本发明公开了一种配电变压器的经济运行控制方法，包括以下步骤：获取某区域在投切周期内每一时间段的预测负荷数据；对预测负荷数据进行拟合，获得拟合余弦函数曲线；获取某区域参与投切的多个配电变压器独立运行和组合运行时的综合功率损耗；根据所述综合功率损耗与负荷的关系，获得临界负荷点；根据临界负荷点和拟合余弦函数曲线，获得所有投切点；计算所有投切点的投切成本和电价；根据投切成本和电价，利用概率直方图获取所有投切点的节电利润；根据所有投切点的节电利润，以及参与投切的多个配电变压器的投切次数，获得最佳的投切策略，这种配电变压器的经济运行控制方法，可以减少电能损耗；能够增加变压器的工作寿命，节约能源。
1.一种配电变压器的经济运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取某区域在投切周期内每一时间段的预测负荷数据；
(2)使用非线性最小二乘法对所述预测负荷数据进行拟合，获得拟合余弦函数曲线；
(3)获取某区域参与投切的多个配电变压器独立运行和组合运行时的综合功率损耗；
(4)根据多个配电变压器独立运行和组合运行时的综合功率损耗与负荷的关系，获得临界负荷点；
(5)根据临界负荷点和拟合余弦函数曲线，获得所有投切点；
(7)根据所述投切成本和电价，利用概率直方图获取所有投切点的节电利润；
(8)根据所有投切点的节电利润，以及参与投切的多个配电变压器的投切次数，获得最佳的投切策略；
步骤(6)中所述的所有投切点的投切成本，利用三角形概率分布求取，所述的电价也利用三角形概率分布求取；
所述步骤(3)中参与投切的多个配电变压器为两台双绕组配电变压器，分别为第一配电变压器和第二配电变压器，所述步骤(3)中参与投切的多个变压器独立运行和组合运行时的综合功率损耗为：第一配电变压器独立运行时的综合功率损耗、第二配电变压器独立运行时的综合功率损耗和第一配电变压器与第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗；
A、获取参与投切的第一配电变压器和第二配电变压器的额定容量SN、空载电流I0、空载损耗P0、短路电压Uk和短路损耗Pk；
所述额定容量SN的计算公式为 其中UN为额定电压；IN为额定电流；
所述空载电流I0的计算公式为 其中I0％为空载电流所占的百分比，I1N为第一配电变压器或第二配电变压器一次测的额定电流值；
所述空载损耗P0是在额定电压下，配电变压器铁芯内无任何负载时的电流使得磁通发生周期性改变时所产生的损耗，计算公式为P0＝Ph+Pb+Ps，其中Ph为磁滞损耗，Pb为涡流损耗，Ph和Pb两者之和由空载实验计算出，也称为基本铁损；Ps为附加损耗，取基本铁损的17％即可；
所述短路电压Uk的计算公式为 其中，U1N为第一配电变压器或第二配电变压器一次测的额定电压值；
所述短路损耗Pk的计算公式为Pk＝Pr+Ps＝I1N2r1+I2N2r2+Ps，其中Pr为基本短路损耗，Ps为附加损耗，I1N为第一配电变压器或第二配电变压器一次测的额定电流值，r1为第一配电变压器或第二配电变压器一次测的额定电阻值，I2N为第一配电变压器或第二配电变压器二次测的额定电流值，r2为第一配电变压器或第二配电变压器二次测的额定电阻值；
B、根据公式(1)～公式(2)计算参与投切的第一配电变压器和第二配电变压器的漏磁无功功率Q0；漏磁无功功率Q0的计算公式为：其中S0的计算公式为
根据公式(3)～公式(4)计算参与投切的第一配电变压器和第二配电变压器的励磁无功功率Qk；励磁无功功率Qk的计算公式为其中Sk的计算公式为
C、根据公式(5)计算参与投切的第一配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ1，第二配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ2；
公式(5)中，S为第一配电变压器独立运行时的实际负载或者第二配电变压器独立运行时的实际负载；SN为第一配电变压器额定容量或者第二配电变压器的额定容量；
公式(5)中，Poz为第一配电变压器独立运行时的空载综合功率损耗或者第二配电变压器独立运行时的空载综合功率损耗；根据公式(6)进行计算，P0Z＝P0+KQQ0+KPP0 (6)
公式(6)中，P0与Q0分别为配电变压器本身的空载损耗和漏磁无功功率；KQ为无功功率经济当量，计算公式为 ΔPQ为配电变压器中无功损耗增长所引起的电力网中有功功率损耗的增加值；ΔΔQ为配电变压器无功功率损耗的增长值；Kp为有功功率经济当量，计算公式为 ΔPP为变压器之中有功损耗的增加所导致的电力网有功损耗的增加量；ΔΔP为变压器的有功功率损耗的增长值；
公式(5)中，Pkz为第一配电变压器独立运行时的负载综合功率损耗或者第二配电变压器独立运行时的负载综合功率损耗；根据公式(7)进行计算；
公式(7)中Pk为参与投切的配电变压器的短路损耗，Qk为配电变压器短路时的无功功率损耗即励磁损耗，计算公式为 其中Sk的计算公式为根据公式(8)计算第一配电变压器和第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗ΔPZ12；
D、在同一负荷与损耗的坐标系中绘制参与投切的第一配电变压器独立运行时的综合功率损耗曲线、第二配电变压器独立运行时的综合功率损耗曲线以及第一配电变压器和第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗曲线；
当第一配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ1和第二配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ2相等时，求得第一临界负荷点S1～2；
当第一配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ1和第一配电变压器和第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗ΔPZ12相等时，求得第二临界负荷点S1～12；
当第二配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ2和第一配电变压器和第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗ΔPZ12相等时，求得第三临界负荷点S2～12。
一种配电变压器的经济运行控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及变压器投切技术领域，更具体的涉及一种配电变压器的经济运行控制方法。
背景技术
[0002] 近年来工农业生产不断发展、人民生活水平不断提高，社会对电能的需求也迅速增加。尽管电力行业发展很快，仍不能满足人们日常生产与生活的需要，在我国一些地区仍存在严重缺电的情况。同时电能深刻影响着国民经济的发展。在大力发展经济的同时，我们需要千方百计地减少电能损耗，提高电能的利用率。配电系统变压器是电力系统中的非常重要的电力器件，主要功能是转换与分配电能。它的总数量和总的装机容量都很大，从发电厂提供电能输电线路传输电能到用户消费电的过程中，变压器产生的损耗大概占整个电网损耗的百分之三十，大约占总发电量的百分之十。同时由于变压器在转换电压和电能传递的时，会引起有功、无功功率损耗，所以变压器也是功率损耗比较大的电气设备。对于全国来说，变压器一年引起的电能损耗是相当大的。
[0003] 变压器的经济运行就是去挖掘变压器电能损耗中那部分被白白浪费掉的电能潜力，是减少电力系统线损、实行电力系统的经济运行的重要方案。
[0004] 变压器的经济运行首先是要满足人们用电的需要，同时电力系统也能够安全可靠地运行的基础上，选出变压器损耗最小的工作方式。通过合理调整变压器的负载、对变电站进行改造等方式，尽最大可能减小变压器电损。而其中选出变压器电能损耗最小的工作状况是其中的主要内容。根据变压器工作方式的优选计算一套最佳投切方案对于电网节能意义重大。
[0005] 变压器经济运行区间的得到一种比较经典的方法，这种方法就是临界点法，通常用这种办法来确定变压器的经济运行。这种方法划分经济运行区间的办法确实可靠，但这种办法没有对负荷曲线作处理，也就是说变电站的开关举措次数会很多，而在实际工作中，变压器的投切次数也是有限度的。在实际操作中，还要考虑因为改变变压器运行方式引起的投切成本。因而，变电站的变压器组进入经济运行区间工作并不能保障是节省电能的，这甚至会因为成本过高而引发相反的效果，导致最终的亏损。
发明内容
[0006] 本发明实施例提供一种配电变压器的经济运行控制方法，减少电能损耗，增加变压器的工作寿命，节约成本。
[0007] 本发明实施例提供一种配电变压器的经济运行控制方法，包括以下步骤：
[0008] (1)获取某区域在投切周期内每一时间段的预测负荷数据；
[0009] (2)使用非线性最小二乘法对所述预测负荷数据进行拟合，获得拟合余弦函数曲线；
[0010] (3)获取某区域参与投切的多个配电变压器独立运行和组合运行时的综合功率损耗；
[0011] (4)根据多个配电变压器独立运行和组合运行时的综合功率损耗与负荷的关系，获得临界负荷点；
[0012] (5)根据临界负荷点和拟合余弦函数曲线，获得所有投切点；
[0013] (6)获取所有投切点的投切成本和电价；
[0014] (7)根据所有投切点的投切成本和电价，利用概率直方图获取所有投切点的节电利润；
[0015] (8)根据所有投切点的节电利润，以及参与投切的多个配电变压器的投切次数，获得最佳的投切策略。
[0016] 进一步地，上述步骤(3)中参与投切的多个配电变压器为两台双绕组配电变压器，分别为第一配电变压器和第二配电变压器，所述步骤(3)中参与投切的多个变压器独立运行和组合运行时的综合功率损耗为：第一配电变压器独立运行时的综合功率损耗、第二配电变压器独立运行时的综合功率损耗和第一配电变压器与第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗。
[0017] 进一步地，上述步骤(4)中，获得临界负荷点包括以下步骤：
[0018] A、获取参与投切的第一配电变压器和第二配电变压器的额定容量SN、空载电流I0、空载损耗P0、短路电压Uk和短路损耗Pk；
[0019] 所述额定容量SN的计算公式为 其中UN为额定电压；IN为额定电流；
[0020] 所述空载电流I0的计算公式为 其中I0％为空载电流所占的百分比，I1N为第一配电变压器或第二配电变压器一次测的额定电流值；
[0021] 所述空载损耗P0是在额定电压下，配电变压器铁芯内无任何负载时的电流使得磁通发生周期性改变时所产生的损耗，计算公式为P0＝Ph+Pb+Ps，其中Ph为磁滞损耗，Pb为涡流损耗，Ph和Pb两者之和由空载实验计算出，也称为基本铁损；Ps为附加损耗，取基本铁损的17％即可；
[0022] 所述短路电压Uk的计算公式为 其中，U1N为第一配电变压器或第二配电变压器一次测的额定电压值；
[0023] 所述短路损耗Pk的计算公式为Pk＝Pr+Ps＝I1N2r1+I2N2r2+Ps，其中Pr为基本短路损耗，Ps为附加损耗，I1N为第一配电变压器或第二配电变压器一次测的额定电流值，r1为第一配电变压器或第二配电变压器一次测的额定电阻值，I2N为第一配电变压器或第二配电变压器二次测的额定电流值，r2为第一配电变压器或第二配电变压器二次测的额定电阻值；
[0024] B、根据公式(1)～公式(2)计算参与投切的第一配电变压器和第二配电变压器的漏磁无功功率Q0；漏磁无功功率Q0的计算公式为：
[0025]
[0026] 其中S0的计算公式为
[0027] 根据公式(3)～公式(4)计算参与投切的第一配电变压器和第二配电变压器的励磁无功功率Qk；励磁无功功率Qk的计算公式为
[0028]
[0029] 其中Sk的计算公式为
[0030] C、根据公式(5)计算参与投切的第一配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ1，第二配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ2；
[0031]
[0032] 公式(5)中，S为第一配电变压器独立运行时的实际负载或者第二配电变压器独立运行时的实际负载；SN为第一配电变压器额定容量或者第二配电变压器的额定容量；
[0033] 公式(5)中，Poz为第一配电变压器独立运行时的空载综合功率损耗或者第二配电变压器独立运行时的空载综合功率损耗；根据公式(6)进行计算，
[0034] P0Z＝p0+KQQ0+KPP0 (6)
[0035] 公式(6)中，P0与Q0分别为配电变压器本身的空载损耗和漏磁无功功率；KQ为无功功率经济当量，计算公式为 ΔPQ为配电变压器中无功损耗增长所引起的电力网中有功功率损耗的增加值；ΔΔQ为配电变压器无功功率损耗的增长值；Kp为有功功率经济当量，计算公式为 ΔPP为变压器之中有功损耗的增加所导致的电力网有功损耗的增加量；ΔΔP为变压器的有功功率损耗的增长值；
[0036] 公式(5)中，Pkz为第一配电变压器独立运行时的负载综合功率损耗或者第二配电变压器独立运行时的负载综合功率损耗；根据公式(7)进行计算；
[0037] PkZ＝Pk+KQQk+KPPk (7)
[0038] 公式(7)中Pk为参与投切的配电变压器的短路损耗，Qk为配电变压器短路时的无功功率损耗即励磁损耗，计算公式为 其中Sk的计算公式为
[0039] 根据公式(8)计算第一配电变压器和第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗ΔPZ12；
[0040] ΔPZ12＝ΔPZ1+ΔPZ2 (8)；
[0041] D、在同一负荷与损耗的坐标系中绘制参与投切的第一配电变压器独立运行时的综合功率损耗曲线、第二配电变压器独立运行时的综合功率损耗曲线以及第一配电变压器和第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗曲线；
[0042] E计算临界负荷点；
[0043] 当第一配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ1和第二配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ2相等时，求得第一临界负荷点S1～2；
[0044] 当第一配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ1和第一配电变压器和第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗ΔPZ12相等时，求得第二临界负荷点S1～12；
[0045] 当第二配电变压器独立运行时的功率损耗ΔPZ2和第一配电变压器和第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗ΔPZ12相等时，求得第三临界负荷点S2～12。
[0046] 进一步地，步骤(6)中所述的所有投切点的投切成本，利用三角形概率分布求取，所述的电价也利用三角形概率分布求取。
[0047] 本发明与现有技术相比的有益效果在于：
[0048] 变压器根据投切次数在较大节电利润的投切点投切，可以减少电能损耗；增加变压器的工作寿命，节约能源，在现今能源紧缺的情况下，节能对实现国民经济的持续发展有很重要的意义。
附图说明
[0049] 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。
[0050] 图1为本发明的流程框图。
[0051] 图2为本发明实施例变电站原始负荷60天数据及拟合余弦函数曲线。
[0052] 图3为本发明实施例两个配电变压器三种状况损耗图。
[0053] 图4为本发明实施例拟合余弦函数曲线与临界点直线相交图。
[0054] 图5(a)为本发明实施例中第11天投切的节电利润概率直方图。
[0055] 图5(b)为本发明实施例中第28天投切的节电利润概率直方图。
[0056] 图5(c)为本发明实施例中第45天投切的节电利润概率直方图。
具体实施方式
[0057] 下面将结合图1和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。
[0058] 如图1所示，S1：获取某区域在投切周期内每一时间段的预测负荷数据。
[0059] 某区域是任何一个至少需要两个配电变压器控制的区域，可以是某一小区或某一变电站。
[0060] 投切周期为未来的一段时间，可以是30天、60天或一年。每一时间段为每隔一段时间，一段时间可以为每一天、每12小时或每6小时等。
[0061] S2：使用非线性最小二乘法对所述预测负荷数据进行拟合，获得拟合余弦函数曲线。
[0062] S3：获取某区域参与投切的多个配电变压器独立运行和组合运行时的综合功率损耗。
[0063] 配电变压器可以是两个或三个甚至更多。
[0064] S4：根据多个配电变压器独立运行和组合运行时的综合功率损耗与负荷的关系，获得临界负荷点。
[0065] 根据多种情况下综合功率损耗和负荷的曲线的交点或者综合功率损耗和负荷的数学公式关系，获得临界负荷点。
[0066] S5：根据临界负荷点和拟合余弦函数曲线，获得所有投切点。
[0067] 临界负荷点直线与拟合余弦函数曲线的交点为所有的投切点。
[0068] S6：计算所有投切点的投切成本和电价。
[0069] 可以根据三角形概率分布计算所有投切点的投切成本和电价。
[0070] S7：根据所述投切成本和电价，利用概率直方图获取所有投切点的节电利润。
[0071] S8：根据所有投切点的节电利润，以及参与投切的多个配电变压器的投切次数，获得最佳的投切策略。
[0072] 下面的实施例中设定某区域为某变电站，投切周期为60天，每一时间段为每一天。
[0073] (1)变电站的两台双绕组配电变压器的相关技术数据如表1所示。
[0074] 表1 双绕组配电变压器额定参数
[0075]
[0076] (2)已知变电站60天内的通过负荷预测所得的负荷数据如表2所示。
[0077] 表2 变电站预测负荷数据
[0078]
[0079]
[0080] 其中每天的负荷数据是24小时整点负荷值的平均值。
[0081] 在这里设定60天内允许投切次数为1次，要求计算出60天内的最优投切策略。
[0082] (3)拟合负荷数据
[0083] 使用非线性最小二乘法将预测负荷数据拟合为时间t(天)的余弦函数，将表2中的变电站负荷预测数据进行拟合，拟合结果如公式(9)所示。
[0084] g(t)＝4553.2cos(2×π×1.7696×t/60-6.8146)+11209 (9)
[0085] (4)用Matlab绘制原始预测负荷数据曲线与拟合余弦函数曲线如图2所示。
[0086] (5)获得临界负荷点
[0087] ①根据I0％和Uk％按照公式(10)～(17)分别计算第一配电变压器和第二配电变压器的漏磁无功功率Q0和励磁无功功率Qk。
[0088]
[0089]
[0090]
[0091]
[0092]
[0093]
[0094]
[0095]
[0096] ②计算第一配电变压器独立运行时的综合功率损耗ΔPZ1，第二配电变压器独立运行时的综合功率损耗ΔPZ2，以及第一配电变压器与第二配电变压器并列运行时的综合功率损耗ΔPZ12，如公式(18)～(20)计算。
[0097]
[0098]
[0099]
[0100] 其中，S(kVA)是当前的实际负荷，P0z和Pkz如公式(21)、(22)计算。
[0101] P0Z＝P0+KQQ0 (21)
[0102] PKZ＝PK+KQQK (22)
[0103] ③在同一坐标系中，绘制配电变压器三种不同运行情况的负荷损耗曲线，如图3所示。
[0104] ④计算临界负荷点。
[0105] 令式(18)、(19)相等，得临界负荷点如式(23)所示。
[0106]
[0107] 令式(18)与(20)相等，得临界负荷点如式(24)所示。
[0108]
[0109] 令式(19)与(20)相等，得临界负荷点如式(25)所示。
[0110]
[0111] 如图3所示，用Matlab编程得临界负荷点为S1～2＝3820.1；S1～12＝11377；S2～12＝6123.8；
[0112] 最小临界负荷点为S1～2＝3820.1，最大临界负荷点为S1～12＝11377，经济工作区间划分如下：
[0113] 经济工作区间1：负载S＜3820.1时，第二配电变压器独立工作相对节电；
[0114] 经济工作区间2：负载3820.1＜S＜11377时，第一配电变压器独立工作相对节电；
[0115] 经济工作区间3：负载11377＜S时，第一配电变压器和第二配电变压器并列工作相对节电。
[0116] (6)获得所有投切点
[0117] 用临界负荷点直线S1～2＝3820.1；S2～12＝6123.8和S1～12＝11377分别与拟合的负荷曲线g(t)相交，计算所有的投切点，如图4所示。
[0118] 从图4中可以得出所有投切点为t1＝11，t2＝28和t3＝45(天)
[0119] t1＝11天时，第二配电变压器退出工作，改为第一配电变压器独立工作；
[0120] t2＝28天时，第二配电变压器退出工作，改为第一配电变压器和第二配电变压器并列工作；
[0121] t3＝45天时，第二配电变压器退出工作，改为第一配电变压器独立工作。
[0122] (7)求取最佳投切策略
[0123] 最佳的投切策略与投切点的个数、投切次数以及投切点的节电利润有关，投切次数须小于投切点的个数，根据投切次数选取节电利润大的投切点进行投切为最佳的投切策略。
[0124] 将投切成本与电价概率化计算，计算t1＝11(天)，t2＝28(天)，t3＝45(天)的投切效益，二者之差为节电利润。
[0125] t1＝11(天)、t2＝28(天)、t3＝45(天)的节电利润概率直方图如图5(a)、图5(b)和图5(c)所示。
[0126] 概率最大值时的最大节电利润分别为G11＝-1000(元)；G28＝2500(元)；G45＝-1000(元)。
[0127] 若在60天内只允许1次投切，则在获得最大节电利润G28＝2500(元)时投切，最优投切策略为(假设未经投切时，变电站第一配电变压器独立工作)，在t2＝28天时，由第一配电变压器工作，改为第一配电变压器和第二配电变压器并列工作。
[0128] 投切周期可以为未来的30天、60天或一年，就节电利润的大小来说，投切周期越大相当于为节电利润的取得提供了更多的时间。最优投切策略有两种情况：一种情况是在投切周期内，规定了投切次数的限制，求取最佳投切方案；另一种情况是投切周期内，没有规定投切次数限度，求取最佳投切方案，这种“没有规定的投切次数”必须在可能的投切点总数以内。
[0129] 变压器在最佳的投切时间投切，可以减少电能损耗；工作在经济运行区间的变压器的使用寿命可以得到很大程度延长；节约能源，在现今能源紧缺的情况下，节能对实现国民经济的持续发展有很重要的意义。
[0130] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0131] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
