碳中和目標(biāo)下配電變壓器低碳優(yōu)化設(shè)計(jì)

高娃

摘 ?要：配電變壓器是電力運(yùn)行系統(tǒng)的重要組成部分，其電能輸出損耗量較大。在碳中和目標(biāo)下優(yōu)化配電電壓器尤為重要，研究碳中和目標(biāo)下配電變壓器低碳優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)整供電電壓水平，改良變壓器指標(biāo)計(jì)算模型，優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償線路實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制，從而達(dá)到配電變壓器低碳優(yōu)化目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配電變壓器優(yōu)化后與優(yōu)化前相比，月耗電量平均可以減少24.46 KWh，優(yōu)化過(guò)后有效控制電能損耗量，優(yōu)化配電變壓器具有重要意義。

關(guān)鍵詞：碳中和;配電變壓器;電壓水平;配電控制模型;無(wú)功補(bǔ)償路線;

0引言

為了保護(hù)人類生存環(huán)境提出了碳中和目標(biāo)，在社會(huì)中，每個(gè)人都會(huì)排放二氧化碳，企業(yè)和團(tuán)體在發(fā)展時(shí)，也會(huì)排放大量的二氧化碳。我們通過(guò)節(jié)能減排的方法和節(jié)能手段抵消我們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳含量，這就是碳中和目標(biāo)內(nèi)容?？梢杂行ПＷo(hù)環(huán)境。越來(lái)越多企業(yè)和大型活動(dòng)在碳中和目標(biāo)下采用環(huán)保的新型技術(shù)和材料[1]。在碳中和目標(biāo)下，人們的生活更加綠色健康，社會(huì)生產(chǎn)才能更加持續(xù)化，從而真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)社會(huì)的綠色發(fā)展。在碳中和目標(biāo)下，越來(lái)越多的電力企業(yè)重視低碳節(jié)能，其中優(yōu)化配電變壓器就是節(jié)能的最好方式。配電變壓器在進(jìn)行工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量電能損耗，會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，配電變壓器產(chǎn)生損耗主要分為兩個(gè)部分，分別是渦流損耗和磁滯損耗，所以需要對(duì)配電變壓器進(jìn)行優(yōu)化，降低二氧化碳排放量。

1碳中和目標(biāo)下配電變壓器低碳的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 調(diào)整供電電壓水平

配電變壓器在電力運(yùn)行系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，它是供電系統(tǒng)動(dòng)能來(lái)源，所以電力企業(yè)在進(jìn)行節(jié)能減排時(shí)，更重視配電變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在優(yōu)化后，可以達(dá)到配電變電壓的低碳節(jié)能效應(yīng)。配電變壓器在進(jìn)行電力輸出時(shí)，由于配電變壓器本身原因，導(dǎo)致部分電能流失損耗掉了，所以優(yōu)化配電變壓器降低電能損耗尤為重要。配電變壓器是控制供電電壓的主要設(shè)備，供電電壓的大小會(huì)影響變壓器電能損耗程度，可以根據(jù)區(qū)域內(nèi)用電使用情況實(shí)行電壓控制，把電壓水平控制在合理范圍之內(nèi)，調(diào)整供電電壓水平，實(shí)現(xiàn)變壓器低碳節(jié)能。我們?cè)谔峁╇娏χ?，需要利用大?shù)據(jù)分析方法，了解每個(gè)區(qū)域具體用電總量和階段用電情況以及區(qū)域內(nèi)變壓器容量大小。因?yàn)闀r(shí)間段不同，用電量也有很大差異，所以需要制定階段性供電壓力水平，不斷優(yōu)化配電變壓器電壓層次，從而達(dá)到低碳效果。

1.2改良變壓器配電控制模型

對(duì)配變進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要改進(jìn)配變的模型，優(yōu)化后的模型可以提高配變的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、性能指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)[2]。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就是將變壓器損耗電能降低到最小值，節(jié)約供電和運(yùn)行成本;配電變壓器性能指標(biāo)指的是在改良基礎(chǔ)上提高供電效率和穩(wěn)定性;環(huán)境指標(biāo)就是變壓器低碳追求的目標(biāo)，要減少二氧化碳排放量，保護(hù)環(huán)境，電能損耗會(huì)產(chǎn)生很多二氧化碳，所以控制電能損耗可以降低二氧化碳排放量。在變壓器配電控制模型中可以用線性函數(shù)控制指標(biāo)，如公式（1）所示。

公式（1）中M表示各個(gè)指標(biāo)的優(yōu)化量，指標(biāo)優(yōu)化量屬于H可行性域集，其中f（M）表示目標(biāo)函數(shù)，不等式約束因子和等式約束因子分別用Fi和Ki表示。優(yōu)化指標(biāo)計(jì)算模型，為實(shí)際變電器優(yōu)化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，通過(guò)配電控制模型，可以計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)最優(yōu)化值，可以更加精準(zhǔn)的控制配電變電器電壓值。

1.3優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償線路實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制

在配電變電器裝置中優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償線路，無(wú)功補(bǔ)償線路是提高電能輸出最重要的設(shè)備之一，能夠有效控制電能損耗，所以加強(qiáng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償線路的優(yōu)化，可以減少更多電能輸出時(shí)帶來(lái)的損耗[3]。無(wú)功補(bǔ)償線路由補(bǔ)償裝置組合而成，所以在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，一定要選擇合理的零件設(shè)備，最大程度減少電能損耗，提高電能質(zhì)量。如圖1所示，表示無(wú)功補(bǔ)償線路圖。

在無(wú)功補(bǔ)償路線中安裝自動(dòng)調(diào)容設(shè)備，可以將無(wú)功補(bǔ)償線路進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)，在串聯(lián)和并聯(lián)線路基礎(chǔ)上，設(shè)置調(diào)容開關(guān)。調(diào)容開關(guān)可以起到控制作用，如果沒(méi)有采用無(wú)功補(bǔ)償線路裝置，在配電變壓器在進(jìn)行電能輸出時(shí)，輸出的電力可能超出區(qū)域需求量，導(dǎo)致很多電能在輸出途中出現(xiàn)浪費(fèi)情況[4]。而調(diào)容開關(guān)能夠有效解決這一情況，它可以通過(guò)配電變壓器裝置下的自動(dòng)感受器，接收實(shí)際用電數(shù)據(jù)，根據(jù)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)分析輸出用戶用電需求量，根據(jù)區(qū)域用電需求實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制，確保電力輸出能夠得到有效利用，優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償線路可以控制輸出電能量，自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓壓力。

2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

配電變壓器分為非晶合金配電變壓器和冷軋硅鋼配電變壓器兩種類型，為了實(shí)現(xiàn)非晶合金和冷軋硅鋼配電變壓器低碳目標(biāo)，分析配電變電壓在優(yōu)化后的低碳節(jié)能效應(yīng)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之前，我們將A1、A2、A3、A4、A5區(qū)域的住房用電配電作為測(cè)試背景條件，經(jīng)調(diào)查，該區(qū)域住戶用電基本信息，如下表1所示。

根據(jù)表1可以了解到每個(gè)區(qū)域用戶總數(shù)，由于某種因素，入住率達(dá)不到百分之百，所以我們要調(diào)查這個(gè)區(qū)域內(nèi)用戶的入住率。根據(jù)5個(gè)區(qū)域入住率的多少，投入不同容量的配電變壓器，采用變壓器無(wú)功損耗計(jì)算方法，計(jì)算出五個(gè)區(qū)域優(yōu)化前后配電變壓器電能損耗量。計(jì)算公式如下所示。

公式（2）中，A表示配電變壓器的電能損耗量，用h表示空載無(wú)功損耗，將負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)表示為m，kt和q分別表示為平均負(fù)載系數(shù)和額定負(fù)載漏磁功率。利用上述公式計(jì)算出5個(gè)區(qū)域電量損耗值，將配電變壓器優(yōu)化前后的電能損耗值進(jìn)行對(duì)比。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了響應(yīng)國(guó)家碳中和目標(biāo)，對(duì)配電電壓器進(jìn)行優(yōu)化，我們將配電變壓器優(yōu)化前后進(jìn)行對(duì)比，研究?jī)?yōu)化后電能損耗量。選取5個(gè)配電變壓器容量和入住率不同的區(qū)域，配電變壓器優(yōu)化前后電能損耗量如圖2所示。

由圖2可知，配電變壓器優(yōu)化后與優(yōu)化前的月耗電量進(jìn)行對(duì)比，在配電變壓器容量相同時(shí)，優(yōu)化后的配電變壓器月耗電量均比優(yōu)化前減少了。根據(jù)計(jì)算得出，在配電變壓器容量為50kVA、100 kVA、150 kVA、200 kVA、250 kVA優(yōu)化后月耗電能分別減少了，17.8 KW.h、28.4 KW.h、29.7 KW.h、34.8 KW.h、11.6 KW.h。優(yōu)化后月耗電量能夠平均減少24.46 KW.h。在碳中和目標(biāo)下進(jìn)行配電變壓器的優(yōu)化，能夠有效減少電能的損耗，從而實(shí)現(xiàn)配電變壓器節(jié)能減排。

3結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)選取高效能非晶合金配電變壓器，對(duì)配電變壓器低碳計(jì)算模型進(jìn)行優(yōu)化，最終采用無(wú)功補(bǔ)償線路實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制，可以有效降低二氧化碳排放量，分區(qū)控制可以減少配電變壓器工作功率，從而達(dá)到低碳目標(biāo)。本文只對(duì)配電變壓器的節(jié)能效果進(jìn)行分析，沒(méi)有考慮配電效能是否滿足需求，希望在下一次研究中在配電效能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上對(duì)低碳配電變壓器進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

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