故障風險及全壽命周期成本影響的配電變壓器優選方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統節能規劃技術領域，尤其涉及一種考慮故障風險及全壽命周 期成本影響的配電變壓器優選方法。
【背景技術】
[0002] 變壓器是電力系統運行的主要設備，在其變換電壓和傳輸功率的過程中，自身要 產生有功功率損耗和無功功率損耗。盡管配電變壓器的效率已達到95%~99%，但由于其 使用數量巨大和長時間連續運行，其損耗累計值是相當可觀的。據統計，全國電網中變壓器 的損耗約占總發電量的3%以上。因此，有必要研究變壓器的經濟運行模式，通過合理地選 擇變壓器的型號及容量來達到節約電能的目的。
[0003] 長期以來，電力企業在配電網改造中往往關注運行初次改造成本，而忽略電力設 備在全壽命周期內運行維護成本所占比重更大這一事實，因此在進行配變型號及容量選擇 時，要進行各項成本的綜合比較。全壽命周期模型（Life Cycle Cost，LCC)是指一個系統 或設備在全壽命周期內，為購置和維持其正常運行所需支付的全部費用，包括從購置產品 到產品運行、維護、退役處置等各個階段的費用總和。基于全壽命周期成本的配變優選方法 綜合考慮了變壓器的運行成本與購置維護成本，在保證變壓器運行成本盡可能小的情況下 又不因配變容量過大導致初始投資成本過大，實現配變容量選取的節能性、經濟性統一。
[0004] 在實際運行過程中，配變負荷變化是難以預測的。當最大負荷大于配變最大過載 能力時，配電變壓器故障概率為平時的幾十倍以上，由此帶來的供電中斷損失和故障檢修 費用相當可觀，直接影響了電力系統的供電穩定性。因此，在進行配變選型時，應結合各類 配變的過載能力，在全壽命周期成本模型計算中加入故障風險倍率，量化配變過載運行的 故障風險，使得LCC模型更符合實際情況。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于，針對配電網變壓器實際負載與損耗情況，提出一種故障風險 及全壽命周期成本影響的配電變壓器優選方法，為電力系統節能減排規劃提供技術支持。
[0006] 本發明為解決上述技術問題的方案為：
[0007] 故障風險及全壽命周期成本影響的配電變壓器優選方法包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :分析配電變壓器實際運行負荷與損耗情況，確定不同可行的配變類型選 擇方案Xi。
[0009] 步驟2 :統計分析臺區歷史負荷數據，預測待選擇配電變壓器全壽命周期內可能 出現的不同最大負荷及其概率。
[0010] 步驟3 :量化各方案配電變壓器在不同最大負荷X下的故障風險，計為：
[0012] 式中，ΘΗ為在最大負荷X下，配電變壓器的熱點溫度；P J0H|X)為考慮觀測變量 X后，ΘΗ的概率密度函數；λ (t I θ H)為配變熱點溫度達到0"時，發生故障的概率密度函 數；R( θ H)為配變故障風險成本，若故障發生其值為故障成本CFe，故障不發生其值為零。
[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部分，分別是：投資 成本Cie、運行成本Cik、檢修維護成本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載情況下存在不確定性，故用故障風險Risk(RlX)代 替故障成本(^對模型進行修正，得到計及故障風險的全壽命周期成本C ^為：C ^ = Cic+C0c+CMC+Ri sk (R|X)+Cdc
[0016] 分析各部分成本特點，確定成本計算公式，完成各方案在不同過載情況下計及故 障風險的全壽命周期成本的計算。
[0017] 步驟5 :將修正后的計及故障風險的全壽命周期成本作為各方案在自然狀態 下的損益值，計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中所得不同最大負荷X ,出現的 概率；(Qee) U為方案X i在最大負荷為X ;時的損益值。
[0020] 步驟6 :運用剪枝決策進行待選方案的篩選，確定最優配變選型方案，對比各方案 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，則根據離差最小原則，對成本相等或相近的幾種方 案再次進行決策。
[0021] 步驟2中所述配電變壓器全壽命周期內可能出現的不同最大負荷（即過載程度） 及其概率的預測采用灰色系統理論GM(1，1)模型實現時，模型預測公式為：
[0023] 式中，參數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荷X下的故障風險，量化方法 為：結合廣泛運用于設備老化失效過程的Weibull分布，變壓器故障函數λ (t)可表示為
[0026] 式中，β為形狀參數，η為特征壽命參數；為了在Weibull分布中引入過載時熱 點溫度的影響，令η為變壓器絕緣壽命Lt;由實驗證明，變壓器絕緣壽命和時間及溫度的 關系服從Arrhenius反應原理，有：
[0028] 其中，B、C為實驗測得的經驗常數，ΘΗ為繞組熱點溫度；將n帶入λ⑴中，得 到變壓器的Arrhenius-Weibull故障模型，故障率表達式為：
[0030] 式中，參數β通過最小二乘法或極大似然法來估計。
[0031 ] 步驟4中所述運行成本(^應分為兩個部分，一部分為配變運行過程中因功率損耗 而產生的費用，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 入電網后引起供電線路電流變化而造成的網損變化成本。
[0032] 步驟4中所述故障成本(^主要包括故障維修費用C Μ和故障損失費用C y Crc可表 不為：Cfc - C M+CL
[0033] 其中，故障檢修費用包括迀拆故障設備費用、運輸故障變壓器費用、安裝新設備費 用；故障損失費用包括用電中斷損失費用、變壓器故障壽命折損費用。
[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 同過載程度下的最小損益值，此處Cl1,= (C^) 1]<3
[0037] 本發明的有益效果是，與現有技術對比，本發明的優點在于綜合比較了配變全壽 命周期中的各項成本，實現配變容量選取的節能性、經濟性統一，同時考慮了配變過載情況 下的故障風險，使得修正后的全壽命周期模型更符合實際情況，為配變優選提供了更可靠 的成本數據支持。本發明提出的計及故障風險的全壽命周期成本配電變壓器優選方法，增 加了電力企業在節能減排大戰略下進行電網節能規劃的現實性與可操作性。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發明考慮故障風險及全壽命周期成本影響的配電變壓器優選方法的操 作流程圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術方案。
[0040] -種考慮故障風險及全壽命周期成本影響的配電變壓器優選方法，綜合比較了配 電變壓器全壽命周期中各項成本，實現配變容量選取的節能性、經濟性統一，同時考慮了配 變過載情況下的故障風險，使得修正后的全壽命周期模型更符合實際情況，為配變優選提 供了更可靠的成本數據支持。
[0041] 結合圖1的操作流程圖，實施例的具體過程為：
[0042] 步驟1 :分析配電變壓器實際運行負荷與損耗情況，確定不同可行的配變類型選 擇方案Xi;
[0043] 步驟2 :統計分析臺區歷史負荷數據，預測待選擇配電變壓器全壽命周期內可能 出現的不同最大負荷（即過載程度）及其概率。最大負荷及其概率的預測采用灰色系統理 論GM(1，1)模型實現，模型預測公式為
[0045] 式中參數a、u采用最小二乘法估算確定；
[0046] 步驟3 :結合Weibull分布和Arrhenius原理，量化各方案配電變壓器在不同最大 負荷X下的故障風險，計為：
[00