CN114913032A - 一种变电站运行能耗评估方法 - Google Patents

一种变电站运行能耗评估方法 Download PDF

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徐朝阳
冯炜
金正阳
雷雨松
严雪莹
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HUZHOU ELECTRIC POWER DESIGN INSTITUTE CO LTD
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Zhejiang Tailun Electric Power Group Co ltd
HUZHOU ELECTRIC POWER DESIGN INSTITUTE CO LTD
Huzhou Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种变电站运行能耗评估方法，包括以下步骤：步骤S1）确定变电站运行能耗构成；步骤S2）收集变电站数据；步骤S3）计算年单位变电容量能耗；步骤S4）基于层次分析法构建变电站运行能耗评估体系结构。本发明使用年单位变电容量能耗定量评估变电站运行能耗，并基于层次分析法构建变电站运行能耗评估体系结构，确定变电站运行能耗等级，避免主观因素的影响，评估结果更具客观性、直观性和可靠性，可为变电站节能优化建设提供科学指导。

Description

一种变电站运行能耗评估方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种变电站运行能耗评估方法。
背景技术
随着社会和经济的发展，对于电力的需求量逐年增大，变电站作为电力系统中转换和输送电能的关键节点，数量逐年增多。在实际运行过程中，由于站内设施老旧、运行方式不合理等原因，变电站电能损耗较大、能效偏低。通过对变电站进行节能改造以提高其能效，对于降低网损、建设绿色低碳电网具有重要作用。对变电站的综合能耗进行客观可靠评价，能够为变电站节能改造提供科学指导。变电站的能耗不仅与站内一次设备有关，还与大量站用电设备以及变电站所处环境有关，其能耗评价体系复杂高维，不同指标在属性及数量级上存在较大差异。目前，常采用模糊综合评价方法等对变电站的能效进行评价，但现有方法均需要评价者对各类评价指标进行主观打分，带有主观色彩，客观性差。因此，如何提高评价方法的客观性与可靠性成为对变电站综合能耗进行准确评价的关键。
发明内容
本发明主要是为了解决现有的变电站能耗评估方法容易受主观因素影响的问题，提供了一种变电站运行能耗评估方法，使用年单位变电容量能耗定量评估变电站运行能耗，并基于层次分析法构建变电站运行能耗评估体系结构，确定变电站运行能耗等级，避免主观因素的影响，评估结果更具客观性和可靠性，可为变电站节能优化建设提供科学指导。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种变电站运行能耗评估方法，包括以下步骤：
步骤S1：确定变电站运行能耗构成；
步骤S2：收集变电站数据；
步骤S3：计算年单位变电容量能耗；
步骤S4：基于层次分析法构建变电站运行能耗评估体系结构。
本发明主要是为了实现定量评估变电站运行能耗，首先确定变电站运行能耗组成，包括一次设备能耗和站用电能耗，一次设备能耗包括主变压器损耗、电容器/电抗器损耗、其他一次设备损耗等；站用电能耗包括空调系统损耗、照明系统损耗、直流系统损耗、UPS系统损耗、通信电源系统损耗、消防泵损耗、通风装置损耗、断路器/隔离开关操作电源损耗、电热负荷损耗等；接着按照上述变电站运行能耗组成，定向收集数据并记录，进行预处理，清除模糊不可用数据；然后基于一次设备能耗和站用电能耗，计算年单位变电容量能耗，实现定量评估变电站运行能耗；最后基于层次分析法，使用上述采集的变电站数据构建变电站运行能耗评估体系结构，用于确定变电站运行能耗等级。本发明实现定量评估变电站运行能耗，避免主观因素的影响，不仅获得评估变电站运行能耗的具体数值(年单位变电容量能耗)，还获得变电站运行能耗等级，评估结果更具客观性和直观性，为变电站设计，包括房屋建设设计、主设备选型、站用电负荷配置、运维管理方式的设定等，提供可靠的参考依据，有利于进行优化变压器经济运行和无功电压控制，主动降低变电站能耗，同时也为变电站优化建设提供科学指导。
作为优选，步骤S1中，所述变电站运行能耗包括一次设备能耗和站用电能耗。一次设备能耗包括主变压器损耗、电容器/电抗器损耗、其他一次设备损耗等；站用电能耗包括空调系统损耗、照明系统损耗、直流系统损耗、UPS系统损耗、通信电源系统损耗、消防泵损耗、通风装置损耗、断路器/隔离开关操作电源损耗、电热负荷损耗等。
作为优选，步骤S3的具体过程，包括以下步骤：
步骤S31：计算一次设备能耗；
步骤S32：收集站用电能耗；
步骤S33：计算年单位变电容量能耗。
作为优选，所述一次设备能耗包括变压器能耗和电容器能耗，所述变压器能耗W的计算公式为：
W＝T×[P0+(S％)2Pk]
其中，P0为变压器空载损耗，Pk为变压器额定容量下的负载损耗，S％为变压器平均负载率，T为运行时间。
作为优选，所述电容器能耗Wc的计算公式为：
Wc＝0.003×Qc×T
其中，Qc为电容器容量，T为无功补偿装置运行时间。
作为优选，所述年单位变电容量能耗EC定义为：
EC＝(n×W+n×Wc+W其他+Ws)/S
其中，WS为站用电能耗，W其他为变电站除一次设备能耗和站用电能耗以外的运行能耗，S为变电站总容量。本发明引入年单位变电容量能耗概念，即年单位变电容量的损耗值，实现变电站运行能耗的定量评估。
作为优选，步骤S4的具体过程，包括以下步骤：
步骤S41：确定变电站运行能耗评估指标；
步骤S42：利用层次分析法计算各评估指标的权重向量；
步骤S43：根据变电站数据和各评估指标权重向量，确定变电站运行能耗等级。
本发明为了实现综合定量评价变电站运行能耗，并避免主观因素的影响，保证结果可靠，基于层次分析法构建了变电站运行能耗评估体系结构，用于定量评价变电站运行能耗，获得变电站运行能耗等级，具体过程为：首先确定变电站运行能耗评估指标，包括一次设备和站用电；接着利用层次分析法计算各评估指标的权重向量；然后基于收集的变电站数据和上述计算获得的各评估指标的权重向量，确定变电站运行能耗等级，使变电站运行能耗评估结果更具直观性。
作为优选，步骤S42的具体过程，包括以下步骤：
步骤S421：构建评估指标判断矩阵；
步骤S422：计算各评估指标的权重向量；
步骤S423：对判断矩阵进行一致性检验。
作为优选，步骤S422的具体过程，包括以下步骤：
步骤S4221：对判断矩阵各列进行求和；
步骤S4222：对判断矩阵每一列进行归一化处理，公式如下：
Figure BDA0003570383450000031
其中，∑Aij表示判断矩阵各列的和，Bij表示新的矩阵对应位置上的数值，Aij表示原矩阵对应位置上的数值；
步骤S4223：对判断矩阵每一行进行求和，获得特征向量；
步骤S4224：计算各评估指标的权重，公式如下：
Figure BDA0003570383450000032
其中，Wi表示评估指标的权重，B表示特征向量，Bj表示特征向量对应位置的值，∑Bj表示特征向量值的总和。
作为优选，步骤S423的具体过程，包括以下步骤：
步骤S4231：计算判断矩阵最大特征根，公式如下：
Figure BDA0003570383450000033
其中，γmax表示最大特征根，A表示判断矩阵，W表示权重向量，Wi表示对应特征的权重，n表示特征个数；
步骤S4232：计算判断矩阵的一致性，公式如下：
Figure BDA0003570383450000041
其中，CI表示一致性指标，γmax表示最大特征根，n表示特征个数；
当CI＝0时，有完全的一致性；当CI接近于0时，有满意的一致性；CI越大，不一致越严重；步骤S4233：计算一致性比例，公式如下：
Figure BDA0003570383450000042
其中，CR表示一致性比例，CI表示一致性指标，RI表示判断矩阵对应的平均一致性指标；当CR<0.1时，认为判断矩阵的不一致程度在容许范围内，有满意的一致性，通过一致性检验；
当CR≥0.1时，认为判断矩阵的不一致程度超出容许范围，修改判断矩阵直到通过检验为止。
因此，本发明的优点是：
(1)实现定量评估变电站运行能耗，不仅获得评估变电站运行能耗的具体数值(年单位变电容量能耗)，还获得变电站运行能耗等级；
(2)评估结果更具客观性、可靠性和直观性，为变电站优化建设提供科学指导，有利于降低网损、建设绿色低碳电网；
(3)可为变电站设计提供数据支撑。
附图说明
图1是本发明实施例中一种变电站运行能耗评估方法的流程图。
图2是本发明实施例中变电站运行能耗构成示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示，一种变电站运行能耗评估方法，包括以下步骤：
步骤S1：确定变电站运行能耗构成；
步骤S2：收集变电站数据；
步骤S3：计算年单位变电容量能耗；
步骤S4：基于层次分析法构建变电站运行能耗评估体系结构。
本发明主要是为了实现定量评估变电站运行能耗，首先确定变电站运行能耗组成，如图2所示，包括一次设备能耗和站用电能耗，一次设备能耗包括主变压器损耗、电容器/电抗器损耗、其他一次设备损耗等；站用电能耗包括空调系统损耗、照明系统损耗、直流系统损耗、UPS系统损耗、通信电源系统损耗、消防泵损耗、通风装置损耗、断路器/隔离开关操作电源损耗、电热负荷损耗等；接着按照上述变电站运行能耗组成，定向收集数据并记录，进行预处理，清除模糊不可用数据；然后基于一次设备能耗和站用电能耗，计算年单位变电容量能耗，实现定量评估变电站运行能耗；最后基于层次分析法，使用上述采集的变电站数据构建变电站运行能耗评估体系结构，用于确定变电站运行能耗等级。
步骤S3的具体过程，包括以下步骤：
步骤S31：计算一次设备能耗，一次设备能耗包括变压器能耗和电容器能耗，
变压器能耗W的计算公式为：
W＝T×[P0+(S％)2Pk]
其中，P0为变压器空载损耗，Pk为变压器额定容量下的负载损耗，S％为变压器平均负载率，T为运行时间；
电容器能耗Wc的计算公式为：
Wc＝0.003×Qc×T
其中，Qc为电容器容量，T为无功补偿装置运行时间；
步骤S32：收集站用电能耗；
步骤S33：计算年单位变电容量能耗，
年单位变电容量能耗EC定义为：
EC＝(n×W+n×Wc+W其他+Ws)/S
其中，WS为站用电能耗，W其他为变电站除一次设备能耗和站用电能耗以外的运行能耗，S为变电站总容量。本发明引入年单位变电容量能耗概念，即年单位变电容量的损耗值，实现变电站运行能耗的定量评估。
步骤S4的具体过程，包括以下步骤：
步骤S41：确定变电站运行能耗评估指标；
步骤S42：利用层次分析法计算各评估指标的权重向量；
步骤S43：根据变电站数据和各评估指标权重向量，确定变电站运行能耗等级。
本发明为了实现综合定量评价变电站运行能耗，并避免主观因素的影响，保证结果可靠，基于层次分析法构建了变电站运行能耗评估体系结构，用于定量评价变电站运行能耗，获得变电站运行能耗等级，具体过程为：首先确定变电站运行能耗评估指标，包括一次设备和站用电；接着利用层次分析法计算各评估指标的权重向量；然后基于收集的变电站数据和上述计算获得的各评估指标的权重向量，确定变电站运行能耗等级，使变电站运行能耗评估结果更具直观性。
步骤S42的具体过程，包括以下步骤：
步骤S421：构建评估指标判断矩阵；
步骤S422：计算各评估指标的权重向量，
步骤S422的具体过程，包括以下步骤：
步骤S4221：对判断矩阵各列进行求和；
步骤S4222：对判断矩阵每一列进行归一化处理，公式如下：
Figure BDA0003570383450000061
其中，∑Aij表示判断矩阵各列的和，Bij表示新的矩阵对应位置上的数值，Aij表示原矩阵对应位置上的数值；
步骤S4223：对判断矩阵每一行进行求和，获得特征向量；
步骤S4224：计算各评估指标的权重，公式如下：
Figure BDA0003570383450000062
其中，Wi表示评估指标的权重，B表示特征向量，Bj表示特征向量对应位置的值，∑Bj表示特征向量值的总和；
步骤S423：对判断矩阵进行一致性检验，
步骤S423的具体过程，包括以下步骤：
步骤S4231：计算判断矩阵最大特征根，公式如下：
Figure BDA0003570383450000063
其中，γmax表示最大特征根，A表示判断矩阵，W表示权重向量，Wi表示对应特征的权重，n表示特征个数；
步骤S4232：计算判断矩阵的一致性，公式如下：
Figure BDA0003570383450000064
其中，CI表示一致性指标，γmax表示最大特征根，n表示特征个数；
当CI＝0时，有完全的一致性；当CI接近于0时，有满意的一致性；CI越大，不一致越严重；步骤S4233：计算一致性比例，公式如下：
Figure BDA0003570383450000065
其中，CR表示一致性比例，CI表示一致性指标，RI表示判断矩阵对应的平均一致性指标；
当CR<0.1时，认为判断矩阵的不一致程度在容许范围内，有满意的一致性，通过一致性检验；
当CR≥0.1时，认为判断矩阵的不一致程度超出容许范围，修改判断矩阵直到通过检验为止。

Claims (10)

1.一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：确定变电站运行能耗构成；
步骤S2：收集变电站数据；
步骤S3：计算年单位变电容量能耗；
步骤S4：基于层次分析法构建变电站运行能耗评估体系结构。
2.根据权利要求1所述的一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，步骤S1中，所述变电站运行能耗包括一次设备能耗和站用电能耗。
3.根据权利要求1所述的一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，步骤S3的具体过程，包括以下步骤：
步骤S31：计算一次设备能耗；
步骤S32：收集站用电能耗；
步骤S33：计算年单位变电容量能耗。
4.根据权利要求3所述的一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，所述一次设备能耗包括变压器能耗和电容器能耗，所述变压器能耗W的计算公式为：
W＝T×[P0+(S％)2Pk]
其中，P0为变压器空载损耗，Pk为变压器额定容量下的负载损耗，S％为变压器平均负载率，T为运行时间。
5.根据权利要求4所述的一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，所述电容器能耗Wc的计算公式为：
Wc＝0.003×Qc×T
其中，Qc为电容器容量，T为无功补偿装置运行时间。
6.根据权利要求5所述的一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，所述年单位变电容量能耗EC定义为：
EC＝(n×W+n×Wc+W其他+Ws)/S
其中，WS为站用电能耗，W其他为变电站除一次设备能耗和站用电能耗以外的运行能耗，S为变电站总容量。
7.根据权利要求1所述的一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，步骤S4的具体过程，包括以下步骤：
步骤S41：确定变电站运行能耗评估指标；
步骤S42：利用层次分析法计算各评估指标的权重向量；
步骤S43：根据变电站数据和各评估指标权重向量，确定变电站运行能耗等级。
8.根据权利要求7所述的一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，步骤S42的具体过程，包括以下步骤：
步骤S421：构建评估指标判断矩阵；
步骤S422：计算各评估指标的权重向量；
步骤S423：对判断矩阵进行一致性检验。
9.根据权利要求8所述的一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，步骤S422的具体过程，包括以下步骤：
步骤S4221：对判断矩阵各列进行求和；
步骤S4222：对判断矩阵每一列进行归一化处理，公式如下：
Figure FDA0003570383440000021
其中，∑Aij表示判断矩阵各列的和，Bij表示新的矩阵对应位置上的数值，Aij表示原矩阵对应位置上的数值；
步骤S4223：对判断矩阵每一行进行求和，获得特征向量；
步骤S4224：计算各评估指标的权重，公式如下：
Figure FDA0003570383440000022
其中，Wi表示评估指标的权重，B表示特征向量，Bj表示特征向量对应位置的值，∑Bj表示特征向量值的总和。
10.根据权利要求8所述的一种变电站运行能耗评估方法，其特征在于，步骤S423的具体过程，包括以下步骤：
步骤S4231：计算判断矩阵最大特征根，公式如下：
Figure FDA0003570383440000023
其中，γmax表示最大特征根，A表示判断矩阵，W表示权重向量，Wi表示对应特征的权重，n表示特征个数；
步骤S4232：计算判断矩阵的一致性，公式如下：
Figure FDA0003570383440000031
其中，CI表示一致性指标，γmax表示最大特征根，n表示特征个数；
当CI＝0时，有完全的一致性；当CI接近于0时，有满意的一致性；CI越大，不一致越严重；
步骤S4233：计算一致性比例，公式如下：
Figure FDA0003570383440000032
其中，CR表示一致性比例，CI表示一致性指标，RI表示判断矩阵对应的平均一致性指标；
当CR<0.1时，认为判断矩阵的不一致程度在容许范围内，有满意的一致性，通过一致性检验；
当CR≥0.1时，认为判断矩阵的不一致程度超出容许范围，修改判断矩阵直到通过检验为止。
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CN116467886A (zh) * 2023-04-25 2023-07-21 国网黑龙江省电力有限公司经济技术研究院 一种高寒地区变电站的能效评估方法

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