基于禁忌搜索算法的城區10kV變壓器組經濟運行研究

李景東

摘要：由于居民用電的峰谷差較大，不利于變壓器的經濟運行，為此，研究變壓器的經濟運行對供電企業的節能降損具有很好的意義。本文提出采用禁忌搜索算法，以變壓器的投切次數為約束，對變壓器組備選投切點進行優選、組合，選出最合理的投切方案，從而實現變壓器組的經濟運行。實際案例的運行結果表明，該方案簡單實用，能夠迅速找出最優投切策略且避免設備的頻繁投切，有效提高了供電企業的經濟效益。

Abstract： It is not conducive to the economic operation of the transformer due to the large difference between the peaks and valleys of residential electricity. Therefore， it is of great significance to study the economic operation of the transformer for the energy-saving and loss reduction for power supply enterprise. This paper proposed to use tabu search algorithm. By taking the number of switching times of the transformer as the constraint， it can optimize and combine the switching points of the transformer group to select the most reasonable switching scheme and realize the economic operation of the transformer group. The operations results of the actual case show that the scheme is simple and practical， it can quickly find the optimal switching strategy and avoid frequent switching of equipment， and effectively improve the economic benefits of the power supply enterprise.

關鍵詞：禁忌搜索算法；經濟運行；節能；10kV變壓器組

Key words： tabu search algorithm；economic operation；energy saving；10kV distribution transformer group

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2019）02-0173-03

0 引言

電力系統中變壓器的容量和數量均占有很大的比重，廣泛應用于電能的生產、輸送、使用等各個環節，隨之使用而帶來的損耗也是相當可觀[1-2]。相關資料介紹，變壓器運行所帶來的電能損耗達到電力系統總損耗的50%左右，達到發電總量的10%左右。所以將變壓器自然運行方式改造為經濟運行方式，是減小電能損耗，提高運行效率，節能減排最為有效的方法之一[3-5]。

變壓器作為使用最為廣泛的電氣設備，其類型、型號，參數都不盡相同。選擇合適的運行方式及投切方案是變壓器能否在經濟狀態運行的關鍵。目前各大高校、科研機構相關研究也很多，在電網飛速發展的今天，涌現出許多出色的研究成果[6]。隨著科技進步，計算機技術的廣泛應用，實時檢測與控制有了很大的優勢，在變壓器經濟運行研究領域起到了積極的推進作用。沈陽工業大學開發的變壓器經濟運行軟件，能夠對各類變壓器之間經濟運行臨界值進行計算[7]；鄭州大學研發了一套針對變壓器經濟運行狀況進行監控的軟件系統[8]，它主要由硬件和上位機軟件組成，該系統能夠對變壓器運行的實時數據進行采集、處理，然后再通過軟件對得到的數據進行分析計算。

本文依據居民小區用電負荷分時段變化明顯，用電高峰時間相對集中，限時負荷遠小于高峰時段的特點，對變壓器的經濟運行方法做了理論上的研究，合理性仿真和節電量計算，分析其改造的可行性和經濟性。實際案例的投切方案表明了變壓器組運行的成本能夠降到最低，有效提高了供電企業的經濟效益。

1 變壓器經濟運行的基本理論

變壓器的綜合功率損耗包括：變壓器本體的有功功率損耗和由于變壓器勵磁消耗無功功率而導致有功功率損耗。通過綜合功率損耗的概念可知，綜合功率損耗的研究是從系統實際運行的角度出發，考慮節電的運行方式。但在節約有功電量的同時，也應考慮節約無功電量，進而減少系統的供電網損。

由圖1可知，負載率的非線性變化促使綜合功率損耗也發生變化，變壓器采用經濟運行方式，就是希望變壓器盡可能長時間的運行在最佳運行區間，減少變壓器在最劣運行區間的運行時間，在保證對用戶可靠供電的前提下降低輕載甚至空載帶來的不必要損耗。

2 禁忌搜索算法

禁忌搜索（tabu search，TS）最早由美國科學家Glover教授在1986年首次提出的。禁忌搜索算法是在部分鄰域搜索的基礎之上，通過一些改進得到的一種整體鄰域搜索算法。針對一般搜索中存在的迂回搜索現象，TS算法解決了這一問題：利用具有存儲能力的結構及其禁忌準則。除此之外，TS算法中引入了赦免準則。其作用為將一些不能被使用的優良解解放出來，使得有更多種形式的解可以用于搜索，從而可以達到整體鄰域搜索中的最優值。隨著科學技術的進步，TS算法已被廣泛應用于許多領域，如生產調度、機器的智能化、神經網絡、函數的整體優化等。

其中m為一個周期內所有負荷臨界點的數目，Xi=0表示在該負荷臨界點處不動作，Xi=1表示在該負荷臨界點處動作。從而可以用m個元素的向量來表示在該周期內哪個負荷臨界點進行投切，即最優策略的解。一個解向量對應變壓器組的一種投切方式。

按照本文的編碼方式，則可以通過如下方法獲得其鄰域解：設當前解為X，且X中元素Xi的值為1，則令任意一個其他非1元素Xj=1，且Xi=0，便得到了當前解的一個鄰域解。這種方法相當于兩個元素值相異的兩個變量Xi與Xj互換。

為了防止變壓器頻繁投切，本文將一天內變壓器組允許的投切次數作為一個約束條件考慮，并將其加入到算法中。基于禁忌搜索算法的變壓器組經濟運行的流程示意圖如圖2所示。

3 算例分析

4 結束語

本文采用禁忌搜索算法對變壓器組經濟運行進行研究。首先，結合變壓器綜合損耗的理論基礎，給出了變壓器的經濟運行區；然后，根據經濟運行區對變壓器進行投切使其處于經濟運行區域；最后通過禁忌搜索算法對變壓器投切次進行控制。實際算例的計算結果表明，變壓器經濟運行對于供電企業具有較好的經濟效益，能夠節約供電企業的運行成本，建議供電企業積極推進此項工作。

參考文獻：

[1]趙傳輝，劉偉，馬強，等.以提升配電網高效經濟運行為目標的配網管理措施分析[J].技術與市場，2018（3）：183-185.

[2]葛雪峰，魏然，周科，等.基于UPFC的配網經濟運行技術[J].電網技術，2018（8）：2585-2594.

[3]李百可，鞠振河，潘冬輝.工業園區多臺變壓器經濟運行方式研究[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2018（2）：149-153.

[4]宋慧慧.配電變壓器經濟運行及自動投切裝置研究[D].山東大學，2015.

[5]陳俊，劉路，何藝.基于聚類算法的配電變壓器經濟運行分析研究[J].廣西電力，2015，38（1）：6-10.

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[7]劉霖，丁文田.變電站變壓器經濟運行的探討[J].電子測試，2015（1）：163-165.

[8]孟杰.配電變壓器經濟運行的理論分析與措施研究[J].農業科技與裝備，2016（6）：62-63.