（电力系统及其自动化专业论文）考虑资金限制的电网降损措施研究.pdf

1 士= i明明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文考虑资金限制的电网降损措施研究， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：兹丞 日 期：2 1 1 翌：主：星 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 导师签名o j 1 ， _ j “ 弋 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 在电网降损过程中，实施的建设性措施是需要资金的，在资金限制的情况下， 电力企业会面临如何采取一种降损组合方案使降损效果达到最优的问题。为了解决 在资金限制下选择最优降损组合方案的问题，本文将研究的问题转化为0 1 整数规 划的求解问题，并建立相应的数学模型。通过对求解0 1 整数规划问题的隐枚举法 进行改进，可以应用到选择最优降损组合方案中。基于隐枚举法的求解过程；本文 编写了相应的c 语言程序代码，结合实际的电网进行实验难证，在潮流计算的基础 上可以得到有效的结果。 关键词：资金限制，降损组合方案，0 - 1 整数规划，隐枚举法 a b s t r a c t d u r i n gt h er e d u c i n gp o w e rl o s so fp o w e rg r i d ，t h ec o n s t r u c t i v em e a s u r e s t oc a r r yo u ta r en e e df u n d ，i nt h ec i r c u m s t a n c e so fc o n s i d e r i n gl i m i t e df u n d s ，t h e e l e c t r i cp o w e re n t e r p r i s ew i l lf a c e sap r o b l e mo fh o wt ot a k eac o m b i n a t i o np r o g r a mo f r e d u c i n gp o w e rl o s st om a k et h ee f f e c to fr e d u c i n gp o w e rl o s st ob eo p t i m i z e d i no r d e r t os o l v et h ep r o b l e mo fc h o o s i n gt h eb e s tc o m b i n a t i o np r o g r a mw i t ht h el i m i t a t i o no f f u n d ，t h ep a p e rt r a n s f o r m st h em a t t e rt os t u d yi n t o0 1i n t e g e rp r o g r a m m i n gq u e s t i o n ， a n db u i l d st h em a t c h i n gm a t hm o d e l t h r o u g hm o d i f y i n gt h ei m p l i d te n u m e r a t i o n m e t h o dw h i c hs o l v et h e0 - 1i n t e g e rp r o g r a m m i n gq u e s t i o n ，a n di sa b l et ob ea p p l i e dt o h o wt oc h o o s er e d u c i n gp o w e rl o s sc o m b i n a t i o np r o g r a m b a s e do nt h es o l v i n gp r o c e s s o fi m p l i c i te n u m e r a t i o nm e t h o d ，i tw r i t e st h em a t c h i n gcl a n g u a g es e c u r ec o d e ，b e i n g t i e dw i t hp r a c t i c a le l e c t r i cn e t w o r kt oc a r r yo ne x p e r i m e n tv e r i f i c a t i o n , b a s e do nt h e p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ，i ti sa b l et og e tt h ev a l i dr e s u l t g eh o n g y i n g ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i c ) d i r e c t e db yp r o f c h a n gx i a n r o n g k e yw o r d s ：l i m i t a t i o no ff u n d s ，r e d u c i n gl o s sc o m b i n a t i o np r o g r a m ，0 - 1 i n t e r g e rp r o g r a m m i n g ，i m p l i c i te n u m e r a t i o nm e t h o d 0ril， 净一 矗 鱼 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 研究的背景和意义1 1 2 解决问题的方法研究现状j 一2 1 2 1 资金限额下常用的决策方法2 1 2 2 对研究的问题进行转化3 1 2 3 求解0 - 1 规划问题的隐枚举法3 1 3 课题的主要工作一4 第二章电力网的降损措施5 2 1 增加无功补偿5 2 1 1 通过无功补偿提高负荷节点功率因数5 2 1 1 1 提高功率因数的降损节能分析5 2 1 1 2 根据经济功率因数确定补偿容量6 2 1 2 采用无功补偿设备调压7 2 1 2 1 电压调整的方式7 2 1 2 2 从提高运行电压需要来确定补偿容量7 2 2 增加导线截面降低导线损耗8 2 2 1 增加导线截面的降损节电效果8 2 2 2 按经济电流密度选择导线截面9 2 3 淘汰高耗能变压器，采用节能型变压器9 2 3 1 对变压器产品技术进步的分析1 0 2 3 2 不同标准配电变压器损耗比较1 0 2 3 3 老旧变压器更新的节电潜力与经济效益1 2 2 3 4 变压器的选择1 3 第三章求解0 - 1 整数规划问题的隐枚举法1 4 3 1 隐枚举法简介1 4 3 2 三种隐枚举法的求解过程及优缺点1 5 3 2 1 隐枚举法i 的求解过程及特点1 5 3 2 2 隐枚举法i l 的求解过程及特点1 6 3 2 3 隐枚举法的求解过程及特点1 8 华北电力大学硕士学位论文目录 第四章改进的隐枚举法在资金限制下选择降损组合方案中的应用2 0 4 1 选择降损组合方案的前提2 0 4 2 待考虑的降损方案的选择及所需参数2 0 4 2 1 待考虑的无功补偿方案的选择及所需投资2 0 4 2 2 待考虑的增加导线截面的降损方案的选择及所需投资2 l 4 2 2 1 待考虑的增加导线截面的降损方案的选择2 1 4 2 2 1 增加导线截面的投资一2 l 4 2 3 待考虑的淘汰高耗能变压器的降损方案的选择及所需投资2 2 4 3 降损组合方案的节能效益2 2 4 4 用改进的隐枚举法求解问题2 3 4 4 1 隐枚举法求解问题的局限性2 3 4 4 2 改进的隐枚举法在选择降损组合方案中的应用“2 4 4 4 2 1 建立数学模型2 4 4 4 2 2 改进的隐枚举法在选择降损组合方案中的应用：2 4 第五章程序设计及算例验证2 6 5 1 程序设计的流程图2 6 5 1 1 整体思路流程图2 6 5 1 2 各子模块的实现过程2 6 5 2 简单算例3 2 5 3 复杂算例3 7 第六章结论4 2 参考文献，4 3 附表变压器技术性能参数表4 6 致谢4 7 在学期间发表的论文4 8 箩 摹 x - 华北电力大学硕士学位论文 1 1 研究的背景和意义 第一章引言弟一早jl 甬 电网电能损失率( 线损率) 是电力企业的一项重要综合性技术经济指标，它反映 了电网的规划设计、生产运行和运营管理水平。根据国家“资源开发与节约并重， 把节约放在首位 的方针政策，电力企业为降低线损率，提高电力使用效率和经济 效益投入了大量人力、财力、物力，取得了可喜的成绩。我国电网的一、二次电气 设备技术状况得到了显著的改善，通过“城、农网改造 ，我国的电网装备水平技 术性能也大大提高。但是，目前我国的线损率与世界发达国家相比还比较高，各省、 市电力公司及所辖单位的线损率差距也不小，节电潜力比较大。当前，我国电网企 业面i 临的两个突出问题：一是如何保证跨区域电网、地方电网的安全稳定运行；二 是如何在保证电网安全运行的基础上，实现电网经济合理运行，尽可能的减少电网 运行的电能损耗，降低电力企业的生产成本。随着电力企业经营转制，不断掌握现 代化管理手段，摒弃粗放管理，更好地应用定量的、可操作的、可考核的科学管理 方法，把不合理的电能损耗减少到最小，使线损率达到先进水平，这是电力企业现 代化管理的核心内容之一，也是电力企业生存和发展的必要条件【1 1 。 降低电力网电能损耗的重要途径是采取行之有效的技术措施，主要的降损措施 包括调整网络布局、电网升压改造、简化电压等级、合理调整运行电压、缩短供电 半径、减少迂回供电、换粗导线截面、更换高能耗变压器、增加无功补偿容量等。 近年来随着电网改造的不断深入，已对部分配电变压器、线路等进行了更换，对降 低电能损耗起到了很大的作用。目前对一些设备老化、损耗高的变电站的改造正在 进行之中，随着电网建设与改造的不断完善，不仅提高了供电可靠性和电网的安全 性，而且达到了降低网损的目的；提高负荷的功率因数，让无功功率基本就地平衡， 线损就可以大为降低，而且还可以改善电压质量和提高线路和变压器的输送能力。 美、英、日等国家规定配电线路上基本不送无功功率，供电线路的功率因数在高峰 负荷时达0 9 5 以上，在低谷负荷时为1 0 左右。我国各地区的电力网的平均功率因 数均较低，可见大有降损的潜力【2 一。 由于实施降损措施是需要投资的，在资金有限的情况下，怎样使有限的资金既 能得到充分运用，又使降损效果达到最好是电力企业应该考虑解决的问题，对投资 回收年限短、投入资金少、工期短、降损节电效果显著的工程项目应优先安排实施。 电网的经济运行是降低供电成本的有效途径，合理选择降低电网的技术措施是一项 极为重要的工作。电网降损工作要根据电网的实际需要，选择比较适合本供电网络 的降损措施，以取得较高的社会效益和经济效益1 5 刁j 。本课题研究的目的是在考虑 1 华北电力大学硕士学位论文 资金限制的情况下，寻找一种降损优化组合方案能使降损效果达到最优，从而广泛 应用于电网的降损管理工作中来提高企业的经济效益。 1 2 解决问题的方法研究现状 如何将有限的资本配置到无限的项目投资中去，满足项目投资配置的需要并获 得最佳的经济效益，是每个项目投资决策者必须解决的问题。资本限量决策是指企 业在资金的一定限度之内，对所有可供选择的项目采用一定的方法进行有效组合， 使选择的一组投资项目既能满足对资金的需求，又能使企业获得最大的收益的一种 投资决策分析方法【引。目前从国内外研究现状来看，在考虑资金限制的情况下研究 降损优化组合方案的方法很少，通过建立数学模型规划求解可以得到最优结果，但 由于在电力系统中变量多，建立数学模型及求解过程复杂，需考虑采用其它的方法 解决问题。 1 2 1 资金限额下常用的决策方法 经济领域中的受资金限制的项目投资决策分析方法有很多，这些方法既实用又 便利，针对受限制的项目组的选择优化问题，为投资者迅速准确地做出投资决策提 供科学依据。目前对受资金限制的项目选择问题，主要有两种基本的决策方法：净 现值指数排序法和互斥方案组合法【1 0 1 2 l 。 净现值指数( n p v l ) 排序法是在计算项目组中各项目净现值指数n p v i 的基础上， 将n p v i = 0 的项目按n p v i 大小排序，并按此次序选取项目，直至所选取项目组合的投 资总额最大限度地接近或等于投资限额为止。这种方法简便易算，是它的主要优点。 但是，由于n p v i 是项目净现值与其投资总额现值之比，反映了单位投资现值所能带 来的净现值的大小。因此，n p v i 最大的项目，其净现值( n p v ) 可能不是最大，那 么按n p v i 大小选择的项目组合可能达不到总体n p v 最大的目标，也就是说，净现值 指数排序法给出的可能不是最优项目组合。 互斥方案组合法是对项目组中的各独立项目，先列出其全部的互斥项目组合方 案，然后计算各互斥项目组合方案的n p v ，其中投资额不超过资金限额且n p v 最大 的组合方案就是最优项目组合。这种方法的优点是保证得出最可靠、最优的项目组 合。但是，它也有缺点，互斥方案组合法只能用于项目个数较少的情况。当独立项 目数量增加时，其组合方案数量将呈指数增加。因为每个项目都有两种可能，被选 择或被放弃，故n 个独立项目就能排出2 。一1 个相互排斥的项目组合方案。如项目组 有1 0 个独立项目，则可组合成1 0 2 3 个互斥项目组合方案。若用互斥方案组合法比选 项目组中的这1 0 个项目，就要穷举1 0 0 0 多个组合方案，逐一计算、比较、筛选。可 见，这种方法计算量很大，十分麻烦。 2 拿 i - 萄 华北电力大学硕士学位论文 针对以上两种方法的缺点，如何使受资金限制的项目组的排序比选工作既简单 易行、直观实用，又保证能获得最优( 或近似最优) 的项目组合方案呢? 文献【5 1 提出 了“净现值+ 剩余资金 比选法。“净现值+ 剩余资金 比选法按n p v 大小次序，应 用到降损措施上可按每种方案降损效果的大小( 即节约成本) 进行排序，比较每个项 目的投资额与其可利用的剩余资金，故被选中的项目，其n p v 都是依次增大的，这 就保证了总体n p v 最大化目标；而没被选中的项目，都是组合后投资超限的项目， 在它被放弃后，其可利用的剩余资金要用于其后所排列项目的比较，进而可能被利 用，这就保证了总体资金利用率的最高。因此，这种方法从净现值和剩余资金两方 面考虑比选项目，最终保证了可获得最优( 或近似最优) 的项目组合。 1 2 2 对研究的问题进行转化 上述三种方法是解决受资金限制的项目组的选择优化问题的常用方法，但应用 到选择最优降损组合方案中会有一定的局限性。以上三种方法中，各项目之间是独 立的，互不关联的，而在选择降损方案时，各方案之间是相互联系的，利用上述方 法得到的结果不能保证降损的整体效果最好。由于研究问题的特殊性，每种降损措 施或采用或放弃，相当于变量取值为1 或0 ，所以本文将问题转化为0 1 整数规划问题， 采用求解0 1 整数规划问题的方法来解决问题。 0 1 规划是整数规划的特例i 其数学模型的目标函数、约束条件与线性规划相同， 不同的是其变量只能取值o 或1 ，分别表示两种截然相反的结果。由于0 1 规划的变量 个数有限且取值非为0 即1 ，所以不难把解的集合找出来，再检验每个解的可行性， 凡符合全部约束条件者均为可行解，通过比较目标函数的值便可找到最优解。这个 解法称为穷举法。当变量和约束条件很多时，其工作量是很大的，但目前求解0 1 规划的各种方法都是以此为基础的，只不过分别采用不同的技术处理来减少求解计 算的工作量。在有关文献上常见的求解方法称为隐枚举法【”】。 1 2 3 求解o 一1 规划问题的隐枚举法 隐枚举法是b a l a s e 在1 9 6 5 年提出的，是求解0 1 规划问题的一种有效方法。它只 检查一部分变量组合，在检查过程中根据已有信息自动舍弃许多不可能成为最优解 的组合，求得最优解，从而大大减少了工作量。隐枚举法只需比较目标函数在一小 部分组合点上的取值大小就能求得最优解和最优值。常用的隐枚举法有两种方法： 第一种是通过建立过滤条件而使计算工作量大为减少的方法，通过过滤值来自动舍 弃许多不可能成为最优解的组合，从而求得最优解。首先用试算法找到一个可行解， 利用此解的目标函数值可以增加一个约束条件，即过滤条件。过滤条件的作用是在 检验一个解是否为可行解前先要考虑的约束条件，如果不满足此条件则无需再检验 其它约束条件，这样计算工作量可大为减少。第二种方法是先将数学模型改造为标 a 。-， l r 华北电力大学硕士学位论文 准型，然后按一定顺序检验解集中各解的可行性，力争只检验较少的解便找到最优 解。该方法是从变量取值全为0 开始，通过使某个变量从0 到1 的转换使目标函数值 从最小开始逐渐增加，并同时使解点与可行解的距离缩短而逐步过滤到可行解。因 为检验的顺序是从目标函数值最小的解点开始递增的，故在检验中发现的第一个可 行解即为最优解【l 引。文献 1 6 1 在第二种方法的基础上提出了一种新的方法，不用 通过调整目标函数的系数以及约束条件，直接按目标函数值的大小排列，从而求得 最优解和最优值，该方法求解过程简单，无须将数学模型转化为标准型，既保留了 第一种方法的优点又克服了第二种方法的缺陷，明显地优于前两种解法。正文中第 三章对隐枚举法的三种方法作出了详细地介绍及比较。 1 3 课题的主要工作 课题研究的是针对某个输电网，在满足电网运行的各种指标的前提下，考虑资金 限制，选择一种降损组合方案使降损效果达到最好。本文主要考虑三种降损措施： 增加无功补偿、增加导线截面、淘汰高耗能变压器，采用节能型变压器。通过对电 网进行线损计算并分析，找到需要考虑降损的节点和支路，再将问题转化为0 1 整数 规划问题，采用隐枚举法确定最优的降损组合方案，最后通过编写相应软件程序来 实现。具体工作如下： 1 ) 介绍电力网的三大降损措施：增加无功补偿、增加导线截面、淘汰高耗能变压器， 并说明各自的降损节能效果和实施各种降损措施所需的投资。 2 ) 基于将研究问题转化成0 1 整数规划问题，并采用求解0 1 整数规划问题的隐枚举 法来解决选择最优降损组合方案的问题，详细地介绍三种隐枚举法的求解过程及 优缺点。 3 ) 利用改进的隐枚举法应用到选择降损组合方案中；介绍如何选择待考虑的降损方 案：待考虑的降损组合方案的节能效益；隐枚举法求解问题的局限性；根据本文 具体问题如何对隐枚举法进行改进并应用到选择降损组合方案中，最终确定最优 的降损组合方案。 4 ) 对改进的隐枚举法在选择降损组合方案中的应用进行程序设计，首先设计整体的 思路流程图，然后介绍各部分实现的具体过程；最后以一个简单的电力网和某省 县级的实际电网进行分析，详细地介绍求解问题的具体过程，结合潮流计算，根 据所得结果验证课题研究方法的有效性。 4 l i 、 矗 华北电力大学硕士学位论文 第二章电力网的降损措施 电网降损措施可以分为两大类：管理措施和技术措施，根据分析电网损耗的组 成部分，找到造成损耗的原因并采取相应的措施。属管理不善引起的损耗可以通过 加强管理来达到降低损耗的目的。技术措施分为建设性措施和运行性措施，建设性 措施需要对电网进行技术改造，运行性措旌只是改善电网运行方式，达到降低网损 的目的。本文主要介绍三种建设性措施：增加无功补偿、增加导线截面、淘汰高耗 能变压器，采用节能型变压器。 2 1 增加无功补偿 近年来由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。无功电源如同有功 电源一样，是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不 可缺少的部分。在电力系统中，无功要保持平衡，否则，将会使系统电压下降，严 重时会导致设备损坏，系统解列。此外，网络的功率因数和电压降低会使电气设备 得不到充分利用，促使网络传输能力下降，损耗增加。因此，解决好网络补偿问题， 对网络降损节能有着极为重要的意义1 5 j 。 2 1 1 通过无功补偿提高负荷节点功率因数 2 1 1 1 提高功率因数的降损节能分析 功率因数指有功功率与视在功率的比值，通常用c o s m 表示。在电力网里无功 功率消耗是很大的，大约有5 0 的无功功率消耗在输、变、配电设备上，5 0 消耗 在电力用户。为了减少无功功率消耗，就必须减少无功功率在电网里的流动。最好 的办法是从用户增加无功补偿，提高用电负荷的功率因数，这样就可以减少发电机 无功出力和减少输、变、配设备中的无功电力消耗，从而达到降低损耗的目的。 当投入补偿容量后，由于功率因数角的变化，所引起的降损节能分析如下： 若设网络的首端有功功率为尸，平均功率因数为c o s 西n ，电网平均损失率为，则 在无功补偿前电网的损耗值为：只。一p r 。当用户投入无功补偿容量q c 后，电网的 平均功率因数将会提高，即网络电压和总电流之间的相角差。将会出现负的增量， 此时网络损耗将会从e o 下降到只，有功损耗的下降值为皿一只o - 8 ，在一小时内， 其节电效益为：c 一蝇g p ，式中g p 为有功电价，元七h 。 提高功率因数和降低有功损耗的关系：当输送有功功率不变，功率因数从c o s d p ， 5 华北电力大学硕士学位论文 提高到s m 2 ，电网中各串接元件的有功负载损耗降低百分率为： 凹廿舞舢 g 哪 提高功率因数降低有功损耗百分率见表2 - 1 。 表2 - 1 提高功率因数降低有功损耗百分率 絮 o 8o 8 5o 9 0o 9 51 s 西i 0 6 0 4 3 7 55 0 1 45 5 5 56 0 1 16 4 0 6 53 3 9 84 1 5 24 7 8 45 3 1 8 5 7 7 5 0 7 02 3 4 43 2 1 83 9 54 5 75 l o 7 51 2 1 l2 2 1 53 0 5 63 7 6 74 3 7 5 o 8 01 1 4 22 0 9 82 9 0 83 6 o 8 51 0 81 9 9 42 7 7 5 o 9 0 1 0 2 51 9 0 9 59 7 5 从表2 1 看出通过增加无功补偿提高用户的功率因数对于降低电能损耗，提高 经济效益具有十分重要的作用1 4 l 。 2 1 1 2 根据经济功率因数确定补偿容量 确定无功补偿容量是电力系统实际运行中通过无功补偿进行降损的重要依据 和实施方案。通过对无功补偿容量的计算，可确定最佳的无功补偿方案。确定补偿 容量的方法是多种多样的，但其耳的都是要提高电网的某种运行指标，从用户的角 度来说，可以从提高功率因数的需要来确定补偿容量【”l 。 经济功率因数是通过对用户用电设备等各参数的统计，并对此类设备投资的分 析得到的，电网在经济功率因数下运行可以节省投资并提高设备出力，降低电能损 耗。 3 5 5 0 0 k v 输电网的经济功率因数c o s e c 参考表2 2 。 表2 23 5 , - 一5 0 0 k v 输电线的经济功率因数 电压( k v )经济功率因数 参考经济功率因数 3 3 0 5 0 0 2 2 0 o 9 81 o o 0 9 50 9 8 6 矗 华北电力大学硕士学位论文 如果电力网的最大负荷月的平均有功功率为己，补偿前功率因数为c o s c i , 1 ，补 偿后欲将功率因数提高到经济功率因数c o s m 比，补偿容量按公式( 2 2 ) 计算： q 一( 1 j f 一1 - 1 一辱i ( 2 2 ) 式中：q 为所需补偿容量，k v a r ； 为最大负荷月的平均有功功率，k w 。 2 1 2 采用无功补偿设备调压 2 1 2 1 电压调整的方式 无功功率的经济分配与电力系统调压密切相关，当系统无功不足时会引起电压 水平下降，必须对电压进行调整。电压调整的方式主要有两种，一种是通过无功补 偿的方法来调压，即使用电容器、调相机、并联电抗器或静止无功补偿器来进行调 压。另一种是通过进行无功重新分布来进行调压，即使用调压变压器或借用发电机 进行调压，由于这种调压措施本身不产生无功，只能改变无功的分布，因此在整个 系统无功不足或无功过剩的情况下，是不能够利用改变变压器分接头位置或通过改 变发电机端电压进行调压的。只有在系统无功处于平衡的基础上才能够通过改变变 压器分接头位置或发电机端电压来进行调压并取得合格的电压【1 8 】。 当系统中无功功率不足时，就应当采用各种附加的补偿设备来向系统提供无功 功率。在系统的节点处适当配置无功补偿设备，以弥补无功供给的不足，并减少线 路上所传输的无功功率，从而减少线路上的功率损失和电压损失。 2 1 2 2 从提高运行电压需要来确定补偿容量 在线路末端，运行电压较低，特别是重负荷、细导线的线路。加装无功补偿设备 后，可以提高运行电压，这就产生了按提高电压的要求，选择多大的补偿容量的问 题。 当装设补偿设备以前，网络电压可用下述表达式计算： q ；u 2 + p r f + q x ( 2 3 ) u 2 装设补偿设备后，电源电压q 不变，变电所母线电压升到以，且 ， u 醍+ p r + ( 万q - 一q c ) x ( 2 4 ) u 2 7 华北电力大学硕士学位论文 所以 心一以一学 q c 一u ：x a u 式中： 以投入补偿设备后母线电压值( k v ) ； a 【厂投入补偿设备后电压增量( k v ) 。 2 2 增加导线截面降低导线损耗 ( 2 - 5 ) 输电线路上的电能损耗，是系统网络损耗中重要的组成部分，降低输电线路的 电能损耗是降低网损的一项主要的技术措施。降低输电线路上电能损耗的措施主要 包括：增加导线截面，缩短供电半径，减少迂回供电等，本文考虑采用增加导线截 面来降低导线损耗。 2 2 1 增加导线截面的降损节电效果 在输送负荷不变的条件下，增加导线截面，减少线路电阻可以达到降损节电的 效果。 换线前的功率损耗 嵋一甜2 r i x l 0 - 3 ( 2 6 ) 换线后的功率损耗 蝇= 3 1 2 p 、2 x 1 0 。3 ( 2 - 7 ) 式中： r 换线前的导线电阻，q ； 如换线后的导线电阻，q 。 换线后降低损耗百分率按下式计算 椭一警姐泓陪) x 1 0 0 弘8 ， 纰i蜀j 、7 增加导线截面降低功率损耗百分率( p ) 如表2 - 3 所示。 表2 3 增加导线截面降低功率损耗百分率 8 华北电力大学硕士学位论文 从表2 3 可以看出，增加导线截面可以达到明显的降损效果【4 1 。 2 2 2 按经济电流密度选择导线截面 选择导线时，一般要根据经济电流密度选择导线截面，经济电流密度综合考虑 投资、年运行费用及有色金属消耗后制定【1 们。我国目前钢芯铝绞线的经济电流密度 值见表2 - 4 。 ， 表2 - 4 钢芯铝绞线的经济电流密度值 正常运行方式下的最大持续输送功率，其导线的经济截面积按下式计算： 驴拯窒型竺 (2-9)4 j 3 j u n j 式中： i p 2 + q 2i 正常运行方式下的线路最大持续视在功率，k v a ； l ，m a x 线路额定电压，k v ； ，经济电流密度，a m m 2 。 根据线路的最大负荷利用小时数查表2 4 得出经济电流密度再代入式( 2 9 ) 计 算，选取接近的标称截面积导线【2 0 1 。 2 3 淘汰高耗能变压器，采用节能型变压器 变压器是一种应用广泛的电气设备，交压器中的损耗在系统损耗中占有很大的 比例。据估计，我国变压器的总损耗占系统总发电量的1 0 左右，如损耗每降低1 ， 每年可节约上百亿度电。变压器的节能降耗已是势在必行。降低变压器损耗的措施 有：淘汰高耗能变压器，停用空载配电变压器，加装低压电容器，加强运行管理， 合理配置配电变压器容量等。本文考虑采用淘汰高耗能变压器，采用节能型变压器 华北电力大学硕士学位论文 来降低变压器的损耗。可以说，节能型变压器的推广对于解决我国电力供应紧张， 建立节约型社会有着重要意义。 2 3 1 对变压器产品技术进步的分析 按变压器技术参数水平进行分析，可把建国以来的各类型变压器划分为四代产 品。第一代变压器称为热轧硅钢片变压器，其型号为t m 、t n 、s j 、s ji 及s j 型； 第二代变压器称为冷轧硅钢片变压器，按g b1 3 0 0 7 3 系列生产的s j 3 一s j 5 或s 3 一s 5 型；第三代变压器产品称为低损耗节能型变压器，即s 7 、s l 7 和s 9 型；第四代是 非晶态变压器。下面按这四代产品分析变压器技术进步1 2 。 1 热轧硅钢片变压器 按“6 4 标准( g b5 0 0 1 9 6 4 ) 】 第一代变压器产品是2 0 世纪5 0 、6 0 年代生产的，是以仿苏为主的老产品，基 本上处于国际3 0 、4 0 年代水平( 前苏联1 9 4 1 年标准) 。这些产品的铁芯材料都是热 轧硅钢片，当然其性能参数是落后的。因此，热轧硅钢片变压器室属于技术落后、 损耗大、应淘汰的老旧变压器。 2 冷轧硅钢片变压器 按“7 3 标准( g b1 3 0 0 1 3 0 1 1 9 7 3 ) 】 第二代变压器产品出现于7 0 年代中期，变压器的铁芯材料由热轧硅钢片改为 冷轧晶粒取向硅钢片，这是铁芯材质的一个突破，大大降低了变压器的空载损耗。 所以第二代变压器的出现，在当时是降低变压器损耗的一次飞跃。 3 低损耗节能型变压器( “8 6 标准) 第三代变压器产品是8 0 年代中期出现的低损耗节能型变压器，它的出现时变 压器产品技术进步的第二次飞跃，其原因是变压器设计者在保证原产品安全性能指 标的基础上，对降低损耗的技术参数大做文章，改进了产品结构，提高了产品的性 能。变压器空载损耗下降率为3 8 4 6 。 4 非晶态变压器 第四代产品是9 0 年代末期才出现的非晶态变压器，非晶态变压器当今在我国 处于起步阶段。非晶态变压器产品的出现时变压器技术进步第三次飞跃。非晶态变 压器空载损耗较s 7 系列下降8 0 ，负载损耗下降5 0 。 2 3 2 不同标准配电变压器损耗比较 目前运行的配电变压器主要有三个时期的产品，即“ 标准( g b5 0 0 1 9 6 4 ) 、 。7 3 一标准( g b1 3 0 0 。1 3 0 1 1 9 7 3 ) 和“8 6 标准。其损耗比较如表2 5 【2 。 1 空载损耗比较 表2 5 不同标准配电变压器空载损耗比较表 1 0 华北电力大学硕士学位论文 5 0 ( k v a ) 1 0 0 ( k v a ) 2 0 0 ( 1 8 0 ) ( k v a ) 3 1 5 ( 3 2 0 ) ( k v a )5 0 0 ( k v a ) 配电变 损耗 比6 4 降损耗比6 4 降 损耗 比6 4 降 损耗 比6 4 降损耗比6 4 降 压器标 电量 低百分率 电量 低百分率 电量 低百分率 电量 低百分率 电量 低百分率 准 ( k w h ) ( ) ( k w h ) ( ) ( k w h ( ) ( k w h ( ) ( k w h ( ) “6 4 ”3 8 5 46 3 9 51 0 5 1 21 6 6 “2 1 9 0 “7 3 ” 3 3 2 91 5 7 75 4 3 11 7 5 08 7 6 02 01 2 7 0 23 1 0 31 7 9 5 8 2 1 9 5 “8 6 1 6 6 4 1 3 1 6 1 2 8 0 31 2 8 1 54 7 3 01 2 2 2 46 6 5 8 1 4 9 9 89 4 6 11 3 1 4 7 由表可见，“6 4 一标准的配电变压器空载损耗最大，其次为“7 3 一标准，“8 6 标准最小。以1 0 0 k v a 配电变压器为例，“6 4 一标准的空载损耗为1 ，则三种标准的 配电变压器空载损耗比为1 ：0 8 5 ：0 4 4 。 2 负载损耗比较 。 配电变压器负载损耗随用电负荷变化而变化，为了便于比较，根据把三种标准 的1 0 0 k v a 配电变压器在不同负载时损耗绘制成损耗曲线。如图2 - 1 所示。 51 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 ，( ) 变压器损耗按式( 2 - 1 0 ) 计算： 纰+ ( 孚) 2 必 叫) 2 _ i 蒜一灯慨 式中： 戗变压器空载损耗，k w ； 必变压器负荷损耗，k w ； ( 2 1 0 ) 华北电力大学硕士学位论文 变压器额定容量，k v a , s ，变压器功过容量，k v a , c o s v 通过容量的功率因数。 从上图中可知： ( 1 ) 由于空载损耗的影响，在轻负荷时，损耗率最大； ( 2 ) 运行在经济负荷区如4 0 一8 0 负荷时，三种标准的负载损耗率差别减少； ( 3 ) “8 6 刀标准的低损耗运行区较广； 从上述分析可知，以1 0 0 k v a 容量的变压器为例，当负荷在2 0 一1 0 0 时，“8 6 一 标准的变压器比“6 4 标准的损耗率降低2 6 6 1 0 1 个百分点，比“7 3 一标准的损 耗率低1 9 3 0 7 个百分点，因此，降损效果显著。 2 3 3 老旧变压器更新的节电潜力与经济效益 当前我国推广的高效变压器主要是非晶态和s 9 型变压器，因此老旧变压器更 新是以节能型的非晶态和s 9 型变压器代替2 0 世纪5 0 、6 0 和7 0 年代老旧变压器及 s 7 型变压器，由于非晶态变压器在我国处于起步阶段且其价格昂贵，所以本文主要 介绍选择s 9 型变压器代替老旧变压器的节电效果和经济效益。 1 变压器技术参数 表2 6 不同型号1 0 0 0 k v a 变压器技术参数 变压器型号 s n ( k v a )p o ( k w )p k ( k w ) l o u k 非晶态 l 0 0 0o 4 25 6 2 50 1 14 5 s 91 0 0 01 71 0 3o 74 5 s 71 0 0 01 81 1 61 24 5 5 0 年代 1 0 0 04 91 554 5 6 0 年代 1 0 0 04 51 454 5 7 0 年代 l 0 0 03 2 51 3 754 5 从表中可以看出，相同容量的不同型号的变压器，非晶态和s 9 型变压器的空 载损耗和负载损耗远远低于老旧型号的变压器。 2 用s 9 型变压器更换老1 日变压器的节电效果和经济效益 分别计算负载为声2 l 和声2 0 5 节约的功率a p 、q 、必和节电量蝉、地、 酞，将计算结果分别列入表2 - 7 和表2 - 8 中。 变压器型 幽 q必( 雌)( 峨)( 鲍) 号 取叨 1 2 华北电力大学硕士学位论文 ( k v a r )( k 聊( k w h )( k v a r h )( k w h ) 5 0 年代 7 94 31 3 7 86 9 2 0 43 7 6 6 8 01 2 0 7 1 3 6 0 年代 6 54 31 2 15 6 9 4 03 7 6 6 8 01 0 5 9 9 6 7 0 年代 4 9 54 3 1 0 2 1 44 3 3 2 63 7 6 6 8 08 9 4 7 5 s 71 45 2 1 81 2 2 “4 3 8 0 01 9 0 9 5 变压器型 幽q 幽吧( 雌)( 魄)( 4 ) 号+ ( k v a 0( 1 【、7 l ，)( k w h )( k v a r h )( k w h ) 5 0 年代 6 0 84 31 1 5 6 95 3 2 1 93 7 6 6 8 01 0 1 5 8 1 6 0 年代5 0 64 31 0 3 7 24 4 3 5 63 7 6 6 8 09 0 8 5 9 7 0 年代3 。6 34 38 6 0 53 1 7 9 83 7 6 6 8 07 5 8 2 7 s 7o 8 951 5 6 87 8 4 24 3 8 0 01 3 7 3 6 以上两表可以看出，s 9 型变压器较老1 日型号的变压器有明显的节能效果。 2 3 4 变压器的选择 变电站内变压器容量和台数是影响电网结构、供电安全可靠和经济性的重要因 素。容量大小和台数多少的选择往往取决于区域负荷的现状和增长速度，取决于一 次性建设投资的大小，取决于变压器单位容量造价、系统短路容量和运输安装条件 等。近几年随着变压器制造技术的不断提高，变压器自身质量和安全运行水平大幅 度提高；变压器空载损耗下降的幅度增大，经济运行的负载率得到不断降低；倡导 国家节能减排政策，鼓励企业开展经济运行工作。变压器的选择一般都考虑以下几 个因素： ( 1 ) 变压器额定容量应能满足供电区域内用电负荷的需要，即满足全部用电设备总 计算负荷的需要，避免变压器长期处于过负荷状态运行； ( 2 ) 对于供电区域内有重要用户的变电站，应考虑一台变压器在故障或停电检修状 态下，其它变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的一级和二级 负荷，对一般负荷的变电站，任何一台变压器停运，应能保证全部负荷的 7 0 一8 0 的电力供应不受影响； ( 3 ) 虽然大容量变压器单位容量造价低，在高负荷密度供电区域建设大容量变电站 能够节省投资，容量越大，效果就越明显； ( 4 ) 在一定容量范围内，容量增大变损降低，但节约的电费可能难以补偿投资费用 的增加，与之配套的开关等设备的开断能力的要求大，所以变压器容量的选择 要考虑变压器及其配套装置的一次性投资； 1 3 华北电力大学硕士学位论文 第三章求解0 - 1 整数规划问题的隐枚举法 3 隐枚举法简介 的 本文是通过将研究的问题转化为0 - 1 整数规划问题，并采用隐枚举法进行求解 0 1 整数规划问题的数学模型为： 目标函数：m a x ( 或m i n ) z 。盖c 。 药束条件：_ 盖口 z s ( 或苫溉一l 2 ，朋) l 工，一0 或1 ，0 = 1 ，2 ，n ) 隐枚举法是一种求解0 1 整数规划问题的常用方法，也是资本限额下组合项目 选择的一种有效、快捷的方法它是相对于穷举法而言的，但仅通过检查变量组合 的一部分即可得到最优解，且在变量个数较多时求解过程优于其它方法，能够快速 得到最优结果。 常见的隐枚举法有两种t 第一种是通过建立过滤条件而使计算工作量大为减少 的方法，通过过滤值来自动舍弃许多不可能成为最优解的组合，从而求得最优解。 首先用试算法找到一个可行解，利用此解的目标函数值可以增加一个约束条件，即 过滤条件。过滤条件的作用是在检验一个解是否为可行解前先要考虑的约束条件， 如果不满足此条件则无需再检验其它约束条件，这样计算工作量可大为减少。第二 种方法是先将数学模型改造为标准型，然后按一定顺序检验解集中各解的可行性， 力争只检验较少的解便找到最优解。该方法是从变量取值全为0 开始，通过使某个 变量从0 到1 的转换使目标函数值从最小开始逐渐增加，并同时使解点与可行解的 距离缩短而逐步过滤到可行解。因为检验的顺序是从目标函数值最小的解点开始递 增的，故在检验中发现的第一个可行解即为最优解【1 3 l 。文献f 5 】与【2 2 】在第二种方法 的基础上提出了一种新的方法，不用通过调整目标函数的系数以及约束条件，直接 按目标函数值的大小排列，从而求得最优解和最优值，该方法求解过程简单，无须 将数学模型转化为标准型，既保留了第一种方法的优点又克服了第二种方法的缺 陷，明显地优于前两种解法。 1 4 ，p ? 华北电力大学硕士学位论文 3 2 三种隐枚举法的求解过程及优缺点 3 2 1 隐枚举法i 的求解过程及特点 隐枚举法i 是以穷举法为基础的，通过建立过滤条件而使计算工作量大为