分布式電源接入變壓器損耗優化模型

陳 默

（國網沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110000）

0 引 言

在變壓器運行過程中必然會產生大量的能耗，并對分布式電源造成損害，進而影響能源系統的安全穩定運行[1]。以往變壓器的節能降損方法沒有針對性地分析節能減排的具體改進，導致研究結果在實際應用中的可行性偏低[2]。本文考慮分布式電源電壓的穩定運行，在分布式電源接入的條件下分析了變壓器損耗，提出分布式電源接入的變壓器損耗優化模型研究，平衡分布式電源的出力電壓，進而實現變壓器節能降損，對于實現能源系統經濟效益的最大化具有十分重要的價值意義。

1 計算變壓器的無功功率損耗

在分布式電源接入供電過程中，變壓器的功率損耗通常為穩態計算式，其作為感性負載，無功功率損耗占據大部分。因此，在計算變壓器損耗時主要考慮無功功率損耗。要想實現變壓器的損耗優化，必須通過計算的方式確定分布式電源接入供電中的變壓器無功損耗[3,4]。本文通過功率因素表示無功損耗，設無功損耗為φ，可得：

式中：P指的是變壓器空載功率損耗，單位為kW；Q指的是變壓器額定容量，單位為kVA。

2 變壓器損耗優化模型設計

2.1 確定分布式電源節點注入功率

以變壓器損耗最小為目標，構建變壓器損耗優化模型。首先需要確定分布式電源所在節點的注入功率，計算分布式電源初始端迭代注入功率。在一天時間內的負荷變化為各個分布式電源所在節點的固定損耗，這一部分的損耗主要與分布式電源初始端電壓的平方之間成正比例關系[5]。基于此，得出分布式電源所在節點在每個小時中的注入功率為：

式中：W1h表示為1 h內分布式電源的負荷功率，t1h表示為1 h內負荷功率的分配系數，P24h表示為1天時間內的分布式電源注入電量，ΔW24h表示為1天時間內變壓器的總固定損耗，ΔW1h表示為1 h內變壓器的固定損耗。其中，每1 h內的功率分配系數是通過分布式電源在1天時間內接入的電流和電壓記錄確定[6]。根據式（2）計算分布式電源所在節點的負荷功率，以此確定分布式電源節點注入功率。

2.2 平衡分布式電源出力電壓

確定分布式電源節點注入功率后，研究分布式電源出力電壓對變壓器損耗的影響，使用靜態無功補償裝置監測變壓器，通過實時監控變壓器運行過程中的電壓、電流、電阻以及無功損耗等電能信息的相關數據，利用計算分析的方式平衡分布式電源出力電壓。以變壓器電壓變化量為基本參數，根據靜態無功補償裝置的具體使用方法，按照0.9倍的靜態無功補償裝置空載平衡分布式電源出力電壓[7]。設此過程的計算表達式為N，具體公式為：

式中：U指的是變壓器運行的額定電壓，單位為kV；I指的是靜態無功補償裝置的空載電流，單位為A。通過式（3）平衡分布式電源接入出力電壓，進而保證變壓器運行的節能效果。在分布式電源接入后增加一定的輔助設備，根據變壓器實際作業過程中的控制難易程度進行判定，利用靜態無功補償裝置完成對變壓器運行電壓的監視和操作。監控人員可以通過靜態無功補償裝置傳輸的畫面信息及相關的數據信息及時調整分布式電源出力電壓，從而降低變壓器運行的能源消耗。分布式電源出力越大，對電壓的改善越大，但超出一定范圍后，分布式電源出力增大，變壓器損耗也會超出限定值，進而導致變壓器運行失穩。

2.3 降低變壓器損耗

結合上述研究，通過分布式電源調整電量輸出與用電負載，調節變壓器負荷率，并補償變壓器無功損耗，實現對變壓器損耗優化的應用效果。基于分布式電源的出力，通過靜態無功補償裝置監測變壓器運行，降低變壓器損耗，明確變壓器損耗優化模型。設其計算表達式為S，則有：

式中，R指的變壓器的負荷電流。變壓器的負荷電流越大，造成的變壓器損耗越大。因此，可以通過靜態無功補償裝置的無功補償，降低變壓器的負荷電流，進而降低變壓器的損耗。為了使分布式電源接入下變壓器能夠在節能降損的同時正常地運行，需要在變壓器運行系統中添加3臺或3臺以上的靜態無功補償裝置。以此，變壓器可以根據分布式電源接入的出力，調整運行方式，實現損耗降低。

3 應用實例

3.1 實驗準備

本文選用某城市電力企業的分布式電源系統作為實驗對象，測得10個分布式電源所在節點下變壓器損耗優化模型應用前后的變壓器運行所需能耗，將應用分布式電源接入變壓器損耗優化模型的測試組別設置為實驗組，將未應用模型的測試組別設置為對照組，記錄測試結果。

3.2 實驗結果與分析

收集10組實驗數據，并將變壓器能源消耗量整理為表，如表1所示。

表1 能源消耗量實驗結果對比表

通過表1可知，實驗組變壓器能源消耗量更低，能夠起到節能的應用效果。而后，在10組實驗數據中選取前5組，計算分布式電源接入后變壓器消耗電量的實驗結果，得出兩組變壓器日負荷實驗結果對比如圖1所示。

圖1 變壓器日負荷結果對比

通過圖1可知，實驗組分布式電源接入后變壓器的損耗更低，能夠起到降損的應用效果。

4 結 論

本文通過實例分析的方式，證明了設計分布式電源接入變壓器損耗優化模型在實際應用中的適用性，實現了變壓器損耗的降低，為變壓器的實際運行提供了一定的參考價值。