本發明涉及變壓器運行可靠性建模技術領域，特別是涉及考慮多因素的變壓器過負荷性能評價模型建模方法。

背景技術：

隨著社會經濟的高速發展，城鄉用電負荷連連攀升，供電形勢日益嚴峻。鑒于電網建設用地成本、設備成本的壓力，以及電網規劃滯后的問題，輸變電設備會在確保系統安全穩定的前提下，進行適當的過負荷運行。

目前，已有大量針對輸電線路過負荷性能的研究。但油浸式變壓器由于其受環境因素影響不大，以及考慮的附件裝置更為繁復，現有成果較少。

已有的關于變壓器過負荷性能評價的國內外研究主要僅從熱點溫度建模和頂層油溫建模等幾方面進行。熱點溫度建模常用的有熱傳導模型和熱電類比模型。熱電類比模型，由于兩者方程的實驗解可通用，將傳熱量類比為電流、溫度類比為電壓、熱電導熱電容類比為電路中的電導電容，進而得出變壓器熱分布等效電路模型，最終求得繞組熱點溫度。但是，熱點溫度或頂層油溫建模不能全面準確地評價過負荷性能。

綜上所述，現有技術中對于變壓器過負荷性能評價的問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術實現要素：

為了解決現有技術的不足，本發明提供了考慮多因素的變壓器過負荷性能評價模型建模方法，本發明考慮了影響變壓器過負荷運行的性能指標包括繞組熱點溫度限制、設備故障率限制以及經濟盈虧指標。通過模型基礎分析、模型搭建并介紹建模流程以及各因素建模方式。確立了基于多因素能評價變壓器過負荷性能影響的模型，為電網風險評估及工程應用提供理論支撐。

考慮多因素的變壓器過負荷性能評價模型建模方法，包括以下步驟：

步驟一：基于調度運行與生產管理信息平臺進行數據的采集：獲取變壓器的環境信息，變壓器負載率，變壓器設備當前狀態，變壓器的歷史記錄，變壓器所在電網系統運行工況、變壓器售價、售電及上網價格；

步驟二：基于多因素指標的模型建立：將采集的數據代入基于熱點溫度建模及頂層油溫建模的傳統熱傳導模型公式中，獲得變壓器給定時間內穩定運行最大負載率k1，針對傳統熱傳導模型加入修正因子，得到修正后的熱點溫度模型；

建立變壓器故障率awh模型，將采集的數據作為參量輸入變壓器故障率公式，獲得變壓器限定時間內穩定運行最大負載率k2，k1與k2相互獨立；

將采集的數據作為參量輸入經濟損失、經濟收入公式中，兩者疊加獲得變壓器經濟盈虧模型；

步驟三：模型的性能評價：針對修正后的熱點溫度模型判斷變壓器熱點溫度是否小于限值，若否，則減小k1值，重新修正傳統熱傳導模型，若是，則選擇最大負載率k1及最大負載率k2的最小值；

針對變壓器故障率awh模型，判斷故障率是否小于限值，若否，則減小k2值，重新得到變壓器故障率awh模型，若是，則選擇最大負載率k1及最大負載率k2的最小值；

取前述確定的最大負載率k1、最大負載率k2兩者的較小值k，將k作為自變量輸入經濟盈虧模型中的經濟損失、經濟收入公式，實現從經濟盈虧角度對變壓器過負荷性能評價。

其中，步驟一中，采集的數據包括：獲取變壓器的環境信息，變壓器負載率，變壓器設備當前狀態，變壓器的歷史記錄，變壓器所在電網系統運行工況、變壓器售價、售電及上網價格；

具體的，變壓器的環境信息包括覆冰、山火、雷電、微氣象等信息，變壓器設備當前狀態包括產氣速率及繞組熱點溫度等，變壓器的歷史記錄包括變壓器的檢修、事故記錄等，變壓器所在電網系統運行工況指變壓器潮流、電壓、頻率、溫度等所在電網系統運行工況。

進一步的，利用變壓器熱點溫度綜合修正因子m，對繞組熱點溫度進行修正，改進后的熱點溫度θh(t)表示為：

θh(t)＝m·θh(t)。

進一步的，變壓器的熱點溫度綜合修正因子m的計算公式為：

式中，m1為環境信息情況的修正因子，m2為故障預測修正因子，m3為歷史統計數據的修正因子。

進一步的，所述環境信息情況的修正因子m1所包括的具體因素為：地理信息、極端天氣、冷卻類型；

歷史統計數據的修正因子m3所包括的具體因素為：家族缺失、歷史缺陷、歷史故障。

進一步的，所述變壓器故障率awh模型考慮了健康程度和負載率，具體表達式為：

式中，b、c和θh是計算期望壽命的參數，根據實際查詢行業標準(iec60076-7—2005powertransformers-part7)可得具體參數值；形狀參數β和指數關系e表達式系數n通過非序貫montecarlo方法對歷史數據抽樣擬合得出；η為特征壽命參數，θh為修正后的熱點溫度；健康指數γhi和時間t為自變量，γhi與θh的關系可由統計數據確定。

進一步的，所述變壓器經濟盈虧模型的過負荷運行經濟盈虧性指標由過負荷運行一段時間內經濟收入和經濟損失疊加情況來定量判斷。

進一步的，所述過負荷運行的經濟損失包括過負荷運行產生偶發故障導致系統臨時停運的概率損失ca，概率損失ca由設備停運后的電費損失ce及設備臨停聯合損失cf組成，即：

ca＝ce+cf。

進一步的，電費損失ce表達式如下：

式中，sn變壓器額定容量，ki為負載率，cosθ為功率因數，rout為標準售電價格，rin為標準上網價格。

進一步的，經擬合統計數據的設備臨停聯合損失數據，得出設備臨停聯合損失cf表達式為：

cf＝f·k·sn·cosθ

f＝e^0.0083t-0.01246t-1

式中，f為設備臨停聯合損失函數，t的單位是分鐘，f的單位是元/千瓦。

進一步的，變壓器的過負荷運行總損失call為：

其中：

式中，rt為變壓器的價格，pk、p0為變壓器的負載及空載損失。

進一步的，避免部分重要設備停運斷供的機會收入iw，其表達式根據歷史數據擬合如下：

iw＝(k-1)·(-0.0015t²+3.3432t+849.8)·sn·cosθ

式中，t的單位為分鐘。

進一步的，變壓器的過負荷運行總收入iall為：

式中，sn為額定容量，k為負載率，cosθ為功率因數，rout為標準售電價格，rin為標準上網價格，t的單位是分鐘，過負荷運行的收入主要源于高負載率下的額外電費ie。

進一步的，經濟盈虧指標z表達式為：

z＝iall-call。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明所建立的模型綜合考慮了影響變壓器過負荷性能的熱點溫度限制、故障率限制以及經濟盈虧指標等多元因素，相較于已有的過負荷評價模型約束條件更為全面。改進的熱點溫度模型相較于傳統熱傳導模型，在評估變壓器熱點溫度方面精度能得到有效提升?？紤]概率損失的經濟盈虧指標可更為全面精確地評價變壓器過負荷性能，在工程應用中可實用性大。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1是本發明的總體建模架構流程圖；

圖2是本發明的熱點溫度修正框架圖。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在變壓器過負荷性能評價模型不夠全面的不足，為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種考慮多因素的變壓器過負荷性能評價模型建模方法。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了考慮多因素的變壓器過負荷性能評價模型建模方法，影響變壓器過負荷運行的性能指標包括繞組熱點溫度限制、設備故障率限制以及經濟盈虧指標。通過模型基礎分析、模型搭建并介紹建模流程以及各因素建模方式。確立了一種基于多因素能評價變壓器過負荷性能評價的方法，為電網風險評估及工程應用提供理論支撐。

收集影響變壓器過負荷運行的相關數據。當變壓器熱點溫度高于常規值時，變壓器內部會產生氣泡，降低其機械強度；而變壓器故障率高于限定值時，會影響既定區域內電網的運行穩定。模型在傳統熱傳導模型的基礎上，加入修正因子，使得改進的熱點溫度模型可量化多因素下的變壓器熱點溫度。通過故障率建模確定故障率限制。對于熱點溫度和故障率約束，需要設定一個上限。而熱點溫度與負載率通過修正的熱點溫度模型聯系，故障率與負載率由設備故障率模型關聯，因此兩個指標均可用負載率的值來等價量化表征。

過負荷運行經濟盈虧指標由過負荷運行一段時間內的經濟收入及損失疊加來定量判斷。過負荷運行的損失不僅取決于高負載率下加速設備老化產生的壽命損失，銅耗、鐵耗等其它損耗而導致的阻抗損失。模型還提出在過負荷運行時全部設備臨時偶發中斷運行，進而造成社會經濟損失的概率損失概念。過負荷運行的收入主要來自高負載率下收取的額外電費，以及防止重要用戶停電而產生的機會收入。采用利潤最大和盈虧平衡兩項指標來對過負荷性能進行評價。

本方法解決其技術問題所采用的技術方案包括如下步驟：

步驟(1)設備繞組熱點溫度模型改進

變壓器實際運行中，其繞組熱點溫度θh不僅取決于傳統熱傳導模型中的溫度θa、負載率k和各種參量大小，且與變壓器的環境信息、故障預測和歷史統計結果等要素相關。結合《iec60076-7-2005》導則、《ieeec57.104》導則、《gb/t7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷》導則，以及某電力公司輸變電設備狀態評估系統接入的包括ems和pms在內的多源異構數據，整理多因素下變壓器熱點溫度的樣本，對比傳統熱傳導模型計算的熱點溫度與《gb/t1094.7-2008》導則差異，提出變壓器熱點溫度綜合修正因子m(modifyingfactor)概念，對繞組熱點溫度進行修正。改進后的熱點溫度θh(t)表示為：

θh(t)＝m·θh(t)(1)

變壓器的熱點溫度綜合修正因子m的計算公式為：

式中，m1為環境信息情況的修正，m2為故障預測修正，m3為歷史統計數據的修正。

如圖2所示，下面就具體因素進行預評估：

(1)地理信息：室內或室外變電站會作用于其運行溫度，進而使其熱點溫度發生變化，變壓器的地理信息主要考慮了變電站的類型。室內變電站附帶了散熱排風裝置，比常年暴露在外部的室外變電站更少地受環境溫度影響，根據《iec60076》導則，給出區分二者差異的地理信息修正如表1所示。

表1地理信息修正值

(2)極端天氣：繞組熱點溫度與環境溫度相關，后者的升高直接導致前者迅速升高，當處于極端天氣(過冷或過熱)時，環境溫度會比常溫時更大程度地影響繞組熱點溫度。為區分差異，根據《iec60076》導則給出極端環境溫度影響修正，如表2所示。

表2極端天氣修正值

(3)冷卻類型：變壓器油的散熱情況取決于變壓器容量及冷卻類型，散熱程度影響繞組熱點溫度的高低，根據《gb/t7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷》導則規范，表3修正了冷卻類型參數。

其中，ofaf為強迫油循環，onan是油浸自冷，onaf為油浸風冷方式。

表3冷卻類型修正值

(4)故障預測：變壓器常見故障由放電和過熱引起，其中過熱故障包括低溫、中溫、高溫過熱；放電故障含局部、低能以及電弧放電。發熱故障對熱點溫度的影響一般大于放電故障，依據《gb/t7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷》導則規定，表4進行了不同故障預測的修正。

表4故障預測修正值

(5)家族缺失：為體現變壓器生產廠商、型號差別導致的質量、分布運行性能差異，針對海量廠商信息，確定不同的可靠性等級劃分標準如下：

1-質量合規，未發生任何問題；

2-質量較合規，有過幾次缺失，對設備安全運行無影響；

3-質量不合規，有反復性缺失，影響安全運行。

根據等級確定相應的修正如表5所示。

表5家族缺失修正值

(6)歷史缺陷與故障：變壓器的狀態可劃分為4個階段：①良好，無殊且不需檢修；②注意，短期運行可靠性無明顯影響，長期運行前需適時維修；③嚴重，可運行，但短期運行可靠性下降，經維修也不一定能改善；④故障，退出運行后經過檢修可恢復工作，但成本高昂建議更換。變壓器歷史缺陷記錄越多，對變壓器的影響越大，間接造成熱點溫度變化。根據《ieeec57.104》導則，對于歷史缺陷記錄及歷史故障次數，給出修正值如表6和表7所示。

表6歷史缺陷修正值

表7歷史故障修正值

步驟(2)設備故障率建模

已有的故障率建模研究多采用基于老化的weibull模型，未考慮設備運行期間的健康狀況。設計考慮健康程度和負載率的變壓器故障率awh模型，其表達式如下：

式中，b、c和θh是計算期望壽命的參數，根據情況查表所得；形狀參數β和指數關系表達式系數n通過非序貫montecarlo方法對歷史數據抽樣擬合得出；健康指數γhi和時間t為自變量，γhi與θh的關系可由統計數據確定。

步驟(3)經濟盈虧性指標分析

考慮變壓器過負荷運行的經濟盈虧性指標時，只能在保障系統安全穩定前提的負載率下，進行短期過負荷運行。本發明認為此負載率由熱點溫度模型及故障率模型綜合判斷給出，模型的過負荷運行經濟盈虧性指標由過負荷運行一段時間內經濟收入和經濟損失疊加情況來定量判斷。

通常過負荷運行的經濟損失僅考慮表征設備加速設備老化產生的壽命損失cl，以及銅耗、鐵耗等其它損耗而導致的阻抗損失cp。

但過負荷運行時可能會由于其健康狀況下降，產生變壓器臨時停運的偶然故障現象，造成社會經濟的損失。本發明提出基于過負荷運行產生偶發故障，導致系統臨時停運的概率損失ca概念。概率損失ca由設備停運后的電費損失ce及設備臨停聯合損失cf組成，即：

ca＝ce+cf(4)

其中電費損失ce表達式如下：

式中，sn變壓器額定容量，ki為負載率，cosθ為功率因數，rout為標準售電價格，rin為標準上網價格。

特別說明，經擬合統計數據的設備臨停聯合損失數據，得出設備臨停聯合損失cf表達式為：

cf＝f·k·sn·cosθ(6)

f＝e^0.0083t-0.01246t-1(7)

式中，f為設備臨停聯合損失函數，t的單位是分鐘，f的單位是元/千瓦。據此，變壓器的過負荷運行總損失call為：

其中：

式中，rt為變壓器的價格，pk、p0為變壓器的負載及空載損失。

過負荷運行的收入主要源于高負載率下的額外電費ie。本發明還提出避免部分重要設備停運斷供的機會收入iw概念，其表達式根據歷史數據擬合如下：

iw＝(k-1)·(-0.0015t²+3.3432t+849.8)·sn·cosθ(10)

式中，t的單位為分鐘。

變壓器的過負荷運行總收入iall為：

式中，sn為額定容量，k為負載率，cosθ為功率因數，rout為標準售電價格，rin為標準上網價格，t的單位是分鐘。

經濟盈虧指標z表達式為：

z＝iall-call(12)

以上所述僅為本申請的優選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。