专利名称：一种基于经济当量分析的主变压器优化运行方法
技术领域：
本发明属于电力系统优化配置领域，具体地说是涉及一种在对经济当量进行分析的基础上对主变压器进行优化的运行方法。
背景技术：
现有技术中，已有以下概念无功经济当量，它就是将无功电流折算成有功电流，这样无功电流造成的损耗就可以很容易计算出来。经济当量，由扰动情况下电网供电可靠性提高所带来的收益增加及为满足该类安全性措施所需支付的辅助服务费用组成。传统电力系统中的某一安全性指标在市场环境下是否会得到执行、执行到何种程度将取决于其经济当量值，只有当其经济当量值大于零，该安全性校验措施的执行才是可行的，而且其经济当量值越大，运行性能越优。SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，SP数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统。它在远动系统中占重要地位，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，即我们所知的“四遥”功能。RTU(远程终端单元)， FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分，在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用。基于经济当量计算的主变经济运行研究与应用(PEO)，从广义上来说是在保证变压器安全运行和保证用户供电量的基础上，使变压器在低电能损耗状态下运行。PEO的具体含义是指在确保变压器在安全运行、传输电量满足生产要求的基础上， 充分利用现有设备，不增加或增加很少设备投资，通过选择变压器的最佳运行方式、优化负载调整、确定变压器运行位置的最佳组合以及改善变压器运行条件等技术措施，达到最大限度地降低变压器的电能损耗，提高电源侧功率因数的目的，实质上就是在技术经济允许的条件下实现变压器节电运行，从而节省大量的成本。电力系统的电能损耗值是考核供电企业运营状况的一项重要的技术经济指标，电能损耗的计算是确定电力系统规划、运行方式、网络技术改造及设备维修的重要依据。但就目前的现状而言，电能损耗的分析、管理、控制水平还远远跟不上电力系统对于节能降耗的要求。电网调度部门作为电网生产运行的核心部门，长期以来它的主要任务是监视电网安全运行，进行负荷预测，编制发电计划，指挥倒间操作，进行事故处理，设计运行方式，同时也做一些电网经济运行的调度工作。电网经济运行的调度主要侧重于两个方面，即有功的经济调度和无功的经济调度，且有功的经济调度以有功潮流优化为主。电力系统中，由于厂网分离，电力市场建立，在地区电网发电机较少的情况下，发电机有功的经济调度可能受到客观因素的限制。因此，有功潮流的优化主要以供电路径优化和减少供电路径的有功损耗为主，其核心内容为变压器运行方式的优化。
目前在国内，变压器经济运行研究较多，尤其以胡景生教授研究较多。而传统的变压器经济运行以主要是以离线分析为主，未能考虑变压器的实际运行方式，以及不能频繁调整的工程实际因素。在国外，目前对变压器经济运行分析研究现状来看，对变压器经济运行是没有考虑损益分析它仅仅从负荷角度来考虑变压器经济运行，忽视了设备的运行成本。因此，目前所提到的变压器经济运行并不是完善的经济运行，或者说不是完整的、全面的经济运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑电网损耗全面、得出电网运行方案准确经济，从而节省大量成本的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，它包括以下步骤步骤一，电网经济运行辅助决策系统通过数据接口从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据，并对电网运行数据进行维护和更新；步骤二，根据获得的电网运行数据，电网经济运行辅助决策系统对电网运行状态进行估计；步骤三，在对电网运行状态进行估计的基础上，对电网中的每个变电所的主变压器进行损耗分析；步骤四，对全电网损耗进行分析，包括对全电网的状态估计和潮流计算；步骤五，将步骤四所得的全电网状态估计值和潮流计算值与当前从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据进行比较、分析，得出主变压器损耗最小的运行方案；步骤六，电网经济运行辅助决策系统根据步骤五的比较分析结果，采用专家系统作出决策；步骤七，电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统，由SCADA系统对电网中的各个主变压器作出投切状态的调整。所述步骤一中，电网经济运行辅助决策系统采用标准的远动规约，通过数据接口从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据。在所述的步骤一中，对采集到的电网运行数据进行坏数据初检、网络拓扑分析、量测系统可观测性分析和不良数据辨识检测。所述步骤二中，电网经济运行辅助决策系统利用Givens正交变换法对电网运行状态进行估计。在利用Givens正交变换法进行估计处理时，首先对电网进行分块，在分块的基础上利用牛拉法迭代计算出系统各个节点的电压，最后利用潮流计算公式对整个电网的状态进行估计。所述步骤三中，主变压器损耗分析的包括主变压器的空载损耗、短路损耗和机械损耗。所述步骤四中，所述对整个电网进行潮流计算方法包括牛顿拉夫逊法和保留非线性法。在电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统之后，SCADA系统采用开环控制方式。所述的步骤六还包括电网经济运行辅助决策系统将步骤五的比较分析结果，绘成图形曲线发送至监视工作站。所述的电网经济运行辅助决策系统还包括线损离线仿真及评估模块。采用上述技术方案的本发明，具有以下优点(1)本发明对主变压器的线损进行了全面地分析，综合考虑了主变等相关设备的动作代价，变压器设备使用寿命、变压器设备投切成本，变压器设备的维修费用，采用经济当量法对每台变压器进行损益分析，避免了低效益、无效益甚至负效益的设备动作，实现了变压器经济运行。(2)本发明采用了可靠的接驳方式，保障了数据接口的可靠性；采用标准的远动规约，如104协议以获取电网实时运行数据；采用IEC61970标准建模，综合保障了维护的方便性和运行的可持续性。(3)建立正确的电网计算模型，上述的电网计算模型包括正确的电网结构、正确的电网实时运行数据、网络拓扑与状态估计，采用高效和先进的算法，确保了计算模型的可靠和计算效率的高效，满足了实时控制的要求。具有极强潮流计算能力，确保了计算的快速性和收敛性。(4)引入了专家系统，保证了系统给出的主变经济运行方式策略建议的科学性与正确性；其中专家系统明确给出了策略效益和策略效果，辅助判断并执行开环控制。(5)根据设备运行规定的基本要求，结合简单的短期负荷预测、超短期负荷预测和设备动作次数可靠控制，杜绝了设备动作震荡。(6)本发明还提供了强大的离线工具、主变经济运行与线路经济运行的仿真计算、 辅助决策运行方式和其他降损措施。
图1为本发明的原理框图；图2为本发明的整体流程图；图3为并列运行双绕组变压器的接线图；图4为分列运行变压器的接线图；图5为本发明中牛顿法潮流的流程图。
具体实施例方式如图1、图2所示，本发明包括以下步骤步骤一，电网经济运行辅助决策系统通过数据接口从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据。本发明与SCADA系统接驳如图1所示。因主要由调度值班人员用于实时调整电网运行方式以降低电网损耗，故本发明中电网经济运行辅助决策系统直接接入SCADA系统时，运行方式、线损专工管理工作站均通过二次防护系统隔离。需要说明的是，在接驳时可采用标准的远动规约如104协议以获取电网实时运行数据。然后采用IEC61970标准建立电网计算模型，上述的电网计算模型包括正确的电网结构，正确的电网实时运行数据、网络拓扑和状态估计。其中，正确的电网实时运行数据由电网经济运行辅助决策系统从SCADA系统中获取，获取这些数据之后，还需对电网运行数据进行维护和更新，以保证电网运行数据的正确性。上述对电网运行数据进行维护包括 对运行数据的坏数据初检、网络拓扑分析、量测系统可观测性分析、不良数据辨识等，系统结合传统的标准残差检测法和量测量突变检测法，使用最小信息损失MIL决策原理对采集出的原始数据进行辨识，删除、补充和修正数据库中的不良数据，提高实时数据库的精度、 完整和可靠性，满足系统计算的需要，即根据连续断面的运行数据连续性、同一断面节点电流平衡性、同一断面电量平衡性、设备遥测数据与相关开关状态一致性判断并修正不合理数据。数据分为三种正确实测数据、合理状态估计数据、状态估计后仍不合理数据，三种数据输出时加以标记，以提供给后继分析用比较合理的研究数据。步骤二，根据获得的电网运行数据，电网经济运行辅助决策系统对电网运行状态进行估计。在对电网运行状态进行估计时所采用的算法是一种基于分块Givens旋转的电力系统状态估计算法，该算法属于Givens正交变换法。但在Givens正交变换的处理上，首先对电网进行分块，利用电力系统状态估计问题的分块特征对量测雅可比矩阵进行分块， 根据信息矩阵的分块稀疏结构进行列编号的优化，采用变转轴逐列消元策略，基于最小度原则动态选择转轴元素，根据非零注入元素最少的原则选择旋转元素，既减少了所需的内存空间，又明显提高了执行效率，实验证明可节省约30%的CPU时间。其具体实现的方法就是利用冗余的量测，通过最小二乘法估计出更精确的系统状态，即通过冗余的量测包括节点电压、支路潮流、注入功率等，利用牛拉法迭代计算出系统各个节点的电压，再运用潮流计算公式，就可以估计出更为精确的量测值。另外，电网经济运行辅助决策系统还可根据获得的数据进行短期负荷预测，短期负荷预测是根据历史负荷数据及气象资料等预报未来一天或一周内96点(每15分钟一个点)或更密点的系统负荷值。预报可按全系统或按区域进行。考虑到天气、温度的变化， 特别事件对负荷因素的影响，在提供工作日负荷预报的同时，还提供休息日(星期六、星期日)、特殊日(元旦、春节等)的负荷预报。步骤三，在对电网运行状态进行估计的基础上，对电网中的每个变电所的主变压器进行损耗分析。主变压器损耗分析的包括主变压器的空载损耗、短路损耗和机械损耗等等。其中，变电所的主变压器主要分为并列运行双绕组和分列运行两种方式。下面对这两种方式分为予以说明1)并列运行双绕组变压器的经济运行在一个变电所中，如有两台以上变压器并列运行，其接线图如图3所示若并列运行的变压器台数为M,则存在着Qm-I)种组合运行方式。在相同负载条件下，变压器并列运行的功率损耗不仅与运行方式的组合技术参数有关，而且与变压器间负载的分配有关。所以在分析变压器经济运行方式时，一定要考虑变压器短路阻抗不等和容量不同等因素的影响。(1)短路阻抗相接近双绕组变压器并列运行的经济运行方式并列运行变压器短路阻抗相接近的具体条件是变压器短路阻抗的差值
<=5%，即容量相同变压器并列运行时，认为负载分配是均衡的，对容量不同变压器并列运行时，认为负载是按容量成比例进行分配的。①相同台数并列运行变压器组合的经济运行
有功功率临界负载功率为
权利要求
1.一种基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于，它包括以下步骤步骤一，电网经济运行辅助决策系统通过数据接口从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据，并对电网运行数据进行维护和更新；步骤二，根据获得的电网运行数据，电网经济运行辅助决策系统对电网运行状态进行估计；步骤三，在对电网运行状态进行估计的基础上，对电网中的每个变电所的主变压器进行损耗分析；步骤四，对全电网损耗进行分析，包括对全电网的状态估计和潮流计算；步骤五，将步骤四所得的全电网状态估计值和潮流计算值与当前从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据进行比较、分析，得出主变压器损耗最小的运行方案；步骤六，电网经济运行辅助决策系统根据步骤五的比较分析结果，采用专家系统作出决策；步骤七，电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统，由SCADA系统对电网中的各个主变压器作出投切状态的调整。
2.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于所述步骤一中，电网经济运行辅助决策系统采用标准的远动规约，通过数据接口从 SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据。
3.根据权利要求书2所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于在所述的步骤一中，对采集到的电网运行数据进行坏数据初检、网络拓扑分析、量测系统可观测性分析和不良数据辨识检测。
4.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于所述步骤二中，电网经济运行辅助决策系统利用Givens正交变换法对电网运行状态进行估计。
5.根据权利要求书4所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于在利用Givens正交变换法进行估计处理时，首先对电网进行分块，在分块的基础上利用牛拉法迭代计算出系统各个节点的电压，最后利用潮流计算公式对整个电网的状态进行估计。
6.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于所述步骤三中，主变压器损耗分析的包括主变压器的空载损耗、短路损耗和机械损耗。
7.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于所述步骤四中，所述对整个电网进行潮流计算方法包括牛顿拉夫逊法和保留非线性法。
8.根据权利要求书1所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于在电网经济运行辅助决策系统将作出的决策反馈至SCADA系统之后，SCADA系统采用开环控制方式。
9.根据权利要求书1 8任一所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于，所述的步骤六还包括电网经济运行辅助决策系统将步骤五的比较分析结果，绘成图形曲线发送至监视工作站。
10.根据权利要求书9所述的基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，其特征在于所述的电网经济运行辅助决策系统还包括线损离线仿真及评估模块。
全文摘要
本发明公开了一种基于经济当量分析的主变压器优化运行方法，步骤如下步骤一，电网经济运行辅助决策系统实时获取电网运行数据，并对电网运行数据进行维护和更新；步骤二，根据获得的电网运行数据，电网经济运行辅助决策系统对电网运行状态进行估计；步骤三，对电网中的每个变电所的主变压器进行损耗分析；步骤四，对全电网损耗进行分析；步骤五，将步骤四所得的全电网状态估计值和潮流计算值与当前从SCADA系统和电能表集抄系统中实时获取电网运行数据进行比较、分析，得出主变压器损耗最小的运行方案；步骤六，电网经济运行辅助决策系统采用专家系统作出决策；步骤七，由SCADA系统对电网中的各个主变压器作出投切状态的调整。
文档编号H02J13/00GK102244384SQ20101017143
公开日2011年11月16日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者丁晓群, 刘洪亮, 吴建, 周玲, 李广河, 牛迎水, 王兆亮, 王直, 秦晓军, 赵锋, 郝福忠, 郭光 , 闫辉 申请人:河南省电力公司济源供电公司