電能替代背景下配電網(wǎng)有載調(diào)壓變壓器降損方法

殷明凱

摘 要：在我國(guó)城市電力配電站全網(wǎng)采用電能轉(zhuǎn)換替代后的場(chǎng)景下，通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)結(jié)果得以可知，電能轉(zhuǎn)換替代后城市配電網(wǎng)中具有載荷的調(diào)壓器和變壓器降損用電的正負(fù)荷效率較高，降損用電效果較好。文章以有載直流調(diào)壓電源變壓器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，分析了配電網(wǎng)有載直流調(diào)壓電源變壓器系統(tǒng)降容調(diào)損的原理，研究確定了根據(jù)供電變壓器系統(tǒng)能耗與調(diào)容變壓器負(fù)載的波動(dòng)關(guān)系，得出變壓器調(diào)容負(fù)載與能耗損耗之間的區(qū)域誤差，選取最優(yōu)化的運(yùn)行控制方式，實(shí)現(xiàn)電力配電網(wǎng)采用有載直流調(diào)壓供電變壓器調(diào)容降損。

關(guān)鍵詞：電能資源替代;電力配套與電網(wǎng);電能有效負(fù)載調(diào)節(jié)電壓專(zhuān)用變壓器;電能降損

中圖分類(lèi)號(hào)：TM421文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-1064（2021）09-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.015

為有效減少新型城市污染，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展型的城市智慧經(jīng)濟(jì)，我國(guó)政府提出了有關(guān)使用電能技術(shù)替代的初始政策，促進(jìn)企業(yè)使用現(xiàn)代綠色清潔能源技術(shù)代替大氣污染清潔能源，以減少CO2、SO2等大氣污染化學(xué)物質(zhì)的大量排放，構(gòu)建一個(gè)綠色能源發(fā)展智慧城市[1]。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外關(guān)于電力配電網(wǎng)絡(luò)的有載負(fù)荷調(diào)壓電力變壓器的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益與變壓器負(fù)荷容量特性大小之間往往存在一定的關(guān)系，進(jìn)而驗(yàn)證電力系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)壓特性大小對(duì)變壓器正常運(yùn)行的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益是否有影響。配電網(wǎng)中的電能驅(qū)動(dòng)損耗問(wèn)題研究對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程具有重要研究意義，但目前未見(jiàn)任何有相關(guān)文獻(xiàn)深入研究闡述電能損耗替代下的城市郊區(qū)配電網(wǎng)中所有載荷的調(diào)容以及配電改變的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)問(wèn)題。

1 配電網(wǎng)有載調(diào)壓變壓器調(diào)容原理

配電網(wǎng)安裝有載直流變壓器有著復(fù)雜的組成部分，包括直流變壓器、調(diào)容控制開(kāi)關(guān)、智能控制器三部分。在配電網(wǎng)中，有載直流調(diào)壓專(zhuān)用變壓器磁帶結(jié)構(gòu)中的磁帶芯片為雙層疊片磁帶磁芯流結(jié)構(gòu)，通過(guò)整體流形成階梯式磁路流結(jié)構(gòu)。斜直接頭，以擴(kuò)大全斜接頭的流通面積，降低磁道阻力。機(jī)械式直流電容電壓開(kāi)關(guān)的基本電路結(jié)構(gòu)是為了避免開(kāi)關(guān)卡死電同時(shí)發(fā)生，在切斷電源或全功率切換過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生電弧。將此時(shí)設(shè)置的調(diào)節(jié)閾值與所有調(diào)節(jié)容量實(shí)時(shí)負(fù)載通量閾值進(jìn)行比較，輸出所有調(diào)節(jié)通量，以調(diào)整此時(shí)實(shí)時(shí)容量控制開(kāi)關(guān)發(fā)出的所有調(diào)節(jié)通量指令。設(shè)置電流容量自動(dòng)控制切換額定電流峰值，保證交流變壓器的穩(wěn)定時(shí)序性[2]。

2 配電網(wǎng)有載調(diào)壓變壓器動(dòng)態(tài)降損

為減少配電網(wǎng)中有載調(diào)壓變壓的能耗損失，技術(shù)人員往往會(huì)把變壓器負(fù)載與系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行科學(xué)的分配，可以在很大程度上減少能耗，也可以提高配電網(wǎng)的效率。然而，變壓器負(fù)載調(diào)節(jié)進(jìn)行的本身也在進(jìn)行能耗的損失，只是能耗損失的量相對(duì)較低。

因此，如果電源材料發(fā)生變化，變壓器中的能量輸出損耗可能會(huì)隨著電源負(fù)載溫度的變化而發(fā)生很大的變化。一旦過(guò)載負(fù)載不斷增加，殼體材料的過(guò)載能量就會(huì)大量消耗，因此，變壓器的效率誤差會(huì)逐漸出現(xiàn)隨著過(guò)載負(fù)載的增加而大幅度下降的正常現(xiàn)象。當(dāng)直流變壓器的效率達(dá)到設(shè)定的電壓閾值時(shí)，整個(gè)直流變壓器的效率可能會(huì)保持穩(wěn)定。根據(jù)以上技術(shù)內(nèi)容，可通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)有載荷無(wú)調(diào)壓方式變壓器最優(yōu)化的運(yùn)行控制方式[3]。

在模擬實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果中，負(fù)荷輸出功率點(diǎn)的輸出點(diǎn)上產(chǎn)生了幾個(gè)偶然負(fù)荷功率輸出點(diǎn)，該功率點(diǎn)可能是由于受到外界環(huán)境因素等的影響，從而出現(xiàn)了異常負(fù)荷功率輸出點(diǎn)，由于其異常數(shù)量極少，不利于影響模擬實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，所以在此次模擬實(shí)驗(yàn)中不需要加以分析。

3 綜合分析整體實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 分析單個(gè)變壓器損耗效果

為了采取有效的方法對(duì)變壓器進(jìn)行有效的節(jié)能降損，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比單個(gè)變壓器的損耗可以發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)建過(guò)程中要選擇具有高度針對(duì)性的解決方法，其試驗(yàn)?zāi)軌驊?yīng)用遺傳算法節(jié)能損耗方式，并將其方式與本研究所用的方法對(duì)比，對(duì)于我國(guó)某地區(qū)配電網(wǎng)中的不同類(lèi)型的有載調(diào)節(jié)變壓器進(jìn)行節(jié)能控制，詳細(xì)分析控制結(jié)果。在選擇具體的配電網(wǎng)變壓電容量的過(guò)程中，需要滿(mǎn)足一定條件，對(duì)其油耗率小、能源消耗小等諸多條件進(jìn)行分析，在此過(guò)程中，變壓器中的容量與供電范圍需要相符。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，在經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)之上，需要對(duì)變壓器進(jìn)行更具針對(duì)性的選擇，并且在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行優(yōu)化。需要對(duì)機(jī)器折舊以及設(shè)施投資等諸多因素進(jìn)行綜合考量，并對(duì)能耗情況進(jìn)行具體化的分析。在研究過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，此次所應(yīng)用的變壓器節(jié)能降損方式的有效性相對(duì)較高。

3.2 分析相同電力網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)效果

在具體使用過(guò)程中，主要對(duì)比本研究方法與遺傳方法，在其變壓器容量在50 kV～800 kV的背景之下，對(duì)其進(jìn)行技能降損工作，可以發(fā)現(xiàn)變壓器容量在具體上升時(shí)，通過(guò)兩種方法的變壓器電費(fèi)及其運(yùn)營(yíng)成本費(fèi)用將逐步提升，但在投資回收期，則存在一定程度的限時(shí)下降。同時(shí)，本方法的應(yīng)用過(guò)程中，在對(duì)變壓器進(jìn)行控制時(shí)，對(duì)不同經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，該種模式與遺傳方法相比應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯[4]。

3.3 分析不同變壓器所有的節(jié)能效果

通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，此次研究所用的方法與遺傳方法相比，有用功相對(duì)較高，并且其自身所產(chǎn)生的無(wú)用功減少近70 kW，而由此也使得每年在發(fā)展過(guò)程中能夠節(jié)約2 955萬(wàn)元左右，在一定程度上有效縮短其投資回收期。此外，在具體使用過(guò)程中負(fù)荷功率輸出產(chǎn)生了部分功率點(diǎn)，而該點(diǎn)在構(gòu)建過(guò)程中，由于外界因素影響出現(xiàn)異常點(diǎn)，其自身數(shù)量相對(duì)較低，因此不對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。由此，在實(shí)驗(yàn)中并不加以分析，而其電采暖在電能替代之后，負(fù)荷功率時(shí)間為50 s前始終高于300 kW，而在170 s之后，其自身電能代替后負(fù)荷功率高于250 kW。在50 s～170 s之間的電能代替后負(fù)荷功率在150 kW～200 kW的范圍內(nèi)波動(dòng)。而電采暖在電能替代負(fù)荷功率構(gòu)建過(guò)程中始終低于200 kW。

在煤改電之前，整體用電負(fù)荷為居民負(fù)荷，其自身最大負(fù)荷在季節(jié)變化過(guò)程中會(huì)存在一定程度的現(xiàn)實(shí)波動(dòng)。在煤改電之后，其自身油電采暖進(jìn)行供電以及供電時(shí)段高峰值的負(fù)荷值大幅度的上升。在時(shí)間增加的過(guò)程中，整體電鍋爐負(fù)荷功率在電能替代前后均維持不變的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)，在電能替代之后，負(fù)荷功率會(huì)維持在300 kW左右，而在整體電能替代之前，負(fù)荷功率始終維持在160 kW左右。在改造之前，電鍋爐的用電負(fù)荷主要包含場(chǎng)內(nèi)的電力設(shè)備。在改造之后，場(chǎng)內(nèi)的電鍋爐的運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，并且以此使得整體電負(fù)荷不斷上升。在電能替代的背景之下，對(duì)配電網(wǎng)的有在調(diào)壓變壓器進(jìn)行電能替代之后，其自身所有的電力負(fù)荷相對(duì)較高，由此也證實(shí)該種降損方法擁有的降損效果較為優(yōu)質(zhì)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)城市配電網(wǎng)全網(wǎng)被電能轉(zhuǎn)換替代的場(chǎng)景下，從設(shè)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析可以看出，城市配電網(wǎng)中負(fù)載調(diào)節(jié)器和變壓器的正負(fù)載效率更高，更換電能轉(zhuǎn)換后降低功率損耗效果更好。文章針對(duì)當(dāng)前電能可以替代前接后配動(dòng)力電網(wǎng)應(yīng)用有載自動(dòng)調(diào)壓直流變壓器需要應(yīng)用的電點(diǎn)高和負(fù)荷低的實(shí)際問(wèn)題，提出了當(dāng)前電能可以替代的大背景下的配電網(wǎng)應(yīng)用有載自動(dòng)調(diào)壓直流變壓器負(fù)荷降損設(shè)計(jì)方法。根據(jù)無(wú)限有載電流調(diào)容用電配流改變用電損耗計(jì)量關(guān)系原理推導(dǎo)，并給出有限負(fù)載電流調(diào)容用電配變計(jì)算依據(jù)，有效率地解決了大型單班制作業(yè)用電車(chē)間企業(yè)額外分配電能輸出損耗大的用電現(xiàn)象。文章以變壓器有載直流電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，分析了配電網(wǎng)變壓器有載直流電源系統(tǒng)損耗降低原理，研究確定了根據(jù)供電變壓器系統(tǒng)能耗和可調(diào)容量變壓器負(fù)載波動(dòng)關(guān)系，得出變壓器可調(diào)電容器負(fù)載與能量損耗面積誤差有關(guān)，選擇最優(yōu)運(yùn)行控制方式，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)有載直流調(diào)壓電源變壓器的容量調(diào)整和損耗降低。

參考文獻(xiàn)

[1] 凌松，張瑩.10kV配電網(wǎng)的有載調(diào)壓變壓器節(jié)能降損方法研究[J].變壓器，2017，54（12）：39-43.

[2] 王維洲，湯紅衛(wèi)，劉福潮，等.A+～E類(lèi)區(qū)域配電網(wǎng)降損潛力評(píng)估模型研究[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2018，33（2）：59-65.

[3] 曹疇，劉暢，李欣寧.含電力電子變壓器的配電網(wǎng)潮流交替迭代算法[J].電工電能新技術(shù)，2018，37（7）：41-50.

[4] 黃榮紅，王艷君，白杰.配電網(wǎng)中電動(dòng)汽車(chē)充放電策略的優(yōu)化研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，41（1）：122-127.

[5] 楊雨瑤，張勇軍，林國(guó)營(yíng)，等.含光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)雙目標(biāo)拓展無(wú)功優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2018，46（22）：39-46.