一种故障风险及全寿命周期成本影响的配电变压器优选方法，该方法量化了配电变压器在不同过载情况下的故障风险，明确了全寿命周期模型中各成本构成，通过在模型中加入故障风险，得到计及故障风险的全寿命周期成本，并结合决策树方法对因配变过载引起的容量选择风险进行评估决策，以确定最优配电变压器选型方案。本发明专利技术提出的配电变压器优选方法，综合比较了配变全寿命周期中各项成本，实现配变容量选取的节能性、经济性统一，同时考虑了配变过载情况下的故障风险，使得修正后的全寿命周期模型更符合实际情况，为配变优选提供了更可靠的成本数据支持。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统节能规划
，尤其涉及一种考虑故障风险及全寿命周 期成本影响的配电变压器优选方法。
技术介绍
变压器是电力系统运行的主要设备，在其变换电压和传输功率的过程中，自身要 产生有功功率损耗和无功功率损耗。尽管配电变压器的效率已达到95%~99%，但由于其 使用数量巨大和长时间连续运行，其损耗累计值是相当可观的。据统计，全国电网中变压器 的损耗约占总发电量的3%以上。因此，有必要研究变压器的经济运行模式，通过合理地选 择变压器的型号及容量来达到节约电能的目的。 长期以来，电力企业在配电网改造中往往关注运行初次改造成本，而忽略电力设 备在全寿命周期内运行维护成本所占比重更大这一事实，因此在进行配变型号及容量选择 时，要进行各项成本的综合比较。全寿命周期模型（Life Cycle Cost，LCC)是指一个系统 或设备在全寿命周期内，为购置和维持其正常运行所需支付的全部费用，包括从购置产品 到产品运行、维护、退役处置等各个阶段的费用总和。基于全寿命周期成本的配变优选方法 综合考虑了变压器的运行成本与购置维护成本，在保证变压器运行成本尽可能小的情况下 又不因配变容量过大导致初始投资成本过大，实现配变容量选取的节能性、经济性统一。 在实际运行过程中，配变负荷变化是难以预测的。当最大负荷大于配变最大过载 能力时，配电变压器故障概率为平时的几十倍以上，由此带来的供电中断损失和故障检修 费用相当可观，直接影响了电力系统的供电稳定性。因此，在进行配变选型时，应结合各类 配变的过载能力，在全寿命周期成本模型计算中加入故障风险倍率，量化配变过载运行的 故障风险，使得LCC模型更符合实际情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对配电网变压器实际负载与损耗情况，提出一种故障风险 及全寿命周期成本影响的配电变压器优选方法，为电力系统节能减排规划提供技术支持。 本专利技术为解决上述技术问题的方案为： 包括以下步骤： 步骤1 :分析配电变压器实际运行负荷与损耗情况，确定不同可行的配变类型选 择方案Xi。 步骤2 :统计分析台区历史负荷数据，预测待选择配电变压器全寿命周期内可能 出现的不同最大负荷及其概率。 步骤3 :量化各方案配电变压器在不同最大负荷X下的故障风险，计为： 式中，ΘΗ为在最大负荷X下，配电变压器的热点温度；P J0H|X)为考虑观测变量 X后，ΘΗ的概率密度函数；λ (t I θ H)为配变热点温度达到0"时，发生故障的概率密度函 数；R( θ H)为配变故障风险成本，若故障发生其值为故障成本CFe，故障不发生其值为零。 步骤4 :将待选方案中配电变压器全寿命周期成本划分为五个部分，分别是：投资 成本Cie、运行成本Cik、检修维护成本C Me、故障成本Crc和退役处置成本C De，得到全寿命周期 成本模型为： Clcc - C ic+C〇c+Cmc+Cfc+Cdc 由于故障成本在不同过载情况下存在不确定性，故用故障风险Risk(RlX)代 替故障成本(^对模型进行修正，得到计及故障风险的全寿命周期成本C ^为：C ^ = Cic+C0c+CMC+Ri sk (R|X)+Cdc 分析各部分成本特点，确定成本计算公式，完成各方案在不同过载情况下计及故 障风险的全寿命周期成本的计算。 步骤5 :将修正后的计及故障风险的全寿命周期成本作为各方案在自然状态 下的损益值，计算各方案的损益期望E (X1)，具体为 式中，E(X1)为方案\的损益期望值；Px]为步骤2中所得不同最大负荷X ,出现的 概率；(Qee) U为方案X i在最大负荷为X ;时的损益值。 步骤6 :运用剪枝决策进行待选方案的筛选，确定最优配变选型方案，对比各方案 损益期望值，将舍弃的方案分枝去掉，最终只保留一条损益期望值最低的方案分枝；若剪枝 后留下的方案期望损益值相等或相近，则根据离差最小原则，对成本相等或相近的几种方 案再次进行决策。 步骤2中所述配电变压器全寿命周期内可能出现的不同最大负荷（即过载程度） 及其概率的预测采用灰色系统理论GM(1，1)模型实现时，模型预测公式为： 式中，参数a、u采用最小二乘法估算确定。 步骤3中所述量化各方案配电变压器在不同最大负荷X下的故障风险，量化方法 为：结合广泛运用于设备老化失效过程的Weibull分布，变压器故障函数λ (t)可表示为 式中，β为形状参数，η为特征寿命参数；为了在Weibull分布中引入过载时热 点温度的影响，令η为变压器绝缘寿命Lt;由实验证明，变压器绝缘寿命和时间及温度的 关系服从Arrhenius反应原理，有： 其中，B、C为实验测得的经验常数，ΘΗ为绕组热点温度；将n带入λ⑴中，得 到变压器的Arrhenius-Weibull故障模型，故障率表达式为： 式中，参数β通过最小二乘法或极大似然法来估计。 步骤4中所述运行成本(^应分为两个部分，一部分为配变运行过程中因功率损耗 而产生的费用，包括固定功率损耗成本和可变功率损耗成本；另一部分为不同类型配变接 入电网后引起供电线路电流变化而造成的网损变化成本。 步骤4中所述故障成本(^主要包括故障维修费用C Μ和故障损失费用C y Crc可表 不为：Cfc - C M+CL 其中，故障检修费用包括迀拆故障设备费用、运输故障变压器费用、安装新设备费 用；故障损失费用包括用电中断损失费用、变压器故障寿命折损费用。 步骤6中所述离差最小原则可表述为： 式中，σ i为方案&的离差；E (X1)为方案损益期望值；为方案Χι在不 同过载程度下的最小损益值，此处Cl1,= (C^) 1]<3 本专利技术的有益效果是，与现有技术对比，本专利技术的优点在于综合比较了配变全寿 命周期中的各项成本，实现配变容量选取的节能性、经济性统一，同时考虑了配变过载情况 下的故障风险，使得修正后的全寿命周期模型更符合实际情况，为配变优选提供了更可靠 的成本数据支持。本专利技术提出的计及故障风险的全寿命周期成本配电变压器优选方法，增 加了电力企业在节能减排大战略下进行电网节能规划的现实性与可操作性。【附图说明】 图1为本专利技术考虑的操 作流程图。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。 -种考虑，综合比较了配 电变压器全寿命周期中各项成本，实现配变容量选取的节能性、经济性统一，同时考虑了配 变过载情况下的故障风险，使得修正后的全寿命周期模型更符合实际情况，为配变优选提 供了更可靠的成本数据支持。 结合图1的操作流程图，实施例的具体过程为： 步骤1 :分析配电变压器实际运行负荷与损耗情况，确定不同可行的配变类型选 择方案Xi; 步骤2 :统计分析台区历史负荷数据，预测待选择配电变压器全寿命周期内可能 出现的不同最大负荷（即过载程度）及其概率。最大负荷及其概率的预测采用灰色系统理 论GM(1，1)模型实现，模型预测公式为 式中参数a、u采用最小二乘法估算确定； 步骤3 :结合Weibull分布和Arrhenius原理，量化各方案配电变压器在不同最大 负荷X下的故障风险，计为：[00当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种故障风险及全寿命周期成本影响的配电变压器优选方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：分析配电变压器实际运行负荷与损耗情况，确定不同可行的配变类型选择方案xi；步骤2：统计分析台区历史负荷数据，预测待选择配电变压器全寿命周期内可能出现的不同最大负荷及其概率；步骤3：量化各方案配电变压器在不同最大负荷X下的故障风险，计为：Risk(R|X)=∫t0t1∫θH0θH1Pr(θH|X)×λ(t|θH)×R(θH)dθHdt]]>式中，θH为在最大负荷X下，配电变压器的热点温度；Pr(θH|X)为考虑观测变量X后，θH的概率密度函数；λ(t|θH)为配变热点温度达到θH时，发生故障的概率密度函数；R(θH)为配变故障风险成本，若故障发生其值为故障成本CFC，故障不发生其值为零；步骤4：将待选方案中配电变压器全寿命周期成本划分为五个部分，分别是：投资成本CIC、运行成本COC、检修维护成本CMC、故障成本CFC和退役处置成本CDC，得到全寿命周期成本模型为：CLCC＝CIC+COC+CMC+CFC+CDC由于故障成本在不同过载情况下存在不确定性，故用故障风险Risk(R|X)代替故障成本CFC对模型进行修正，得到计及故障风险的全寿命周期成本CLCC为：CLCC＝CIC+COC+CMC+Risk(R|X)+CDC分析各部分成本特点，确定成本计算公式，完成各方案在不同过载情况下计及故障风险的全寿命周期成本的计算；步骤5：将修正后的计及故障风险的全寿命周期成本CLCC作为各方案在自然状态下的损益值，计算各方案的损益期望E(xi)，具体为E(xi)=Σj=1m(CLCC)ijPXj]]>式中，E(xi)为方案xi的损益期望值；PXj为步骤2中所得不同最大负荷Xj出现的概率；(CLCC)ij为方案xi在最大负荷为Xj时的损益值；步骤6：运用剪枝决策进行待选方案的筛选，确定最优配变选型方案，对比各方案损益期望值，将舍弃的方案分枝去掉，最终只保留一条损益期望值最低的方案分枝；若剪枝后留下的方案期望损益值相等或相近，则根据离差最小原则，对成本相等或相近的几种方案再次进行决策。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡蕾，辛建波，范瑞祥，廖志军，曹蓓，马迪，
申请(专利权)人：国网江西省电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江西;36
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