一种两站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法与流程
本发明涉及电力系统及其自动化的技术领域，尤其涉及到一种两站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法。
背景技术
线路和变压器是电力系统重要和必要的元件。线路将变电站与不同电网连接，使变电站获得供电电源。在供电系统中，通常采用多条线路并列运行的方式，以保障供电的可靠性和可持续性。多条线路并列运行，虽然能够在保障供电可靠性和可持续性等方面有决定性作用，但是随着输送功率的增大，线路功率损耗也会随之增大。影响线路功率损耗的因素还有线路长度、导线材料、导线截面积等。在供电过程中，线路输送功率由负荷功率、电网结构特征(如阻抗)、电网运行特征(如电压大小和相角等)决定。因此，在不同电网运行方式和运行状态下，线路输送功率是可控的，也是不同的。也就是说，电网负荷特性及电网运行方式的多变性影响效率输送功率。
变压器在变电站中起到电压变换、功率输送的作用，使变电站能够以不同电压对用户负荷供电。变压器类型繁杂，数量庞大，对电力系统网损影响极大，是网损的主要设备。在供电系统中，通常采用多台变压器并列运行的方式，以保障供电的可靠性和可持续性。多台变压器并列运行，虽然能够在保障供电可靠性和可持续性等方面有决定性作用，但是变压器运行都会有一种较为固定的功率损耗，而且这种损耗都会随着并列运行变压器台数的增多而线性增大。在并列运行过程中，变压器同时会产生另一种功率损耗，而且这种功率损耗会随着输送功率的增大而增大。变压器输送功率由负荷功率决定，因此供电系统中功率损耗不仅取决于并列的变压器类型和数量，而且还取决于其负荷特性及电网运行方式的多变性。
负荷在不同时间和空间上都具有不同特性，具有不同的不确定性和随机性，变电站多条输入线路及多条变压器运行、故障、计划检修等也具有具有很大的不确定性和随机性，第一变电站与第二变电站之间高低压母线的联络线运行、故障、计划检修等也具有具有很大的不确定性和随机性。电网运行方式因变压器和线路的运行状态的变化也具有较大的不确定性和随机性。以往电网中功率损耗通常采用确定性的潮流计算方法，有一些也采用概率潮流计算的方法。确定性潮流计算的方法通常是在假设电网运行方式、用户负荷水平以及电源出力水平都确定的情况下计算电网有功功率和无功功率的损耗值，计算结果是唯一性和确定性的。而概率潮流计算的方法通常是在只假设负荷为不确定性因素的情况下计算电网有功功率和无功功率的损耗值，计算结果是具有一定置信水平的概率值。可见，电网网损计算的现有技术都没有全面考虑电网运行方式、负荷和电源的不确定性和随机性。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑并列变压器运行方式改变、输电线路运行方式改变、第一变电站与第二变电站之间高低压母线的联络线行方式改变和负荷波动的不确定性和随机性的两站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
在两站单级多元件供电系统功率损耗平均值由变压器和线路有功和无功功率及其概率、变压器并列运行的台数决定，故障、计划检修等因素会影响变压器并列运行的台数，第一变电站与第二变电站之间高低压母线的联络线运行、故障、计划检修等因素会影响对供电系统功率损耗也有显著影响的环境下，一种两站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法，包括以下步骤：
s1：从电网能量管理系统ems获取线路、联络线和变压器的相关数据信息，计算第一变电站与第二变电站第i条线路的电阻rl1i和电抗xl1i(i＝1,2,...,nl1)、电阻rl2i和电抗xl2i(i＝1,2,...,nl2)；计算第一变电站与第二变电站之间高、低压母线的联络线的电阻rtl1、rtl2和电抗xtl1、xtl2；计算第一变电站与第二变电站第i台变压器的电阻rt1i和电抗xt1i(i＝1,2,...,nt1)、电阻rt2i和电抗xt2i(i＝1,2,...,nt2)；
s2：从电网能量管理系统ems获取变电站接入输入线路和联络线运行数据信息，采用模拟的方法，确定第一变电站第i条线路视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μsl1i和方差σsl1i、均值μpl1i和方差σpl1i、均值μql1i和方差σql1i以及第二变电站第i条线路视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μsl2i和方差σsl2i、均值μpl2i和方差σpl2i、均值μql2i和方差σql2i，确定高压母线联络线视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μstl1和方差σstl1、均值μptl1和方差σptl1、均值μqtl1和方差σqtl1,确定低压母线联络线视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μstl2和方差σstl2、均值μptl2和方差σptl2、均值μqtl2和方差σqtl2；
s3：从电网能量管理系统ems获取并列运行变压器运行数据信息，采用模拟的方法，确定第一变电站第i台变压器视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μst1i和方差σst1i、均值μpt1i和方差σpt1i、均值μqt1i和方差σqt1i，确定第二变电站第i台变压器视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μst2i和方差σst2i、均值μpt2i和方差σpt2i、均值μqt2i和方差σqt2i；
s4：从电网能量管理系统ems获取变压器低压侧负荷功率的数据信息，采用模拟的方法，确定第一变电站负荷视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μsd1和方差σsd1、均值μpd1和方差σpd1、均值μqd1和方差σqd1，确定第二变电站负荷视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μsd2和方差σsd2、均值μpd2和方差σpd2、均值μqd2和方差σqd2；
s5：从电网能量管理系统ems获取相关数据，计算接入第一变电站和第二变电站输入线路有功和无功功率损耗平均值δpl1loss和δql1loss、δpl2loss和δql2loss；
s6：从电网能量管理系统ems获取相关数据，计算第一变电站和第二变电站变压器有功和无功功率损耗平均值δpt1loss和δqt1loss、δpt2loss和δqt2loss；
s7：假设第一变电站和第二变电站之间高压联络线从第一变电站向第二变电站输送有功和无功功率及其概率为分别ptl11和pr(ptl11)、qtl11和pr(qtl11)，第一变电站和第二变电站之间高压联络线从第二变电站向第一变电站输送有功和无功功率及其概率为分别ptl12和pr(ptl12)、qtl12和pr(qtl12)，第一变电站和第二变电站之间低压联络线从第一变电站向第二变电站输送有功和无功功率及其概率为分别ptl21和pr(ptl21)、qtl21和pr(qtl21)，第一变电站和第二变电站之间低压联络线从第二变电站向第一变电站输送有功和无功功率及其概率为分别ptl22和pr(ptl22)、qtl22和pr(qtl22)，计算高、低压联络线有功和无功功率损耗平均值δptl1loss和δqtl1loss、δptl2loss和δqtl2loss，其计算公式为：
δptl1loss＝pr(ptl11)ptl11+pr(ptl12)ptl12；
δqtl1loss＝pr(qtl11)qtl11+pr(qtl12)qtl12；
δptl2loss＝pr(ptl21)ptl21+pr(ptl22)ptl22；
δqtl2loss＝pr(qtl21)qtl21+pr(qtl22)qtl22；
s8：计算两站单级多元件供电系统有功和无功功率损耗的平均值，其计算公式为：
δploss＝δpl1loss+δpl2loss+δpt1loss+δpt2loss+δptl1loss+δptl2loss；
δqloss＝δql1loss+δql2loss+δqt1loss+δqt2loss+δqtl1loss+δqtl2loss。
进一步地，所述步骤s5中，第一变电站和第二变电站输入线路有功和无功功率损耗的平均值δpl1loss和δql1loss、δpl2loss和δql2loss的计算步骤为:
s5.1：计算第一变电站和第二变电站高压母线负荷有功功率：
p′dt1＝pd1+δpt1loss；
p′dt2＝pd2+δpt2loss；
s5.2：计算第一变电站和第二变电站高压母线负荷无功功率：
q'dt1＝qd1+δqt1loss；
q'dt2＝qd2+δqt2loss；
s5.3：第一变电站的nl1条输入线路中一条线路故障并退出运行即nl1-1、两条线路同时故障并退出运行即nl1-2、...、a条线路同时故障并退出运行即nl1-a、...、nl1条线路同时故障并退出运行即nl1-nl1的概率计算公式为：
...
...
式中pl1i为第一变电站第i条线路的故障率，i＝1,2,...,nl1；
第二变电站的nl2条输入线路中一条线路故障并退出运行即nl2-1、两条线路同时故障并退出运行即nl2-2、...、a条线路同时故障并退出运行即nl2-a、...、nl2条线路同时故障并退出运行即nl2-nl2的概率计算公式为：
...
...
式中pl2i为第二变电站第i条线路的故障率，i＝1,2,...,nl2；s5.4：计算第一变电站的nl1条线路有功功率损耗平均值：
计算第二变电站的nl2条线路有功功率损耗平均值：
s5.5：计算第一变电站的nl1条线路无功功率损耗平均值：
计算第二变电站的nl2条线路无功功率损耗平均值：
进一步地，所述步骤s6中，第一变电站和第二变电站并列运行变压器有功和无功功率损耗的平均值δpt1loss和δqt1loss、δpt2loss和δqt2loss的计算步骤如下：
s6.1：第一变电站的nt1台变压器中一台变压器故障并退出运行即nt1-1、两台变压器同时故障并退出运行即nt1-2、...、a台变压器同时故障并退出运行即nt1-a、...、nt1台变压器同时故障并退出运行即nt1-nt1的概率计算公式为：
...
...
式中pt1i为第一变电站第i台变压器的故障率，i＝1,2,...,nt1；
第二变电站的nt2台变压器中一台变压器故障并退出运行即nt2-1、两台变压器同时故障并退出运行即nt2-2、...、a台变压器同时故障并退出运行即nt2-a、...、nt2台变压器同时故障并退出运行即nt2-nt2的概率计算公式为：
...
...
式中pt2i为第二变电站第i台变压器的故障率，i＝1,2,...,nt2；
s6.2：计算第一变电站的nt1台并列运行变压器有功功率损耗平均值：
计算第二变电站的nt2台并列运行变压器有功功率损耗平均值：
s6.3：计算第一变电站的nt1台并列运行变压器无功功率损耗平均值：
计算第二变电站的nt2台并列运行变压器无功功率损耗平均值：
与现有技术相比，本方案原理和优点如下：
通过电网能量管理系统ems获取电网运行的数据，在考虑电网运行方式的不确定性时主要是引入变压器、线路等设备的不确定性运行状态，在考虑负荷的不确定性时主要引入负荷的不确定性状态，假设电网运行方式变化和负荷的波动均服从正态分布，在概率分析的基础上计算电网有功功率和无功功率损耗的平均值。
通过本方案的方法，可以计算出在一定运行周期(1小时、1天、1月、1年、5年、10年等)内两站单级多元件供电系统有功功率和无功功率损耗的平均值。反映了并列运行变压器和线路有功和无功功率波动特性及其概率特征、变压器并列运行方式、并列运行变压器和线路故障情况和检修计划等，为电网调度运行以及线路和变压器检修计划提供技术支撑。
附图说明
图1为两站单级多元件供电系统的示意图；
图2为本发明一种两站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法的流程框图。
图1中的附图标记表示如下：1-第一变电站并列运行的第一条线路，2-第一变电站并列运行的第nl条线路，3-第一变电站变压器高压母线，4-第一变电站并列运行的第一台变压器，5-第一变电站并列运行的第nt台变压器，6-第一变电站变压器低压母线，7-第一变电站负荷，8-第二变电站并列运行的第一条线路，9-第二变电站并列运行的第nl条线路，10-第二变电站变压器高压母线，11-第二变电站并列运行的第一台变压器，12-第二变电站并列运行的第nt台变压器，13-第二变电站变压器低压母线，14-第二变电站负荷；15-第一变电站与第二变电站之间高压母线的联络线，16-第一变电站与第二变电站之间低压母线的联络线。
具体实施方式
下面参照附图并结合实例对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。
如图2所示，一种两站单级多元件供电系统功率损耗平均值的计算方法，本实施例所述方法针对图1所示的两站单级多元件供电系统，考虑并列变压器运行方式改变、输电线路运行方式改变、第一变电站与第二变电站之间高低压母线的联络线行方式改变和负荷波动的不确定性和随机性。
图1中，第一变电站有nt1台变压器t11、t12、t13、…、
两站单级多元件供电系统功率损耗平均值计算方法的具体步骤如下：
s1：从电网能量管理系统ems获取线路、联络线和变压器的相关数据信息，计算第一变电站与第二变电站第i条线路的电阻rl1i和电抗xl1i(i＝1,2,...,nl1)、电阻rl2i和电抗xl2i(i＝1,2,...,nl2)；计算第一变电站与第二变电站之间高、低压母线的联络线的电阻rtl1、rtl2和电抗xtl1、xtl2；计算第一变电站与第二变电站第i台变压器的电阻rt1i和电抗xt1i(i＝1,2,...,nt1)、电阻rt2i和电抗xt2i(i＝1,2,...,nt2)；
s2：从电网能量管理系统ems获取变电站接入输入线路和联络线运行数据信息，例如10年内每一个时段视在功率、有功功率和无功功率等，采用模拟的方法，确定第一变电站第i条线路视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μsl1i和方差σsl1i、均值μpl1i和方差σpl1i、均值μql1i和方差σql1i以及第二变电站第i条线路视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μsl2i和方差σsl2i、均值μpl2i和方差σpl2i、均值μql2i和方差σql2i，确定高压母线联络线视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μstl1和方差σstl1、均值μptl1和方差σptl1、均值μqtl1和方差σqtl1,确定低压母线联络线视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μstl2和方差σstl2、均值μptl2和方差σptl2、均值μqtl2和方差σqtl2；
s3：从电网能量管理系统ems获取并列运行变压器运行数据信息，例如10年内每一个时段视在功率、有功功率和无功功率等，采用模拟的方法，确定第一变电站第i台变压器视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μst1i和方差σst1i、均值μpt1i和方差σpt1i、均值μqt1i和方差σqt1i，确定第二变电站第i台变压器视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μst2i和方差σst2i、均值μpt2i和方差σpt2i、均值μqt2i和方差σqt2i；
s4：从电网能量管理系统ems获取变压器低压侧负荷功率的数据信息，例如10年内每一个时段视在功率、有功功率和无功功率等，采用模拟的方法，确定第一变电站负荷视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μsd1和方差σsd1、均值μpd1和方差σpd1、均值μqd1和方差σqd1，确定第二变电站负荷视在功率、有功功率和无功功率按照正态分布规律变化的均值μsd2和方差σsd2、均值μpd2和方差σpd2、均值μqd2和方差σqd2；
s5：从电网能量管理系统ems获取相关数据，计算接入第一变电站和第二变电站输入线路有功和无功功率损耗平均值δpl1loss和δql1loss、δpl2loss和δql2loss：
首先确定第一变电站和第二变电站输入线路有功功率和无功功率损耗的概率密度函数。第一变电站线路l1i有功和无功功率损耗概率密度函数fl1plossi(y)、fl1qlossi(y)计算所需的变压器高压侧电压值以及线路有功功率和无功功率从电网能量管理系统ems获取其实时值，第一变电站线路l1i有功和无功功率损耗概率计算公式分别为：
第一变电站线路l1i有功和无功功率损耗平均值分别按照下面两个式子：
第二变电站线路l2i有功和无功功率损耗概率密度函数fl2plossi(y)、fl2qlossi(y)计算所需的变压器高压侧电压值以及线路有功功率和无功功率从电网能量管理系统ems获取其实时值，第二变电站线路l2i有功和无功功率损耗概率计算公式分别为：
第二变电站线路l2i有功和无功功率损耗平均值分别按照下面两个式子：
第一变电站和第二变电站高压母线负荷有功功率计算公式为：
p′dt1＝pd1+δpt1loss；
p′dt2＝pd2+δpt2loss；
第一变电站和第二变电站高压母线负荷无功功率计算公式为：
q'dt1＝qd1+δqt1loss；
q'dt2＝qd2+δqt2loss；
第一变电站的nl1条输入线路中一条线路故障并退出运行即nl1-1、两条线路同时故障并退出运行即nl1-2、...、a条线路同时故障并退出运行即nl1-a、...、nl1条线路同时故障并退出运行即nl1-nl1的概率计算公式为：
...
...
式中pl1i为第一变电站第i条线路的故障率，i＝1,2,...,nl1。
第二变电站的nl2条输入线路中一条线路故障并退出运行即nl2-1、两条线路同时故障并退出运行即nl2-2、...、a条线路同时故障并退出运行即nl2-a、...、nl2条线路同时故障并退出运行即nl2-nl2的概率计算公式为：
...
...
式中pl2i为第二变电站第i条线路的故障率，i＝1,2,...,nl2。
第一变电站的nl1条线路有功功率损耗平均值计算公式为：
第二变电站的nl2条线路有功功率损耗平均值计算公式为：
第一变电站的nl1条线路无功功率损耗平均值计算公式为：
第二变电站的nl2条线路无功功率损耗平均值计算公式为：
s6：从电网能量管理系统ems获取相关数据，计算第一变电站和第二变电站变压器有功和无功功率损耗平均值δpt1loss和δqt1loss、δpt2loss和δqt2loss：
首先确定每台变压器有功和无功功率损耗概率密度函数，从电网能量管理系统ems获取变压器高压侧电压值以及变压器有功功率和无功功率的实时值，即可计算第一变电站变压器t1i有功和无功功率损耗概率密度函数ft1plossi(y)、ft1qlossi(y)。第一变电站变压器t1i有功和无功功率损耗概率计算公式分别为：
第一变电站变压器t1i有功和无功功率损耗平均值分别按照下面两个式子：
第二变电站变压器t2i有功和无功功率损耗概率计算公式分别为：
第二变电站变压器t2i有功和无功功率损耗平均值分别按照下面两个式子：
第一变电站的nt1台变压器中一台变压器故障并退出运行即nt1-1、两台变压器同时故障并退出运行即nt1-2、...、a台变压器同时故障并退出运行即nt1-a、...、nt1台变压器同时故障并退出运行即nt1-nt1的概率计算公式为：
...
...
式中pt1i为第一变电站第i台变压器的故障率，i＝1,2,...,nt1。
第二变电站的nt2台变压器中一台变压器故障并退出运行即nt2-1、两台变压器同时故障并退出运行即nt2-2、...、a台变压器同时故障并退出运行即nt2-a、...、nt2台变压器同时故障并退出运行即nt2-nt2的概率计算公式为：
...
...
式中pt2i为第二变电站第i台变压器的故障率，i＝1,2,...,nt2。
第一变电站的nt1台并列运行变压器有功功率损耗平均值计算公式为：
第二变电站的nt2台并列运行变压器有功功率损耗平均值计算公式为：
第一变电站的nt1台并列运行变压器无功功率损耗平均值计算公式为：
第二变电站的nt2台并列运行变压器无功功率损耗平均值计算公式为：
s7：假设第一变电站和第二变电站之间高压联络线从第一变电站向第二变电站输送有功和无功功率及其概率为分别ptl11和pr(ptl11)、qtl11和pr(qtl11)，第一变电站和第二变电站之间高压联络线从第二变电站向第一变电站输送有功和无功功率及其概率为分别ptl12和pr(ptl12)、qtl12和pr(qtl12)，第一变电站和第二变电站之间低压联络线从第一变电站向第二变电站输送有功和无功功率及其概率为分别ptl21和pr(ptl21)、qtl21和pr(qtl21)，第一变电站和第二变电站之间低压联络线从第二变电站向第一变电站输送有功和无功功率及其概率为分别ptl22和pr(ptl22)、qtl22和pr(qtl22)，计算高、低压联络线有功和无功功率损耗平均值δptl1loss和δqtl1loss、δptl2loss和δqtl2loss，其计算公式为：
δptl1loss＝pr(ptl11)ptl11+pr(ptl12)ptl12；
δqtl1loss＝pr(qtl11)qtl11+pr(qtl12)qtl12；
δptl2loss＝pr(ptl21)ptl21+pr(ptl22)ptl22；
δqtl2loss＝pr(qtl21)qtl21+pr(qtl22)qtl22；
s8：计算两站单级多元件供电系统有功和无功功率损耗的平均值，其计算公式为：
δploss＝δpl1loss+δpl2loss+δpt1loss+δpt2loss+δptl1loss+δptl2loss
δqloss＝δql1loss+δql2loss+δqt1loss+δqt2loss+δqtl1loss+δqtl2loss。
本实施例同时考虑电网运行方式和负荷的不确定性和随机性，通过电网能量管理系统ems获取电网运行的数据，在考虑电网运行方式的不确定性时主要是引入变压器、线路等设备的不确定性运行状态，在考虑负荷的不确定性时主要引入负荷的不确定性状态，假设电网运行方式变化和负荷的波动均服从正态分布，在概率分析的基础上计算电网有功功率和无功功率损耗的平均值。通过本实施例的方法，可以计算出在一定运行周期(1小时、1天、1月、1年、5年、10年等)内两站单级多元件供电系统有功功率和无功功率损耗的平均值。反映了并列运行变压器和线路有功和无功功率波动特性及其概率特征、变压器并列运行方式、并列运行变压器和线路故障情况和检修计划等，为电网调度运行以及线路和变压器检修计划提供技术支撑。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
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