通过调整配变位置的中压配网线路优化运行探讨

本文是一篇电气自动化论文，笔者认为配变调整除了考虑容量大小外，还应在充分考虑干式、油浸式、箱体式、干架式、配电室等不同类型的配变的条件下建立调整方案。
第一章绪论
1.1研究目的与意义
配电网在电力系统中承担着分配电能的作用，将电能直接分配给用户[1]。配电网由变电站、架空线路、杆塔、电缆、配电变压器、开关、无功补偿等设备组成，这些设备运行过程中，产生的损耗之和构成了配网的总损耗。其中，配电变压器（简称：配变）产生的损耗在整个配网中占比较大，约占整个损耗的60-70%左右[2]，特别是在农村地区，由于负荷轻、负荷波动大、配变损耗占比尤为突出。因此，分析配变损耗产生的原因，降低配变损耗，对于优化中压配电线路有着积极的作用。
造成配电变压器损耗大的因素有多种，体现在以下几个方面：
1）配变容量与负荷配置不合理，使得配变运行在轻载或重过载运行方式下，引起损耗增加。2）配变位置偏离负荷中心。3）无功补偿不合理，峰值时补偿过少，谷值时补偿过多。4）高耗能配变没有及时更换。5）三相负荷不平衡，造成中性点电流偏大，增加了线路的损耗。下户线老旧、过细、长度不够都会造成损耗增加。
针对五方面配变损耗大的因素，本文以配变容量与负荷匹配问题为研究对象，寻找解决配电线路上配变容量与负载不匹配，造成线损过高的方法。一定负荷下，配变的配置与损耗的大小有着密切的关系，配电线路中，配变不同负荷运行和不同运行方式时线路损耗不同，配变运行越经济，配电线路损耗就越小[3]。依据《电力变压器经济运行》[4]，配变是否经济运行采用负载率衡量，负载率等于实际运行负荷与配变额定容量的比值。配变负载具有一定随机性，单一负载率指标，并不能全面反映配变的运行情况。然而，现实生活中，在集镇、商业中心、医院、学校等人员比较集中的地区，用电负荷相对较大，配变常常处于重载、甚至过载状态，负载率相对较大，偏离经济运行负载率。同样地，在边远农村，用电负荷相对较小，负载率相对较小，配变长期处于轻载状态，“大马拉小车”现象时有发生，偏离经济运行负载率。以上两种运行方式增加了配变的损耗，需要建立更科学的方法评价配变的负载情况。
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1.2国内外研究现状
通过调整配变位置的中压配网线路优化运行研究是在评价配变运行，依据评价结果，调整配变位置的基础上研究的。近年来，许多国内外学者在配变运行评价和配变位置调整方面进行了充分的研究，取得了许多成果。下面将其研究现状分别进行阐述[14]。
1.2.1配变运行评价方法
配变经济运行是指在保证用电安全可靠的前提下，使配变运行在最佳运行方式下，此方式下配变的效率最高、损耗最小。
传统的配变经济运行评价方法是依据配变经济运行的定义，通过单一指标负载率来判断配变的运行方式。文献[15,16]通过统计配变实际运行负载率，统计了不同负载率下配变的损耗、运行效率，提出了配变经济运行评价方法。文献[17,18]依据配变负载率，确定配变经济运行区间，达到评价配变经济运行的目的。但该方法只考虑了当前的负载率变化、平均负载率、最大负载率之间的关系及负载分布特征，忽视了负载的历史情况、未来变化趋势、分散程度等指标。
随着配变运行评价研究不断的深入，在兼顾配变参数、配变运行基础理论的同时，充分结合负载的历史情况、未来变化趋势、运行工况、瞬时性指标、累积性指标等，分析数据分布特征，借助面向对象、聚类算法等智能算法对配变运行方式全面分析评价，有效克服了传统变压器运行方式研究的缺点。
文献[19,20]统计了负载率，从负载率的波动特征，平均值、波动趋势等3个角度提炼了负载率的特征指标，采用改进K-Medoids聚类算法对配变运行状态进行评价，有效克服传统分析方法的缺点。文献[21-23]主要以配变运行工况、历史记录的相关特性作为评估指标对配变运行方式评估，该类方法引入非数值型的定性指标，指标计算复杂，增加了评估的不确定性。文献[24,25]从配变的电压、电流等监测数据中提取多维特征，以此构建评价体系，建立动态评估模型，实现配变运行状态的实时画像描述，从而及时掌握配变运行状态的变化规律。
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第二章配变运行状态基本分析
2.1配变运行基本理论
配变在运行中产生的功率损耗主要分为两部分：
（1）空载损耗。当配变二次绕组开路时，一次绕组输入额定电压时所消耗的功率[54]。由于铁损占比非常大，空载损耗近似等于铁损。因配变的空载损耗不随所带的负荷的大小变化而变化，在任何负载下都保持一个固定的数值，用0P表示，单位为W或者KW。
（2）短路损耗。当配变二次短路时，配变一次侧施加额定电压时，配变所吸收的功率[54]。由于配变的铜损占比非常大，短路损耗近似等于铜损。用kP表示，单位为W或者KW。
（3）负载损耗。随着它所带负荷大小的变化而变化。
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2.2配变运行状态分析
通过上述分析，配变的运行状态信息可以用动态负载率来描述。因此，为了能够更好的分析配变的运行方式，需要掌握每台配变24小时负载率的分布规律。由统计学知识可知，数据的分布特征可从三个方面进行展开论述。
首先是数据的趋势，能够充分的反映数据靠拢或聚集的程度，如众数、中位数、平均值、极值等基本统计量，体现着数据集中程度。其中，中位数（x）、众数(0M)、平均值(eM)三者之间的关系能够决定数据的偏态分布，如图2-3所示。

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其次是数据的离散程度，反映了数据和中心距离的远近及分布情况，如上四分位数、下四分位数、极差、方差和标准差。上四分位和下四分位相差较远、极差值较大、方差和标准差值较大，表示数据的离散程度比较大，反之，数据的离散程度相对较小。
最后是数据的分布形态，包括偏态和峰态[57]。偏态是用偏态系数表征数据的分布情况，当偏态系数大于0时，数据呈现右偏分布；当偏态系数小于0时，数据呈现左偏分布；当偏态系数等于0时，数据呈现对称分布。峰态是用峰态系数表征数据尖峰程度，当峰态系数大于0时，数据呈现尖峰分布，数据相对集中；当峰态系数小于0时，数据呈现扁平分布，数据比较分散；当峰态系数等于0时，表示标准峰度[58]。
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第三章 采用随机森林算法的配变运行状态评价方法 ........................ 25
3.1 随机森林算法基本思想............................ 25
3.1.1 决策树原理 ................................ 25
3.1.2 随机森林分类器设计 .............................. 26
第四章 采用聚类算法的配变运行状态评价方法 ........................... 38
4.1 K-means 算法基本思想 ............................ 38
4.1.1 K-means 算法的基本步骤 .......................... 38
4.1.2 聚类算法评价指标 ............................ 39 
第五章 配变位置优化模型 ............................. 47
5.1 配变位置优化中的指派问题 ................................. 47
5.1.1 配变位置调整中的指派问题 ............................. 47
5.1.2 匈牙利算法的基本原理 .................................. 49
第五章配变位置优化模型
5.1配变位置优化中的指派问题
有n项不同任务需要n个人完成，要求每个人且仅只能完成一项工作。由于n个人能力、知识、经验等不同，故不同任务完成所需要消耗的总资源有所差异，因此需寻找一种方案，n项工作都能完成并且总资源消耗最少，这类问题被定义为指派问题[80]。然而，在配变位置的调整过程中，有n台配变安装在n个位置，要求每台配变安装位置有且仅有一个，由于每台配变的额定容量、阻抗、每个位置的负荷不同，因而要使得每台配变所处的位置运行经济，需要寻找一种指派方案，使得n台配变都尽可能的处于运行经济运行状态。
引入运行状态系数m：表征配变处于不经济严重程度，配变不经济状态为轻载运行状态、重载运行状态、过载运行状态。结合专家打分法，根据表4-7配变14分类评价结果，表5-1给出了配变不同运行状态下的m值，值越大表示配变越不经济，值越小表示配变越经济。

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第六章结论与展望
6.1结论
主要研究工作如下：
（1）理论上分析了配变运行与负载率的关系，采用基本统计指标，对配电变压器运行过程中负载率进行统计，建立反映配电变压器历史负载情况的指标。
（2）定义了配变运行状态标签，调整并确定了随机森林分类器的参数，在11个基本特征指标基础上，提出了配变运行状态评价方法。利用评价方法对陕西某县3199台配变进行评价，得出了3分类配变运行状态评价结果准确率0.987，14分类配变运行状态评价结果准确率0.989，综合对比2个评价结果的优缺点、共同点和不同点，得出14分类配变运行状态评价结果更优。
（3）为避免随机森林分类算法在确定配变运行状态时依据经验和专家建议，人为主观因素较大，算法训练的结果随主观配变运行状态的改变而改变的缺点，在11个基本特征指标的基础上，采用K-means算法提出了配变运行状态评价方法，采用轮廓系数选择较好的评价结果。利用评价方法，对陕西某县3199台配变评价，给出了4大类、14小类的评价结果更优。
（4）引入优化系数，采用指派问题，建立了以经济运行优化系数之和最小为目标函数的位置优化模型，利用匈牙利算法求解优化模型，解决了配电变压器位置调整问题，达到了配电变压器位置优化的目的。
（5）提出了通过调整配电变压器位置的中压配网线路优化方法，在matlab平台上用C语言编制了程序，以陕西某县10KV配网线路为例，对算法进行了验证。
参考文献（略）