故障風(fēng)險(xiǎn)及全壽命周期成本影響的配電變壓器優(yōu)選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)節(jié)能規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮故障風(fēng)險(xiǎn)及全壽命周 期成本影響的配電變壓器優(yōu)選方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器是電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要設(shè)備，在其變換電壓和傳輸功率的過(guò)程中，自身要 產(chǎn)生有功功率損耗和無(wú)功功率損耗。盡管配電變壓器的效率已達(dá)到95%~99%，但由于其 使用數(shù)量巨大和長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，其損耗累計(jì)值是相當(dāng)可觀的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)電網(wǎng)中變壓器 的損耗約占總發(fā)電量的3%以上。因此，有必要研究變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，通過(guò)合理地選 擇變壓器的型號(hào)及容量來(lái)達(dá)到節(jié)約電能的目的。
[0003] 長(zhǎng)期以來(lái)，電力企業(yè)在配電網(wǎng)改造中往往關(guān)注運(yùn)行初次改造成本，而忽略電力設(shè) 備在全壽命周期內(nèi)運(yùn)行維護(hù)成本所占比重更大這一事實(shí)，因此在進(jìn)行配變型號(hào)及容量選擇 時(shí)，要進(jìn)行各項(xiàng)成本的綜合比較。全壽命周期模型（Life Cycle Cost，LCC)是指一個(gè)系統(tǒng) 或設(shè)備在全壽命周期內(nèi)，為購(gòu)置和維持其正常運(yùn)行所需支付的全部費(fèi)用，包括從購(gòu)置產(chǎn)品 到產(chǎn)品運(yùn)行、維護(hù)、退役處置等各個(gè)階段的費(fèi)用總和?；谌珘勖芷诔杀镜呐渥儍?yōu)選方法 綜合考慮了變壓器的運(yùn)行成本與購(gòu)置維護(hù)成本，在保證變壓器運(yùn)行成本盡可能小的情況下 又不因配變?nèi)萘窟^(guò)大導(dǎo)致初始投資成本過(guò)大，實(shí)現(xiàn)配變?nèi)萘窟x取的節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一。
[0004] 在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，配變負(fù)荷變化是難以預(yù)測(cè)的。當(dāng)最大負(fù)荷大于配變最大過(guò)載 能力時(shí)，配電變壓器故障概率為平時(shí)的幾十倍以上，由此帶來(lái)的供電中斷損失和故障檢修 費(fèi)用相當(dāng)可觀，直接影響了電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性。因此，在進(jìn)行配變選型時(shí)，應(yīng)結(jié)合各類 配變的過(guò)載能力，在全壽命周期成本模型計(jì)算中加入故障風(fēng)險(xiǎn)倍率，量化配變過(guò)載運(yùn)行的 故障風(fēng)險(xiǎn)，使得LCC模型更符合實(shí)際情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)配電網(wǎng)變壓器實(shí)際負(fù)載與損耗情況，提出一種故障風(fēng)險(xiǎn) 及全壽命周期成本影響的配電變壓器優(yōu)選方法，為電力系統(tǒng)節(jié)能減排規(guī)劃提供技術(shù)支持。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題的方案為：
[0007] 故障風(fēng)險(xiǎn)及全壽命周期成本影響的配電變壓器優(yōu)選方法包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :分析配電變壓器實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷與損耗情況，確定不同可行的配變類型選 擇方案Xi。
[0009] 步驟2 :統(tǒng)計(jì)分析臺(tái)區(qū)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)待選擇配電變壓器全壽命周期內(nèi)可能 出現(xiàn)的不同最大負(fù)荷及其概率。
[0010] 步驟3 :量化各方案配電變壓器在不同最大負(fù)荷X下的故障風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)為：
[0012] 式中，ΘΗ為在最大負(fù)荷X下，配電變壓器的熱點(diǎn)溫度；P J0H|X)為考慮觀測(cè)變量 X后，ΘΗ的概率密度函數(shù)；λ (t I θ H)為配變熱點(diǎn)溫度達(dá)到0"時(shí)，發(fā)生故障的概率密度函 數(shù)；R( θ H)為配變故障風(fēng)險(xiǎn)成本，若故障發(fā)生其值為故障成本CFe，故障不發(fā)生其值為零。
[0013] 步驟4 :將待選方案中配電變壓器全壽命周期成本劃分為五個(gè)部分，分別是：投資 成本Cie、運(yùn)行成本Cik、檢修維護(hù)成本C Me、故障成本Crc和退役處置成本C De，得到全壽命周期 成本模型為：
[0014] Clcc - C ic+C〇c+Cmc+Cfc+Cdc
[0015] 由于故障成本在不同過(guò)載情況下存在不確定性，故用故障風(fēng)險(xiǎn)Risk(RlX)代 替故障成本(^對(duì)模型進(jìn)行修正，得到計(jì)及故障風(fēng)險(xiǎn)的全壽命周期成本C ^為：C ^ = Cic+C0c+CMC+Ri sk (R|X)+Cdc
[0016] 分析各部分成本特點(diǎn)，確定成本計(jì)算公式，完成各方案在不同過(guò)載情況下計(jì)及故 障風(fēng)險(xiǎn)的全壽命周期成本的計(jì)算。
[0017] 步驟5 :將修正后的計(jì)及故障風(fēng)險(xiǎn)的全壽命周期成本作為各方案在自然狀態(tài) 下的損益值，計(jì)算各方案的損益期望E (X1)，具體為
[0019] 式中，E(X1)為方案\的損益期望值；Px]為步驟2中所得不同最大負(fù)荷X ,出現(xiàn)的 概率；(Qee) U為方案X i在最大負(fù)荷為X ;時(shí)的損益值。
[0020] 步驟6 :運(yùn)用剪枝決策進(jìn)行待選方案的篩選，確定最優(yōu)配變選型方案，對(duì)比各方案 損益期望值，將舍棄的方案分枝去掉，最終只保留一條損益期望值最低的方案分枝；若剪枝 后留下的方案期望損益值相等或相近，則根據(jù)離差最小原則，對(duì)成本相等或相近的幾種方 案再次進(jìn)行決策。
[0021] 步驟2中所述配電變壓器全壽命周期內(nèi)可能出現(xiàn)的不同最大負(fù)荷（即過(guò)載程度） 及其概率的預(yù)測(cè)采用灰色系統(tǒng)理論GM(1，1)模型實(shí)現(xiàn)時(shí)，模型預(yù)測(cè)公式為：
[0023] 式中，參數(shù)a、u采用最小二乘法估算確定。
[0024] 步驟3中所述量化各方案配電變壓器在不同最大負(fù)荷X下的故障風(fēng)險(xiǎn)，量化方法 為：結(jié)合廣泛運(yùn)用于設(shè)備老化失效過(guò)程的Weibull分布，變壓器故障函數(shù)λ (t)可表示為
[0026] 式中，β為形狀參數(shù)，η為特征壽命參數(shù)；為了在Weibull分布中引入過(guò)載時(shí)熱 點(diǎn)溫度的影響，令η為變壓器絕緣壽命Lt;由實(shí)驗(yàn)證明，變壓器絕緣壽命和時(shí)間及溫度的 關(guān)系服從Arrhenius反應(yīng)原理，有：
[0028] 其中，B、C為實(shí)驗(yàn)測(cè)得的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，ΘΗ為繞組熱點(diǎn)溫度；將n帶入λ⑴中，得 到變壓器的Arrhenius-Weibull故障模型，故障率表達(dá)式為：
[0030] 式中，參數(shù)β通過(guò)最小二乘法或極大似然法來(lái)估計(jì)。
[0031 ] 步驟4中所述運(yùn)行成本(^應(yīng)分為兩個(gè)部分，一部分為配變運(yùn)行過(guò)程中因功率損耗 而產(chǎn)生的費(fèi)用，包括固定功率損耗成本和可變功率損耗成本；另一部分為不同類型配變接 入電網(wǎng)后引起供電線路電流變化而造成的網(wǎng)損變化成本。
[0032] 步驟4中所述故障成本(^主要包括故障維修費(fèi)用C Μ和故障損失費(fèi)用C y Crc可表 不為：Cfc - C M+CL
[0033] 其中，故障檢修費(fèi)用包括迀拆故障設(shè)備費(fèi)用、運(yùn)輸故障變壓器費(fèi)用、安裝新設(shè)備費(fèi) 用；故障損失費(fèi)用包括用電中斷損失費(fèi)用、變壓器故障壽命折損費(fèi)用。
[0034] 步驟6中所述離差最小原則可表述為：
[0036] 式中，σ i為方案&的離差；E (X1)為方案損益期望值；
為方案Χι在不 同過(guò)載程度下的最小損益值，此處Cl1,= (C^) 1]<3
[0037] 本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于綜合比較了配變?nèi)珘?命周期中的各項(xiàng)成本，實(shí)現(xiàn)配變?nèi)萘窟x取的節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一，同時(shí)考慮了配變過(guò)載情況 下的故障風(fēng)險(xiǎn)，使得修正后的全壽命周期模型更符合實(shí)際情況，為配變優(yōu)選提供了更可靠 的成本數(shù)據(jù)支持。本發(fā)明提出的計(jì)及故障風(fēng)險(xiǎn)的全壽命周期成本配電變壓器優(yōu)選方法，增 加了電力企業(yè)在節(jié)能減排大戰(zhàn)略下進(jìn)行電網(wǎng)節(jié)能規(guī)劃的現(xiàn)實(shí)性與可操作性。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為本發(fā)明考慮故障風(fēng)險(xiǎn)及全壽命周期成本影響的配電變壓器優(yōu)選方法的操 作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0040] -種考慮故障風(fēng)險(xiǎn)及全壽命周期成本影響的配電變壓器優(yōu)選方法，綜合比較了配 電變壓器全壽命周期中各項(xiàng)成本，實(shí)現(xiàn)配變?nèi)萘窟x取的節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一，同時(shí)考慮了配 變過(guò)載情況下的故障風(fēng)險(xiǎn)，使得修正后的全壽命周期模型更符合實(shí)際情況，為配變優(yōu)選提 供了更可靠的成本數(shù)據(jù)支持。
[0041] 結(jié)合圖1的操作流程圖，實(shí)施例的具體過(guò)程為：
[0042] 步驟1 :分析配電變壓器實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷與損耗情況，確定不同可行的配變類型選 擇方案Xi;
[0043] 步驟2 :統(tǒng)計(jì)分析臺(tái)區(qū)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)待選擇配電變壓器全壽命周期內(nèi)可能 出現(xiàn)的不同最大負(fù)荷（即過(guò)載程度）及其概率。最大負(fù)荷及其概率的預(yù)測(cè)采用灰色系統(tǒng)理 論GM(1，1)模型實(shí)現(xiàn)，模型預(yù)測(cè)公式為
[0045] 式中參數(shù)a、u采用最小二乘法估算確定；
[0046] 步驟3 :結(jié)合Weibull分布和Arrhenius原理，量化各方案配電變壓器在不同最大 負(fù)荷X下的故障風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)為：
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