本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)器件經(jīng)濟性評估
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種考慮經(jīng)濟損益的油浸式變壓器最優(yōu)增容方案確定方法。
背景技術(shù)：
：在輸變電系統(tǒng)當(dāng)中，電力變壓器是關(guān)鍵資產(chǎn)與電能轉(zhuǎn)換的核心，而油浸式變壓器是使用最為廣泛的電力變壓器。在電網(wǎng)實際運行過程中，由于負載尖峰，負荷轉(zhuǎn)供等原因，需要變壓器過載運行，也稱增容運行。油浸式變壓器過載運行受到諸多方面的約束，早期的研究多針對于設(shè)備內(nèi)部熱點溫度考慮，后來有學(xué)者提出基于故障率或經(jīng)濟損益約束。但這些方法僅僅從約束的角度上，保證變壓器運行不超過最高熱點溫度、不超過設(shè)定故障率或不產(chǎn)生虧損，僅能得出滿足約束條件的負載率上限或下限，并不能得到使發(fā)電經(jīng)濟收益最大的負載率，無法滿足日益增長的電網(wǎng)運行經(jīng)濟性需求。公開號為cn102879696b的中國專利種變壓器過負荷運行可行性自動判斷方法。通過熱點溫度約束增容負載率，但未從經(jīng)濟性角度對變壓器增容方案合理性進行判斷。公開號為cn103779059b的中國專利提出了一種改進的熱點溫度計算模型，但仍沒有超出熱點溫度約束的范疇。也有學(xué)者提出其他方面考慮約束條件。如基于故障率的約束，或基于臨界經(jīng)濟盈虧點的約束，但這些方法仍然停留在約束的層面上，只能得到滿足約束條件的負載率上限或下限，無法幫助決策者找到經(jīng)濟性最優(yōu)的增容方案。技術(shù)實現(xiàn)要素：對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種考慮經(jīng)濟損益的油浸式變壓器最優(yōu)增容方案確定方法。以不超過短期急救符合熱點溫度約束(160℃)為前提約束，確定搜尋區(qū)間，保證變壓器安全運行。以綜合收益最高為搜尋指標，使用搜索算法得到每一個增容時間段內(nèi)能使經(jīng)濟性最優(yōu)的負載率，從而得到最優(yōu)增容負載率曲線，形成增容方案。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：一種考慮經(jīng)濟損益的油浸式變壓器最優(yōu)增容方案確定方法，包括如下步驟(其中，步驟1-5為熱點溫度及經(jīng)濟損益計算部分，步驟6-9為最優(yōu)經(jīng)濟搜尋部分)：(1)獲取油浸式變壓器運行點環(huán)境溫度、變壓器參數(shù)、增容時間和當(dāng)前熱點溫度，其中變壓器參數(shù)包含冷卻參數(shù)和經(jīng)濟參數(shù)；(2)設(shè)定最優(yōu)負載率搜尋范圍：負載率搜尋下限k1、負載率搜尋上限k2以及設(shè)定步長△k；設(shè)定當(dāng)前負載率k為搜尋下限k1、記當(dāng)前計算次數(shù)i為0、當(dāng)前搜尋次數(shù)j為0；設(shè)定最大收益pmax＝0，最優(yōu)負載率km＝k1；第i次計算時得到的負載率為ki，熱點溫度為θhi，經(jīng)濟損益為pi；(3)由負載率ki計算變壓器熱點溫度θhi：若θhi大于160℃，判斷當(dāng)前計算次數(shù)，若當(dāng)前計算次數(shù)為0，則輸入負載率下限值k1過高，轉(zhuǎn)到步驟2重新設(shè)定；否則，直接進入步驟6；若θhi小于或等于160℃，進入步驟4。(4)根據(jù)負載率ki、熱點溫度θhi和變壓器參數(shù)，計算的經(jīng)濟損益pi。(5)令ki+1＝ki+△k，若當(dāng)前負載率ki大于負載率搜尋上限k2，進入步驟6；否則，將計算次數(shù)i加1，回到步驟3。(6)記最大搜尋次數(shù)jmax為當(dāng)計算次數(shù)i減1，當(dāng)前搜尋次數(shù)j為0。(7)定義pj，pj的值為(1)-(5)步驟中，計算次數(shù)i等于當(dāng)前搜尋次數(shù)j時，所計算出pi的值；定義kj，kj的值為(1)-(5)步驟中，計算次數(shù)i等于當(dāng)前搜尋次數(shù)j時，所計算出ki的值；比較pj與pmax的大小，若pj大于pmax，令pmax等于pj，并令最優(yōu)負載率km等于kj。(8)若當(dāng)前搜尋次數(shù)j大于或等于負載率搜尋上限k2，進入步驟9；否則，將當(dāng)前搜尋次數(shù)j加1，回到步驟6。(9)結(jié)束搜尋過程，輸出最優(yōu)負載率km和最大收益pmax,即變壓器在規(guī)定增容時間段內(nèi)以負載率km運行，能夠獲得最大的經(jīng)濟收益，此收益值為pmax。進一步的，所述步驟(3)中，采用熱路模型法計算熱點溫度θh或采用《油浸式電力變壓器負載導(dǎo)則》中提供的微分方程法計算熱點溫度θh，但不限于這兩種方法。。進一步的，所述步驟(4)中，可綜合壽命損失、阻抗損失、停電概率成本、檢修概率成本、電價收益因素得到經(jīng)濟損益值。由于環(huán)境溫度是在不斷變化的，因此同一設(shè)備的最優(yōu)負載率也是變化的。為此，可以設(shè)定時間間隔，在每個間隔內(nèi)帶入基于天氣預(yù)報的預(yù)測平均環(huán)境溫度，并以上一間隔中計算出最優(yōu)負載率所對應(yīng)的熱點溫度，代入這一間隔當(dāng)前熱點溫度初始條件中，重復(fù)采用上述的(1)-(9)步驟進行搜尋，得到時變的最優(yōu)負載率曲線。本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明公開了一種考慮經(jīng)濟損益的油浸式變壓器最優(yōu)增容方案確定方法，以短期急救負荷熱點溫度約束(160℃)為前提約束，確定搜尋區(qū)間，保證變壓器安全運行。以綜合收益最高為搜尋指標，使用搜索算法得到每一個增容時間段內(nèi)能使經(jīng)濟性最優(yōu)的負載率，從而得到最優(yōu)增容負載率，形成增容方案。相比于傳統(tǒng)方法，在滿足溫度約束的情況下，進一步地考慮了經(jīng)濟指標，找到了指定時間短內(nèi)能讓經(jīng)濟收益最大的負載率?？朔擞徒阶儔浩鱾鹘y(tǒng)可載性評估方法僅從約束角度考慮，僅能得到滿足約束條件的負載率上限或下限，卻無法幫助決策者找到經(jīng)濟性最優(yōu)增容方案的問題。附圖說明圖1為本發(fā)明考慮經(jīng)濟損益的油浸式變壓器最優(yōu)增容方案確定方法的流程示意圖；圖2為負載率-熱點溫度曲線圖；圖3為負載率-經(jīng)濟損益曲線圖；圖4為時間-環(huán)境溫度曲線圖；圖5為時間-最優(yōu)負載率曲線圖。具體實施方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。如圖1所示，一種考慮經(jīng)濟損益的油浸式變壓器最優(yōu)增容方案確定方法，包含以下步驟。(1)獲取油浸式變壓器運行點環(huán)境溫度，變壓器參數(shù)，增容時間和當(dāng)前熱點溫度。其中變壓器參數(shù)包含冷卻參數(shù)和經(jīng)濟參數(shù)。設(shè)定增容時間t為10分鐘。當(dāng)前熱點溫度可采用《油浸式電力變壓器負載導(dǎo)則》提供的微分方程法計算獲得，若是循環(huán)多階段計算時，可將上一階段計算所得的熱點溫度作為當(dāng)前熱點溫度。變壓器運環(huán)境溫度可采用當(dāng)前運行點采集的環(huán)境溫度，或通過預(yù)測增容時間內(nèi)的平均環(huán)境溫度得到，本實例中此溫度為29.9℃。本實例中，冷卻參數(shù)如表1，表2所示。變量命名及單位與《油浸式電力變壓器負載導(dǎo)則》一致。表1：δθorδθhrτoτwx453515070.8表2：rk11k21k22y80.52.02.01.3本實例中，經(jīng)濟參數(shù)如表3，表4所示。其中，sn為變壓器額定容量，cosθ為功率因數(shù)，p0為空載損耗，pk為負載損耗，pin為浙江省上網(wǎng)電價，pout為銷售電價，pt為變壓器成本,ff為維修成本,fb為違約成本。表3：sn(mva)cosθpin(元)pin(元)p0(kw)pk(kw)1800.80.38970.3897130450表4：pin(元)pout(元)pt(萬)ff(萬)fb(萬)0.38970.629655080100(2)設(shè)定最優(yōu)負載率搜尋范圍：負載率搜尋下限k1，負載率搜尋上限k2，設(shè)定步長△k。設(shè)定當(dāng)前負載率k為搜尋下限k1，記當(dāng)前計算次數(shù)i為0，當(dāng)前搜尋次數(shù)j為0。設(shè)定最大收益pmax＝0，最優(yōu)負載率km＝k1。第i次計算時得到的負載率為ki，熱點溫度為θhi，經(jīng)濟損益為pi。由于變壓器一般增容倍數(shù)不超過2倍，經(jīng)濟性最優(yōu)點又高于額定負載率，因此選取k1為1，k2為2，步長△k為0.01進行搜尋。(3)由負載率ki計算變壓器熱點溫度θhi。采用《油浸式電力變壓器負載導(dǎo)則》中提供的微分方程法計算熱點溫度θh。若θhi大于160℃，判斷當(dāng)前計算次數(shù)。若當(dāng)前計算次數(shù)為0，則輸入負載率下限值k1過高，轉(zhuǎn)到步驟2重新設(shè)定；否則，直接進入步驟6。若θhi小于或等于160℃，進入步驟4。如圖2所示，在計算次數(shù)為0到66時，θhi在110.247到159.254范圍內(nèi)變動，進入步驟4。而在計算次數(shù)為67時，θhi達到160.058，直接進入步驟6。(4)根據(jù)負載率ki、熱點溫度θhi和變壓器參數(shù)，計算的經(jīng)濟損益pi。首先計算當(dāng)前熱點溫度下設(shè)備的故障率λ。本實例中采用改進awh模型進行計算其中，hi為健康指數(shù)，在未采集健康指數(shù)的場合，可采用以下模型計算β，m為根據(jù)歷史數(shù)據(jù)擬合而來的參數(shù)。teq為設(shè)備等效運行時間，由投運時長和平均負載率獲得。l0為設(shè)備額定壽命。各參數(shù)取值如表4所示。表5：βmteq(年)l0(年)4.18-3.68820根據(jù)故障率、負載率和各項設(shè)備經(jīng)濟參數(shù)，可得計算的經(jīng)濟損益p。r＝k·(pout-pin)·sn·t·cosθci＝pin·(p0+k2·pk)·tcf＝λ·ffcb＝λ·fbco＝v·t·pt/l0p＝r-ci-cf-cb-co其中，r為發(fā)電利潤，cb為電違約概率成本，cf設(shè)備檢修概率成本，ci為阻抗損失成本，co為設(shè)備老化成本，v為設(shè)備老化速率。由步驟4可知，僅在計算次數(shù)小于67時，執(zhí)行步驟4和5，在此區(qū)間內(nèi)計算的經(jīng)濟損益結(jié)果如圖3所示。(5)令ki+1＝ki+△k。若當(dāng)前負載率ki大于負載率搜尋上限k2，進入步驟6；否則，將計算次數(shù)i加1，回到步驟3。(6)記最大搜尋次數(shù)jmax為當(dāng)計算次數(shù)i減1，當(dāng)前搜尋次數(shù)j為0。由于在步驟4第67次計算時，θhi達到160.058，直接進入步驟6，則此時最大搜尋次數(shù)jmax為66，即將進行66次搜尋，尋找負載率k在[1，1.66]區(qū)間內(nèi)最大經(jīng)濟收益及其對應(yīng)負載率。(7)比較pj與pmax的大小，若pj大于pmax，令pmax等于pj，并令最優(yōu)負載率km等于kj。(8)若當(dāng)前搜尋次數(shù)j大于或等于負載率搜尋上限k2，進入步驟9；否則，將當(dāng)前搜尋次數(shù)j加1，回到步驟6。(9)結(jié)束搜尋過程，輸出最優(yōu)負載率km和最大收益pmax。即變壓器在規(guī)定增容時間段內(nèi)以負載率km運行，能夠獲得最大的經(jīng)濟收益，此收益值為pmax。搜尋過程結(jié)束時，輸出的km為1.34，對pmax為6829.942。綜上，本實例在滿足熱點溫度約束θhi小于160的基礎(chǔ)上，在負載率k為[1,1.66]的區(qū)間內(nèi)進行最大經(jīng)濟損益搜尋。搜尋結(jié)果為，當(dāng)負載率k為1.34時，增容經(jīng)濟效益最好，對應(yīng)的最大收益pmax為6829.942元。由于環(huán)境溫度是在不斷變化的，因此同一設(shè)備的最優(yōu)負載率也是變化的。為此，可以設(shè)定多個時間段，每段的增容時間即為本時間段的總長度，帶入基于天氣預(yù)報的本時間段預(yù)測平均環(huán)境溫度，并以上一時間段內(nèi)計算出最優(yōu)負載率所對應(yīng)的熱點溫度作為這一時間段內(nèi)的當(dāng)前熱點溫度，重復(fù)采用權(quán)利要求1中的(1)-(9)步驟進行搜尋，即可得到每一時間段內(nèi)的最優(yōu)負載率，將它們連接起來即可獲得時變的最優(yōu)負載率曲線。以10分鐘為間隔，輸入未來200分鐘內(nèi)的預(yù)測環(huán)境溫度曲線，通過20次循環(huán)，可獲得未來200分鐘內(nèi)的最優(yōu)增容方案，如圖4，圖5，表6所示。表6：當(dāng)前第1頁12