一种计及变压器油温的配电网负荷转供方法技术

本发明专利技术涉及电力系统运维技术领域，公开了一种计及变压器油温的配电网负荷转供方法，配电网中包括低电压等级变电站与高电压等级变电站，低电压等级变电站的负荷由高电压等级变电站供电；根据配电网的拓扑结构建立负荷转供优化模型，包括目标函数、系统运行约束以及变压器油温约束；根据负荷转供优化模型，将低电压等级变电站的负荷转供至另一高电压等级变电站供电。本发明专利技术解决了如何兼顾保障电网承载容量与变压器温度不越限的技术问题，能够确保整个负荷转供过程中，不会引起任意高电压等级的变压器顶层油温和热点油温越限，能够保证枢纽高电压等级的变压器的承载能力在安全的范围之内，同时也对保障整个城市电网输变电设备安全运行具有重要意义。安全运行具有重要意义。安全运行具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种计及变压器油温的配电网负荷转供方法


[0001]本专利技术涉及电力系统运维


技术介绍

[0002]按照城市电网负荷的长期高速增长的态势，且受某些因素影响导致输变电设备无法按 时计划检修等因素，变压器设备的绝缘强度不断老化，再加上部分地区出现持续高温天气， 造成220kV枢纽变电站的供电能力将受到变压器容量和顶层油温不超限的双重限制，直接 导致大幅降低了110kV城区电网的供电承载能力。为保障大电网安全，避免发生因设备超 限出现大面积停电事件，这对现代城市电网的负荷精准调控提出了严峻的挑战。
[0003]通过制定配套的管理措施，应用多元化的监测分析手段，一旦220kV变压器顶层或者 热点油温越上限，运维人员立即在变电站端采取喷水、放冰块等降温措施抑制变压器油温 持续增长。通过这种方式，利用不同220kV变压器的降温能力，消除或者减轻220kV枢纽 变电站供电容量“卡脖子”现象。其应用效益包含：一方面，可在负荷高峰期避免输变电 设备关键断面、电网元件超稳定限额运行，降低大电网的运行风险；另一方面，全面盘活 变压器容量的富余灵活性资源，有助于从全局角度超前进行全网负荷优化分配，最大程度 保证用户可靠用电，确保完成保安全、保供电、保民生的工作目标。
[0004]目前，对针对变压器温度的相关建模方法，国内外许多学者忽视了电网紧急调度中须 权衡变压器利用率提升和油温上升的关系。如果遇到单个变压器顶层油温或热点油温出现 越限，国内外学者则采用了需求侧响应、切负荷、负荷转移等方法进行建模。这些研究均 是以单个变压器为建模对象，而不是以整个受端城市电网为研究对象。综上所述，现有研 究成果无法同时兼顾城市电网承载容量不够、变压器温度高的双重挑战。

技术实现思路

[0005]针对上述技术的不足，本专利技术提供了一种计及变压器油温的配电网负荷转供方法，解决 如何兼顾保障电网承载容量与变压器温度不越限的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种计及变压器油温的配电网负荷转供方法，包括 以下步骤：
[0007]配电网中包括低电压等级变电站与高电压等级变电站，低电压等级变电站的负荷由高 电压等级变电站供电；
[0008]根据配电网的拓扑结构建立负荷转供优化模型，所述负荷转供优化模型包括目标函数、 系统运行约束以及变压器油温约束；
[0009]根据所述负荷转供优化模型，将低电压等级变电站的负荷转供至另一高电压等级变电 站供电。
[0010]进一步的，所述负荷转供优化模型为混合整数规划模型，采用混合整数规划工具包中 的CPLEX工具包求解。
[0011]进一步的，对高电压等级变电站的变压器油温约束进行线性化，得到线性化的变
压器 油温约束：
[0012][0013]式中，为t+1时刻的变压器热点油温；为t+1时刻的变压器顶层油温；为 t时刻的变压器热点油温；为t时刻的变压器顶层油温；t时刻到t+1时刻为一个负荷转 供优化周期；为t时刻的变压器负荷变化量；S
N
为变压器的额定容量；为冷源温 度的变化量，为环境温度变化量，为环境温度变化量，为变压器 顶层温度的变化量，θ
hs_max
为变压器热点油温上限值θ
to_max
为变压器顶 层油温上限值；
[0014]ω1、ω2均为线性化系数：
[0015][0016]式中，C1＝
‑
H(2R
oth
‑
R
bt
)/(2R
ath
)，H为热点温度温度系数，R
oth
为变压器油侧的等值热 阻，R
ath
为变压器空气侧的等值热阻，R
bt
为常规的强迫油循环方式下不同温度绝缘油相混 合对应的热阻，强迫油循环导向冷却方式下，内部油温分布均匀，此时认为R
bt
＝0； C2＝1
‑
C1；Δt为时刻t和时刻t+1之间引入的离散化时间区间，实际上代表了一个负荷转 供优化周期；
[0017]式中，K
e
＝2K
t
P
k
m(P0+(K
t
)2P
k
)
m
‑1；P0变压器的空载损耗；P
k
为变压器的短路损耗；m 为变压器油指数；K
t
为t时刻变压器的负荷系数；
[0018]式中，η
o
＝R
oth
/(R
oth
+R
ath
)；R
oth
为变压器油侧的等值热阻；R
ath
为变压器空气侧的等值热 阻；
[0019]式中，A为时刻t的常数矩阵：
[0020]式中，D1、D2、D3的表达式如下：
[0021][0022]式中，R
ir
为热阻；C
a
为外部冷源相对于环境的热容；C
th
为变压器的等值热容。
[0023]进一步的，按如下方式对高电压等级变电站的变压器油温约束进行线性化：
[0024]分别建立自然温度下和计及人工强制性降温措施下的变压器顶层油温和热点油温的 理论模型；
[0025]采用热电类比法建立所述理论模型的等效热模型；
[0026]采用扰动法对所述等效热模型进行线性化处理，并采用隐性梯形法进行离散化，取离 散化时间区间Δt，然后采用改进欧拉法对t时刻的环境温度的变化量和变压器顶层油 温的变化量进行预测，得到的预测模型；
[0027]在一个负荷转供优化周期Δt内，人工强制性降温的冷源温度的变化量忽略不计， 即并将代入所述预测模型中，得到关于变压器热点油温 和变压器顶层油温的变化量的线性化预测模型；
[0028]将所述关于变压器热点油温和变压器顶层油温的变化量的线性化预测模型 进行改写，从而得到所述线性化的变压器油温约束。
[0029]进一步的，所述配电网为110kV变电站，所述高电压等级变电站为220kV变电站；
[0030]以负荷转供过程中110kV线路开关的总动作次数最少为目标，建立单个负荷转供优化 周期内目标函数：
[0031][0032]式中，S
jt
为第t时刻遥信采集的110kV线路开关j的状态，0表示开关是拉开状态，1表示 开关是运行状态；S
jt+1
为第t+1时刻遥信采集的110kV线路开关j的状态；N
s
表示总的 110kV线路开关个数。
[0033]进一步的，所述系统运行约束包括：
[0034]110kV线路开关状态须满足110kV电网的有功平衡约束；
[0035]110kV变电站直供接线方式和串供接线方式需满足辐射型约束条件；
[0036]220kV变电站内所有变压器允许传输的最大有功功率约束；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及变压器油温的配电网负荷转供方法，其特征在于，包括以下步骤：配电网中包括低电压等级变电站与高电压等级变电站，低电压等级变电站的负荷由高电压等级变电站供电；根据配电网的拓扑结构建立负荷转供优化模型，所述负荷转供优化模型包括目标函数、系统运行约束以及变压器油温约束；根据所述负荷转供优化模型，将低电压等级变电站的负荷转供至另一高电压等级变电站供电。2.根据权利要求1所述的计及变压器油温的配电网负荷转供方法，其特征在于，所述负荷转供优化模型为混合整数规划模型，采用混合整数规划工具包中的CPLEX工具包求解。3.根据权利要求2所述的计及变压器油温的配电网负荷转供方法，其特征在于，对高电压等级变电站的变压器油温约束进行线性化，得到线性化的变压器油温约束：式中，为t+1时刻的变压器热点油温；为t+1时刻的变压器顶层油温；为t时刻的变压器热点油温；为t时刻的变压器顶层油温；t时刻到t+1时刻为一个负荷转供优化周期；为t时刻的变压器负荷变化量；S
N
为变压器的额定容量；为冷源温度的变化量，为冷源温度的变化量，为环境温度变化量，为环境温度变化量，为变压器顶层温度的变化量，θ
hs_max
为变压器热点油温上限值θ
to_max
为变压器顶层油温上限值；ω1、ω2均为线性化系数：式中，C1＝
‑
H(2R
oth
‑
R
bt
)(2R
ath
)，H为热点温度温度系数，R
oth
为变压器油侧的等值热阻，R
ath
为变压器空气侧的等值热阻，R
bt
为常规的强迫油循环方式下不同温度绝缘油相混合对应的热阻，强迫油循环导向冷却方式下，内部油温分布均匀，此时认为R
bt
＝0；C2＝1
‑
C1；Δt为时刻t和时刻t+1之间引入的离散化时间区间，实际上代表了一个负荷转供优化周期；式中，K
e
＝2K
t
P
k
m(P0+(K
t
)2P
k
)
m
‑1；P0变压器的空载损耗，P
k
为变压器的短路损耗，m为变压器油指数；K
t
为t时刻变压器的负荷系数；式中，η
o
＝R
oth
/(R
oth
+R
ath
)；R
oth
为变压器油侧的等值热阻；R
ath
为变压器空气侧的等值热阻；式中，A为时刻t的常数矩阵：
式中，D1、D2、D3的表达式如下：式中，R
ir
为热阻；C
a
为外部冷源相对于环境的热容；C
th
为变压器的等值热容。4.根据权利要求3所述的计及变压器油温的配电网负荷转供方法，其特征在于，按如下方式对高电压等级变电站的变压器油温约束进行线性化：分别建立自然温度下和计及人工强制性降温措施下的变压器顶层油温和热点油温的理论模型；采用热电类比法建立所述理论模型的等效热模型；采用扰动法对所述等效热模型进行线性化处理，并采用隐性梯形法进行离散化，取离散化时间区间Δt，然后采用改进欧拉法对t时刻的环境温度的变化量和变压器顶层油温的变化量进行预测，得到的预测模型；在一个负荷转供优化周期Δt内，人工强制性降温的冷源温度的变化量忽略不计，即并将代入所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷超，王强钢，莫复雪，周念成，池源，罗永捷，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：