地区电网变压器经济运行研究

上海交通大学硕士学位论文地区电网变压器经济运行研究姓名：汪宇霆申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：张焰20090101上海交通大学硕士学位论文摘要第I页地区电网变压器经济运行研究摘要地区电网中的变压器数量多，总容量大，能量损耗也十分可观。通过研究地区电网变压器经济运行问题，在不增加投资的情况下，根据负荷变化合理安排变压器运行方式，对于减少变压器损耗，指导电网节能管理，提高电网供电能力，有效实施“节能减排”这一国策具有重要的现实意义和历史意义。变压器经济运行是指在一定负荷水平下，通过优化确定变压器昀佳运行方式以及合理调整各台变压器负载率，使变压器达到昀经济的运行状态。传统的变压器经济运行的优化对象为单个变电站，少有考虑变电站的优化运行对整个电网的影响以及各个变电站运行方式的相互配合，也没有针对不同负荷时段调整变压器运行方式，难以指导一段时间内地区电网变压器的经济运行。针对地区电网变压器经济运行问题，本文首先研究了变压器经济运行曲线的拟合，以获得准确的变压器参数，并根据获得的参数对变压器经济运行状态进行初步判断。为有效计算变压器不同运行方式下的地区电网潮流，本文改进了配电网的回路电流潮流算法，并基于此提出了可以计算含有弱环网和PV节点的配电网潮流通用算法。通过对PE&G的69节点配电网进行潮流计算，表明本文提出的改进算法具有较高的效率和收敛性，适用于计算变压器不同运行方式下的配电网潮流。在上述研究的基础上，本文建立了地区电网多时段变压器运行方式的组合优化模型，设计了一种禁忌搜索算法求解该模型，并编制了基于该禁忌搜索算法的地区电网变压器经济运行程序。通过对华东某上海交通大学硕士学位论文摘要第II页地区电网变压器经济运行方式安排的算例分析，表明本文提出的算法可以有效地寻找到昀经济的变压器运行方式。关键词：变压器经济运行；经济运行曲线拟合；回路电流潮流算法；禁忌搜索算法上海交通大学硕士学位论文ABSTRACT第III页ResearchonTransformerEconomicOperationinDistributionSystemAbstractTherearemanylargecapacitytransformersthatcausealotlossofpowerindistributionsystem.Economicconfigurationfortransformeroperationconsideringtheloadchangecanbeestablishedbystudyingtransformereconomicoperationproblemindistributionsystem,whichhelpstoreducethelossofpowerindistributionsystemwithoutadditionalinvestment.Researchontransformereconomicoperationcaninstructtheenergysavingmanagementindistributionsystemandimprovethepowersupplyabilityofdistributionsystem.Italsohashistoricalandrealitysignificanceineffectivelyexecutingthestatepolicyof“Energysavingandemissionreduction”.Transformereconomicoperationisdefinedasfollows:Underacertainloadlevel,transformersindistributionsystemcanoperateinthemosteconomicwaybyselectingtheoptimaloperationfortransformersandadjustingtheloadrateoftransformers.Traditionaltransformereconomicoperationoptimizesasinglesubstation.Theinfluenceofoptimizedtransformeroperationonthewholesystemandthecollaborationbetweendifferentsubstationsareseldomconsidered.Adjustmentoftransformeroperationindifferentperiodsofloadisnotconsideredeither.Soitishardtousetraditionaltransformereconomicoperationmethodstoinstructtheeconomicoperationfortransformersindistributionsysteminaperiodoftime.Tosolvetheseproblems,thispaperfirststudiesthefittingoftransformereconomicoperationcurvetogetaccuratetransformerparametersandtoevaluatetheoperationstatusoftransformersinitially.Toefficientlycalculatethedistributionsystempowerflowunderdifferent上海交通大学硕士学位论文ABSTRACT第IV页transformeroperations,thispaperimprovedtheloop-currentpowerflowmethodanddesignedageneralpowerflowalgorithmformesheddistributionsystemswithPVbuses.BysolvingthepowerflowinPE&G69-bussystem,itisverifiedthattheimprovedalgorithmhasgoodefficiencyandconvergencyandcanbeusedtosolvedistributionsystempowerflowunderdifferenttransformeroperations.Basedontheresearchabove,thispaperbuildsthecombinatorialoptimizationmodelfortransformereconomicoperationinseveralperiodsoftimeindistributionsystemanddesignsatabusearchalgorithmtosolvethemodel.Finally,thispaperintroducedthetransformereconomicoperationprogrambasedonthetabusearchalgorithmandusestheprogramtofindtheoptimaltransformereconomicoperationinadistributionsysteminEastChina.Theresultshowsthatthealgorithmcanefficientlyfindthemosteconomictransformeroperation.Keywords:transformereconomicoperation,fittingofeconomicoperationcurve,loop-currentpowerflowmethod,tabusearchalgorithm上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：汪宇霆日期：2009年2月2日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：张焰日期：2009年2月2日日期：2009年2月2日上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第1页第一章绪论1.1研究背景及意义近年来，面对我国日益严峻的环境问题和能源问题，政府在全国范围内积极实施“节能减排”政策，要求在“十一五”期间，实现单位国内生产总值能耗降低20％、主要污染物排放总量减少10％的节能减排目标。该目标能否实现，关键在于各部门各行业对“节能减排”政策能否有效执行。就能源使用效率来看，我国电力工业的能源利用效率同国际先进水平差距较大，电力行业作为耗能大户，在“节能减排”中占据突出位置，可以说电力行业“节能减排”政策执行的好坏，直接关系到国家整个环保节能目标实现的成功与否[1]。电网降损和建立电网节能管理系统是实现电力工业“节能减排”的两个重要措施。电网自身能耗主要来自于电力线路与变压器的损耗，其中，电力变压器作为电力系统中实现电能转换与分配的电气设备，其运行方式的变化对电网损耗影响很大。而地区电网由于变压器台数多，总容量大，变压器在电能转换过程中的损耗占电网总损耗的30%左右，变压器总电能损耗十分可观[2]，因此设法降低变压器能耗以及变压器运行引起的电网损耗是十分必要的。此外，建立电网节能管理系统也是促进“节能减排”的有效措施，变压器经济运行作为一种不用硬件投资就能节电的技术，应用于电网节能管理系统中，可指导电网节能运行，取得显著节电效果[3]。地区电网变压器经济运行是指在通过负荷预测等技术获知一定时间段内负荷水平的情况下，择优选取地区电网中各变压器的昀佳运行方式和合理调整各台变压器的负载，使整个地区电网达到经济运行状态[4]。由于有些变电站内的变压器容量大小不一，技术特性存在差异，且变压器有功和无功损耗随负载呈非线性变化，特别变压器台数多、有备用的情况下，投入哪一台或者运行哪几台变压器等都需要通过对各种可能的组合方式进行比较判定，寻找合适的经济运行方案，使地区电网达到昀经济状态，降低电能损耗，提高供电效率。变压器经济运行不用多增加投资，充分利用现有设备条件，即可达到节电和降低电网运行成本的目的，因此深入开展地区电网变压器经济运行方式优化研究具有十分重要的意义。1.2国内外研究现状关于变压器经济运行问题的研究，国内外已经有不少文献报道，但主要集中上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第2页在对单个变电站内多台变压器运行方式之间的选择上。例如：文献[2]通过分析各种运行方式下的变压器经济运行曲线，确定在不同负载条件下的昀佳运行方式，使变压器的损耗昀小。在变电站接线方式较为简单、变压器运行方式可以分为单台运行或多台并联运行以及分裂运行的情况下，需要选择昀合理的变压器运行台数，对不同规格的变压器还需要选择是哪几台变压器运行，文献[5]研究了这种情况下的变压器运行方式选择。文献[6]研究了在变电站接线方式复杂、变压器运行方式不能由经济运行曲线描述的情况下，通过潮流计算确定使变电站损耗昀小的运行方式。变电站安全稳定运行受变压器及开关寿命的约束，变压器不可能在每个经济运行转折点都能保持昀优运行方式，文献[4]研究了在限定变压器投切次数的情况下，按高峰和低谷负荷，进行两阶段变压器经济运行。文献[7]研究了通过SCADA系统对变压器进行投切操作