CN113255991B - 有载调压变压器优化配置方法、电子设备和可读存储介质 - Google Patents

有载调压变压器优化配置方法、电子设备和可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有载调压变压器优化配置方法、电子设备和可读存储介质，所述配置方法包括以下步骤：步骤1，获取规划区域上一年的运行数据及有载调压变压器参数；步骤2，确定替换台区集合，计算集合内各台区分别配置有载调压变压器后的电压合格率提升比例；步骤3，构建有载调压变压器优化配置模型，计算各台区的目标函数；步骤4，确定有载调压变压器的优化配置方案；本发明能降低电网改造成本，提高规划区域的电压调节效果和用户用电满意度。

Description

有载调压变压器优化配置方法、电子设备和可读存储介质
技术领域
本发明属于有载调压变压器优化配置技术领域，涉及一种有载调压变压器优化配置方法、电子设备及可读存储介质。
背景技术
随着国民经济建设和电力系统的发展，如何有效保证用电负荷的电压质量，成为电力系统亟待研究和解决的重要问题，有载调压变压器作为提高台区电压质量的有效措施之一，已在国内部分配电台区得到了示范应用，但由于其购置费用较为昂贵，且配置时并未考虑到有载调压变压器投运后的具体效果，即电压合格率的提升比例，难以在有限的投资成本下最大程度提升各配电台区的电压合格率，实现用户用电满意度和电网企业经济效益的双重提升。
因此，为兼顾有载调压变压器的投资成本与投运效果，实现其在规划区域内的最优配置，亟需一种考虑电压合格率提升幅度及改造成本的有载调压变压器优化配置方法，为有载调压变压器优化配置方案的制定提供参考依据。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一种有载调压变压器优化配置方法，能从整体上规划区域内的有载调压变压器配置数量及位置，降低了有载调压变压器的配置成本，提高了有载调压变压器对规划区域的调压效果，提升了用户的用电满意度。
本发明还提供一种电子设备及可读存储介质。
本发明所采用的技术方案是，有载调压变压器优化配置方法，包括以下步骤：
步骤1，获取规划区域上一年的运行数据及待选的有载调压变压器参数；
步骤2，计算上一年各台区的电压合格率，确定有载调压变压器的替换台区集合A，计算集合A内各台区分别配置有载调压变压器前后的电压合格率提升比例；
步骤3，构建有载调压变压器优化配置模型，计算集合A中各台区的目标函数；
步骤4，按目标函数从大到小依次将台区加入集合B，直至集合B不满足约束条件，得到有载调压变压器优化配置方案。
进一步的，步骤1中所述运行数据为各台区的用户侧电压，所述参数为有载调压变压器的型号、额定容量、购置价格、额定空载损耗和额定负载损耗。
进一步的，所述步骤2包括以下步骤：
步骤21，使用公式(1)计算上一年各台区的电压合格率ηk,1：
公式(1)中ηk,1为上一年台区k的电压合格率，为上一年台区k中用户侧电压位于电压合格范围[Umin,Umax]之外的时段数总和，k≤N，N为规划区域内的台区总数，/>为上一年台区k中用户侧电压记录总时段数；
步骤22，若ηk,1≤a，则将台区k归入替换台区集合A，a为电压合格率的下限值；
步骤23，对集合A中各台区分别配置有载调压变压器，使用公式(2)计算集合A中各台区配置有载调压变压器后的电压合格率ηk2：
公式(2)中为配置有载调压变压器后台区k中用户侧电压位于电压合格范围[Umin,Umax]之外的时段数总和，f为电压调整幅度与电压越限时段数的函数关系，ut,k为上一年台区k在t时段的电压，nt,k为台区k在t时段的调档次数，α为单次调压幅度；
步骤24，使用公式(3)计算配置有载调压变压器前后各台区的电压合格率提升比例γk；
进一步的，步骤3中所述有载调压变压器优化配置模型如公式(4)所示：
Fd,k＝Fpe,k+Fie,k+Foe,k-Fre,k
Fv,k＝(P0,k+βk 2Pk,k)×8760b
公式(4)中F2,k为台区k第一年的变压器改造成本，Fd,k为台区k的初始投资费用，Fpe,k为台区k采购有载调压变压器的成本，Fie,k为台区k安装调试有载调压变压器的成本，Foe,k为有载调压变压器投运第一年的运行维护费用，Fre,k为台区k原配电变压器的报废回收价值，Fv,k为台区k第一年的电能损耗费用，P0,k为台区k有载调压变压器的额定空载损耗，βk为台区k第一年的平均负载率，Pk,k为台区k有载调压变压器的额定负载损耗，b为销售电价。
进一步的，步骤3中所述目标函数的计算如下：
其中Fk为台区k的目标函数，λ1、λ2均为权重系数，λ1+λ2＝1，F1,′k、F2′,k分别为F1,k、F2,k归一化后的值， (F1,k)min、(F1,k)max分别为台区k配置有载调压变压器后电荷合格率提升的下限值和上限值，(F2,k)min、(F2,k)max分别为台区k第一年配置有载调压变压器的改造成本的下限值和上限值，N为规划区域内的台区总数。
进一步的，步骤4中所述约束条件如下：
其中N1为集合B中的元素总数，N1≤N，Sk为台区k已投运有载调压变压器的额定容量，为台区k规划期内的最大负荷，/>ηk为台区k的年平均负荷增长率，AN为规划年数，Pk,1为台区k第一年的最大负荷，nd,k为台区k已投运有载调压变压器日开关动作次数，KM为有载调压变压器日开关动作次数上限，Fall为投资费用上限。
一种电子设备，包括处理器、存储器和通信总线，其中，处理器、存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述的方法步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法步骤。
本发明的有益效果是：本发明首先确定替换台区集合，计算该集合内各台区配置有载调压变压器前后的电压合格率提升比例，基于电压合格率提升比例及改造成本构建有载调压变压器配置模型，确定有载调压变压器的最优配置数量和安装位置，本发明能从整体上改善电网的电压调控效果，减少电网的运行成本，在提升用户用电满意度的同时，使电网企业的经济效益最高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明方法的流程图。
图2是有载调压变压器更换前后电压合格率曲线图。
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。
结合图1可知一种考虑电压合格率提升幅度及改造成本的有载调压变压器优化配置方法，思路如下：获取规划区域的历史运行数据、网络结构参数及待选的有载调压变压器参数，基于此计算有载调压变压器配置前后各台区的电压合格率，并确定有载调压变压器替换台区集合，构建计及电压合格率提升幅度及改造成本的有载调压变压器优化配置模型，对模型进行求解，得到有载调压变压器的最佳安装数量及位置；具体来说，按照以下步骤进行：
步骤S1，获取规划区域上一年的运行数据及待选的有载调压变压器参数；
所述运行数据为各台区的用户侧电压，待选有载调压变压器参数包括有载调压变压器的型号、额定容量、购置价格、额定空载损耗及额定负载损耗参数；
步骤S2，计算上一年各台区的电压合格率，确定有载调压变压器的替换台区集合A，计算集合A中各台区分别配置有载调压变压器前后的电压合格率提升比例；
步骤S3，基于电压合格率提升比例和待选有载调压变压器的参数，构建计及电压合格率提升幅度及改造成本的有载调压变压器优化配置模型，计算集合A中各台区的目标函数；
步骤S4，按目标函数从大到小依次将台区加入集合B，直至集合B不满足约束条件，最终得到的集合B就是有载调压变压器优化配置方案，集合B中的元素数就是有载调压变压器的配置数量，台区编号即为各有载调压变压器的安装位置。
其中步骤S2中确定替换台区集合A的步骤如下：
步骤S21，使用下式计算上一年各台区的电压合格率ηk,1：
其中k为台区编号，k∈N，N为规划区域内的台区总数，ηk,1为上一年台区k的电压合格率，为上一年台区k中用户侧电压位于电压合格范围[Umin,Umax]之外的时段数总和，为上一年台区k中用户侧电压记录总时段数；
步骤S22，若上一年台区k的电压合格率ηk,1≤a，则将台区k归入集合A，其中a为电压合格率的下限值；
步骤S23，对集合A中各台区逐一配置有载调压变压器，使用下式计算此时各台区的电压合格率ηk,2：
其中为配置有载调压变压器后台区k中用户侧电压位于电压合格范围[Umin,Umax]之外的时段数总和，f为电压调整幅度与电压越限时段数的函数关系，ut,k为上一年台区k在t时段的电压，nt,k为台区k在t时段的调档次数，α为单次调压幅度；
步骤S24，使用下式计算配置有载调压变压器前后各台区的电压合格率提升比例γk；
步骤S3中所述有载调压变压器优化配置模型为：
Fd,k＝Fpe,k+Fie,k+Foe,k-Fre,k
Fv,k＝(P0,k+βk 2Pk,k)×8760b
其中F2,k为台区k第一年的变压器改造成本，Fd,k为台区k的初始投资费用，Fpe,k为台区k采购有载调压变压器的成本，Fie,k为台区k安装调试有载调压变压器的成本，Foe,k为有载调压变压器投运第一年的运行维护费用，Fre,k为台区k原配电变压器的报废回收价值，Fv,k为台区k第一年的电能损耗费用，P0,k为台区k有载调压变压器的额定空载损耗，βk为台区k第一年的平均负载率，Pk,k为台区k有载调压变压器的额定负载损耗，b为销售电价。
对F1,k和F2,k进行归一化处理，过程如下：
其中F1,′k、F2′,k分别为F1,k、F2,k的归一化结果，(F1,k)min、(F1,k)max分别为台区k配置有载调压变压器后电荷合格率提升的下限值和上限值，(F2,k)min、(F2,k)max分别为台区k第一年配置有载调压变压器的改造成本的下限值和上限值；
所述有载调压变压器优化配置模型的目标函数为：λ1、λ2为权重系数，满足λ1+λ2＝1，Fk为台区k的目标函数。
所述约束条件包括：
1)容量约束
式中：N1为集合B中元素总数，N1≤N，Sk为台区k已投运有载调压变压器的额定容量，k≤N1，为台区k规划期内的最大负荷，ηk为台区k的年平均负荷增长率，AN为规划年数，Pk,1为台区k第一年的最大负荷；
2)开关动作次数约束
nd,k≤KM
式中nd,k为台区k已投运有载调压变压器日开关动作次数，KM为有载调压变压器日开关动作次数上限；
3)投资费用约束
式中F2,k为台区k第一年的变压器改造成本，Fall为投资费用上限。
鉴于目前没有针对有载调压变压器的优化配置方法，传统配置方法均是工作人员按照以往经验结合现场实际情况进行布局，无法考虑到电网全局的整体布置，具有一定的主观性和盲目性，传统配置方法按照电压合格率从低到高的顺序进行配置，仅能保证电压合格率较低的台区得到一定改善，并未考虑有载调压变压器投运后对电网内其他台区的具体作用效果，因此在有限的资金下很难达到最好的调压效益；本发明提出的一种考虑电压合格率提升幅度及改造成本的有载调压变压器优化配置方法，首先通过历史数据计算往年各台区的电压合格率，将电压合格率不符合要求的台区组成替换台区集合，构建计及电压合格率提升幅度及改造成本的有载调压变压器优化配置模型，对模型进行求解，得到有载调压变压器的最佳安装数量及位置，本发明考虑了电网的整体性，可以在一定程度上减少电网运行成本，使有载调压变压器的调压效果达到最优化，在提升用户用电满意度的同时，使电网企业经济效益达到最高。
本发明还提供了一种电子设备，包括处理器、存储器和通信总线，其中处理器和存储器通过通信总线完成相互间的通信，存储器用于存放计算机程序，处理器用于执行存储器上所存放的程序时，实现上一年各台区用户侧电压的采集，及电压合格率、电压提升比例、目标函数及约束条件的计算过程，实现对规划区域进行有载调压变压器优化配置，提高规划区域的电压调节效率，降低改造成本。
所述通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral Pomponent Interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry Standard Architecture，简称EISA)总线等，该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等；存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器，可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Ne twork Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Applica tion Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明还包括一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可以包括但不限于磁存储设备、光盘、数字多功能盘、智能卡及闪存设备，此外本发明的可读存储介质能代表用于存储信息的一个或多个设备和/或其他机器可读介质，术语“机器可读介质”包括但不限于能存储、包含和/或承载代码和/或指令和/或数据的无线通道和各种其他介质(和/或存储介质)。
实施例
使用本发明和传统配置方法给电网中30个台区配置有载调压变压器以优化其调压效果，使用本发明时各参数的取值如表1所示，规划区域内各台区的F值如表2所示，将F值由大到小排列后，在满足表1约束条件的情况，可以在编号分别为8、15、20、21、22、23、26处配置有载调压变压器，在传统的有载调压变压器配置方案中，规划区域内配置有载调压变压器的数量也为7台，安装位置分别为4、8、14、15、16、21、22。
两种方法配置前后电网的电压合格率和改造成本如表3所示，由表3可知，本发明有载调压变压器优化配置的总改造成本为54.748万元，电压合格率平均增幅为11.6493％，传统配置方法的总改造成本为58.851万元，电压合格率平均增幅为10.7027％；通过本发明配置有载调压变压器调压后，电压合格率平均增幅相较于传统配置方法增长了0.9466％，改造成本降低了3.833万元，这充分说明本发明提出的考虑电压合格率提升幅度及改造成本的有载调压变压器优化配置方法可以在有限投资成本下最大程度提升各配电台区的电压合格率。
表1参数取值表
参数 取值 参数 取值
KM 10次 Fall 60万元
AN 20年 λ1 0.5
ηk 0.05 λ2 0.5
表2台区F值记录表
台区编号 F值 台区编号 F值 台区编号 F值
1 0.52 11 0.95 21 1.05
2 0.68 12 0.92 22 0.98
3 0.57 13 0.96 23 0.99
4 0.95 14 0.95 24 0.82
5 0.78 15 1.03 25 0.93
6 0.91 16 0.74 26 1.08
7 0.59 17 0.64 27 0.86
8 1.39 18 0.71 28 0.82
9 0.90 19 0.62 29 0.84
10 0.74 20 1.12 30 0.77
表3传统配置方法与考虑电压合格率以及改造成本效果对比数据表
图2为通过本发明配置有载调压变压器前后电网内的电压合格率曲线，由图2可知，有载调压变压器配置后电网内的电压合格率普遍较高，且电压合格率的增减幅度较小，能满足用户的用电满意度。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.有载调压变压器优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取规划区域上一年的运行数据及待选的有载调压变压器参数；
步骤2，计算上一年各台区的电压合格率，确定有载调压变压器的替换台区集合A，计算集合A内各台区分别配置有载调压变压器前后的电压合格率提升比例；
步骤3，构建有载调压变压器优化配置模型，计算集合A中各台区的目标函数；
步骤4，按目标函数从大到小依次将台区加入集合B，直至集合B不满足约束条件，得到有载调压变压器优化配置方案；
所述步骤2包括以下步骤：
步骤21，使用公式(1)计算上一年各台区的电压合格率ηk,1：
公式(1)中ηk,1为上一年台区k的电压合格率，为上一年台区k中用户侧电压位于电压合格范围[Umin,Umax]之外的时段数总和，k≤N，N为规划区域内的台区总数，/>为上一年台区k中用户侧电压记录总时段数；
步骤22，若ηk,1≤a，则将台区k归入替换台区集合A，a为电压合格率的下限值；
步骤23，对集合A中各台区分别配置有载调压变压器，使用公式(2)计算集合A中各台区配置有载调压变压器后的电压合格率ηk,2：
公式(2)中为配置有载调压变压器后台区k中用户侧电压位于电压合格范围[Umin,Umax]之外的时段数总和，f为电压调整幅度与电压越限时段数的函数关系，ut,k为上一年台区k在t时段的电压，nt,k为台区k在t时段的调档次数，α为单次调压幅度；
步骤24，使用公式(3)计算配置有载调压变压器前后各台区的电压合格率提升比例γk；
所述步骤3中所述有载调压变压器优化配置模型如公式(4)所示：
Fd,k＝Fpe,k+Fie,k+Foe,k-Fre,k
Fv,k＝(P0,k+βk 2Pk,k)×8760b
公式(4)中F2,k为台区k第一年的变压器改造成本，Fd,k为台区k的初始投资费用，Fpe,k为台区k采购有载调压变压器的成本，Fie,k为台区k安装调试有载调压变压器的成本，Foe,k为有载调压变压器投运第一年的运行维护费用，Fre,k为台区k原配电变压器的报废回收价值，Fv,k为台区k第一年的电能损耗费用，P0,k为台区k有载调压变压器的额定空载损耗，βk为台区k第一年的平均负载率，Pk,k为台区k有载调压变压器的额定负载损耗，b为销售电价。
2.根据权利要求1所述的有载调压变压器优化配置方法，其特征在于，步骤1中所述运行数据为各台区的用户侧电压，所述参数为有载调压变压器的型号、额定容量、购置价格、额定空载损耗和额定负载损耗。
3.根据权利要求1所述的有载调压变压器优化配置方法，其特征在于，步骤3中所述目标函数的计算如下：
其中Fk为台区k的目标函数，λ1、λ2均为权重系数，λ1+λ2＝1，F′1,k、F′2,k分别为F1,k、F2,k归一化后的值， (F1,k)min、(F1,k)max分别为台区k配置有载调压变压器后电荷合格率提升的下限值和上限值，(F2,k)min、(F2,k)max分别为台区k第一年配置有载调压变压器的改造成本的下限值和上限值，N为规划区域内的台区总数。
4.根据权利要求1所述的有载调压变压器优化配置方法，其特征在于，步骤4中所述约束条件如下：
其中N1为集合B中的元素总数，N1≤N，Sk为台区k已投运有载调压变压器的额定容量，Pk max为台区k规划期内的最大负荷，Pk max＝(1+ηk)ANPk,1，ηk为台区k的年平均负荷增长率，AN为规划年数，Pk,1为台区k第一年的最大负荷，nd,k为台区k已投运有载调压变压器日开关动作次数，KM为有载调压变压器日开关动作次数上限，Fall为投资费用上限。
5.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器和通信总线，其中，处理器、存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
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