220kV地區(qū)變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)279

220kV地區(qū)變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)279,kv,地區(qū),變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 華 北 電 力 大 學(xué) 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）附 件 外 文 文 獻(xiàn) 翻 譯 學(xué) 號(hào)： 081901090224 姓 名： 閆豐 所在系別： 電力系 專業(yè)班級(jí)： 農(nóng)電08k2 指導(dǎo)教師： 王寧 原文標(biāo)題： 220kV地區(qū)變電所一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)：220/110/10kV，進(jìn)出線回?cái)?shù)：2/8/14（電纜） 2012年 6 月 15 日 提高變電站備用變壓器可靠性的最佳分布位置 Yogesh K. Bichpuriya, Swaroop A. Upadhyaya, and S. A. Soman Department of Electrical Engineering Indian Institute of Technology Bombay Mumbai, India-400 076 Keywords: Reliability安全性, spare transformer備用變壓器. 摘要 為確保在配電變電站(DS)11kV一級(jí)(n-1)安全性，需要在每個(gè)配電變電站安裝備用變壓器。在沒(méi)有備用變壓器的配電變電站，變壓器故障可能會(huì)導(dǎo)致連接到它的負(fù)載損失。在每個(gè)配電變電站都裝設(shè)備用變壓器其花費(fèi)非常昂貴。在配電系統(tǒng)中，相鄰單位的負(fù)荷轉(zhuǎn)換是不可能的，沒(méi)有負(fù)載的平均時(shí)間可能是2-3天。實(shí)際消費(fèi)者不希望有這種負(fù)載的損失。此外，這將降低使用安全性指數(shù)。 本論文提出兩個(gè)方法以找出備用變壓器提供最可靠最理想的位置。通過(guò)整數(shù)線性規(guī)劃模型（ILP）找出備用變壓器的最佳位置，旨在 1）減少電力失負(fù)荷價(jià)值（VOLL） 2） 變壓器故障概率最小化。本文將以示例的配電公司說(shuō)明該方法。 1.介紹 在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境中，提高安全性是配電公司的要主要解決的問(wèn)題。在一個(gè)有多家配電公司的地理區(qū)域，如果不能提供更高的安全性的公司可能會(huì)因此損失客戶。此外，在安全性指標(biāo)方面，配電公司的執(zhí)行規(guī)章也會(huì)記入電費(fèi)。這正是驅(qū)動(dòng)配電公司致力于提高安全性的主要因素。 配電系統(tǒng)安全性的主要取決于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成及其管理。變壓器的故障至關(guān)重要。故障可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法供應(yīng)用戶。(n-1)應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)中并聯(lián)兩個(gè)或更多的變壓器的設(shè)計(jì)安全但昂貴。在實(shí)際運(yùn)用中，常見(jiàn)做法是共享備用變壓器。如果變壓器不方便快速拆裝及維修，可用備用變壓器代替。如果變壓器可用，其更換需要大約2-3天。臨時(shí)恢復(fù)供應(yīng)可以通過(guò)（連接到故障的變壓器）將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到鄰近的變壓器。這只有在相鄰變壓器的備用容量足夠的前提下才能使用。備用變壓器的個(gè)數(shù)雖然提高了的系統(tǒng)安全性，但是會(huì)增加變壓器采購(gòu)和庫(kù)存管理的資金投入。 最佳備用變壓器數(shù)目在文獻(xiàn)中得到很好的論述。參考：[1]基于蒙特卡羅模擬為確定最佳備用變壓器數(shù)目提供了方法。存儲(chǔ)備用變壓器儲(chǔ)存在配電公司的區(qū)域中心。備用變壓器的最佳數(shù)目可以平衡其安全性及購(gòu)買攜運(yùn)所需費(fèi)用而決定。在[2]中，基于泊松分布的概率模型考慮由于負(fù)載損耗、 未提供的能源和投資成本費(fèi)用來(lái)確定最佳數(shù)目。為最優(yōu)備件[2] 討論確定三種概率模型，即安全性標(biāo)準(zhǔn)模型、故障平均時(shí)間間隔 (MTBF) 標(biāo)準(zhǔn)模型和統(tǒng)計(jì)經(jīng)濟(jì)學(xué)模型。 以上三種模式，其中統(tǒng)計(jì)經(jīng)濟(jì)學(xué)模型結(jié)果最優(yōu)，它將系統(tǒng)總成本和備件成本減至最小。[3]的作者側(cè)重于使用概率方法以決定配電系統(tǒng)的備用變壓器的數(shù)目。該論文討論的模型有 1）泊松模型2）馬爾科夫模型和3）時(shí)間順序模型。 [3] 討論了購(gòu)買和維護(hù)備用變壓器的花費(fèi)與安全性之間如何折中。公用庫(kù)存中的備用變壓器的最優(yōu)數(shù)大多數(shù)基于安全性評(píng)估和安全性規(guī)定成本的概率模型而定。 在實(shí)際中，變壓器通常保持在長(zhǎng)時(shí)間通電的情況下。由于技術(shù)原因，一個(gè)備用變壓器和主變壓器并聯(lián)通電。對(duì)于較大的配電系統(tǒng)，備用變壓器可能被存放在多個(gè)地點(diǎn)。另外，如先前討論的，由于沒(méi)有可靠的備用地，變壓器故障時(shí)能會(huì)導(dǎo)致失電。 在這項(xiàng)工作中，我們討論如何提高備用變壓器的安全性的最佳位置?？赡苡卸鄠€(gè)在分布系統(tǒng)中找出備用變壓器的最佳位置的客觀標(biāo)準(zhǔn)。這些備用變壓器是安裝在最佳地點(diǎn)，且不保存在庫(kù)存以減少更換時(shí)間。 剩下的文章組織如下。第2節(jié)描述了優(yōu)化制定備用變壓器的最佳位置問(wèn)題。第3節(jié)以示例配電公司演示所提供辦法。第4節(jié)得出重要結(jié)論。 2.優(yōu)化問(wèn)題公式化 徑向分布網(wǎng)絡(luò)示例如圖1所示。在變電站中變壓器通過(guò)饋電柱向負(fù)載供電。一個(gè)饋電柱可能由多個(gè)變電站的變壓器供電。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假定每個(gè)變電站的變壓器的容量是相等的。但是，也可以將有不同安裝容量的變電站容納到優(yōu)化問(wèn)題中。也可能是兩個(gè)饋電柱之間的饋電柱。中間饋電柱可能沒(méi)有與變電站的變壓器直接連接。變電站備用變壓器可理解為連接到電站的饋電柱數(shù)目。如果變電站的備用變壓器有高實(shí)用性，也就是隨著變電站電壓等級(jí)的增高，安裝在變電站的備用變壓器可以作為連接到相鄰饋電柱的變電站備用。備用變壓器不同變電站地點(diǎn)在圖1中的應(yīng)用如表 1 所示。 圖 1 中所示的一線圖可以轉(zhuǎn)換為兩個(gè)不交集，即變電站組和饋電柱組。如圖 2 所示饋電柱的元素至少與一個(gè)變電站組元素相連。 系統(tǒng)安全性可以表示為執(zhí)行所需的功能，在給定的時(shí)間間隔不會(huì)出現(xiàn)故障的可能性。[2] 中參照使用泊松概率分布對(duì)系統(tǒng)的安全性建模。 Rt=e-Nλt（Nλt）xx！ （1） 其中 N 是變壓器單位的總數(shù)。λ是單位的故障率。x是在時(shí)間間隔t失敗的次數(shù)。要安裝的備用單元的最佳數(shù)目是由μu×Cu+n×Cs?Cu決定的可講成本降至最低。Cu是由于故障而不可用的成本的總成本決定的。Cs是擁有和維護(hù)備用單元一年的費(fèi)用。基于n個(gè)備用部件由于之前的故障而廢棄的事實(shí)，μu是不可用部件的平均數(shù)。 μu=μr-n+x=0n-1（x-e）e-μrμrxx！ （2） μr=N×λ×MTTR （3） λ是指在時(shí)間間隔 MTTR下，處在修復(fù)狀態(tài)下的部件平均數(shù)。MTTR或平均修復(fù)時(shí)間意為修復(fù)一個(gè)部件或出現(xiàn)故障后購(gòu)買一個(gè)新的所需的平均時(shí)間。故障率 λ的定義如[1]所示 找到備用部件的最佳數(shù)目后，備用變壓器的位置最優(yōu)化問(wèn)題便可用公式推導(dǎo)?？梢杂米龊芏喾椒ㄗ龀觥Ｔ谶@里將討論兩種不同的優(yōu)化方案。 2.1公式1 電力失負(fù)荷價(jià)值（VOLL）可能會(huì)由于消費(fèi)類別和消費(fèi)者的價(jià)值觀的差異而有所不同。每種消費(fèi)者可能有不同的VOLL。例如，對(duì)于醫(yī)院，如果醫(yī)院沒(méi)有任何備份電源，VOLL就顯得很重要。同樣，一個(gè)行業(yè)如果出現(xiàn)很長(zhǎng)的故障持續(xù)時(shí)間，生產(chǎn)鏈將出現(xiàn)問(wèn)題。在文獻(xiàn)[4] [5] [6]中將通過(guò)用戶停電損失函數(shù) (CDF)詳細(xì)討論VOLL。 這項(xiàng)工作，不用CDF來(lái)計(jì)算VOLL而是平均的客戶損失成本 (CDC) 。用于計(jì)算以考慮其平均負(fù)荷范圍和平均中斷持續(xù)時(shí)間分類的各類消費(fèi)者。 下面將討論備用變壓器分配的優(yōu)化的公式問(wèn)題。優(yōu)化問(wèn)題可以看作一個(gè)主導(dǎo)的設(shè)置問(wèn)題。其目的是最大化使用的備用變壓器的同時(shí)盡量減少VOLL。 其中[A]表示m個(gè)饋電柱和n個(gè)變電站的連接矩陣，[X]表示在變電站存在一個(gè)備用變壓器，[U]代表個(gè)饋電柱的使用矢量，N是要安裝的變壓器總數(shù)。這個(gè)優(yōu)化方案是一個(gè)整數(shù)線性規(guī)劃（ILP）問(wèn)題。 2.2 規(guī)劃2 由于老化，電氣網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備最終將都會(huì)出現(xiàn)故障。這些設(shè)備的使用壽命帶有隨機(jī)性質(zhì)。一個(gè)部件可能只使用了一段時(shí)間，但是其他設(shè)備可能會(huì)繼續(xù)使用幾年。變壓器的故障與老化存在正相關(guān)性。論文[7]中變壓器使用年數(shù) (T)和故障概率pf (t) 在時(shí)間t范圍內(nèi)的關(guān)系可使用正態(tài)分布建模。 其中 ps(t) 是在時(shí)間t內(nèi)設(shè)備仍可使用的可能性，f（t）是計(jì)算平均μ和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ在內(nèi)的正態(tài)分布函數(shù)。 我們已經(jīng)用上述關(guān)系來(lái)計(jì)算變壓器發(fā)生故障的概率。現(xiàn)在，我們以最小化故障率為目標(biāo)推算最優(yōu)化問(wèn)題。 其中Pi是變壓器i發(fā)生故障的概率。[B]為n個(gè)變電站的鄰接矩陣。 [x]代表在變電站中備用變壓器的數(shù)量。 [v]是的二進(jìn)制值，表示在一組相鄰的變電站中的存在的備用變壓器的向量。N是安裝變壓器的總數(shù)。此優(yōu)化方案是整數(shù)線性規(guī)劃（ILP）的問(wèn)題。 3案例研究 在本節(jié)中，擬議的備用變壓器最佳位置的方法以圖 1 中的一線圖說(shuō)明。此網(wǎng)絡(luò)，變壓器的最佳總數(shù)由第 2 節(jié)中討論的方法所得。用于確定的備用變壓器總數(shù)的輸入的數(shù)據(jù)如表 2 所示。 輸入?yún)?shù) 值 20 MVA單相變壓器高峰負(fù)荷 16 MVA 功率因數(shù) 0.87 負(fù)荷系數(shù) 0.52 審查設(shè)計(jì)期限 1 year 災(zāi)難性故障頻率 0.05 稅收流失 3 Rs./kWh 客戶平均損失花費(fèi) 20 Rs./kWh 20 MVA 備用變壓器的估計(jì)成本 13.7 Rs. million 自身和帶有備用的成本 1.37 Rs. million/year 表 2： 輸入?yún)?shù)計(jì)算總成本 從表 3 可以看到在給定的系統(tǒng)下，最佳變壓器總數(shù)是兩個(gè)?，F(xiàn)在，我們來(lái)解決下一個(gè)級(jí)別問(wèn)題即提高系統(tǒng)安全性的變壓器最佳位置。 表3：備用變壓器的可靠性和成本 3.1規(guī)劃1下的案例研究 給定系統(tǒng)的連接矩陣 [A] 如下所示： 在表4中顯示出每個(gè)饋線的VOLL。其中VOLL以72小時(shí)的量計(jì)算。 表4 不同饋線的VOLL ILP難題1使用GLPK優(yōu)化規(guī)劃求解 [8]。最佳位置問(wèn)題的結(jié)果如下所示： 表5: 站節(jié)點(diǎn)上存在的備用變壓器 表5顯示了備用變壓器需要在變電站B和F安裝。從矩陣A中可以看出，在變電站B中的變壓器提供了饋電柱｛1，2，3，9｝，而變電站F中的變壓器則提供饋電柱｛5，6，7，8｝。變電站B所有的VOLL就是由其提供的饋電柱VOLL總合。 從表4中可以得到變電站B的VOLL為Rs. 60.204million。同樣的，變電站F的VOLL為Rs.81.410million. 3.2規(guī)劃2下的案例研究 連接矩陣 B 如下所示： 表 6 顯示間隔t中的變壓器在運(yùn)行T年后，在t時(shí)間段內(nèi)的故障概率。從樣本中得到平均壽命μ= 24.11年，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為σ= 12.56。在隨后的時(shí)間段t內(nèi)變壓器的無(wú)故障的概率為1年。 表6:每臺(tái)配電變壓器的故障概率 可以看出，變壓器現(xiàn)階段的使用年齡大于或等于平均年齡時(shí)，出現(xiàn)故障的概率就會(huì)增加。 最佳位置問(wèn)題的結(jié)果如下所示： 表7: 站節(jié)點(diǎn)上存在的備用變壓器 表7顯示了安裝在變電站B和F的備用變壓器.從矩陣 B，變電站B中的備用變壓器可以為組{A;B;C;I}提供服務(wù)而變電站F中的備用變壓器將為組{E ；F ；G ；H}服務(wù)。 變電站組｛A；B；C；I｝失效概率的總和是0.21347，而{E；F；G；H} 是0.37720。 4．結(jié)論 關(guān)于備用變壓器在配電系統(tǒng)的最佳位置的問(wèn)題的可以由兩個(gè)ILP解決。通過(guò)確定備用變壓器的最佳位置來(lái)提高其安全性。第一個(gè)優(yōu)化方案將備用變壓器的效用最大化的同時(shí)盡量減少VOLL，而第二個(gè)優(yōu)化方案優(yōu)先考慮較高故障率的相鄰變電站。 參考文獻(xiàn) [1] J. de Carvalho Costa and A. da Silva, “Monte carlo simulation to assess the optimum number of distribution spare transformers,” Proc. 10th Int. 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