本發(fā)明屬于變壓器增容計劃制定
技術領域：
，具體涉及了一種油浸式變壓器短期增容決策方法。
背景技術：
：提高現有輸變電設備的傳輸、供電能力，對于緩解電力供求矛盾、節(jié)約資源以及提高電力企業(yè)經濟效益等方面均具有重要意義。輸變電設備的增容技術可應用于多個場景，在用電高峰時期，增容運行可延緩新電力設備的投資并滿足用電需求，降低設備成本；在用電低谷時期，增容運行可減少設備投運數量，減少運行損耗與運維成本；在發(fā)生設備停運事故或重大文體事件時，增容運行可保證短時間的供電可靠性，為下一步的調度決策提供緩沖時間。設備增容技術根據是否突破現行技術規(guī)范分為靜態(tài)提溫增容技術與動態(tài)監(jiān)測增容技術。氣象、環(huán)境、潮流等因素對設備的供電能力有著決定性的關系，而現行技術規(guī)范對這些因素僅給出了保守估計值。動態(tài)監(jiān)測增容技術對輸變電設備所處的實時狀態(tài)進行監(jiān)測，并據此制定相應的增容計劃，所得結果較靜態(tài)提溫增容技術更為靈活、經濟、可靠。目前，針對油浸式變壓器的增容技術研究相對較少，主要集中在對變壓器內部繞組熱點溫度和頂層油溫的建模，而少有從故障率、增容風險與經濟損益等角度對增容運行的后果進行評估。技術實現要素：本發(fā)明的目的在于：提供一種基于風險的油浸式變壓器短期增容決策方法，以提高現有輸變電設備的傳輸、供電能力，緩解電力供求矛盾、節(jié)約資源以及提高電力企業(yè)經濟效益。為解決上述問題，提供一種基于風險的油浸式變壓器短期增容決策方法，包括以下步驟：步驟1：利用油浸式變壓器負載導則計算變壓器熱點溫度變化情況：步驟2：基于熱點溫度變化對變壓器的故障率、經濟損益進行計算；步驟3：根據負載率與環(huán)境溫度的預測對熱點溫度的概率分布進行評估并確定增容風險；步驟4：根據以上計算結果對增容計劃做出決策。具體地，步驟1計算變壓器熱點溫度變化情況，包括如下步驟：步驟1-1：獲取所需分析變壓器增容時間段內的負載率k與環(huán)境溫度預測值θa，以及其他各項參數，如表1所示。表1熱點溫度計算所需參數參數符號油指數x繞組指數y損耗比r油時間常數τo繞組時間常數τw額定電流下熱點對頂層油的溫度梯度θhr額定電流下頂層油溫升θor系數1k11系數2k21系數3k22變壓器已使用時間l0步驟1-2：依據油浸式變壓器負載導則(gb/t1094.7-2008)對變壓器繞組熱點溫度變化情況進行計算，出現的部分變量說明如表2所示，并且對之后出現的變量作以下規(guī)定與說明：1)前綴d均表示經過dt的時間間隔后變量的變化值；2)下標括號中的數字或符號(非零)表示變量所處的迭代次數；3)下標括號中的0表示變量初始值。表2部分變量說明計算詳細步驟如下：步驟1-2-1：計算初始狀態(tài)，令n＝1，并進行如下計算初始頂層油溫升初始熱點溫升第1部分δθh1(0)＝k21×k(0)y×δθhr(2)初始熱點溫升第2部分δθh2(0)＝(k21-1)×k(0)y×δθhr(3)得到初始熱點溫度θh(0)＝θo(0)+(δθh1(0)-δθh2(0))(4)；步驟1-2-2：迭代計算熱點溫度與壽命損耗，其中變化的時間間隔為dt，令n＝n+1計算頂層油溫升的變化情況與第n次迭代中的頂層油溫θo(n)＝θo(n-1)+dθo(n)(6)計算熱點溫升的變化情況δθh1(n)＝δθh1(n-1)+dδθh1(n)(8)δθh2(n)＝δθh2(n-1)+dδθh2(n)(10)δθh(n)＝δθh1(n)-δθh2(n)(11)計算熱點溫度θh(n)與已累計使用壽命l(n)θh(n)＝θo(n)+δθh(n)(12)dl(n)＝v(n)×dt(14)l(n)＝l(n-1)+dl(n)(15)其中，公式13、14中，v為在已知熱點溫度下的老化加速因子；步驟2：計算變壓器故障率、經濟損益步驟2-1：采用arrhenius-weibull模型計算變壓器的故障率λ變化情況。其中，公式16中，β為形狀參數，b，c為經驗參數，三個參數均可由歷史數據擬合得到；步驟2-2：從增容成本與收益的角度來綜合分析經濟損益情況步驟2-2-1：計算變壓器增容成本，包括增容帶來的損耗c1與壽命損失c2。c1＝(l-l0)/ltotal·ptrans(17)其中，公式17中，ltotal表示設備出廠額定壽命，ptrans表示變壓器價格；公式18中，p0和pk分別表示變壓器的空載損耗和短路損耗，pin表示上網電價；步驟2-2-2：計算變壓器增容收益，包括電費收益r1與短期增容機會收益r2其中，公式19、20中，sn表示變壓器的額定容量，表示功率因數角，pout表示電網售電價格，col表示綜合用戶停電損失；步驟2-2-3：計算增容利潤prpr＝r1+r2-(c1+c2)(21)；步驟3：確定增容風險risk風險的定義是事件發(fā)生的概率與事件發(fā)生后果的乘積，最終風險risk為壽命損失風險risk1、故障停運風險risk2、電費損失風險risk3三者之和；步驟3-1：利用負載率k與環(huán)境溫度θa的預測值確定變壓器熱點溫度的概率分布，計算k與θa的協(xié)方差矩陣cov，并獲得矩陣a，矩陣a滿足aat＝cov(22)對于時刻i，計算其負載率與環(huán)境溫度的模擬采樣值：其中，公式23中，和分別表示時刻i的負載率和環(huán)境溫度的第j個采樣值，n1和n2為獨立的一元正態(tài)分布變量，n為總時刻數，m為采樣數，根據采樣得到的m個場景，分別計算各個場景下的熱點溫度變化情況，并利用所得的m個變化情況，計算每個時刻的熱點溫度概率分布值，對于時刻i的熱點溫度概率密度函數為：其中，公式24中，d(θh(i))表示當時刻i的熱點溫度模擬值滿足條件時的個數，其中h為步長，可根據精度進行選擇，用概率密度函數近似地表示其概率函數p(θ)；步驟3-2：確定變壓器壽命損失風險risk1；壽命損失風險的后果res1為res1(θh)＝dl(θh)/ltotal·ptrans(25)壽命損失風險為其中，公式26中，θh(i)min和θh(i)max分別為模擬采樣中熱點溫度所出現的最小值與最大值；步驟3-3：確定變壓器故障停運風險risk2；變壓器故障停運的概率與熱點溫度的關系函數可近似地表達為其中，公式27中，f(t)和f(t)分別為故障停運的概率密度函數和累積分布函數；故障停運風險的后果res2為res2＝pfail(28)故障停運風險為步驟3-4：確定變壓器電費損失風險risk3；電費損失風險的后果res3為res3＝(pout-pin)tmk(i)sn(30)其中，公式30中，tm為發(fā)生故障后的維修時間；電費損失風險為步驟4：確定增容計劃。找到變壓器熱點溫度變化中首次大于熱點溫度極限值的時刻ttemper，找到變壓器故障率變化中首次大于故障率極限值的時刻tfail，找到變壓器風險變化中首次大于風險極限值的時刻trisk，取上述3個時刻值中的最小值，即為該負載與環(huán)境場景下的可增容時間，并進行經濟性校驗，判斷該增容計劃累計利潤是否大于0，若是則說明該計劃盈利，否則將會虧本。與現有技術相比，本發(fā)明在現有研究的基礎上，將變壓器故障率、經濟損益及增容風險納入增容計劃的約束中，使得最終的增容計劃能夠保證系統(tǒng)風險在可控范圍內，結果較傳統(tǒng)方法更為準確且有據可循。附圖說明圖1是本發(fā)明的基于風險的油浸式變壓器短期增容決策方法的流程圖；圖2是本發(fā)明的熱點溫度變化情況的計算流程圖；圖3是本發(fā)明的故障率與經濟損益計算流程圖；圖4是本發(fā)明的增容風險計算流程圖。具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明作進一步地詳細描述，實施例：如圖1所示，本發(fā)明的基于風險的油浸式變壓器短期增容決策方法，包括如下步驟：如圖2所示，本發(fā)明的熱點溫度變化情況的計算，包括如下步驟：步驟1、計算變壓器熱點溫度變化情況步驟1-1.獲取所需分析變壓器增容時間段內的負載率k與環(huán)境溫度預測值θa，以及其他各項參數，如表1所示。表3熱點溫度計算所需參數參數符號油指數x繞組指數y損耗比r油時間常數τo繞組時間常數τw額定電流下熱點對頂層油的溫度梯度θhr額定電流下頂層油溫升θor系數1k11系數2k21系數3k22變壓器已使用時間l0步驟1-2.依據油浸式變壓器負載導則(gb/t1094.7-2008)對變壓器繞組熱點溫度變化情況進行計算。計算詳細步驟如下：步驟1-2-1.計算初始狀態(tài)，令n＝1，并進行如下計算。初始頂層油溫升初始熱點溫升第1部分δθh1(0)＝k21×k(0)y×δθhr(2)初始熱點溫升第2部分δθh2(0)＝(k21-1)×k(0)y×δθhr(3)得到初始熱點溫度θh(0)＝θo(0)+(δθh1(0)-δθh2(0))(4)步驟1-2-2.迭代計算熱點溫度與壽命損耗，其中變化的時間間隔為dt，以下公式中，前綴d均表示經過dt的時間間隔后變量的變化值，下標表示變量所處的迭代次數。令n＝n+1。計算頂層油溫升的變化情況θo(n)＝θo(n-1)+dθo(n)(6)計算熱點溫升的變化情況δθh1(n)＝δθh1(n-1)+dδθh1(n)(8)δθh2(n)＝δθh2(n-1)+dδθh2(n)(10)δθh(n)＝δθh1(n)-δθh2(n)(11)計算熱點溫度θh(n)與已累計使用壽命l(n)θh(n)＝θo(n)+δθh(n)(12)dl(n)＝v(n)×dt(14)l(n)＝l(n-1)+dl(n)(15)其中，公式13、14中，v為在已知熱點溫度下的老化加速因子。如圖3所示，本發(fā)明的故障率、經濟損益的計算，包括如下步驟：步驟2、計算變壓器故障率、經濟損益步驟2-1.采用arrhenius-weibull模型計算變壓器的故障率λ變化情況。其中，公式16中，β為形狀參數，b，c為經驗參數，三個參數均可由歷史數據擬合得到。步驟2-2.從增容成本與收益的角度來綜合分析經濟損益情況。步驟2-2-1.計算變壓器增容成本，包括增容帶來的損耗c1與壽命損失c2。c1＝(l-l0)/ltotal·ptrans(17)其中，公式17中，ltotal表示設備出廠額定壽命，ptrans表示變壓器價格；公式18中，p0和pk分別表示變壓器的空載損耗和短路損耗，pin表示上網電價。步驟2-2-2.計算變壓器增容收益，包括電費收益r1與短期增容機會收益r2。其中，公式19、20中，sn表示變壓器的額定容量，表示功率因數角，pout表示電網售電價格，col表示綜合用戶停電損失。步驟2-2-3，計算增容利潤pr。pr＝r1+r2-(c1+c2)(21)如圖4所示，本發(fā)明的增容風險的計算，包括如下步驟：步驟3、確定增容風險risk。本發(fā)明中，風險的定義是事件發(fā)生的概率與事件發(fā)生后果的乘積，最終風險risk為壽命損失風險risk1、故障停運風險risk2、電費損失風險risk3三者之和。步驟3-1.利用負載率k與環(huán)境溫度θa的預測值確定變壓器熱點溫度的概率分布。計算k與θa的協(xié)方差矩陣cov，并獲得矩陣a，矩陣a滿足aat＝cov(22)對于時刻i，計算其負載率與環(huán)境溫度的模擬采樣值：其中，公式23中，和分別表示時刻i的負載率和環(huán)境溫度的第j個采樣值，n1和n2為獨立的一元正態(tài)分布變量，n為總時刻數，m為采樣數。根據采樣得到的m個場景，分別計算各個場景下的熱點溫度變化情況，并利用所得的m個變化情況，計算每個時刻的熱點溫度概率分布值。對于時刻i的熱點溫度概率密度函數為：其中，公式24中，d(θh(i))表示當時刻i的熱點溫度模擬值滿足條件時的個數，其中h為步長，可根據精度進行選擇。用概率密度函數近似地表示其概率函數p(θ)。步驟3-2.確定變壓器壽命損失風險risk1。壽命損失風險的后果res1為res1(θh)＝dl(θh)/ltotal·ptrans(25)壽命損失風險為其中，公式26中，θh(i)min和θh(i)max分別為模擬采樣中熱點溫度所出現的最小值與最大值。步驟3-3.確定變壓器故障停運風險risk2。變壓器故障停運的概率與熱點溫度的關系函數可近似地表達為其中，公式27中，f(t)和f(t)分別為故障停運的概率密度函數和累積分布函數。故障停運風險的后果res2為res2＝pfail(28)故障停運風險為步驟3-4.確定變壓器電費損失風險risk3。電費損失風險的后果res3為res3＝(pout-pin)tmk(i)sn(30)其中，公式30中，tm為發(fā)生故障后的維修時間。電費損失風險為步驟4、確定增容計劃。找到變壓器熱點溫度變化中首次大于熱點溫度極限值(短期急救時可取160℃)的時刻ttemper。找到變壓器故障率變化中首次大于故障率極限值(按實際電網調度人員許可故障率取值)的時刻tfail。找到變壓器風險變化中首次大于風險極限值(按不增容將導致的經濟損失)的時刻trisk。取上述3個時刻值中的最小值，即為該負載與環(huán)境場景下的可增容時間。并進行經濟性校驗，判斷該增容計劃累計利潤是否大于0，若是則說明該計劃盈利，否則將會虧本。當前第1頁12