有載調容變壓器節能控制方法
2023-07-06 17:21:51
專利名稱：有載調容變壓器節能控制方法
技術領域：
本發明屬於有載調容變壓器領域，尤其是一種有載調容變壓器節能控制方法。
背景技術：
電力系統中大量地使用配電變壓器，其在電力系統的損耗中佔有重要比重，降低 變電損耗對於電力生產具有重要意義。有載調容變壓器作為一種降低電力系統配電損耗的 變壓器設備，近年來逐漸得到了應用。有載調容變壓器通過調容開關自動調節運行容量，達 到根據負荷減小空載損耗的目的，適用於季節性負荷變化幅度比較大的農村電網以及晝夜 負荷變化顯著的城市商業區、開發區、工業區等配電臺區。有載調容變壓器主要由以下三部分組成1、由高壓繞組、低壓繞組兩部分構成的 變壓器本體；2、用於切換調容開關狀態的調容開關操控系統；3、向調容開關操控系統傳遞 控制信息的調容開關控制系統。有載調容變壓器的節能控制方法是在調容開關控制系統 中，通過分析有載調容變壓器運行效率與負荷之間的關係來制定合理的調容開關策略，實 現有載調容變壓器的節能、經濟和可靠運行的功能。在專利名稱為「一種可進行配電監測的 有載調容變綜合控制器」(申請號為=200820108805. 8)的中國專利文獻，可根據實時採集 的電壓和電流數據生成實時負載並結合預先設定的調檔預設值以及調檔預設時間對調容 開關進行切換，從而實現有載調容變壓器的節能控制功能。然而，調檔預設值和調檔預設時 間是預先設置的，調容開關控制系統在實際應用時，很難準確地根據變化的配電負荷進行 有載調容，不能充分發揮有載調容變壓器的節能效果。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種能夠根據負荷變化特性進行調 容開關動作策略的動態設置以降低損耗的有載調容變壓器節能控制方法。本發明解決現有的技術問題是採取以下技術方案實現的一種有載調容變壓器節能控制方法，包括如下步驟(1)調容開關控制系統採集電壓互感器和電流互感器數據，並計算有載調容變壓 器負載率L和功率因數Q;(2)採用調檔預設值優化算法計算當調容開關檔位處於大容量檔位時的最佳負載 率L_、當調容開關處於小容量檔位時的最佳負載率Lmin ；(3)採用延時調檔預設時間算法計算得到延時調檔預設時間t、彈性係數k、誤差 係數b;(4)採用節能策略選擇算法進一步調整有載調容變壓器最大節能效果的延時調檔 預設時間t、彈性係數k、誤差係數b，從而實現調容開關動作策略的動態設置。而且，所述步驟(2)中的調檔預設值優化算法，包括以下步驟步驟B201，根據電網頻率，設採樣周期為1秒，監測有載調容變壓器1小時的負載 率^和功率因數x2，滾動計算負載率在採樣周期內的方差0 ；
4
步驟B202，檢測當前調容開關檔位，設置有載調容變壓器容量等級x3，當調容開關 檔位處於大容量檔位時，則有載調容變壓器容量等級x3 = A (VA)，當調容開關檔位處於低檔 位時，則有載調容變壓器容量等級x3 = B(VA)；按照當前容量情況設置對應損耗值作為空 載損耗輸入值\和負載損耗輸入值Wi ；步驟B203，採用信賴域折線法求解獲得有載調容變壓器效率最大時對應大、小容 量最佳負載率L_、Lfflin,該信賴域折線法將有載變壓器運行參數當前值作為求解有載調容 變壓器最大效率優化算法的迭代求解初值並通過下述目標方程實現
4min frj f(xx Xcosx2)/(Xj 入 cosx2 J W0 入 x3 J W^XjXxf) ls.T.:0 Xl 1;上式中min代表求取函數最小值；S. T代表任意存在Xl滿足後面不等式條件；並按照下式計算出大容量和小容量情況下的最大效率nmax(l，nfflaxl
nmax0 ◎(丄腿入cosx2)/(ImaxIcosxjw.lxjw.lx.lL—2)
」maxl (i.minXcosx2)/(ZmmXcosx2 JW0XxJW,Xx3 %Lmm2)。而且，所述步驟(3)中的延時調檔預設時間算法，包括以下步驟步驟B301 按如下公式構造有載調容變壓器的延時調檔預設時間函數t t = k(Xl-Lmin (或 L隱))+b上式中，k為延時調檔預設時間的彈性係數，b為延時調檔預設時間的誤差係數， 如果調容開關檔位處於小容量時，選擇小容量最佳負載率Lmin，如果變壓器檔位處於大容量 時，選擇大容量最佳負載率Lmax ；步驟B302，判斷當前調容開關檔位，如果調容開關檔位處於小容量檔位時，則進入 步驟B303，否則進入步驟B304 ；步驟B303，在小容量檔位情況下，採用邊界限定法計算調容開關檔位為小容量時 的彈性係數k和誤差係數b，該彈性係數k和誤差係數b的計算公式為
4眾 「4.65入 105/萬
3
lb (4.65X\05X(\3XB (Lmm)IB上式中，B代表小容量檔位時的有載調容變壓器容量等級x3的取值；步驟B304，在大容量檔位情況下，採用邊界限定法計算調容開關檔位為大容量時 的彈性係數k和誤差係數b，該彈性係數k和誤差係數b的計算公式為
4k 604800/(1.3B J Zmm) ^ f604800X(Zmm fB)/(l.3B)Lmm)上式中，B代表大容量檔位時的有載調容變壓器容量等級x3的取值。而且，所述步驟(4)中的節能策略選擇算法，包括如下步驟步驟B401，判斷調容開關檔位，如果調容開關檔位在大容量檔位運行，則轉入步驟 402，否則轉入步驟403 ；
步驟B402，判斷計算得到的大容量最佳負載率Lmax與有載調容變壓器小容量B之 間的關係，若Anax B，則轉入步驟B403，否則轉入步驟B404 ；步驟B403，增大在Lmax處延時調檔預設時間，將誤差係數b擴大至原值的1. 2倍；步驟B404，考察負載率波動特性，根據有載調容變壓器負載率變化方差σ水平， 調整延時調檔預設時間的彈性係數K，按有載調容變壓器小容量B的20 %進行界定，若 σ 0. 2 λ B則轉入步驟Β405，否則轉入步驟Β406 ；步驟Β405，增加彈性係數K至原值的1. 1倍；步驟Β406，此時負載率方差ο較大，減小彈性係數至原值的0. 9倍；最後通過t = k(X1-Lfflin(或Lmax))+b計算得到延時調檔預設時間t。本發明的優點和積極效果是1、本控制方法應用在調容開關控制系統中，調容開關控制系統採集電壓互感器和 電流互感器數據，動態選擇合理的調檔預設值及延時調檔預設時間，形成支持有載調容變 壓器的節能運行控制策略，最後通過節能計算及經驗分析，實現有載調容變壓器節能運行， 提高抵禦負荷變化較大時對運行效率的影響，延長了有載調容變壓器壽命。2、本控制方法充分考慮了有載調容變壓器的最高效率條件下的負載率，使得調檔 預設值配置算法與調容開關動作進行配合，可提高有載調容變壓器運行效率。3、本控制方法通過採用彈性係數和誤差係數，處理調容開關檔位延時設定問題， 可有效發揮調容變壓器節能效果。4、本發明能夠根據負荷變化特性進行調容開關動作策略的動態設置，減小負荷波 動造成的調容開關頻繁動作，提高有載調容變壓器對負荷變化的適應性。具有判斷準確、節 能效果明顯、系統可靠性高等特點，尤其適用於負荷情況複雜的配電臺區場合。
圖1是本控制方法的處理流程示意圖；圖2是調檔預設值優化算法的處理流程圖；圖3是延時調檔預設時間算法的處理流程圖；圖4是節能策略選擇算法的處理流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述。一種有載調容變壓器節能控制方法，應用在調容開關控制系統中，通過選擇合理 的調檔預設值及延時調檔預設時間，形成支持有載調容變壓器的節能運行控制策略。當配 電臺區負荷數據通過電壓互感器以及電流互感器傳輸至調容開關控制系統後，與該預設值 進行比較，當滿足時調容開關動作時，由調容開關操控系統實現調容開關的動作。有載調容變壓器節能控制方法通過以下步驟實現(1)調容開關控制系統採集電壓互感器和電流互感器數據，並計算有載調容變壓 器負載率L和功率因數Q等負荷信息，供後續的調檔預設值優化算法及延時調檔預設時間 算法。(2)採用調檔預設值優化算法計算當調容開關檔位處於大容量檔位時對應最佳負載率Lmax、當調容開關處於小容量檔位時的最佳負載率Lmin。在本步驟中，調檔預設值優化算法，如圖2所示，包括以下步驟步驟B201，根據電網頻率，設定IHz採樣頻率(由於從節能角度考慮運行效率問 題，採樣頻率可適當放寬)，這裡採樣周期設置為1秒，監測有載調容變壓器1小時的負載率 X1和功率因數X2，滾動計算負載率在採樣周期內的方差σ ；步驟Β202，檢測當前調容開關檔位，設置有載調容變壓器容量等級χ3，當調容開關 檔位處於大容量檔位時，則有載調容變壓器容量等級X3 = A (VA)，當調容開關檔位處於低檔 位時，則有載調容變壓器容量等級X3 = B(VA)；按照當前容量情況設置對應損耗值作為空 載損耗輸入值Wtl和負載損耗輸入值W1 ；步驟Β203，採用非線性最小二乘法中的信賴域折線法(Trust-Region DoglegMethods)求解獲得有載調容變壓器效率最大時對應大、小容量最佳負載率Lmax、Lmin， 該信賴域折線法將有載變壓器運行參數當前值作為求解有載調容變壓器最大效率優化算 法的迭代求解初值(即負載率、功率因數、當前檔位)並通過下述目標方程實現
4min [η [(X1 λ cos X2)^ Xcosx2 J W0 λχ3 J WlXx3Xxf)
Is.T.-.OtmX1 1;上式中min代表求取函數最小值；S. T代表任意存在X1滿足後面不等式條件；由於有載調容變壓器存在兩個容量，其大、小容量最佳負載率分別記作Lmax，Lmin， 此時對應最大效率分別為nmax(1，nmaxl。大容量和小容量情況下的最大效率Hmaxtl， 計算公式如下
^max0 ◎(丄腿 λ COS X2) /(Lmax Icosx2Jw0IxJwiIx3I LmJ)
nmaxl (丄腿 λ cos X2) /(Lmm Icosx2Jw0IxJwiIx3I Lmm2)本步驟最後輸出大容量最佳負載率Lmax、小容量最佳負載率Lmin、大容量最大效率 和小容量最大效率nmax(1，nmaxl。(3)採用延時調檔預設時間算法計算得到延時調檔預設時間t、彈性係數k、誤差 係數b;本步驟中的延時調檔預設時間算法，如圖3所示，包括以下步驟步驟B301 按如下公式構造有載調容變壓器的延時調檔預設時間函數t t = k (X1-Lmin (或 Lmax))+b上式中，k為延時調檔預設時間的彈性係數，b為延時調檔預設時間的誤差係數， 如果調容開關檔位處於小容量時，選擇小容量最佳負載率Lmin，如果變壓器檔位處於大容量 時，選擇大容量最佳負載率Lmax ；步驟B302，判斷當前調容開關檔位，如果調容開關檔位處於小容量檔位時，則進入 步驟B303，否則進入步驟B304 ；步驟B303，在小容量檔位情況下，採用邊界限定法計算調容開關檔位為小容量時 的彈性係數k和誤差係數b。假設有載調容變壓器具備1.3倍過載能力，則按照實際負荷 接近1. 3倍時調容開關應立即切換至大容量，此時的延時調檔預設時間設為O秒，如果當前負載率接近空載時，延時調檔預設時間應該為無窮大，按一周時間計算，延遲時間可設置為 7λ24λ60λ60 604800秒，因此彈性係數k、誤差係數b分別為 上式中，B代表小容量檔位時的有載調容變壓器容量等級X3的取值；步驟Β304，在大容量檔位情況下，採用邊界限定法計算調容開關檔位為大容量時 的彈性係數k和誤差係數b。當實際負荷接近小容量最大效率Lmin時，額定負荷時預設調檔 延遲時間為0秒，而當實際負荷接近1. 3倍小容量負荷時，延遲時間為無窮大，按一周計算， 延時時間為604800秒，因此彈性係數k、誤差係數b分別為 上式中，B代表大容量檔位時的有載調容變壓器容量等級X3的取值。(4)採用節能策略選擇算法進一步調整有載調容變壓器最大節能效果的延時調檔 預設時間t、彈性係數k、誤差係數b，從而實現調容開關動作策略的動態設置。本步驟中的調檔預設值優化算法，如圖4所示，包括以下步驟步驟B401，判斷調容開關檔位，如果調容開關檔位在大容量檔位運行，則轉入步驟 402，否則轉入步驟403 ；步驟B402，判斷計算得到的大容量最佳負載率Lmax與有載調容變壓器小容量B之 間的關係，若Anax B，則轉入步驟B403，否則轉入步驟B404 ；步驟B403，增大在Lmax處延時調檔預設時間，將誤差係數b擴大至原值的1. 2倍；步驟B404，考察負載率波動特性，根據有載調容變壓器負載率變化方差σ水平， 調整延時調檔預設時間的彈性係數K，按有載調容變壓器小容量B的20 %進行界定，若 σ 0. 2 λ B則轉入步驟Β405，否則轉入步驟Β406 ；步驟Β405，增加彈性係數K至原值的1. 1倍；步驟Β406，此時負載率方差σ較大，減小彈性係數至原值的0. 9倍；最後通過t = k(X1-Lfflin(或Lmax))+b計算得到延時調檔預設時間t。通過綜合考慮彈性係數、誤差係數以及最佳運行負載率設置值可動態選擇合理的 調檔預設值及延時調檔預設時間，從而提高有載調容變壓器對負載變化情況的適應能力。本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此發明並不限於具體實施 方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方 式，同樣屬於本發明保護的範圍。
8
權利要求
一種有載調容變壓器節能控制方法，其特徵在於包括如下步驟(1)調容開關控制系統採集電壓互感器和電流互感器數據，並計算有載調容變壓器負載率L和功率因數Q；(2)採用調檔預設值優化算法計算當調容開關檔位處於大容量檔位時的最佳負載率Lmax、當調容開關處於小容量檔位時的最佳負載率Lmin；(3)採用延時調檔預設時間算法計算得到延時調檔預設時間t、彈性係數k、誤差係數b；(4)採用節能策略選擇算法進一步調整有載調容變壓器最大節能效果的延時調檔預設時間t、彈性係數k、誤差係數b，從而實現調容開關動作策略的動態設置。
2.根據權利要求1所述的有載調容變壓器節能控制方法，其特徵在於所述步驟(2) 中的調檔預設值優化算法，包括以下步驟步驟B201，根據電網頻率，設採樣周期為1秒，監測有載調容變壓器1小時的負載率Xl 和功率因數x2，滾動計算負載率在採樣周期內的方差o ；步驟B202，檢測當前調容開關檔位，設置有載調容變壓器容量等級x3，當調容開關檔位 處於大容量檔位時，則有載調容變壓器容量等級x3 = A(VA)，當調容開關檔位處於低檔位 時，則有載調容變壓器容量等級x3 = B(VA)；按照當前容量情況設置對應損耗值作為空載 損耗輸入值\和負載損耗輸入值Wi ；步驟B203，採用信賴域折線法求解獲得有載調容變壓器效率最大時對應大、小容量最 佳負載率L_、Lmin，該信賴域折線法將有載變壓器運行參數當前值作為求解有載調容變壓 器最大效率優化算法的迭代求解初值並通過下述目標方程實現 min -r\ = -(Xj xc0sx2)/(xj x cos x2 +JV0xx3 + Wl x x3 x xf) ST.: 0 < ^ < 1;上式中min代表求取函數最小值；S. T代表任意存在Xl滿足後面不等式條件； 並按照下式計算出大容量和小容量情況下的最大效率nmax(1，nfflaxl n maxO = (Lmax X cosx2) / (Lmax X cosx2+ff0 X X x3 X Lmax2) nmaxl = (I^nXcOSxJ/O^nXcOSXfWoXXs+WiXXsXL—2)。
3.根據權利要求1所述的有載調容變壓器節能控制方法，其特徵在於所述步驟(3) 中的延時調檔預設時間算法，包括以下步驟步驟B301 按如下公式構造有載調容變壓器的延時調檔預設時間函數t : t = k(x「Lmin (或 Lmax))+b上式中，k為延時調檔預設時間的彈性係數，b為延時調檔預設時間的誤差係數，如果 調容開關檔位處於小容量時，選擇小容量最佳負載率Lmin，如果變壓器檔位處於大容量時， 選擇大容量最佳負載率Lmax;步驟B302，判斷當前調容開關檔位，如果調容開關檔位處於小容量檔位時，則進入步驟 B303，否則進入步驟B304 ；步驟B303，在小容量檔位情況下，採用邊界限定法計算調容開關檔位為小容量時的彈 性係數k和誤差係數b，該彈性係數k和誤差係數b的計算公式為；眾=-4.65x105/5 b = -4.65x\05x(\.3xB-Lmm)/B上式中，B代表小容量檔位時的有載調容變壓器容量等級x3的取值； 步驟B304，在大容量檔位情況下，採用邊界限定法計算調容開關檔位為大容量時的彈 性係數k和誤差係數b，該彈性係數k和誤差係數b的計算公式為 = 604800/(1.3B + Zmm) b = -604800 x (Lmm - E) /(13B + Lmm )上式中，B代表大容量檔位時的有載調容變壓器容量等級x3的取值。 4.根據權利要求1所述的有載調容變壓器節能控制方法，其特徵在於所述步驟(4) 中的節能策略選擇算法，包括如下步驟步驟B401，判斷調容開關檔位，如果調容開關檔位在大容量檔位運行，則轉入步驟 402，否則轉入步驟403 ；步驟B402，判斷計算得到的大容量最佳負載率Lmax與有載調容變壓器小容量B之間的 關係，若Lmax > B，則轉入步驟B403，否則轉入步驟B404 ；
4.步驟B403，增大在L_處延時調檔預設時間，將誤差係數b擴大至原值的1. 2倍； 步驟B404，考察負載率波動特性，根據有載調容變壓器負載率變化方差o水平，調 整延時調檔預設時間的彈性係數K，按有載調容變壓器小容量B的20%進行界定，若o < 0. 2XB則轉入步驟B405，否則轉入步驟B406 ； 步驟B405，增加彈性係數K至原值的1. 1倍； 步驟B406，此時負載率方差0較大，減小彈性係數至原值的0.9倍； 最後通過t = k(xrLfflin(或L_))+b計算得到延時調檔預設時間t。
全文摘要
本發明涉及一種有載調容變壓器節能控制方法，包括以下步驟(1)調容開關控制系統採集電壓互感器和電流互感器數據，並計算有載調容變壓器負載率L和功率因數Q；(2)採用調檔預設值優化算法計算當調容開關檔位處於大容量檔位時的最佳負載率Lmax、當調容開關處於小容量檔位時的最佳負載率Lmin；(3)採用延時調檔預設時間算法計算得到延時調檔預設時間t、彈性係數k、誤差係數b；(4)採用節能策略選擇算法進一步調整有載調容變壓器最大節能效果的延時調檔預設時間t、彈性係數k、誤差係數b，從而實現調容開關動作策略的動態設置。本發明具有判斷準確、節能效果明顯、系統可靠性高等特點，尤其適用於負荷情況複雜的配電臺區場合。
文檔編號H01F29/04GK101923952SQ20101026456
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者史常凱, 張會建, 盛萬興, 馬力 申請人:天津市電力公司