220kV地區(qū)變電所電氣一次系統(tǒng)設計279

220kV地區(qū)變電所電氣一次系統(tǒng)設計279,kv,地區(qū),變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設計 華 北 電 力 大 學 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計（論 文）附 件 外 文 文 獻 翻 譯 學 號： 081901090224 姓 名： 閆豐 所在系別： 電力系 專業(yè)班級： 農電08k2 指導教師： 王寧 原文標題： 220kV地區(qū)變電所一次系統(tǒng)設計：220/110/10kV，進出線回數(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(n-1)安全性，需要在每個配電變電站安裝備用變壓器。在沒有備用變壓器的配電變電站，變壓器故障可能會導致連接到它的負載損失。在每個配電變電站都裝設備用變壓器其花費非常昂貴。在配電系統(tǒng)中，相鄰單位的負荷轉換是不可能的，沒有負載的平均時間可能是2-3天。實際消費者不希望有這種負載的損失。此外，這將降低使用安全性指數(shù)。 本論文提出兩個方法以找出備用變壓器提供最可靠最理想的位置。通過整數(shù)線性規(guī)劃模型（ILP）找出備用變壓器的最佳位置，旨在 1）減少電力失負荷價值（VOLL） 2） 變壓器故障概率最小化。本文將以示例的配電公司說明該方法。 1.介紹 在競爭激烈的市場環(huán)境中，提高安全性是配電公司的要主要解決的問題。在一個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因此損失客戶。此外，在安全性指標方面，配電公司的執(zhí)行規(guī)章也會記入電費。這正是驅動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絡構成及其管理。變壓器的故障至關重要。故障可能會導致無法供應用戶。(n-1)應急標準中并聯(lián)兩個或更多的變壓器的設計安全但昂貴。在實際運用中，常見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。臨時恢復供應可以通過（連接到故障的變壓器）將負荷轉移到鄰近的變壓器。這只有在相鄰變壓器的備用容量足夠的前提下才能使用。備用變壓器的個數(shù)雖然提高了的系統(tǒng)安全性，但是會增加變壓器采購和庫存管理的資金投入。 最佳備用變壓器數(shù)目在文獻中得到很好的論述。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。存儲備用變壓器儲存在配電公司的區(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買攜運所需費用而決定。在[2]中，基于泊松分布的概率模型考慮由于負載損耗、 未提供的能源和投資成本費用來確定最佳數(shù)目。為最優(yōu)備件[2] 討論確定三種概率模型，即安全性標準模型、故障平均時間間隔 (MTBF) 標準模型和統(tǒng)計經濟學模型。 以上三種模式，其中統(tǒng)計經濟學模型結果最優(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）時間順序模型。 [3] 討論了購買和維護備用變壓器的花費與安全性之間如何折中。公用庫存中的備用變壓器的最優(yōu)數(shù)大多數(shù)基于安全性評估和安全性規(guī)定成本的概率模型而定。 在實際中，變壓器通常保持在長時間通電的情況下。由于技術原因，一個備用變壓器和主變壓器并聯(lián)通電。對于較大的配電系統(tǒng)，備用變壓器可能被存放在多個地點。另外，如先前討論的，由于沒有可靠的備用地，變壓器故障時能會導致失電。 在這項工作中，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€在分布系統(tǒng)中找出備用變壓器的最佳位置的客觀標準。這些備用變壓器是安裝在最佳地點，且不保存在庫存以減少更換時間。 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)得出重要結論。 2.優(yōu)化問題公式化 徑向分布網絡示例如圖1所示。在變電站中變壓器通過饋電柱向負載供電。一個饋電柱可能由多個變電站的變壓器供電。為了簡單起見，假定每個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)化問題中。也可能是兩個饋電柱之間的饋電柱。中間饋電柱可能沒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用性，也就是隨著變電站電壓等級的增高，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在圖1中的應用如表 1 所示。 圖 1 中所示的一線圖可以轉換為兩個不交集，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，在給定的時間間隔不會出現(xiàn)故障的可能性。[2] 中參照使用泊松概率分布對系統(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是擁有和維護備用單元一年的費用。基于n個備用部件由于之前的故障而廢棄的事實，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是指在時間間隔 MTTR下，處在修復狀態(tài)下的部件平均數(shù)。MTTR或平均修復時間意為修復一個部件或出現(xiàn)故障后購買一個新的所需的平均時間。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)化問題便可用公式推導。可以用做很多方法做出。在這里將討論兩種不同的優(yōu)化方案。 2.1公式1 電力失負荷價值（VOLL）可能會由于消費類別和消費者的價值觀的差異而有所不同。每種消費者可能有不同的VOLL。例如，對于醫(yī)院，如果醫(yī)院沒有任何備份電源，VOLL就顯得很重要。同樣，一個行業(yè)如果出現(xiàn)很長的故障持續(xù)時間，生產鏈將出現(xiàn)問題。在文獻[4] [5] [6]中將通過用戶停電損失函數(shù) (CDF)詳細討論VOLL。 這項工作，不用CDF來計算VOLL而是平均的客戶損失成本 (CDC) 。用于計算以考慮其平均負荷范圍和平均中斷持續(xù)時間分類的各類消費者。 下面將討論備用變壓器分配的優(yōu)化的公式問題。優(yōu)化問題可以看作一個主導的設置問題。其目的是最大化使用的備用變壓器的同時盡量減少VOLL。 其中[A]表示m個饋電柱和n個變電站的連接矩陣，[X]表示在變電站存在一個備用變壓器，[U]代表個饋電柱的使用矢量，N是要安裝的變壓器總數(shù)。這個優(yōu)化方案是一個整數(shù)線性規(guī)劃（ILP）問題。 2.2 規(guī)劃2 由于老化，電氣網絡中的所有設備最終將都會出現(xiàn)故障。這些設備的使用壽命帶有隨機性質。一個部件可能只使用了一段時間，但是其他設備可能會繼續(xù)使用幾年。變壓器的故障與老化存在正相關性。論文[7]中變壓器使用年數(shù) (T)和故障概率pf (t) 在時間t范圍內的關系可使用正態(tài)分布建模。 其中 ps(t) 是在時間t內設備仍可使用的可能性，f（t）是計算平均μ和標準偏差σ在內的正態(tài)分布函數(shù)。 我們已經用上述關系來計算變壓器發(fā)生故障的概率?，F(xiàn)在，我們以最小化故障率為目標推算最優(yōu)化問題。 其中Pi是變壓器i發(fā)生故障的概率。[B]為n個變電站的鄰接矩陣。 [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 中的一線圖說明。此網絡，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。 輸入參數(shù) 值 20 MVA單相變壓器高峰負荷 16 MVA 功率因數(shù) 0.87 負荷系數(shù) 0.52 審查設計期限 1 year 災難性故障頻率 0.05 稅收流失 3 Rs./kWh 客戶平均損失花費 20 Rs./kWh 20 MVA 備用變壓器的估計成本 13.7 Rs. million 自身和帶有備用的成本 1.37 Rs. million/year 表 2： 輸入參數(shù)計算總成本 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。現(xiàn)在，我們來解決下一個級別問題即提高系統(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中顯示出每個饋線的VOLL。其中VOLL以72小時的量計算。 表4 不同饋線的VOLL ILP難題1使用GLPK優(yōu)化規(guī)劃求解 [8]。最佳位置問題的結果如下所示： 表5: 站節(jié)點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中的變壓器在運行T年后，在t時間段內的故障概率。從樣本中得到平均壽命μ= 24.11年，其標準偏差為σ= 12.56。在隨后的時間段t內變壓器的無故障的概率為1年。 表6:每臺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，出現(xiàn)故障的概率就會增加。 最佳位置問題的結果如下所示： 表7: 站節(jié)點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}提供服務而變電站F中的備用變壓器將為組{E ；F ；G ；H}服務。 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．結論 關于備用變壓器在配電系統(tǒng)的最佳位置的問題的可以由兩個ILP解決。通過確定備用變壓器的最佳位置來提高其安全性。第一個優(yōu)化方案將備用變壓器的效用最大化的同時盡量減少VOLL，而第二個優(yōu)化方案優(yōu)先考慮較高故障率的相鄰變電站。 參考文獻 [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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