统稳定运行的主要设备，承担着给电力用户分配电能的重要作用，因此，为推动“三型两网”建设，降低配电变压器的运行成本和损耗，大量传统的高耗能配电变压器都需要更换。

目前，大多数变压器的容量选型方式均基于一年中出现频次较小的峰值负荷乘以经济运行区间的某一固定比例，这种方法仅考虑了变压器运行的安全性，并未考虑到变压器的总体利用率和运行的经济效益，使得变压器长期处于轻载运行状态，从而导致变压器损耗较大，因此导致了利用效率低，运行成本高。由鉴于此，需要提供一种利用效率高、运行成本低、可以保证变压器更优化运行的方法。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种配电变压器优化选型方法，所述技术方案如下：

首先，步骤1：收集台区可供选择的配电变压器型号及相关参数；

步骤2：根据所述台区上一年的负荷数据

以1年为时间单位间隔，基于预测规划期内第n年的负荷数据

和不同负荷占全年时间的比例T_ratio,t；

步骤3：设定负荷区间宽度X，将所述第n年的负荷数据根据所述负荷区间宽度X等比例划分为m段，根据负荷值的大小将负荷区间从小到大排列，得出负荷区间序列X_l1；根据概率分布系数的大小将负荷区间从小到大排列，得出负荷区间序列X_l2；

步骤4：计算所述负荷区间序列X_l1各段区间的概率分布系数λ；以负荷为x轴变量，各区间的概率分布系数为y轴变量，得到第n年年负荷分布曲线，并统计最大概率系数λmax下的负荷区间X′_m，即为第n年负荷的最大概率分布区间

步骤5：根据变压器运行区间的划分，计算变压器i的经济运行区上限β_i,max和下限β_i,min，得出所述变压器i的经济运行区间[β_i,min,β_i,max]；

步骤6：根据负荷数据的最大概率分布区间和所述变压器i的经济运行区间，计算变压器经济容量的选择区间[S_i,min,S_i,max]；

步骤7：建立考虑风险成本的配电变压器全寿命周期成本模型，包括：初始投资成本C_I,i、上级容量规划成本C_P,i、运行成本C_O,i、检修维护成本C_M,i、退役处置成本C_D,i、及过载风险成本C_R,i；

步骤8：计算序列Y内各配电变压器的全寿命周期成本，选择总成本最小的变压器型号作为优选变压器。

进一步地，所述步骤2中，所述上一年的负荷数据

所述第n年的负荷数据

和所述不同负荷占全年时间的比例T_ratio,t可分别表示为：

式中，

表示第1年第t个时段的负荷功率，t＝1,2,…,8760；

表示第n年第t个时段的负荷功率；γ表示年平均负荷增长率。

进一步地，所述步骤3中，所述负荷区间宽度X、所述负荷区间序列X_l1和所述负荷区间序列X_l2分别为：

X_l1＝{X₁,X₂,…,X_m}

X_l2＝{X′₁,X′₂,…,X′_m}

式中，

和

分别为第n年负荷的最大值和最小值；X_m表示按照负荷值的大小排列下的第m段负荷区间；X′_m表示按照概率分布系数的大小排列下的第m段负荷区间。

进一步地，所述步骤4中，所述

分别为第n年负荷最大概率分布区间的下限和上限，各区间的概率分布系数λ分别为：

λ_max＝max{λ₁,λ₂,…,λ_m}

式中，

表示数值在X_m区间范围内的负荷在第n年内持续出现的时段数；λ_m为X_m区间的概率分布系数。

进一步地，所述步骤5中，所述变压器i的经济负载系数β_i、经济运行区的上限β_i,max和下限β_i,min分别为：

β_i,max＝0.75

式中，P_0,i、P_k,i分别为配电变压器i的空载损耗和负载损耗，k_i为配电变压器i的形状系数。

进一步地，所述步骤6中，S为安全裕度系数，0＜S＜1，变压器容量的选择区间上限S_i,max和下限S_i,min分别为：

进一步地，所述步骤7中，所述考虑风险成本的配电变压器i全寿命周期成本模型为：

C_LCC,i＝C_I,i+C_P,i+C_O,i+C_R,i+C_M,i+C_D,i

式中，C_I,i为变压器i的投资成本，包括变压器的购置费、安装费与运输费，可表示为：C_I,i＝(a_1,i+a_2,i+1)C_B,i；

C_P,i为上级电源容量规划成本，可表示为：C_P,i＝ρS_N,i；

C_O,i为变压器i的运行成本，可表示为：

C_R,i为变压器i的风险成本。假设规划期内第j年的负荷实际值相比于预测值增加了ΔP_j，则变压器i的风险成本可表示为：

C_M,i为变压器i的检修成本，可表示为：

C_D,i为变压器i的退役处置成本，可表示为：

进一步地，所述步骤8中，假设所述序列Y包含有x个容量达标的变压器，则所述优选变压器的成本为：

C_LCC,min＝min{C_LCC,1,C_LCC,2,…,C_LCC,m,C_LCC,x},1≤m≤x,m∈N₊

式中，C_LCC,m表示第m个变压器的全寿命周期成本。

在本发明中，通过收集台区可供选择的配电变压器型号及相关参数，根据台区上一年的负荷数据，基于预测规划期内第n年的负荷，设定负荷区间宽度，根据负荷值的大小将负荷区间从小到大排列，得到负荷分布曲线，统计最大概率系数下的负荷区间，计算变压器的经济运行区上限和下限，得出变压器的经济运行区间，计算变压器经济容量的选择区间，建立考虑风险成本的配电变压器全寿命周期成本模型，计算序列内各配电变压器的全寿命周期成本，选择总成本最小的变压器型号作为优选变压器。本发明提供了一种配电变压器优化选型方法，通过考虑负荷区间最大概率分布系数及风险成本，有效地提供了一种利用效率高、运行成本低、可以保证变压器更优化运行的方法。

附图说明

图1是本发明配电变压器优化选型方法的实施流程图；

图2是本发明配电变压器优化选型方法中的规划期第n年年负荷分布曲线图；

图3是本发明配电变压器优化选型方法的不同变压器的风险成本、损耗成本和全寿命周期成本的对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种配电变压器优化选型方法，如图1所示，通过收集台区可供选择的配电变压器型号及相关参数，根据台区上一年的负荷数据，基于预测规划期内第n年的负荷，设定负荷区间宽度，根据负荷值的大小将负荷区间从小到大排列，得到负荷分布曲线，统计最大概率系数下的负荷区间，计算变压器的经济运行区上限和下限，得出变压器的经济运行区间，计算变压器经济容量的选择区间，建立考虑风险成本的配电变压器全寿命周期成本模型，计算序列内各配电变压器的全寿命周期成本，选择总成本最小的变压器型号作为优选变压器。本发明提供了一种配电变压器优化选型方法，通过考虑负荷区间最大概率分布系数及风险成本，既能够确保绝大部分负荷都分布在变压器的经济运行区内，又能保障变压器的安全运行的选型方法，有效地提供了一种利用效率高、运行成本低、可以保证变压器更优化运行的方法。

本发明方法具体实施方式如下：

步骤1：收集台区可供选择的配电变压器型号及相关参数；

步骤2：以上一年为规划期(共n年)第1年，根据台区上一年的负荷数据，以1年为时间单位间隔，并基于预测规划期内第n年的负荷数据；

其中，上一年的负荷数据

第n年的负荷数据

和不同负荷占全年时间的比例T_ratiot可分别表示为：

式中，

表示第1年第t个时段的负荷功率，t＝1,2,…,8760；

表示第n年第t个时段的负荷功率；γ表示年平均负荷增长率。

步骤3：设定负荷区间宽度X，将第n年的负荷根据负荷区间宽度等比例划分为m段，根据负荷值的大小将负荷区间从小到大排列，得出负荷区间序列Xl1；根据概率分布系数的大小将负荷区间从小到大排列，得出负荷区间序列X l2；

其中，负荷区间宽度X、负荷区间序列X_l1和负荷区间序列X_l2分别为：

X_l1＝{X₁,X₂,…,X_m}

X_l2＝{X′₁,X′₂,…,X′_m}

式中，

和

分别为第n年负荷的最大值和最小值；X_m表示按照负荷值的大小排列下的第m段负荷区间；X′_m表示按照概率分布系数的大小排列下的第m段负荷区间。

步骤4：计算负荷区间序列Xl1各段区间的概率分布系数λ；以负荷为x轴变量，各区间的概率分布系数为y轴变量，得到第n年年负荷分布曲线，并统计最大概率系数λmax下的负荷区间X′_m，即为第n年负荷的最大概率分布区间

其中，

分别为第n年负荷最大概率分布区间的下限和上限，各区间的概率分布系数λ分别为：

λ_max＝max{λ₁,λ₂,…,λ_m}

式中，

表示数值在X_m区间范围内的负荷在第n年内持续出现的时段数；λ_m为X_m区间的概率分布系数。

步骤5：根据变压器运行区间的划分，计算变压器i的经济运行区上限β_i,max和下限β_i,min，得出变压器i的经济运行区间[β_i,min,β_i,max]；

其中，变压器i的经济负载系数β_i、经济运行区的上限β_i,max和下限β_i,min分别为：

β_i,max＝0.75

式中，P_0,i、P_k,i分别为配电变压器i的空载损耗和负载损耗，k_i为配电变压器i的形状系数。

步骤6：根据负荷数据的最大概率分布区间和变压器i的经济运行区间，计算变压器经济容量的选择区间[S_i,min,S_i,max]，若变压器i的容量S_i满足

则划入配电变压器序列Y内，否则舍弃该种型号的变压器；若任一变压器容量均不满足条件，则返回步骤S4，将最大概率分布区间的宽度依次增加X′_m-r,r＝1,2,…,m-1，直至出现容量符合要求的变压器；

步骤6中，S为安全裕度系数，0＜S＜1，变压器容量的选择区间上限S_i,max和下限S_i,min分别为：

步骤7：建立考虑风险成本的配电变压器全寿命周期成本模型，包括：初始投资成本C_I,i、上级容量规划成本C_P,i、运行成本C_O,i、检修维护成本C_M,i、退役处置成本C_D,i、及过载风险成本C_R,i；

其中，考虑风险成本的配电变压器i全寿命周期成本模型为：

C_LCC,i＝C_I,i+C_P,i+C_O,i+C_R,i+C_M,i+C_D,i

式中，C_I,i为变压器i的投资成本，包括变压器的购置费、安装费与运输费，可表示为：C_I,i＝(a_1,i+a_2,i+1)C_B,i；

C_P,i为上级电源容量规划成本，可表示为：C_P,i＝ρS_N,i；

C_O,i为变压器i的运行成本，可表示为：

C_R,i为变压器i的风险成本，由于负荷预测存在一定的误差，这可能会增大变压器过载的概率。假设规划期内第j年的负荷实际值相比于预测值增加了ΔP_j，则变压器i的风险成本可表示为：

C_M,i为变压器i的检修成本，可表示为：

C_D,i为变压器i的退役处置成本，可表示为：

其中，CB,i为变压器i的购置成本；a1,i和a2,i分别为安装费和运输费占购置成本的比例；ρ为单位配变容量引起的上级电网规划成本；SN,i为变压器i的额定容量；n为变压器的寿命周期(规划期)；KT为负荷波动系数；Pj,max为第j年的最大负荷；αj为第j年的年平均负荷率；cosφi为变压器i的功率因素；KQ为无功经济当量，表示每千乏无功损耗在变压器中引起的有功损耗；Q0,i为变压器i的空载无功损耗；Qk,i为变压器i的额定负载漏磁功率；

表示数值与

相等的负荷在第j年内持续出现的时段数；Gi为变压器i的故障概率；Ri为变压器i的过载时单位电力的损失成本；r为年折现率；a3,i为变压器i的年例行检修费用占购置成本的比例；a4,i为变压器i的退役处置费用占购置成本的比例。

步骤8：计算序列Y内各配电变压器的全寿命周期成本，并进行比较，选择总成本最小的变压器型号作为优选变压器。

其中，假设序列Y包含有x个容量达标的变压器，则优选变压器的成本为：

C_LCC,min＝min{C_LCC,1,C_LCC,2,…,C_LCC,m,C_LCC,x},1≤m≤x_,m∈N₊

式中，C_LCC,m表示第m个变压器的全寿命周期成本。

本实施例提出的负荷区间最大概率分布系数，首先必须给出定义及相应的计算方法，根据第n年年负荷数据，统计最大概率系数λmax下的负荷区间，确定变压器经济容量的选择区间和配电变压器序列Y，建立考虑风险成本的配电变压器全寿命周期成本模型，最后计算序列Y内各配电变压器的全寿命周期成本，并进行对比分析，得出总成本最小的变压器型号。

本实施例中，若变压器按照一年中出现次数较少的高峰负荷乘以经济运行区间的某一比例进行容量选型，这种方法仅考虑了变压器运行的安全性，变压器运行的损耗往往较大。尤其是低谷负荷时期，此时变压器经常处在不合理运行区，这将大幅度增加了损耗成本。如果选择放弃一定比例的安全裕度，从绝大部分负荷分布区间的角度进行选型，则能够减少变压器的损耗成本，增加变压器选型方式的多样性和运行的经济效益。然而容量满足要求的变压器往往有多种，因此变压器的全寿命周期成本必存在一个最小值，则全寿命周期成本最小的变压器即为优选变压器。

假设由本实施例选型方法得出的变压器型号包括：1号变压器和2号变压器，由传统的选型方法得出的变压器型号为3号变压器。表1是1号变压器和2号变压器的参数值，图2是规划期内第n年年负荷分布曲线，从图2可以得出第n年的最大概率分布系数λmax下的负荷区间。图3是不同变压器的风险成本、损耗成本和全寿命周期成本的对比。由图3可知，1号变压器为优选变压器，相比于3号变压器，损耗成本和全寿命周期成本分别减少了41000和54000元，这说明考虑负荷区间最大概率分布系数及风险成本的配电变压器优化选型方法可大幅度减小变压器的损耗成本，提高其运行的经济效益。

表1变压器参数值

本发明提供了一种配电变压器优化选型方法，通过考虑负荷区间最大概率分布系数及风险成本，既能够确保绝大部分负荷都分布在变压器的经济运行区内，又能保障变压器的安全运行的选型方法，有效地提供了一种利用效率高、运行成本低、可以保证变压器更优化运行的方法。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配电变压器优化选型方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：收集台区可供选择的配电变压器型号及相关参数；

步骤2：根据所述台区上一年的负荷数据

以1年为时间单位间隔，基于预测规划期内第n年的负荷数据

和不同负荷占全年时间的比例T_ratio,t；

步骤3：设定负荷区间宽度X，将所述第n年的负荷数据根据所述负荷区间宽度X等比例划分为m段，根据负荷值的大小将负荷区间从小到大排列，得出负荷区间序列X_l1；根据概率分布系数的大小将负荷区间从小到大排列，得出负荷区间序列X_l2；

步骤4：计算所述负荷区间序列X_l1各段区间的概率分布系数λ；以负荷为x轴变量，各区间的概率分布系数为y轴变量，得到第n年年负荷分布曲线，并统计最大概率系数λmax下的负荷区间X′_m，即为第n年负荷的最大概率分布区间

步骤5：根据变压器运行区间的划分，计算变压器i的经济运行区上限β_i,max和下限β_i,min，得出所述变压器i的经济运行区间[β_i,min,β_i,max]；

步骤6：根据负荷数据的最大概率分布区间和所述变压器i的经济运行区间，计算变压器经济容量的选择区间[S_i,min,S_i,max]；

步骤7：建立考虑风险成本的配电变压器全寿命周期成本模型，包括：初始投资成本C_I,i、上级容量规划成本C_P,i、运行成本C_O,i、检修维护成本C_M,i、退役处置成本C_D,i、及过载风险成本C_R,i；

步骤8：计算序列Y内各配电变压器的全寿命周期成本，选择总成本最小的变压器型号作为优选变压器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述上一年的负荷数据

所述第n年的负荷数据

和所述不同负荷占全年时间的比例T_ratio,t可分别表示为：

式中，

表示第1年第t个时段的负荷功率，t＝1,2,…,8760；

表示第n年第t个时段的负荷功率；γ表示年平均负荷增长率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，所述负荷区间宽度X、所述负荷区间序列X_l1和所述负荷区间序列X_l2分别为：

X_l1＝{X₁,X₂,…,X_m}

X_l2＝{X′₁,X′₂,…,X′_m}

式中，

和

分别为第n年负荷的最大值和最小值；X_m表示按照负荷值的大小排列下的第m段负荷区间；X′_m表示按照概率分布系数的大小排列下的第m段负荷区间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，所述

分别为第n年负荷最大概率分布区间的下限和上限，各区间的概率分布系数λ分别为：

λ_max＝max{λ₁,λ₂,…,λ_m}

式中，

表示数值在X_m区间范围内的负荷在第n年内持续出现的时段数；λ_m为X_m区间的概率分布系数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，所述变压器i的经济负载系数β_i、经济运行区的上限β_i,max和下限β_i,min分别为：

β_i,max＝0.75

式中，P_0,i、P_k,i分别为配电变压器i的空载损耗和负载损耗，k_i为配电变压器i的形状系数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤6中，S为安全裕度系数，0＜S＜1，变压器容量的选择区间上限S_i,max和下限S_i,min分别为：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，所述考虑风险成本的配电变压器i全寿命周期成本模型为：

C_LCC,i＝C_I,i+C_P,i+C_O,i+C_R,i+C_M,i+C_D,i

式中，C_I,i为变压器i的投资成本，包括变压器的购置费、安装费与运输费，可表示为：C_I,i＝(a_1,i+a_2,i+1)C_B,i；

C_P,i为上级电源容量规划成本，可表示为：C_P,i＝ρS_N,i；

C_O,i为变压器i的运行成本，可表示为：

C_R,i为变压器i的风险成本；假设规划期内第j年的负荷实际值相比于预测值增加了ΔP_j，则变压器i的风险成本可表示为：

C_M,i为变压器i的检修成本，可表示为：

C_D,i为变压器i的退役处置成本，可表示为：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤8中，假设所述序列Y包含有x个容量达标的变压器，则所述优选变压器的成本为：

C_LCC,min＝min{C_LCC,1,C_LCC,2,…,C_LCC,m,C_LCC,x},1≤m≤x,m∈N₊

式中，C_LCC,m表示第m个变压器的全寿命周期成本。

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