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一種實用的居住區變壓器經濟投切策略

2015-03-02 06:45:10劉忠

電力需求側管理 2015年3期

關鍵詞：變電站變壓器方法

劉忠

（揚州江都供電公司，江蘇揚州 225200）

隨著中國城市化的推進，變電站在電力系統中的重要性逐漸提升。為了提高居民供電可靠性，并響應國家對于節能減排的要求，變壓器經濟運行越來越受到關注[1]。然而，由于系統中當前投入使用的變壓器能效等級不一，各變電站安裝容量利用率相差較大等因素，一些新建變電站若干大容量變壓器低負荷率并聯運行，部分老變電站變壓器負荷率常年過高，因此變電站的經濟效益還需進一步提高，并且大部分變電站并未根據負荷特性對變壓器運行方式進行優化，造成大量的電能浪費。如何根據變電站的負荷變化情況合理調度變電站變壓器運行方式，顯得尤為重要

1 變壓器的經濟運行

提高變電站經濟效益最重要的方面是合理利用變壓器資源，對其并聯組運行進行優化，以盡可能地在保證安全的前提下實現節能減排。

單臺變壓器的損耗可用公式（1）表示

式中：SN為變壓器容量；S為變壓器承擔的視在功率負荷，即有功功率和無功功率的綜合；P為變壓器總損耗；P0為變壓器空載損耗；Pk為變壓器負載損耗。

當m臺短路阻抗標幺值相等的變壓器并聯運行時，其中第i臺變壓器的損耗可用公式（2）表示

當不同的并聯組合都可以承擔相同的負荷時，就出現了變壓器經濟運行的問題[2—6]。

2 變壓器經濟投切的研究現狀

在我國變電站中，變壓器的種類和經濟運行的情況有很大的差異性。一些變電站通過減少變壓器并聯臺數來降低空載損耗，但因為使用中的變壓器長期重載運行，造成短路損耗較大，并不經濟。而一些變電站因所轄小區入住率較低，卻僅從安全角度考慮，將所有變壓器都并聯運行，造成“大馬拉小車”，空載損耗較大。

制定變壓器經濟運行策略是較為復雜的。除了要考慮不同變壓器并聯組合的經濟效益，還要考慮負荷的大小、波動情況等。不僅要考慮經濟效益，還要首先保證安全。如果為了防止“大馬拉小車”，僅憑經驗減少變壓器并聯臺數而忽略了負荷非預期的陡增，就有可能出現變壓器過載的情況。在安全之上，還必須考慮變壓器一段時間內投切的次數和密度，降低操作中的故障率，防止電氣設備因頻繁操作而損壞，也同時符合變電站的運行慣例。

變壓器經濟投切屬于變壓器經濟運行范疇?，F有的變壓器經濟運行策略的分類和基本情況如下。

（1）基于24 h負荷預測的變壓器經濟投切[7—9]。此類方法基于日負荷曲線預測，理論上能使變壓器經濟運行，但存在兩大弊端：一是頻繁的投切加速電力設備的損壞；二是投切時刻不規律，降低了供電可靠性。

（2）基于月度及更長時段負荷預測的配電變壓器經濟投切。此類方法基于月度或季度負荷預測，所采用的負荷預測非常粗略，而當負荷波動較為劇烈時，此類方法實用度不高。

（3）基于數日乃至數星期的日負荷預測的配電變壓器經濟投切[10]。此類方法在預測周期上能夠保證負荷預測的精確性，并兼顧變壓器投切頻度和投切時刻，但該方法研究較少?，F有方法在投切操作制定過程中的安全預估、投切時刻和運行方式優化、在線安全校驗和修正、投切方法計算量等方面還不足以滿足工業應用的需要。

總而言之，在現有方法分類中基于數日乃至數星期的日負荷預測這一分類比其他2類有諸多優勢，然而必須尋找一種新的方法來綜合解決該類現有方法遇到的問題。

3 變壓器經濟投切策略

本論文研究的變壓器經濟投切方法，其目的在于對于7到14日內變壓器投切從安全、經濟和投切頻次多方面進行綜合優化。本方法根據負荷預測，首先考慮變壓器容量約束，再使用最優路徑搜索對節電經濟效益、變壓器投切次數和密度的約束進行綜合優化，得到投切周期內變壓器投切日和應采用的運行方式。本方法還包含了滾動安全校驗和修正，以滿足變壓器在負荷短期突變的情況下運行的安全。

本策略流程如圖1所示。本策略步驟如下：

（1）讀入變壓器參數和所有可以并聯（每臺變壓器高低壓側電壓相等、連接組標號相等、短路阻抗標幺值相等）的運行方式，簡稱“并聯方式”。

（2）在投切安排日，根據負荷預測獲取投切周期內每日（第j天）負荷峰值Spj，簡稱“峰荷”。預測峰荷的目的是防止變壓器在峰荷下過載。

（3）對每日計算可承受峰荷的所有運行方式，簡稱“可用方式”。將一個投切周期內的每日可用方式計入矩陣A，其中A（i，j）表示第i天第j種可用運行方式?？捎梅绞降脑u判方法為：對于某種并聯方式，若其可提供的最大容量大于等于該日最大負荷，即SN＞Spj，則該運行方式可用，應當選入；反之則不可用，應當去除。因此A（i，j）中所有運行方式在預測峰值下是安全的。

圖1 投切策略流程圖

（4）使用枚舉法搜索投切周期內由每日可用方式形成的所有序列，形成可用序列，將所有序列計入矩陣R，其中R（i，j）表示第i個可用序列在第j天的運行方式。計算方法為：將每日可用方式進行完全組合，并在一個投切周期內按時間順序形成一個序列。該步驟將每日運行方式以整個投切周期為單位進行分析，以便全局優化。

（5）在可用序列集中篩選出滿足變壓器投切次數和密度約束的運行方式序列，形成投切頻次適當的運行方式序列集，簡稱頻次優化序列集，計入矩陣F。

其中所用約束條件為：在投切周期內，投切次數不應超過M次，相鄰改變點間隔不應小于N天，M和N可根據變電站運行慣例整定。其中，變次數的值應分2種情況討論。

·若投切安排日為該方法的初始化日，因為在本周期的起始日不產生投切操作，則只計入可用序列中的投切次數。

·若投切安排日不為該方法的初始化日，則需要分析上下周期連接處的投切操作。即可用序列中第一日的運行方式和投切安排日的運行方式不同，則應計入此次投切操作；若相同，則只需計入可用序列中的投切次數。

（6）應用最優路徑搜索，評價出頻次優化序列集中經濟效益最優的序列作為投切周期經濟最優運行方式序列，簡稱“最優序列”，記為列向量0（j）。最優路徑搜索所使用的評價函數f為投切周期內變壓器所產生的總損耗，計算公式如下

式中：Sav（j）為第j日的預測平均負荷；SN為變壓器容量；P0為變壓器空載損耗；Pk為變壓器負載損耗；T=1天；H為投切周期的天數；ΔE（i，j）為第i個序列在第j日內產生的損耗電量；ΔE（j）為第i個序列在預測平均負荷下投切周期的損耗電量；n為某個序列某日的運行方式下的所有變壓器數量。

如果仍有不止一個序列并列最優，則運行方式改變次數最小的優先。

由此即算出調度周期應采取的最優運行方式，該方式是預測峰荷下的滿足安全性、投切頻次和密度符合工程要求的損耗最小的方式。

由于本方法使用了時段長度較大的負荷預測數據，而負荷預測精度在時段長度增大中下降，因此在投切安排日對該周期靠后若干日的負荷預測精度相對較低，若峰值預測誤差較大，則有在實際運行中過負荷的幾率。因此，須將峰荷預測按每日刷新并進行滾動的安全性驗證。

（7）在一個投切周期中的每日，通過負荷預測滾動刷新當日后2日的峰荷。

（8）在一個投切周期中的每日，使用刷新后的2日的峰荷滾動檢驗最優序列中對應2日運行方式的安全性，如有必要，則進行相應修正。判斷修正必要性的方法為：對于預測日，2日刷新后的每日負荷峰值應小于最優序列中對應日運行方式所能提供的最大容量。所采用的修正方法如下：①將該預測日作為下一個投切周期的投切安排日；②重新開始一個投切周期的變壓器經濟投切分析。

該步驟解決了時段長度較大負荷預測精度下降造成的安全性問題，并使本方法具有自修復性和魯棒性。

本策略能夠同時整定7日內變壓器投切時間和對應運行方式進行變壓器經濟投切。本策略能夠滿足變壓器運行的安全性，同時控制變壓器投切頻次和密度，并符合變電站運行慣例。本方法啟用了滾動安全校驗和修正，在負荷短期內突變或者最大負荷預測出現較大誤差的情況下也能保證變壓器運行的安全。