碳中和目標下配電變壓器低碳優化設計

高娃

摘 ?要：配電變壓器是電力運行系統的重要組成部分，其電能輸出損耗量較大。在碳中和目標下優化配電電壓器尤為重要，研究碳中和目標下配電變壓器低碳優化設計。通過調整供電電壓水平，改良變壓器指標計算模型，優化無功補償線路實現分區控制，從而達到配電變壓器低碳優化目標。實驗結果表明，配電變壓器優化后與優化前相比，月耗電量平均可以減少24.46 KWh，優化過后有效控制電能損耗量，優化配電變壓器具有重要意義。

關鍵詞：碳中和;配電變壓器;電壓水平;配電控制模型;無功補償路線;

0引言

為了保護人類生存環境提出了碳中和目標，在社會中，每個人都會排放二氧化碳，企業和團體在發展時，也會排放大量的二氧化碳。我們通過節能減排的方法和節能手段抵消我們在生活和生產中產生的二氧化碳含量，這就是碳中和目標內容。可以有效保護環境。越來越多企業和大型活動在碳中和目標下采用環保的新型技術和材料[1]。在碳中和目標下，人們的生活更加綠色健康，社會生產才能更加持續化，從而真正實現整個社會的綠色發展。在碳中和目標下，越來越多的電力企業重視低碳節能，其中優化配電變壓器就是節能的最好方式。配電變壓器在進行工作時，會產生大量電能損耗，會產生大量二氧化碳，配電變壓器產生損耗主要分為兩個部分，分別是渦流損耗和磁滯損耗，所以需要對配電變壓器進行優化，降低二氧化碳排放量。

1碳中和目標下配電變壓器低碳的優化設計

1.1 調整供電電壓水平

配電變壓器在電力運行系統中發揮著重要作用，它是供電系統動能來源，所以電力企業在進行節能減排時，更重視配電變壓器的優化設計，在優化后，可以達到配電變電壓的低碳節能效應。配電變壓器在進行電力輸出時，由于配電變壓器本身原因，導致部分電能流失損耗掉了，所以優化配電變壓器降低電能損耗尤為重要。配電變壓器是控制供電電壓的主要設備，供電電壓的大小會影響變壓器電能損耗程度，可以根據區域內用電使用情況實行電壓控制，把電壓水平控制在合理范圍之內，調整供電電壓水平，實現變壓器低碳節能。我們在提供電力之前，需要利用大數據分析方法，了解每個區域具體用電總量和階段用電情況以及區域內變壓器容量大小。因為時間段不同，用電量也有很大差異，所以需要制定階段性供電壓力水平，不斷優化配電變壓器電壓層次，從而達到低碳效果。

1.2改良變壓器配電控制模型

對配變進行優化時，需要改進配變的模型，優化后的模型可以提高配變的經濟指標、性能指標和環境指標[2]。經濟指標就是將變壓器損耗電能降低到最小值，節約供電和運行成本;配電變壓器性能指標指的是在改良基礎上提高供電效率和穩定性;環境指標就是變壓器低碳追求的目標，要減少二氧化碳排放量，保護環境，電能損耗會產生很多二氧化碳，所以控制電能損耗可以降低二氧化碳排放量。在變壓器配電控制模型中可以用線性函數控制指標，如公式（1）所示。

公式（1）中M表示各個指標的優化量，指標優化量屬于H可行性域集，其中f（M）表示目標函數，不等式約束因子和等式約束因子分別用Fi和Ki表示。優化指標計算模型，為實際變電器優化打下堅實基礎，通過配電控制模型，可以計算出各個指標最優化值，可以更加精準的控制配電變電器電壓值。

1.3優化無功補償線路實現分區控制

在配電變電器裝置中優化無功補償線路，無功補償線路是提高電能輸出最重要的設備之一，能夠有效控制電能損耗，所以加強對無功補償線路的優化，可以減少更多電能輸出時帶來的損耗[3]。無功補償線路由補償裝置組合而成，所以在進行優化時，一定要選擇合理的零件設備，最大程度減少電能損耗，提高電能質量。如圖1所示，表示無功補償線路圖。

在無功補償路線中安裝自動調容設備，可以將無功補償線路進行串聯和并聯，在串聯和并聯線路基礎上，設置調容開關。調容開關可以起到控制作用，如果沒有采用無功補償線路裝置，在配電變壓器在進行電能輸出時，輸出的電力可能超出區域需求量，導致很多電能在輸出途中出現浪費情況[4]。而調容開關能夠有效解決這一情況，它可以通過配電變壓器裝置下的自動感受器，接收實際用電數據，根據反饋回來的數據分析輸出用戶用電需求量，根據區域用電需求實現區域控制，確保電力輸出能夠得到有效利用，優化無功補償線路可以控制輸出電能量，自動調節電壓壓力。

2實驗驗證

2.1實驗準備

配電變壓器分為非晶合金配電變壓器和冷軋硅鋼配電變壓器兩種類型，為了實現非晶合金和冷軋硅鋼配電變壓器低碳目標，分析配電變電壓在優化后的低碳節能效應。在進行實驗驗證之前，我們將A1、A2、A3、A4、A5區域的住房用電配電作為測試背景條件，經調查，該區域住戶用電基本信息，如下表1所示。

根據表1可以了解到每個區域用戶總數，由于某種因素，入住率達不到百分之百，所以我們要調查這個區域內用戶的入住率。根據5個區域入住率的多少，投入不同容量的配電變壓器，采用變壓器無功損耗計算方法，計算出五個區域優化前后配電變壓器電能損耗量。計算公式如下所示。

公式（2）中，A表示配電變壓器的電能損耗量，用h表示空載無功損耗，將負載波動損耗系數表示為m，kt和q分別表示為平均負載系數和額定負載漏磁功率。利用上述公式計算出5個區域電量損耗值，將配電變壓器優化前后的電能損耗值進行對比。

2.2實驗結果

為了響應國家碳中和目標，對配電電壓器進行優化，我們將配電變壓器優化前后進行對比，研究優化后電能損耗量。選取5個配電變壓器容量和入住率不同的區域，配電變壓器優化前后電能損耗量如圖2所示。

由圖2可知，配電變壓器優化后與優化前的月耗電量進行對比，在配電變壓器容量相同時，優化后的配電變壓器月耗電量均比優化前減少了。根據計算得出，在配電變壓器容量為50kVA、100 kVA、150 kVA、200 kVA、250 kVA優化后月耗電能分別減少了，17.8 KW.h、28.4 KW.h、29.7 KW.h、34.8 KW.h、11.6 KW.h。優化后月耗電量能夠平均減少24.46 KW.h。在碳中和目標下進行配電變壓器的優化，能夠有效減少電能的損耗，從而實現配電變壓器節能減排。

3結束語

本文通過選取高效能非晶合金配電變壓器，對配電變壓器低碳計算模型進行優化，最終采用無功補償線路實現分區控制，可以有效降低二氧化碳排放量，分區控制可以減少配電變壓器工作功率，從而達到低碳目標。本文只對配電變壓器的節能效果進行分析，沒有考慮配電效能是否滿足需求，希望在下一次研究中在配電效能穩定的基礎上對低碳配電變壓器進行進一步優化。

參考文獻

[1] 屈博，劉暢，李德智，等. “碳中和”目標下的電能替代發展戰略研究[J]. 電力需求側管理，2021，23（2）：1-3+9.

[2] 廣魁，趙遵龍，王灝. 高過載配電變壓器的優化設計[J]. 中國新技術新產品，2019（23）：58-59.

[3] 陳卓，孫竹. 節能配電變壓器鐵心制造技術及選材分析[J]. 電工鋼，2020，2（Z1）：11-13.

[4] 劉政.節能型配電變壓器的優化設計及其軟件開發[J].中國新技術新產品，2019（2）：75-76.

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