分布式電源接入變壓器損耗優(yōu)化模型

陳 默

（國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

0 引 言

在變壓器運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生大量的能耗，并對(duì)分布式電源造成損害，進(jìn)而影響能源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。以往變壓器的節(jié)能降損方法沒(méi)有針對(duì)性地分析節(jié)能減排的具體改進(jìn)，導(dǎo)致研究結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中的可行性偏低[2]。本文考慮分布式電源電壓的穩(wěn)定運(yùn)行，在分布式電源接入的條件下分析了變壓器損耗，提出分布式電源接入的變壓器損耗優(yōu)化模型研究，平衡分布式電源的出力電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變壓器節(jié)能降損，對(duì)于實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的最大化具有十分重要的價(jià)值意義。

1 計(jì)算變壓器的無(wú)功功率損耗

在分布式電源接入供電過(guò)程中，變壓器的功率損耗通常為穩(wěn)態(tài)計(jì)算式，其作為感性負(fù)載，無(wú)功功率損耗占據(jù)大部分。因此，在計(jì)算變壓器損耗時(shí)主要考慮無(wú)功功率損耗。要想實(shí)現(xiàn)變壓器的損耗優(yōu)化，必須通過(guò)計(jì)算的方式確定分布式電源接入供電中的變壓器無(wú)功損耗[3,4]。本文通過(guò)功率因素表示無(wú)功損耗，設(shè)無(wú)功損耗為φ，可得：

式中：P指的是變壓器空載功率損耗，單位為kW；Q指的是變壓器額定容量，單位為kVA。

2 變壓器損耗優(yōu)化模型設(shè)計(jì)

2.1 確定分布式電源節(jié)點(diǎn)注入功率

以變壓器損耗最小為目標(biāo)，構(gòu)建變壓器損耗優(yōu)化模型。首先需要確定分布式電源所在節(jié)點(diǎn)的注入功率，計(jì)算分布式電源初始端迭代注入功率。在一天時(shí)間內(nèi)的負(fù)荷變化為各個(gè)分布式電源所在節(jié)點(diǎn)的固定損耗，這一部分的損耗主要與分布式電源初始端電壓的平方之間成正比例關(guān)系[5]?；诖?，得出分布式電源所在節(jié)點(diǎn)在每個(gè)小時(shí)中的注入功率為：

式中：W1h表示為1 h內(nèi)分布式電源的負(fù)荷功率，t1h表示為1 h內(nèi)負(fù)荷功率的分配系數(shù)，P24h表示為1天時(shí)間內(nèi)的分布式電源注入電量，ΔW24h表示為1天時(shí)間內(nèi)變壓器的總固定損耗，ΔW1h表示為1 h內(nèi)變壓器的固定損耗。其中，每1 h內(nèi)的功率分配系數(shù)是通過(guò)分布式電源在1天時(shí)間內(nèi)接入的電流和電壓記錄確定[6]。根據(jù)式（2）計(jì)算分布式電源所在節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷功率，以此確定分布式電源節(jié)點(diǎn)注入功率。

2.2 平衡分布式電源出力電壓

確定分布式電源節(jié)點(diǎn)注入功率后，研究分布式電源出力電壓對(duì)變壓器損耗的影響，使用靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置監(jiān)測(cè)變壓器，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控變壓器運(yùn)行過(guò)程中的電壓、電流、電阻以及無(wú)功損耗等電能信息的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用計(jì)算分析的方式平衡分布式電源出力電壓。以變壓器電壓變化量為基本參數(shù)，根據(jù)靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的具體使用方法，按照0.9倍的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置空載平衡分布式電源出力電壓[7]。設(shè)此過(guò)程的計(jì)算表達(dá)式為N，具體公式為：

式中：U指的是變壓器運(yùn)行的額定電壓，單位為kV；I指的是靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的空載電流，單位為A。通過(guò)式（3）平衡分布式電源接入出力電壓，進(jìn)而保證變壓器運(yùn)行的節(jié)能效果。在分布式電源接入后增加一定的輔助設(shè)備，根據(jù)變壓器實(shí)際作業(yè)過(guò)程中的控制難易程度進(jìn)行判定，利用靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置完成對(duì)變壓器運(yùn)行電壓的監(jiān)視和操作。監(jiān)控人員可以通過(guò)靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置傳輸?shù)漠?huà)面信息及相關(guān)的數(shù)據(jù)信息及時(shí)調(diào)整分布式電源出力電壓，從而降低變壓器運(yùn)行的能源消耗。分布式電源出力越大，對(duì)電壓的改善越大，但超出一定范圍后，分布式電源出力增大，變壓器損耗也會(huì)超出限定值，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器運(yùn)行失穩(wěn)。

2.3 降低變壓器損耗

結(jié)合上述研究，通過(guò)分布式電源調(diào)整電量輸出與用電負(fù)載，調(diào)節(jié)變壓器負(fù)荷率，并補(bǔ)償變壓器無(wú)功損耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器損耗優(yōu)化的應(yīng)用效果?；诜植际诫娫吹某隽Γㄟ^(guò)靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行，降低變壓器損耗，明確變壓器損耗優(yōu)化模型。設(shè)其計(jì)算表達(dá)式為S，則有：

式中，R指的變壓器的負(fù)荷電流。變壓器的負(fù)荷電流越大，造成的變壓器損耗越大。因此，可以通過(guò)靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功補(bǔ)償，降低變壓器的負(fù)荷電流，進(jìn)而降低變壓器的損耗。為了使分布式電源接入下變壓器能夠在節(jié)能降損的同時(shí)正常地運(yùn)行，需要在變壓器運(yùn)行系統(tǒng)中添加3臺(tái)或3臺(tái)以上的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。以此，變壓器可以根據(jù)分布式電源接入的出力，調(diào)整運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)損耗降低。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文選用某城市電力企業(yè)的分布式電源系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，測(cè)得10個(gè)分布式電源所在節(jié)點(diǎn)下變壓器損耗優(yōu)化模型應(yīng)用前后的變壓器運(yùn)行所需能耗，將應(yīng)用分布式電源接入變壓器損耗優(yōu)化模型的測(cè)試組別設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，將未應(yīng)用模型的測(cè)試組別設(shè)置為對(duì)照組，記錄測(cè)試結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

收集10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將變壓器能源消耗量整理為表，如表1所示。

表1 能源消耗量實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

通過(guò)表1可知，實(shí)驗(yàn)組變壓器能源消耗量更低，能夠起到節(jié)能的應(yīng)用效果。而后，在10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中選取前5組，計(jì)算分布式電源接入后變壓器消耗電量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出兩組變壓器日負(fù)荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖1所示。

圖1 變壓器日負(fù)荷結(jié)果對(duì)比

通過(guò)圖1可知，實(shí)驗(yàn)組分布式電源接入后變壓器的損耗更低，能夠起到降損的應(yīng)用效果。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)實(shí)例分析的方式，證明了設(shè)計(jì)分布式電源接入變壓器損耗優(yōu)化模型在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，實(shí)現(xiàn)了變壓器損耗的降低，為變壓器的實(shí)際運(yùn)行提供了一定的參考價(jià)值。