不平衡負(fù)荷下10/0.4kV配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損率優(yōu)化

朱磊斌

（泛城設(shè)計(jì)股份有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行離不開(kāi)配電網(wǎng)的使用，在電能運(yùn)輸、分配等過(guò)程中，能量損耗較大。線(xiàn)損率作為衡量配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵指標(biāo)，也是電力企業(yè)較為關(guān)注的指標(biāo)。配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中存在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、設(shè)備老化等問(wèn)題，導(dǎo)致線(xiàn)損較大，針對(duì)配電網(wǎng)極限線(xiàn)損率的優(yōu)化研究顯得尤為重要。研究人員設(shè)計(jì)了多種優(yōu)化方法，其中基于層次分析和通過(guò)區(qū)域間相關(guān)性確定標(biāo)準(zhǔn)重要性（Analytic Hierarchy Process-Criteria Importance Though Intercrieria Correlation，AHPCRITIC）算法的配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損率優(yōu)化方法與基于改進(jìn)反向傳播（Back Propagation，BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損率優(yōu)化方法的應(yīng)用較為廣泛。

基于AHP-CRITIC 算法的配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損率優(yōu)化方法主要是利用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）確定線(xiàn)損指標(biāo)的主觀權(quán)重，再結(jié)合通過(guò)區(qū)域間相關(guān)性確定標(biāo)準(zhǔn)重要性（Criteria Importance Though Intercrieria Correlation，CRITIC）算法分析線(xiàn)損指標(biāo)屬性的客觀權(quán)重，以此提高極限線(xiàn)損優(yōu)化效果[1]?；诟倪M(jìn)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損率優(yōu)化方法主要是利用K-Means 聚類(lèi)和Levenberg-Marquiardt 改進(jìn)BP 網(wǎng)絡(luò)模型，以此提高極限線(xiàn)損優(yōu)化效果[2]。以上2 種方法均存在不同程度的弊端，影響配電網(wǎng)線(xiàn)損優(yōu)化效果[3]?；诖耍疚脑诓黄胶庳?fù)荷下設(shè)計(jì)10/0.4 kV 配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損率優(yōu)化方法。

1 基于不平衡負(fù)荷的10/0.4 kV 配電網(wǎng)線(xiàn)損率優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 不平衡負(fù)荷下配電網(wǎng)變壓器的補(bǔ)償電流檢測(cè)

在優(yōu)化極限線(xiàn)損率的過(guò)程中，第一個(gè)環(huán)節(jié)就是檢測(cè)補(bǔ)償電流[4]。假設(shè)配電網(wǎng)的3 個(gè)電路處于負(fù)荷不平衡狀態(tài)，電壓與電流分別為ua、ub、uc與ia、ib、ic，兩相補(bǔ)償電壓為ux、uy，兩相補(bǔ)償電流為ix、iy，則

式中：C32為克拉克變化系數(shù)。根據(jù)式（1）和式（2），不平衡負(fù)荷狀態(tài)下的有功功率與無(wú)功功率為

式中：m為有功功率；n為無(wú)功功率。將式（3）簡(jiǎn)化可得

式中：Cmn為克拉克變換之后的功率參數(shù)。在不平衡負(fù)荷下，m與n可以分解為

式中：與為不平衡負(fù)荷下有功功率與無(wú)功功率的直流電流分量；m與n為不平衡負(fù)荷下有功功率與無(wú)功功率的高頻諧波分量；m與n為不平衡負(fù)荷下有功功率與無(wú)功功率的負(fù)序電流分量[5]。將檢測(cè)到的各個(gè)補(bǔ)償電流分量與配網(wǎng)實(shí)際損耗相加，檢測(cè)配電網(wǎng)的極限線(xiàn)損，降低線(xiàn)損檢測(cè)誤差。

1.2 10/0.4 kV 配電網(wǎng)極限線(xiàn)損計(jì)算模型優(yōu)化

配電網(wǎng)線(xiàn)損包括繞組、配電網(wǎng)、變壓器等一系列元件的損耗，在線(xiàn)損率優(yōu)化的過(guò)程中需要將極限線(xiàn)損完整地還原出來(lái)，有助于提高線(xiàn)損率優(yōu)化效果，減少線(xiàn)損誤差[6]。變壓器損耗計(jì)算公式為

式中：Wb為變壓器損耗；Pm為變壓器有功損耗；Pn為變壓器無(wú)功損耗；Sm為變壓器等效有功負(fù)荷；Sn為變壓器等效無(wú)功負(fù)荷；t為變壓器運(yùn)行時(shí)間[7]。變壓器持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)如圖1 所示。

圖1 變壓器持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)

在負(fù)荷不平衡的狀態(tài)下，變壓器持續(xù)負(fù)荷存在2個(gè)變化階段，其中Pmax為最大功率，Pmin為最小功率。Pmax越大，負(fù)荷曲線(xiàn)的波動(dòng)越大，線(xiàn)損也會(huì)隨之增加[8]。在只考慮變壓器線(xiàn)損的情況下，對(duì)極限線(xiàn)損率進(jìn)行優(yōu)化。極限線(xiàn)損率計(jì)算公式為

式中：Xmn為極限線(xiàn)損率；Pmn為線(xiàn)損電量；Pxy為供電量；km為目標(biāo)線(xiàn)損率。

在得出極限線(xiàn)損率Xmn的值后，判斷線(xiàn)損率是否滿(mǎn)足目標(biāo)要求，再對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理。在線(xiàn)損優(yōu)化費(fèi)用較少時(shí)，將km作為約束條件，通過(guò)降低km減少線(xiàn)損費(fèi)用，提升優(yōu)化效果。

2 實(shí) 驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的線(xiàn)損率優(yōu)化方法是否具有使用價(jià)值，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。將基于AHP-CRITIC算法的配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損率優(yōu)化方法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)方法1）、基于改進(jìn)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損率優(yōu)化方法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)方法2）以及本文設(shè)計(jì)的基于不平衡負(fù)荷的配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損率優(yōu)化方法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)本文方法）進(jìn)行對(duì)比，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

以10/0.4 kV 配電網(wǎng)為例，配電網(wǎng)線(xiàn)路簡(jiǎn)圖如圖2 所示。

圖2 配電網(wǎng)線(xiàn)路簡(jiǎn)圖

由圖2 可知，1 ～18 為線(xiàn)路節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)1為電源節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2～節(jié)點(diǎn)18為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)2、4、6、7、8、9 以及17 為I 類(lèi)用電負(fù)荷，節(jié)點(diǎn)10、12、14、15以及16 為II 類(lèi)用電負(fù)荷，節(jié)點(diǎn)3、5、11、13 以及18為III 類(lèi)用電負(fù)荷，I 類(lèi)用電負(fù)荷、II 類(lèi)用電負(fù)荷、III類(lèi)用電負(fù)荷均為不平衡負(fù)荷狀態(tài)。配網(wǎng)變壓器主干線(xiàn)A-1 采用AGJ-120 型導(dǎo)線(xiàn)，支線(xiàn)A-2 采用AGJ-70 型導(dǎo)線(xiàn)，支線(xiàn)A-3 采用AGJ-50 型導(dǎo)線(xiàn)。a1～a19為各個(gè)支路。在用電負(fù)荷不平衡的狀態(tài)下對(duì)配網(wǎng)線(xiàn)損進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化前后線(xiàn)損變化曲線(xiàn)如圖3 所示。

圖3 優(yōu)化前后線(xiàn)損變化曲線(xiàn)

由圖3 可知，線(xiàn)損優(yōu)化前在0 ～6 kW 的范圍內(nèi)變化，處于持續(xù)增加的態(tài)勢(shì)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，線(xiàn)損控制在2 kW 以?xún)?nèi)。在預(yù)算小于80 萬(wàn)元時(shí)，線(xiàn)損在2 kW以?xún)?nèi)基本保持穩(wěn)定，此時(shí)線(xiàn)損優(yōu)化效果較好。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，考慮到極限線(xiàn)損優(yōu)化經(jīng)費(fèi)緊張的問(wèn)題，將配電網(wǎng)變壓器極限線(xiàn)損優(yōu)化費(fèi)用設(shè)定為25.966 萬(wàn)元～91.610 萬(wàn)元，目標(biāo)線(xiàn)損率隨優(yōu)化費(fèi)用的變化而變化。已知優(yōu)化費(fèi)用越低則線(xiàn)損率越低、極限線(xiàn)損率優(yōu)化效果越佳，在其他條件均一致的情況下，對(duì)比方法1、方法2 以及本文方法優(yōu)化后的極限線(xiàn)損率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在目標(biāo)極限線(xiàn)損率一致的條件下，方法1 優(yōu)化后的極限線(xiàn)損率與目標(biāo)線(xiàn)損率相差約±0.1%，大部分都超過(guò)了目標(biāo)線(xiàn)損率，極限線(xiàn)損率優(yōu)化效果不佳。方法2 優(yōu)化后的極限線(xiàn)損率與目標(biāo)極限線(xiàn)損率相差±0.15%，仍存在較多線(xiàn)損率超出目標(biāo)線(xiàn)損率的情況，極限線(xiàn)損率優(yōu)化效果同樣不佳。而本文方法優(yōu)化后的極限線(xiàn)損率均在目標(biāo)極限線(xiàn)損率以?xún)?nèi)，使用本文設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法能夠以最少的成本達(dá)到極限線(xiàn)損率優(yōu)化的目的，符合預(yù)期要求。

3 結(jié) 論

隨著能源使用頻率的增加，其損耗嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在不平衡負(fù)荷下檢測(cè)補(bǔ)償電流并計(jì)算極限線(xiàn)損，判斷線(xiàn)損率是否滿(mǎn)足目標(biāo)線(xiàn)損率要求，采取設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法對(duì)進(jìn)行線(xiàn)損率優(yōu)化，從而真正意義上提高配電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)電力領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。