一种基于风险的油浸式变压器短期增容决策方法与流程

本发明属于变压器增容计划制定
技术领域：
，具体涉及了一种油浸式变压器短期增容决策方法。
背景技术：
：提高现有输变电设备的传输、供电能力，对于缓解电力供求矛盾、节约资源以及提高电力企业经济效益等方面均具有重要意义。输变电设备的增容技术可应用于多个场景，在用电高峰时期，增容运行可延缓新电力设备的投资并满足用电需求，降低设备成本；在用电低谷时期，增容运行可减少设备投运数量，减少运行损耗与运维成本；在发生设备停运事故或重大文体事件时，增容运行可保证短时间的供电可靠性，为下一步的调度决策提供缓冲时间。设备增容技术根据是否突破现行技术规范分为静态提温增容技术与动态监测增容技术。气象、环境、潮流等因素对设备的供电能力有着决定性的关系，而现行技术规范对这些因素仅给出了保守估计值。动态监测增容技术对输变电设备所处的实时状态进行监测，并据此制定相应的增容计划，所得结果较静态提温增容技术更为灵活、经济、可靠。目前，针对油浸式变压器的增容技术研究相对较少，主要集中在对变压器内部绕组热点温度和顶层油温的建模，而少有从故障率、增容风险与经济损益等角度对增容运行的后果进行评估。技术实现要素：本发明的目的在于：提供一种基于风险的油浸式变压器短期增容决策方法，以提高现有输变电设备的传输、供电能力，缓解电力供求矛盾、节约资源以及提高电力企业经济效益。为解决上述问题，提供一种基于风险的油浸式变压器短期增容决策方法，包括以下步骤：步骤1：利用油浸式变压器负载导则计算变压器热点温度变化情况：步骤2：基于热点温度变化对变压器的故障率、经济损益进行计算；步骤3：根据负载率与环境温度的预测对热点温度的概率分布进行评估并确定增容风险；步骤4：根据以上计算结果对增容计划做出决策。具体地，步骤1计算变压器热点温度变化情况，包括如下步骤：步骤1-1：获取所需分析变压器增容时间段内的负载率k与环境温度预测值θa，以及其他各项参数，如表1所示。表1热点温度计算所需参数参数符号油指数x绕组指数y损耗比r油时间常数τo绕组时间常数τw额定电流下热点对顶层油的温度梯度θhr额定电流下顶层油温升θor系数1k11系数2k21系数3k22变压器已使用时间l0步骤1-2：依据油浸式变压器负载导则(gb/t1094.7-2008)对变压器绕组热点温度变化情况进行计算，出现的部分变量说明如表2所示，并且对之后出现的变量作以下规定与说明：1)前缀d均表示经过dt的时间间隔后变量的变化值；2)下标括号中的数字或符号(非零)表示变量所处的迭代次数；3)下标括号中的0表示变量初始值。表2部分变量说明计算详细步骤如下：步骤1-2-1：计算初始状态，令n＝1，并进行如下计算初始顶层油温升初始热点温升第1部分δθh1(0)＝k21×k(0)y×δθhr(2)初始热点温升第2部分δθh2(0)＝(k21-1)×k(0)y×δθhr(3)得到初始热点温度θh(0)＝θo(0)+(δθh1(0)-δθh2(0))(4)；步骤1-2-2：迭代计算热点温度与寿命损耗，其中变化的时间间隔为dt，令n＝n+1计算顶层油温升的变化情况与第n次迭代中的顶层油温θo(n)＝θo(n-1)+dθo(n)(6)计算热点温升的变化情况δθh1(n)＝δθh1(n-1)+dδθh1(n)(8)δθh2(n)＝δθh2(n-1)+dδθh2(n)(10)δθh(n)＝δθh1(n)-δθh2(n)(11)计算热点温度θh(n)与已累计使用寿命l(n)θh(n)＝θo(n)+δθh(n)(12)dl(n)＝v(n)×dt(14)l(n)＝l(n-1)+dl(n)(15)其中，公式13、14中，v为在已知热点温度下的老化加速因子；步骤2：计算变压器故障率、经济损益步骤2-1：采用arrhenius-weibull模型计算变压器的故障率λ变化情况。其中，公式16中，β为形状参数，b，c为经验参数，三个参数均可由历史数据拟合得到；步骤2-2：从增容成本与收益的角度来综合分析经济损益情况步骤2-2-1：计算变压器增容成本，包括增容带来的损耗c1与寿命损失c2。c1＝(l-l0)/ltotal·ptrans(17)其中，公式17中，ltotal表示设备出厂额定寿命，ptrans表示变压器价格；公式18中，p0和pk分别表示变压器的空载损耗和短路损耗，pin表示上网电价；步骤2-2-2：计算变压器增容收益，包括电费收益r1与短期增容机会收益r2其中，公式19、20中，sn表示变压器的额定容量，表示功率因数角，pout表示电网售电价格，col表示综合用户停电损失；步骤2-2-3：计算增容利润prpr＝r1+r2-(c1+c2)(21)；步骤3：确定增容风险risk风险的定义是事件发生的概率与事件发生后果的乘积，最终风险risk为寿命损失风险risk1、故障停运风险risk2、电费损失风险risk3三者之和；步骤3-1：利用负载率k与环境温度θa的预测值确定变压器热点温度的概率分布，计算k与θa的协方差矩阵cov，并获得矩阵a，矩阵a满足aat＝cov(22)对于时刻i，计算其负载率与环境温度的模拟采样值：其中，公式23中，和分别表示时刻i的负载率和环境温度的第j个采样值，n1和n2为独立的一元正态分布变量，n为总时刻数，m为采样数，根据采样得到的m个场景，分别计算各个场景下的热点温度变化情况，并利用所得的m个变化情况，计算每个时刻的热点温度概率分布值，对于时刻i的热点温度概率密度函数为：其中，公式24中，d(θh(i))表示当时刻i的热点温度模拟值满足条件时的个数，其中h为步长，可根据精度进行选择，用概率密度函数近似地表示其概率函数p(θ)；步骤3-2：确定变压器寿命损失风险risk1；寿命损失风险的后果res1为res1(θh)＝dl(θh)/ltotal·ptrans(25)寿命损失风险为其中，公式26中，θh(i)min和θh(i)max分别为模拟采样中热点温度所出现的最小值与最大值；步骤3-3：确定变压器故障停运风险risk2；变压器故障停运的概率与热点温度的关系函数可近似地表达为其中，公式27中，f(t)和f(t)分别为故障停运的概率密度函数和累积分布函数；故障停运风险的后果res2为res2＝pfail(28)故障停运风险为步骤3-4：确定变压器电费损失风险risk3；电费损失风险的后果res3为res3＝(pout-pin)tmk(i)sn(30)其中，公式30中，tm为发生故障后的维修时间；电费损失风险为步骤4：确定增容计划。找到变压器热点温度变化中首次大于热点温度极限值的时刻ttemper，找到变压器故障率变化中首次大于故障率极限值的时刻tfail，找到变压器风险变化中首次大于风险极限值的时刻trisk，取上述3个时刻值中的最小值，即为该负载与环境场景下的可增容时间，并进行经济性校验，判断该增容计划累计利润是否大于0，若是则说明该计划盈利，否则将会亏本。与现有技术相比，本发明在现有研究的基础上，将变压器故障率、经济损益及增容风险纳入增容计划的约束中，使得最终的增容计划能够保证系统风险在可控范围内，结果较传统方法更为准确且有据可循。附图说明图1是本发明的基于风险的油浸式变压器短期增容决策方法的流程图；图2是本发明的热点温度变化情况的计算流程图；图3是本发明的故障率与经济损益计算流程图；图4是本发明的增容风险计算流程图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述，实施例：如图1所示，本发明的基于风险的油浸式变压器短期增容决策方法，包括如下步骤：如图2所示，本发明的热点温度变化情况的计算，包括如下步骤：步骤1、计算变压器热点温度变化情况步骤1-1.获取所需分析变压器增容时间段内的负载率k与环境温度预测值θa，以及其他各项参数，如表1所示。表3热点温度计算所需参数参数符号油指数x绕组指数y损耗比r油时间常数τo绕组时间常数τw额定电流下热点对顶层油的温度梯度θhr额定电流下顶层油温升θor系数1k11系数2k21系数3k22变压器已使用时间l0步骤1-2.依据油浸式变压器负载导则(gb/t1094.7-2008)对变压器绕组热点温度变化情况进行计算。计算详细步骤如下：步骤1-2-1.计算初始状态，令n＝1，并进行如下计算。初始顶层油温升初始热点温升第1部分δθh1(0)＝k21×k(0)y×δθhr(2)初始热点温升第2部分δθh2(0)＝(k21-1)×k(0)y×δθhr(3)得到初始热点温度θh(0)＝θo(0)+(δθh1(0)-δθh2(0))(4)步骤1-2-2.迭代计算热点温度与寿命损耗，其中变化的时间间隔为dt，以下公式中，前缀d均表示经过dt的时间间隔后变量的变化值，下标表示变量所处的迭代次数。令n＝n+1。计算顶层油温升的变化情况θo(n)＝θo(n-1)+dθo(n)(6)计算热点温升的变化情况δθh1(n)＝δθh1(n-1)+dδθh1(n)(8)δθh2(n)＝δθh2(n-1)+dδθh2(n)(10)δθh(n)＝δθh1(n)-δθh2(n)(11)计算热点温度θh(n)与已累计使用寿命l(n)θh(n)＝θo(n)+δθh(n)(12)dl(n)＝v(n)×dt(14)l(n)＝l(n-1)+dl(n)(15)其中，公式13、14中，v为在已知热点温度下的老化加速因子。如图3所示，本发明的故障率、经济损益的计算，包括如下步骤：步骤2、计算变压器故障率、经济损益步骤2-1.采用arrhenius-weibull模型计算变压器的故障率λ变化情况。其中，公式16中，β为形状参数，b，c为经验参数，三个参数均可由历史数据拟合得到。步骤2-2.从增容成本与收益的角度来综合分析经济损益情况。步骤2-2-1.计算变压器增容成本，包括增容带来的损耗c1与寿命损失c2。c1＝(l-l0)/ltotal·ptrans(17)其中，公式17中，ltotal表示设备出厂额定寿命，ptrans表示变压器价格；公式18中，p0和pk分别表示变压器的空载损耗和短路损耗，pin表示上网电价。步骤2-2-2.计算变压器增容收益，包括电费收益r1与短期增容机会收益r2。其中，公式19、20中，sn表示变压器的额定容量，表示功率因数角，pout表示电网售电价格，col表示综合用户停电损失。步骤2-2-3，计算增容利润pr。pr＝r1+r2-(c1+c2)(21)如图4所示，本发明的增容风险的计算，包括如下步骤：步骤3、确定增容风险risk。本发明中，风险的定义是事件发生的概率与事件发生后果的乘积，最终风险risk为寿命损失风险risk1、故障停运风险risk2、电费损失风险risk3三者之和。步骤3-1.利用负载率k与环境温度θa的预测值确定变压器热点温度的概率分布。计算k与θa的协方差矩阵cov，并获得矩阵a，矩阵a满足aat＝cov(22)对于时刻i，计算其负载率与环境温度的模拟采样值：其中，公式23中，和分别表示时刻i的负载率和环境温度的第j个采样值，n1和n2为独立的一元正态分布变量，n为总时刻数，m为采样数。根据采样得到的m个场景，分别计算各个场景下的热点温度变化情况，并利用所得的m个变化情况，计算每个时刻的热点温度概率分布值。对于时刻i的热点温度概率密度函数为：其中，公式24中，d(θh(i))表示当时刻i的热点温度模拟值满足条件时的个数，其中h为步长，可根据精度进行选择。用概率密度函数近似地表示其概率函数p(θ)。步骤3-2.确定变压器寿命损失风险risk1。寿命损失风险的后果res1为res1(θh)＝dl(θh)/ltotal·ptrans(25)寿命损失风险为其中，公式26中，θh(i)min和θh(i)max分别为模拟采样中热点温度所出现的最小值与最大值。步骤3-3.确定变压器故障停运风险risk2。变压器故障停运的概率与热点温度的关系函数可近似地表达为其中，公式27中，f(t)和f(t)分别为故障停运的概率密度函数和累积分布函数。故障停运风险的后果res2为res2＝pfail(28)故障停运风险为步骤3-4.确定变压器电费损失风险risk3。电费损失风险的后果res3为res3＝(pout-pin)tmk(i)sn(30)其中，公式30中，tm为发生故障后的维修时间。电费损失风险为步骤4、确定增容计划。找到变压器热点温度变化中首次大于热点温度极限值(短期急救时可取160℃)的时刻ttemper。找到变压器故障率变化中首次大于故障率极限值(按实际电网调度人员许可故障率取值)的时刻tfail。找到变压器风险变化中首次大于风险极限值(按不增容将导致的经济损失)的时刻trisk。取上述3个时刻值中的最小值，即为该负载与环境场景下的可增容时间。并进行经济性校验，判断该增容计划累计利润是否大于0，若是则说明该计划盈利，否则将会亏本。当前第1页12