基于禁忌搜索算法的城區(qū)10kV變壓器組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究

李景東

摘要：由于居民用電的峰谷差較大，不利于變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為此，研究變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)供電企業(yè)的節(jié)能降損具有很好的意義。本文提出采用禁忌搜索算法，以變壓器的投切次數(shù)為約束，對(duì)變壓器組備選投切點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)選、組合，選出最合理的投切方案，從而實(shí)現(xiàn)變壓器組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。實(shí)際案例的運(yùn)行結(jié)果表明，該方案簡單實(shí)用，能夠迅速找出最優(yōu)投切策略且避免設(shè)備的頻繁投切，有效提高了供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

Abstract： It is not conducive to the economic operation of the transformer due to the large difference between the peaks and valleys of residential electricity. Therefore， it is of great significance to study the economic operation of the transformer for the energy-saving and loss reduction for power supply enterprise. This paper proposed to use tabu search algorithm. By taking the number of switching times of the transformer as the constraint， it can optimize and combine the switching points of the transformer group to select the most reasonable switching scheme and realize the economic operation of the transformer group. The operations results of the actual case show that the scheme is simple and practical， it can quickly find the optimal switching strategy and avoid frequent switching of equipment， and effectively improve the economic benefits of the power supply enterprise.

關(guān)鍵詞：禁忌搜索算法；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；節(jié)能；10kV變壓器組

Key words： tabu search algorithm；economic operation；energy saving；10kV distribution transformer group

中圖分類號(hào)：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2019）02-0173-03

0 引言

電力系統(tǒng)中變壓器的容量和數(shù)量均占有很大的比重，廣泛應(yīng)用于電能的生產(chǎn)、輸送、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，隨之使用而帶來的損耗也是相當(dāng)可觀[1-2]。相關(guān)資料介紹，變壓器運(yùn)行所帶來的電能損耗達(dá)到電力系統(tǒng)總損耗的50%左右，達(dá)到發(fā)電總量的10%左右。所以將變壓器自然運(yùn)行方式改造為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，是減小電能損耗，提高運(yùn)行效率，節(jié)能減排最為有效的方法之一[3-5]。

變壓器作為使用最為廣泛的電氣設(shè)備，其類型、型號(hào)，參數(shù)都不盡相同。選擇合適的運(yùn)行方式及投切方案是變壓器能否在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)運(yùn)行的關(guān)鍵。目前各大高校、科研機(jī)構(gòu)相關(guān)研究也很多，在電網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，涌現(xiàn)出許多出色的研究成果[6]。隨著科技進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實(shí)時(shí)檢測與控制有了很大的優(yōu)勢，在變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究領(lǐng)域起到了積極的推進(jìn)作用。沈陽工業(yè)大學(xué)開發(fā)的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行軟件，能夠?qū)Ω黝愖儔浩髦g經(jīng)濟(jì)運(yùn)行臨界值進(jìn)行計(jì)算[7]；鄭州大學(xué)研發(fā)了一套針對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控的軟件系統(tǒng)[8]，它主要由硬件和上位機(jī)軟件組成，該系統(tǒng)能夠?qū)ψ儔浩鬟\(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，然后再通過軟件對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。

本文依據(jù)居民小區(qū)用電負(fù)荷分時(shí)段變化明顯，用電高峰時(shí)間相對(duì)集中，限時(shí)負(fù)荷遠(yuǎn)小于高峰時(shí)段的特點(diǎn)，對(duì)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法做了理論上的研究，合理性仿真和節(jié)電量計(jì)算，分析其改造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。實(shí)際案例的投切方案表明了變壓器組運(yùn)行的成本能夠降到最低，有效提高了供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本理論

變壓器的綜合功率損耗包括：變壓器本體的有功功率損耗和由于變壓器勵(lì)磁消耗無功功率而導(dǎo)致有功功率損耗。通過綜合功率損耗的概念可知，綜合功率損耗的研究是從系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的角度出發(fā)，考慮節(jié)電的運(yùn)行方式。但在節(jié)約有功電量的同時(shí)，也應(yīng)考慮節(jié)約無功電量，進(jìn)而減少系統(tǒng)的供電網(wǎng)損。

由圖1可知，負(fù)載率的非線性變化促使綜合功率損耗也發(fā)生變化，變壓器采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，就是希望變壓器盡可能長時(shí)間的運(yùn)行在最佳運(yùn)行區(qū)間，減少變壓器在最劣運(yùn)行區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間，在保證對(duì)用戶可靠供電的前提下降低輕載甚至空載帶來的不必要損耗。

2 禁忌搜索算法

禁忌搜索（tabu search，TS）最早由美國科學(xué)家Glover教授在1986年首次提出的。禁忌搜索算法是在部分鄰域搜索的基礎(chǔ)之上，通過一些改進(jìn)得到的一種整體鄰域搜索算法。針對(duì)一般搜索中存在的迂回搜索現(xiàn)象，TS算法解決了這一問題：利用具有存儲(chǔ)能力的結(jié)構(gòu)及其禁忌準(zhǔn)則。除此之外，TS算法中引入了赦免準(zhǔn)則。其作用為將一些不能被使用的優(yōu)良解解放出來，使得有更多種形式的解可以用于搜索，從而可以達(dá)到整體鄰域搜索中的最優(yōu)值。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，TS算法已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如生產(chǎn)調(diào)度、機(jī)器的智能化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、函數(shù)的整體優(yōu)化等。

其中m為一個(gè)周期內(nèi)所有負(fù)荷臨界點(diǎn)的數(shù)目，Xi=0表示在該負(fù)荷臨界點(diǎn)處不動(dòng)作，Xi=1表示在該負(fù)荷臨界點(diǎn)處動(dòng)作。從而可以用m個(gè)元素的向量來表示在該周期內(nèi)哪個(gè)負(fù)荷臨界點(diǎn)進(jìn)行投切，即最優(yōu)策略的解。一個(gè)解向量對(duì)應(yīng)變壓器組的一種投切方式。

按照本文的編碼方式，則可以通過如下方法獲得其鄰域解：設(shè)當(dāng)前解為X，且X中元素Xi的值為1，則令任意一個(gè)其他非1元素Xj=1，且Xi=0，便得到了當(dāng)前解的一個(gè)鄰域解。這種方法相當(dāng)于兩個(gè)元素值相異的兩個(gè)變量Xi與Xj互換。

為了防止變壓器頻繁投切，本文將一天內(nèi)變壓器組允許的投切次數(shù)作為一個(gè)約束條件考慮，并將其加入到算法中?；诮伤阉魉惴ǖ淖儔浩鹘M經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的流程示意圖如圖2所示。

3 算例分析

4 結(jié)束語

本文采用禁忌搜索算法對(duì)變壓器組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行研究。首先，結(jié)合變壓器綜合損耗的理論基礎(chǔ)，給出了變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)；然后，根據(jù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)對(duì)變壓器進(jìn)行投切使其處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域；最后通過禁忌搜索算法對(duì)變壓器投切次進(jìn)行控制。實(shí)際算例的計(jì)算結(jié)果表明，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)于供電企業(yè)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，能夠節(jié)約供電企業(yè)的運(yùn)行成本，建議供電企業(yè)積極推進(jìn)此項(xiàng)工作。

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