一种低压配电网双电压配电方法转让专利

申请号 : CN201610820897.1

文献号 : CN106356842B

文献日 :

基本信息:

PDF:

法律信息:

相似专利:

发明人 : 熊小伏匡仲琴欧阳金鑫

申请人 : 重庆大学

摘要 :

本发明公开了一种低压配电网双电压配电方法,增加一个0.41kV到5kV的配电电压等级Um,从而形成10/Um/0.4kV的三绕组配电变压器;对每个负荷,分别计算采用10/Um/0.4kV供电模式与10/0.4kV供电模式在变压器和低压线路上的功率损耗SI和SII;如果SI<SII,则该负荷采用10/Um/0.4kV双电压配电模式,否则维持原10/0.4kV供电方式不变。对任何负荷,如要采用10/Um/0.4kV供电方式,还需满足电压幅值约束和电流偏移约束。本发明能够满足负荷高效供电需求,根据多因素来选择最优的配电模式,最终达到降低低压配电网输电损耗、提高输送电压质量的要求,对兼顾近距离组团负荷与远距离零星负荷的配电情况尤为适用。

权利要求 :

1.一种低压配电网双电压配电方法,其特征在于:步骤如下,

1)增加一个高于0.4kV的配电电压等级,设为Um;Um包括了从0.41kV到5kV的任意电压,从而形成10/Um/0.4kV的三绕组配电变压器,高、中、低压侧分别采用三角形/三角形/星形联结;高压侧联接10kV电源进线;低压侧输出0.4kV接至低压母线,中压侧输出配电补充电压等级Um kV;

2)对每一个地址和大小确定的负荷,分别计算采用10/Um/0.4kV供电模式与维持原10/

0.4kV供电模式在变压器和低压线路上的功率损耗SI和SII;

3)利用双电压配电判据确定每个负荷供电模式根据步骤2)中每个负荷的功率损耗来选定供电模式;如果SI<SII                     (1)则该负荷采用10/Um/0.4kV双电压配电模式,否则维持原10/0.4kV供电方式不变;10/Um/0.4kV双电压配电模式具体为:将中压侧输出的配电补充电压等级Um kV经电缆或架空线连接至Um/0.4kV降压变压器,以将电压降至0.4kV,Um/0.4kV降压变压器直接设置在该负荷处,降为0.4kV的电压直接进入该负荷对应的用户电表供该用户用电。

2.根据权利要求1所述的低压配电网双电压配电方法,其特征在于:步骤2)中对每个负荷,还分别计算采用10/Um/0.4kV供电模式与维持原10/0.4kV供电模式下两者的投资运营成本WI和WII;如果WI<WII                    (2)且同时满足式(1),则选择10/Um/0.4kV供电模式为该负荷供电;否则维持原10/0.4kV供电方式不变;或者单独考虑式(2),只要满足式(2),则选择10/Um/0.4kV供电模式为该负荷供电;否则维持原10/0.4kV供电方式不变。

3.根据权利要求1所述的低压配电网双电压配电方法,其特征在于:步骤2)中采用10/Um/0.4kV供电方式与维持原10/0.4kV供电方式的功率损耗SI和SII的计算方法如下:

1)采用10/Um/0.4kV供电方式时,功率损耗SI包括10/Um/0.4kV三绕组变压器损耗PT1、Um kV线缆上的损耗PL和Um/0.4kV降压变压器的损耗PT2三部分,即SI=PT1+PL+PT2                  (3)①其中,假设变压器无功补偿理想,10/Um/0.4kV三绕组变压器损耗PT1的计算方法如下:式中

Po1——10/Um/0.4kV三绕组变压器的空载综合损耗;

Pk1,Pk2,Pk3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的短路综合损耗,算法如下:Pk12,Pk13,Pk23——10/Um/0.4kV三绕组变压器按电源侧绕组额定容量给出的短路损耗;

S1N,S2N,S3N——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧额定容量;

β1,β2,β3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的负载系数,算法如下:I1,I2,I3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的负载电流;

I1N,I2N,I3N——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的额定电流;

P1,P2,P3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的有功功率;

——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的功率因素;

②Um kV线缆上的损耗PL的计算方法如下:式中

α——所供负荷因三相不平衡引起的线损增加率;

K——所供负荷的形状系数;

Iav——所供负荷在供电线缆上的平均电流;

r——所供负荷供电线缆的单位电阻率;

L——所供负荷供电线缆的长度;

③假设变压器无功补偿理想,Um/0.4kV降压变压器的损耗PT2的计算方法如下:PT2=Po'+β2Pk'                 (12)式中

Po'——Um/0.4kV降压变压器的空载损耗;

Pk'——Um/0.4kV降压变压器的短路损耗;

β——Um/0.4kV降压变压器的负载系数,算法如下:I2',I2N'——Um/0.4kV降压变压器的负载侧电流和额定电流;

P2'——Um/0.4kV降压变压器负载侧有功功率;

SN——Um/0.4kV降压变压器额定容量;

——Um/0.4kV降压变压器负载侧功率因素;

2)采用10/0.4kV供电方式时,低压配电网损耗包括10/0.4kV配电变压器损耗PT和0.4kV线缆上的损耗PL'两部分组成,即SII=PT+PL'                  (14)①其中,10/0.4kV配电变压器损耗PT的计算方法如下:PT=Po+β'2Pk                  (15)式中

Po——10/0.4kV配电变压器的空载损耗;

Pk——10/0.4kV配电变压器的短路损耗;

β'——10/0.4kV配电变压器的负载系数,I2”,I2N”——10/0.4kV配电变压器的负载侧电流和额定电流;

P2”——10/0.4kV配电变压器负载侧有功功率;

SN'——10/0.4kV配电变压器额定容量;

——10/0.4kV配电变压器负载侧功率因素;

②对同一确定位置和大小的负荷供电,0.4kV线缆上的损耗PL'按如下公式计算,

2 2

PL'=3(1+α)KI'avrL

I'av——所供负荷在0.4kV供电线缆上的平均电流;

若不改变供电线缆的线径,则0.4kV线缆上的损耗PL'算法如下:PL'=k2PL               (16)式中,k——增加的配电电压等级Um kV与0.4kV的比值。

4.根据权利要求2所述的低压配电网双电压配电方法,其特征在于:采用全寿命周期法分别计算采用10/Um/0.4kV供电方式与维持原10/0.4kV供电方式的投资运营成本W,公式如下:式中

CI——设备购置成本;

n——设备计划投入使用的年限;

i——设备使用的第i年;

Coi——设备在第i年运行产生的费用;

CFi——设备在第i年由于故障原因产生的损失和维修费用;

rDi——设备第i年的贴现率;

B——设备废弃和拆除成本;

rDn——设备在第n年,即使用的最后一年的贴现率;

其中采用10/Um/0.4kV供电方式的投资运营成本WI中的设备成本包含10/Um/0.4kV三绕组配电变压器、Um kV线缆和Um/0.4kV降压变压器三部分;采用原10/0.4kV供电方式的投资运营成本WII中的设备成本包括10/0.4kV配电变压器和0.4kV线缆两部分。

5.根据权利要求2所述的低压配电网双电压配电方法,其特征在于:对某负荷,如要采用10/Um/0.4kV供电方式,在满足式(1)和式(2)的判据条件下,还需满足式(18)电压幅值约束和式(19)电流偏移约束;

1)电压幅值约束:

Umin≤|Uj|≤Umax               (18)其中:

Uj:线路上任意节点j的电压;

j:节点编号;

Umin,Umax:节点电压幅值下限、节点电压幅值上限;

2)电流偏移约束:

|I|≤Imax                (19)I:负载电流;

Imax:配电线缆允许通过的最大电流。

说明书 :

一种低压配电网双电压配电方法

技术领域

[0001] 本发明涉及低压配电网,具体涉及一种基于三绕组配电变压器的双电压节能配电方法,属于电力系统输配电技术领域。

背景技术

[0002] 低压配电网作为电力系统的重要构成,是上级电网向用户传输电能的最终环节,其运行的安全性、可靠性和供电质量对用户有直接影响。我国低压配电系统仅0.4kV一个电压等级,低压线缆通常直接从配电变压器低压侧引出接至用户端。由于低压线路输送容量较小,供电半径受限,导致低压出线回路较多、线行通道拥挤、线路负载重,因此我国低压配电网的线损率普遍较高。特别在农村、远郊地区,负荷分散且供电半径较大、三相不平衡度较高,传统配电方式难以兼顾近距离组团负荷与远距离零星负荷的高效配电需求,供电质量不能保证,损耗突出。随着我国农村电网建设的不断推进,亟需提出突破性的节能配电方法来克服目前我国低压电网损耗过大、效率不高的问题。
[0003] 当前被证明有效的降耗措施中,无功补偿和采用新型节能电力设备的方法已得到广泛而成熟的应用,很难再实现损耗的大幅度降低;网络重构的方法不适用于无联络冗余的放射型低压配电网中;唯有提高输电电压等级的方法,在低压配电网上还未有应用。事实上,许多发达国家低压配电电压等级并不唯一,以三相四线制的供电方式为例,日本、美国用电电压等级0.2kV,上级电压分别为3.3kV和2.4kV;法国、德国用电电压等级为0.4kV,上级电压为5kV。在10kV中压配电电压和0.4kV用电电压等级中间增加一个低压配电电压等级,可以扩大供电半径,不仅能有效缩短0.4kV线缆供电长度,降低低压配电网线损,对提高远距离负荷的供电质量也有极大的帮助。因此,通过增加低压配电电压等级,建立基于三绕组变压器的双电压配电模式,以兼顾近距离组团负荷与远距离零星负荷的节能高效配电需求,是目前尚未有的可行技术。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于提出一种低压配电网双电压配电方法,本方法能够降低配送过程中的功率损耗,提高送电效率和输送电压质量。
[0005] 本发明的技术方案是这样实现的:
[0006] 一种低压配电网双电压配电方法,步骤如下,
[0007] 1)增加一个高于0.4kV的配电电压等级,设为Um;Um包括了从0.41kV到5kV的任意电压,从而形成10/Um/0.4kV的三绕组配电变压器,高、中、低压侧分别采用三角形/三角形/星形联结;高压侧联接10kV电源进线;低压侧输出0.4kV接至低压母线,中压侧输出配电补充电压等级Um kV;
[0008] 2)对每一个地址和大小确定的负荷,分别计算采用10/Um/0.4kV供电模式与维持原10/0.4kV供电模式在变压器和低压线路上的功率损耗SI和SII;
[0009] 3)利用双电压配电判据确定每个负荷供电模式
[0010] 根据步骤2)中每个负荷的功率损耗来选定供电模式;如果
[0011] SI<SII   (1)
[0012] 则该负荷采用10/Um/0.4kV双电压配电模式,否则维持原10/0.4kV供电方式不变;10/Um/0.4kV双电压配电模式具体为:将中压侧输出的配电补充电压等级Um kV经电缆或架空线连接至Um/0.4kV降压变压器,以将电压降至0.4kV,Um/0.4kV降压变压器直接设置在该负荷处,降为0.4kV的电压直接进入该负荷对应的用户电表供该用户用电。
[0013] 对于步骤2)中对每个负荷,还分别计算采用10/Um/0.4kV供电模式与维持原10/0.4kV供电模式下两者的投资运营成本WI和WII;如果
[0014] WI<WII   (2)
[0015] 且同时满足式(1),则选择10/Um/0.4kV供电模式为该负荷供电;否则维持原10/0.4kV供电方式不变;或者单独考虑式(2),只要满足式(2),则选择10/Um/0.4kV供电模式为该负荷供电;否则维持原10/0.4kV供电方式不变。
[0016] 其中步骤2)中采用10/Um/0.4kV供电方式与维持原10/0.4kV供电方式的功率损耗SI和SII的计算方法如下:
[0017] 1)采用10/Um/0.4kV供电方式时,功率损耗SI包括10/Um/0.4kV三绕组变压器损耗PT1、Um kV线缆上的损耗PL和Um/0.4kV降压变压器的损耗PT2三部分,即
[0018] SI=PT1+PL+PT2   (3)
[0019] ①其中,假设变压器无功补偿理想,10/Um/0.4kV三绕组变压器损耗PT1的计算方法如下:
[0020]
[0021] 式中
[0022] Po1——10/Um/0.4kV三绕组变压器的空载综合损耗;
[0023] Pk1,Pk2,Pk3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的短路综合损耗,算法如下:
[0024]
[0025]
[0026]
[0027] Pk12,Pk13,Pk23——10/Um/0.4kV三绕组变压器按电源侧绕组额定容量给出的短路损耗;
[0028] S1N,S2N,S3N——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧额定容量;
[0029] β1,β2,β3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的负载系数,算法如下:
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] I1,I2,I3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的负载电流;
[0034] I1N,I2N,I3N——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的额定电流;
[0035] P1,P2,P3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的有功功率;
[0036] ——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的功率因素;
[0037] ②Um kV线缆上的损耗PL的计算方法如下:
[0038]
[0039] 式中
[0040] α——所供负荷因三相不平衡引起的线损增加率;
[0041] K——所供负荷的形状系数;
[0042] Iav——所供负荷在供电线缆上的平均电流;
[0043] r——所供负荷供电线缆的单位电阻率;
[0044] L——所供负荷供电线缆的长度;
[0045] ③假设变压器无功补偿理想,Um/0.4kV降压变压器的损耗PT2的计算方法如下:
[0046] PT2=Po'+β2Pk'   (12)
[0047] 式中
[0048] Po'——Um/0.4kV降压变压器的空载损耗;
[0049] Pk'——Um/0.4kV降压变压器的短路损耗;
[0050] β——Um/0.4kV降压变压器的负载系数,算法如下:
[0051]
[0052] I2',I2N'——Um/0.4kV降压变压器的负载侧电流和额定电流;
[0053] P2'——Um/0.4kV降压变压器负载侧有功功率;
[0054] SN——Um/0.4kV降压变压器额定容量;
[0055] ——Um/0.4kV降压变压器负载侧功率因素;
[0056] 2)采用10/0.4kV供电方式时,低压配电网损耗包括10/0.4kV配电变压器损耗PT和0.4kV线缆上的损耗PL'两部分组成,即
[0057] SII=PT+PL'   (14)
[0058] ①其中,10/0.4kV配电变压器损耗PT的计算方法如下:
[0059] PT=Po+β'2Pk   (15)
[0060] 式中
[0061] Po——10/0.4kV配电变压器的空载损耗;
[0062] Pk——10/0.4kV配电变压器的短路损耗;
[0063] β'——10/0.4kV配电变压器的负载系数,
[0064]
[0065] I2”,I2N”——10/0.4kV配电变压器的负载侧电流和额定电流;
[0066] P2”——10/0.4kV配电变压器负载侧有功功率;
[0067] SN'——10/0.4kV配电变压器额定容量;
[0068] ——10/0.4kV配电变压器负载侧功率因素;
[0069] ②对同一确定位置和大小的负荷供电,0.4kV线缆上的损耗PL'按如下公式计算,[0070] PL'=3(1+α)K2I'av2rL
[0071] I'av——所供负荷在0.4kV供电线缆上的平均电流;
[0072] 若不改变供电线缆的线径,则0.4kV线缆上的损耗PL'算法如下:
[0073] PL'=k2PL   (16)
[0074] 式中,k——增加的配电电压等级Um kV与0.4kV的比值。
[0075] 本发明采用全寿命周期法分别计算采用10/Um/0.4kV供电方式与维持原10/0.4kV供电方式的投资运营成本W,公式如下:
[0076]
[0077] 式中
[0078] CI——设备购置成本;
[0079] n——设备计划投入使用的年限;
[0080] i——设备使用的第i年;
[0081] Coi——设备在第i年运行产生的费用;
[0082] CFi——设备在第i年由于故障原因产生的损失和维修费用;
[0083] rDi——设备第i年的贴现率;
[0084] B——设备废弃和拆除成本;
[0085] rDn——设备在第n年,即使用的最后一年的贴现率;
[0086] 其中采用10/Um/0.4kV供电方式的投资运营成本WI中的设备成本包含10/Um/0.4kV三绕组配电变压器、Um kV线缆和Um/0.4kV降压变压器三部分;采用原10/0.4kV供电方式的投资运营成本WII中的设备成本包括10/0.4kV配电变压器和0.4kV线缆两部分。
[0087] 对某负荷,如要采用10/Um/0.4kV供电方式,在满足式(1)和式(2)的判据条件下,还需满足式(18)电压幅值约束和式(19)电流偏移约束;
[0088] 1)电压幅值约束:
[0089] Umin≤|Uj|≤Umax   (18)
[0090] 其中:
[0091] Uj:线路上任意节点j的电压;
[0092] j:节点编号;
[0093] Umin,Umax:节点电压幅值下限、节点电压幅值上限;
[0094] 2)电流偏移约束:
[0095] |I|≤Imax   (19)
[0096] I:负载电流;
[0097] Imax:配电线缆允许通过的最大电流。
[0098] 与现有低压配电方法相比,本发明具有如下有益效果:
[0099] 本发明通过增加一个低压配电电压等级Um对原0.4kV无法兼顾的远距离分散负荷进行高效配电,形成基于10/Um/0.4kV(Δ/Δ/Y联结方式)三绕组配电变压器的Um kV和0.4kV双电压配电模式,并提出双电压配电电压选择判据和原则。本发明能够满足负荷高效供电需求,根据负荷大小、分布状况、供电半径、三相不平衡影响等因素来选择最优的配电模式,最终达到降低低压配电网输电损耗、提高输送电压质量的要求,对兼顾近距离组团负荷与远距离零星负荷的配电情况尤为适用,对低压配电网的灵活供电和节能减排有重要意义。

附图说明

[0100] 图1-本发明中基于三绕组配电变压器的双电压配电方法接线图。
[0101] 图2-本发明中双电压配电模式的确定流程图。
[0102] 图3-本发明施例待规划配电模式的负荷分布示意图。

具体实施方式

[0103] 本发明低压配电网双电压配电方法,其基本思路是:先选定需要规划的负荷及拓扑结构,然后增加一个高于0.4kV的配电电压等级Um,Um包括了从0.41kV到5kV的任意电压,优先推荐选择0.8kV作为低压配电补充电压等级。运用10/Um/0.4kV(Δ/Δ/Y联结)三绕组配电变压器来兼顾近距离组团负荷和远距离零星负荷的高效供电的需求,然后从低压配电网的节能降损、投资运营成本和安全性角度提出双电压配电判据和选择原则,以根据每个负荷的实际情况确定其具体采用的供电电压和供电模式。本发明对提高低压配电网的经济性和供电质量有重要意义。
[0104] 本发明具体步骤如下,
[0105] (1)增加一个高于0.4kV的配电电压等级,设为Um,Um可以为从0.41kV到5kV的任意电压,优先推荐选择0.8kV作为低压配电补充电压等级,构成低压配电网双电压配电模式,见附图1。即:
[0106] 设置10/Um/0.4kV的三绕组配电变压器,高、中、低压侧分别采用三角形/三角形/星形联结。高压侧联接10kV电源进线;低压侧输出0.4kV接至低压母线,直接供给符合判据条件的负荷(往往为近距离负荷)用电;中压侧输出配电补充电压等级Um kV,经电缆或架空线连接至供电半径较大的远端零星负荷,再由直接安装在用户处的Um/0.4kV降压变压器将电压降至0.4kV,接至用户电表,供给符合判据条件的负荷(往往是远距离用户)用电。Um/0.4kV降压变压器可采用传统铁芯式变压器、非晶合金变压器或电力电子变压器。
[0107] (2)基于负荷大小、分布状况、供电半径、线缆型号、三相不平衡等因素影响下,对每个地址和大小确定的负荷,分别采用10/Um/0.4kV供电模式与维持原10/0.4kV供电模式在变压器和低压线路上的功率损耗SI和SII,以及两种供电模式下投资运营成本WI和WII。
[0108] (3)利用双电压配电判据选定负荷供电模式
[0109] 根据步骤(2)中的负荷的功率损耗和投资运营成本来选定负荷供电模式。对某一确定地址和大小的负荷,采用10/Um/0.4kV供电模式的双电压配电判据:
[0110] SI<SII   (1)
[0111] 即对同一负荷,若采用10/Um/0.4kV供电比采用10/0.4kV供电的功率损耗更小,则采用10/Um/0.4kV的双电压配电模式;否则维持原10/0.4kV供电方式不变。
[0112] 双电压配电模式选择判据主要考虑配电损耗,也可以用投资运营费用作为供电模式选择的判据。考虑投资运营成本,采用10/Um/0.4kV供电模式的双电压配电判据:
[0113] WI<WII   (2)
[0114] 即对同一负荷,若采用10/Um/0.4kV供电模式比采用10/0.4kV供电模式的投资运营费用更低,则选择10/Um/0.4kV供电模式为负荷供电;否则维持原10/0.4kV供电方式不变。
[0115] 还可以同时考虑配电损耗和投资运营费用,如果同时满足式(1)和式(2),则选择10/Um/0.4kV供电模式为负荷供电;否则维持原10/0.4kV供电方式不变。
[0116] 其中采用10/Um/0.4kV供电方式与维持原10/0.4kV供电方式的功率损耗SI和SII的具体计算方法如下:
[0117] 1)采用10/Um/0.4kV供电方式时,低压配电网损耗包括10/Um/0.4kV三绕组变压器损耗PT1、Um kV线缆上的损耗PL和Um/0.4kV降压变压器的损耗PT2三部分,即[0118] SI=PT1+PL+PT2   (3)
[0119] ①其中,假设变压器无功补偿理想,10/Um/0.4kV三绕组变压器损耗PT1的计算方法如下:
[0120]
[0121] 式中
[0122] Po1——10/Um/0.4kV三绕组变压器的空载综合损耗;
[0123] Pk1,Pk2,Pk3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的短路综合损耗,算法如下:
[0124]
[0125]
[0126]
[0127] Pk12,Pk13,Pk23——10/Um/0.4kV三绕组变压器按电源侧绕组额定容量给出的短路损耗;
[0128] S1N,S2N,S3N——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧额定容量;
[0129] β1,β2,β3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的负载系数,算法如下:
[0130]
[0131]
[0132]
[0133] I1,I2,I3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的负载电流;
[0134] I1N,I2N,I3N——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的额定电流;
[0135] P1,P2,P3——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的有功功率;
[0136] ——10/Um/0.4kV三绕组变压器高、中、低压侧的功率因素。
[0137] ②Um kV线缆上的损耗PL的计算方法如下:
[0138]
[0139] 式中
[0140] α——所供负荷因三相不平衡引起的线损增加率;
[0141] K——所供负荷的形状系数;
[0142] Iav——所供负荷在Um kV供电线缆上的平均电流;
[0143] r——所供负荷供电线缆的单位电阻率;
[0144] L——所供负荷供电线缆的长度。
[0145] ③假设变压器无功补偿理想,Um/0.4kV降压变压器的损耗PT2的计算方法[0146] 如下:
[0147] PT2=Po'+β2Pk'   (12)
[0148] 式中
[0149] Po'——Um/0.4kV降压变压器的空载损耗;
[0150] Pk'——Um/0.4kV降压变压器的短路损耗;
[0151] β——Um/0.4kV降压变压器的负载系数,算法如下:
[0152]
[0153] I2',I2N'——Um/0.4kV降压变压器的负载侧电流和额定电流;
[0154] P2'——Um/0.4kV降压变压器负载侧有功功率;
[0155] SN——Um/0.4kV降压变压器额定容量;
[0156] ——Um/0.4kV降压变压器负载侧功率因素。
[0157] Um/0.4kV降压变压器既可以选用传统铁芯式变压器、非晶合金变压器,也可以采用电力电子变压器实现降压。
[0158] 2)采用10/0.4kV供电方式时,低压配电网损耗包括10/0.4kV配电变压器损耗PT和0.4kV线缆上的损耗PL'两部分组成,即
[0159] SII=PT+PL'   (14)
[0160] ①其中,10/0.4kV配电变压器损耗PT的计算方法如下:
[0161] PT=Po+β'2Pk   (15)
[0162] 式中
[0163] Po——10/0.4kV配电变压器的空载损耗;
[0164] Pk——10/0.4kV配电变压器的短路损耗;
[0165] β'——10/0.4kV配电变压器的负载系数,算法与Um/0.4kV降压变压器的负载系数算法相同:
[0166]
[0167] I2”,I2N”——10/0.4kV配电变压器的负载侧电流和额定电流;
[0168] P2”——10/0.4kV配电变压器负载侧有功功率;
[0169] SN'——10/0.4kV配电变压器额定容量;
[0170] ——10/0.4kV配电变压器负载侧功率因素;
[0171] ②对同一确定位置和大小的负荷供电,0.4kV线缆上的损耗PL'计算方法与步骤1)中第②步的线缆损耗计算方法相同。
[0172] PL'=3(1+α)K2I'av2rL
[0173] I'av——所供负荷在0.4kV供电线缆上的平均电流;
[0174] 特殊的,若不改变供电线缆的线径,则0.4kV线缆上的损耗PL'算法如下:
[0175] PL'=k2PL   (16)
[0176] 式中
[0177] k——增加的配电电压等级Um kV与0.4kV的比值;
[0178] 因为对同一负荷供电时,若线径不变、供电距离也不变,则电压升高k倍,有功损耗降为0.4kV供电时的 倍。
[0179] 本发明采用全寿命周期法计算采用10/Um/0.4kV供电方式与维持原10/0.4kV供电方式的投资运营成本W,方法如下:
[0180]
[0181] 式中
[0182] CI——设备购置成本;
[0183] n——设备计划投入使用的年限;
[0184] i——设备使用的第i年;
[0185] Coi——设备在第i年运行产生的费用;
[0186] CFi——设备在第i年由于故障原因产生的损失和维修费用;
[0187] rDi——设备第i年的贴现率;
[0188] B——设备废弃和拆除成本;
[0189] rDn——设备在第n年(使用的最后一年)的贴现率;
[0190] 采用10/Um/0.4kV供电方式的投资运营成本WI与采用原10/0.4kV供电方式的投资运营成本WII的计算方法如式(17),其中WI中的设备成本包含10/Um/0.4kV三绕组配电变压器、Um kV线缆和Um/0.4kV降压变压器三部分;而WII的设备成本包括10/0.4kV配电变压器和0.4kV线缆两部分。
[0191] 对某一确定地址和大小的负荷,在满足步骤(3)的双电压配电模式选择判据条件下,还需满足如下安全约束:
[0192] 1)电压幅值约束:
[0193] Umin≤|Uj|≤Umax   (18)
[0194] 其中:
[0195] Uj:线路上任意节点j的电压;
[0196] j:节点编号;
[0197] Umin,Umax:节点电压幅值下限、节点电压幅值上限;
[0198] 2)电流偏移约束:
[0199] |I|≤Imax   (19)
[0200] I:负载电流;
[0201] Imax:配电线缆允许通过的最大电流。
[0202] 如果满足上述安全约束,就可以采用10/Um/0.4kV供电模式,否则需要重新确定一个中间电压等级Um,再按前述方法依次对式(1)、(2)、(18)、(19)进行判断。中间电压等级Um的取值大于0.4kV、小于10kV,可以取整数或0.4kV的倍数进行多次调整,若仍不能满足式(1)、(2)、(18)、(19),则采用原10/0.4kV供电模式。本发明规划的所有负荷中,由同一10/Um/0.4kV三绕组配电变压器进行供配电的负荷,只存在一个Um的中间电压等级;但对不同的10/Um/0.4kV三绕组配电变压器,中间电压等级Um取值可能不同,相应的线缆敷设和绝缘措施也因地制宜。
[0203] 本发明既可以采用调整中间电压等级Um使之满足安全约束,也可以采用绝缘措施使之满足安全约束,即如果满足式(1)、(2),即使不满足式(18)、(19),也可以采用先前确定的Um,安全约束依靠改善绝缘措施和改变线缆选型来满足。
[0204] 本发明实施流程见图2。
[0205] 下面根据低压配电网的双电压配电方法,结合一个具体实例对本发明作进一步详细说明。图3为待规划配电方式的四栋大楼,现规划低压配电系统对1#、2#、3#、4#几栋大楼进行配电。这几栋楼的基本参数如下表所示:
[0206]
[0207] 假设采用的10/Um/0.4kV三绕组配电变压器进行双电压配电和传统10/0.4kV配电方式,两者所用的配电变压器在容量和损耗方面基本相同,即PT1和PT相同。则两种供电方式的功率损耗主要体现在线路损耗和降压变压器损耗上,即比较式(3)中的PL+PT2和式(14)中的PL'即可。
[0208] 增加一个电压等级0.8kV,即Um=0.8kV,k=2。采用0.8kV供电和0.4kV供电时使用的线缆完全相同。(目前使用的低压线缆额定电压多为0.6kV/1kV,远高于原送电电压0.4kV/0.23kV,故采用0.8kV送电时不必更换线缆,只需增加0.8/0.4kV降压变压器,可以节约投资成本。)
[0209] 根据式(11)和式(16),可以计算采用0.8kV和维持原0.4kV供电时线路上的损耗,如下表所示:
[0210]
[0211] 假设0.8/0.4kV电力变压器降压时无功补偿十分理想,则根据式(12),可以计算四个负荷在采用10/0.8/0.4kV三绕组配电变压器时的双电压供电模式下变压器的损耗如下:
[0212]
[0213] 因此,可以得到两种配电模式下的损耗和各负荷最佳选择的供电模式如下:
[0214]
[0215] 因此,在重点考虑功率损耗时,由双电压配电模式判据,1#、2#楼采用原10/0.4kV供电,3#、4#楼采用10/0.8/0.4kV三绕组配变的双电压供电。
[0216] 现考虑两种供电模式是否满足安全约束。
[0217] 由于无功补偿理想,线路的电压降仅由电阻引起,线路在四个负荷上下降的电压不得超过5%,即0.4kV供电时电压降不能超过:
[0218] 5%×0.4kV=20V
[0219] 0.8kV供电时电压降不能超过:
[0220] 5%×0.8kV=40V
[0221] 经计算,四个负荷在采用选定供电模式时的电压降如下:
[0222]
[0223] 均满足安全校核的供电电压降要求。
[0224] 通过查表可以得到这四个负荷所用规格线缆在25摄氏度下的最大载流量:
[0225]
[0226] 均满足安全校核的供电电流限定。
[0227] 因此,本发明实施案例应设置10/0.8/0.4kV三绕组配电变压器,低压侧输出0.4kV,直接接至1#和2#楼;中压侧输出0.8kV,经线缆接至3#和4#楼的0.8/0.4kV降压变压器高压侧,降压为0.4kV后供3#、4#大楼用户用电。
[0228] 最后需要说明的是,本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。