一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法，包括以下步骤：1)分析待改造的配电网进行电能损耗并进行排序，确定需改造的配电变压器和配电线路及是否增设无功补偿装置；2)建立配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置三类节能改造方案的标准约束条件；3)制定符合标准约束条件的备用节能改造方案；4)计算步骤3)制定各节能改造方案的全寿命周期成本费用及全寿命周期节能效益；5)运用优化决策模型，对剩余的节能改造方案进行排序，挑选出单位效益最大的方案作为最优节能改造方案。本发明专利技术能使经济评价更合理，较好解决实际规划中资金受限问题。

An optimization method for energy saving retrofit of distribution network based on equipment life cycle

The present invention discloses a kind of equipment for the whole life cycle of the distribution network optimization method based on energy saving scheme, which comprises the following steps: 1) for power loss and ranking analysis of distribution network to be modified, to determine the need to transform the distribution transformer and power distribution lines and whether the addition of reactive power compensation device; 2) the establishment of transformation and distribution transformer the distribution line transformation, adding standard constraints of reactive power compensation device of three kinds of energy-saving programs; 3) make alternate energy saving program conforms to the standard constraints; 4) calculated in step 3) make the whole life cycle cost cost of the energy saving program and life cycle energy efficiency; 5) using the optimal decision model of the sort of energy-saving plan remaining, pick out the unit maximum benefit scheme as energy-saving plan optimization. The invention can make the economic evaluation more reasonable and solve the problem of fund limitation in the actual planning.

【技术实现步骤摘要】
一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法
本专利技术涉及配电网节能领域，更具体地说，涉及一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法。
技术介绍
为了应对日趋紧张的能源形势，节约能源是最直接的途径，我国各省都在积极开展配电网节能改造工作。配电网节能改造可以采用增设无功补偿装置、更换节能供配电设备等措施，其节能效果是评价改造目标实现与否的准绳，不同措施节能的原理具有差异，制定合理的评价方法至关重要。配电网的规模决定了其建设改造投资巨大，供电公司可用于配电网节能改造的资金受实际情况的限制，往往以投资小、效益高的改造项目优先为原则开展工作。因此，针对复杂的配电网节能改造成本与效益的关系，为供电公司提供合理的配电网节能改造方案决策方法尤为重要。配电网节能改造工程方案决策的问题上已有一些研究，但是普遍存在配电网节能改造时往往注重改造初期的投资，忽略改造后的相关费用支出的问题，事实上改造后还存在电能损耗、检修维护等运行期间的费用，这些费用与负荷水平、运行年限等因素密切相关，在寿命周期结束时可能存在设备残值，且还需要报废处置费用。针对目前的情况，本专利技术提供的方法从更换节能供配电设备和增设无功补偿装置角度出发，考虑不同类型设备的差异，确定配电网节能改造的研究寿命周期，提出计及负荷季节性变化建立配电网电能损耗费用计算模型和配电变压器检修维护费用分段模型，形成设备全寿命周期框架下的配电网节能改造成本效益模型，并将其标准化后以项目投入资金和改造标准为边界条件进行配电网节能改造方案优化决策。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法，包括以下步骤：步骤S010，结合历史统计数据和理论线损计算数据，对待改造的配电网进行电能损耗分析，对分类设备损耗率进行排序，将损耗率排序位于前10％的设备作为需改造设备的备选对象，若线路首端功率因数越限、末端电压越限，则还需增加无功补偿装置；步骤S020，建立配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置三类节能改造方案的标准约束条件；步骤S030，制定符合步骤S020建立的标准约束条件的备用节能改造方案；步骤S040，计算步骤S030制定各节能改造方案的全寿命周期成本费用CLCC及全寿命周期节能效益，并判断各节能改造方案的CLCC是否大于项目节能改造可用资金上限，剔除超过项目节能改造可用资金上限的节能改造方案；步骤S050，运用优化决策模型，对剩余的节能改造方案进行排序，挑选出单位CLCC效益最大的方案作为最优节能改造方案。在所述步骤S020中，标准约束条件包括项目资金约束条件和改造标准约束条件；项目资金约束条件为CLCC≤M，其中M为项目节能改造可用资金上限；改造标准约束条件包括以下三个条件：1)Szrmin≤Szr≤Szrmax,z∈Nz,Szr∈W,Szt∈Y，其中，Z、NZ分别为需要更换的配电变压器编号及其集合，SZrmin、SZrmax分别为允许更换的配电变压器最小容量和最大容量，W、Y分别为国家标准制定的配电变压器容量集合和型号集合；2)Dmin,k≤Dk≤Dmax,k,k∈Nk，其中，k、Nk分别为需要更换导线或电缆的配电线路编号及其集合，Dk、Dmin,k、Dmax,k分别为第k段线路所选线径、最小可考虑更换线径、最大可考虑更换线径；3)∑Qm≤QLmin，m∈Nm，|Nm|≤nmmax，其中，m、Nm分别为需要增设无功补偿的节点编号及其集合，Qm、QLmin分别为需要增设无功补偿节点的无功补偿容量和配电线路最小无功功率负荷，|Nm|为增设的无功补偿点数，nmmax为允许增设的最大无功补偿点数。在所述步骤S030中，备用节能改造方案具体包括：1)更换损耗过大的配电变压器，配电变压器的容量大小需要满足高峰时期对负载率的规程要求且能够防止长期处于轻载状态，选择符合国家标准和发展趋势的配电变压器型号；2)更换线径不符合改造标准约束条件的导线或者线缆；3)增加2-3个无功补偿装置，确保馈线在无功补偿后不出现无功倒送，且无功补偿装置的总补偿容量不高于配电线路的最小无功功率负荷。在所述步骤S040中，全寿命周期成本费用CLCC＝CI+CO+CM+CD，CI为配电网节能改造设备购置安装费用，CO为配电网节能改造设备运行损耗费用，CM为配电网节能改造设备检修维护费用，CD为配电网节能改造设备报废处置费用；配电网节能改造设备购置安装费用采用以下计算模型：其中，CTI、CLI、CQI分别为配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置在一个研究寿命周期内的购置安装费用，CTIP为配电变压器的购置费用，1.2为计入变压器附件投资和施工费用的系数，PL为导线的单价，L为更换的导线长度，1.61为计入线路附件投资和施工费用的系数，SC为并联电容器容量，i为贴现率，取并联电容器安装费为20元/kvar；配电网节能改造设备运行损耗费用采用以下计算模型：其中，CTO、CLO、CQO分别为配电变压器、配电线路、无功补偿装置在一个研究寿命周期内的损耗费用，CPE为电价，n为研究寿命周期的年数，j为季节编号，α为季节权重，ΔATj、ΔALj分别为对应季节典型日的配电变压器和配电线路日损耗；一个研究寿命周期内的配电网节能改造检修维护费用采用以下计算模型：其中，NM为第1阶段的年检修维护费用，CTM、CLM、CQM分别为一个研究寿命周期内配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置的检修维护费用；配电网节能改造设备报废处置费用采用以下计算模型：其中，CTD、CLD、CQD分别为配电变压器、配电线路、无功补偿装置的报废处置费用，nL为配电线路的寿命周期；全寿命周期节能效益采用以下计算模型：其中，E为研究寿命周期内配电网改造的节能效益，ΔA为改造后每年节省的电量；单位配电网全寿命周期成本的节能效益为其中，ER为单位CLCC产生的节能效益。实施本专利技术一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法，具有以下有益效果：1、本专利技术从更换节能供配电设备和增设无功补偿装置角度出发，考虑不同类型设备的差异，确定配电网节能改造的研究寿命周期，提出计及负荷季节性变化建立配电网电能损耗费用计算模型和配电变压器检修维护费用分段模型，形成设备全寿命周期框架下的配电网节能改造成本效益模型，并将其标准化后以项目投入资金和改造标准为边界条件进行配电网节能改造方案优化决策。2、在配电网节能改造时往往注重改造初期的投资而忽略改造后的相关费用，包括电能损耗、检修维护等运行期间的费用，这些费用与负荷水平、运行年限等因素密切相关，还包括寿命周期结束时因存在设备残值而产生的报废处置费用，本专利技术克服了只注重初期改造而忽略改造好的相关费用这一缺点。3、另外节能效果好和改造方案经济往往是一对矛盾，比方说，非晶合金变压器损耗小，但是价格昂贵；无功补偿越充足，相应的损耗也会降低，但是补偿点过多，会使基本建设工程费用和控制装置费用升高。本专利技术考虑到工程实际，对固定投资额下的配电网节能改造优化方案进行研究，建立固定投资额下的配电网节能改造成本效益模型，能使经济评价更合理，且能较好解决实际规划中资金受限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S010，结合历史统计数据和理论线损计算数据，对待改造的配电网进行电能损耗分析，对分类设备损耗率进行排序，将损耗率排序位于前10％的设备作为需改造设备的备选对象，若线路首端功率因数越限、末端电压越限，则还需增加无功补偿装置；步骤S020，建立配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置三类节能改造方案的标准约束条件；步骤S030，制定符合步骤S020建立的标准约束条件的备用节能改造方案；步骤S040，计算步骤S030制定各节能改造方案的全寿命周期成本费用C

【技术特征摘要】
1.一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S010，结合历史统计数据和理论线损计算数据，对待改造的配电网进行电能损耗分析，对分类设备损耗率进行排序，将损耗率排序位于前10％的设备作为需改造设备的备选对象，若线路首端功率因数越限、末端电压越限，则还需增加无功补偿装置；步骤S020，建立配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置三类节能改造方案的标准约束条件；步骤S030，制定符合步骤S020建立的标准约束条件的备用节能改造方案；步骤S040，计算步骤S030制定各节能改造方案的全寿命周期成本费用CLCC及全寿命周期节能效益，并判断各节能改造方案的CLCC是否大于项目节能改造可用资金上限，剔除超过项目节能改造可用资金上限的节能改造方案；步骤S050，运用优化决策模型，对剩余的节能改造方案进行排序，挑选出单位CLCC效益最大的方案作为最优节能改造方案。2.根据权利要求1所述的一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法，其特征在于，在所述步骤S020中，标准约束条件包括项目资金约束条件和改造标准约束条件；项目资金约束条件为CLCC≤M，其中M为项目节能改造可用资金上限；改造标准约束条件包括以下三个条件：1)Szrmin≤Szr≤Szrmax,z∈Nz,Szr∈W,Szt∈Y，其中，Z、NZ分别为需要更换的配电变压器编号及其集合，SZrmin、SZrmax分别为允许更换的配电变压器最小容量和最大容量，W、Y分别为国家标准制定的配电变压器容量集合和型号集合；2)Dmin,k≤Dk≤Dmax,k,k∈Nk，其中，k、Nk分别为需要更换导线或电缆的配电线路编号及其集合，Dk、Dmin,k、Dmax,k分别为第k段线路所选线径、最小可考虑更换线径、最大可考虑更换线径；3)∑Qm≤QLmin，m∈Nm，|Nm|≤nmmax，其中，m、Nm分别为需要增设无功补偿的节点编号及其集合，Qm、QLmin分别为需要增设无功补偿节点的无功补偿容量和配电线路最小无功功率负荷，|Nm|为增设的无功补偿点数，nmmax为允许增设的最大无功补偿点数。3.根据权利要求2所述的一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法，其特征在于，在所述步骤S030中，备用节能改造方案具体包括：1)更换损耗过大的配电变压器，配电变压器的容量大小需要满足高峰时期对负载率的规程要求且能够防止长期处于轻载状态，选择符合国家标准和发展趋势的配电变压器型号；2)更换线径不符合改造标准约束条件的导线或者线缆；3)增加2-3个无功补偿装置，确保馈线在无功补偿后不出现无功倒送，且无功补偿装置的总补偿容量不高于配电线路的最小无功功率负荷。4.根据权利要求1所述的一种基于设备全寿命周期的配电网节能改造方案优化方法，其特征在于，在所述步骤S040中，全寿命周期成本费用CLCC＝CI+CO+CM+CD，CI为配电网节能改造设备购置安装费用，CO为配电网节能改造...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小飞，邱泽晶，肖楚鹏，
申请(专利权)人：南瑞武汉电气设备与工程能效测评中心，国网江苏省电力公司，南京南瑞集团公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42