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1、(10)申请公布号 CN 103824231 A (43)申请公布日 2014.05.28 CN 103824231 A (21)申请号 201410065144.5 (22)申请日 2014.02.25 G06Q 50/06(2012.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 国网山东省电力公司经济技术研究 院 (72)发明人 王艳 张杰 郑志杰 王浩 牛新生 李琨 赵龙 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 张勇 (54) 发明名称 一种考虑风功率分布特性的风电场变压器选 型方法 (57) 摘要 本发明公开了一种。
2、考虑风功率分布特性的风 电场变压器选型方法， 本发明针对风电场变压器 的选取问题， 将风功率分布规律与变压器运行经 济性相结合， 包括对风功率分布的时间与空间特 性、 单台与两台变压器在不同工况下的运行特性 对比分析， 继而在此基础上， 给出风电场初始规划 及后期扩建规划中的变压器选型方案， 从而使变 压器选取达到规划、 以及运行中的经济最优， 实现 其最优化运行的同时亦可提高其运行可靠性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103。
3、824231 A CN 103824231 A 1/2 页 2 1. 一种考虑风功率分布特性的风电场变压器选型方法， 其特征是 ： 包括以下步骤 ： （1） 设定若干个风电场升压主变选型方案 ； （2） 分析不同运行情况下的功率损耗、 临界负载指标 ； （3） 风功率特性分析 ： 以设定周期范围考虑风电场出力的概率分布规律， 即该风电场规 律性及个性信息 ； （4） 结合变压器运行特性中的临界负载指标， 计算对应的风电场设定周期内风功率分 布区间及分布概率， 计算不同变压器选型的损耗值与经济性指标 ； （5） 对不同方案进行综合比较， 得出推荐结论。 2. 如权利要求 1 所述的一种考虑风功率。
4、分布特性的风电场变压器选型方法， 其特征 是 ： 所述步骤 （2） 的具体方法为 ： （a） 单台主变运行情况下 ： 设参考方案中待选变压器为 A 和 B， 按综合功率经济运行时， 变压器 A 和 B 之间技术特 性优劣判定的临界负载视在功率 SLZ， 单位为 kVA， 如式 （1） 式中， SLZ为临界负载视在功率， kVA ； SN为变压器额定容量， kVA ； P0ZA、 P0ZB为 A、 B 变压器 的空载综合功率损耗， kW ； PKZA、 PKZB为 A、 B 变压器的额定负载综合功率损耗， kW ； （b） 两台主变运行情况下 ： 设有 A、 B 两台变压器， A 单独运行时的功。
5、率损耗计算见式 (2)， AB 并列运行时的功率损耗 PZAB(kW) 的计算式为式 （3） 当取 PZA=PZAB时， 可求得两种运行方式间的临界负载(kVA) 为 ： 式中 ： PZA为 A 变压器的综合功率损耗， kW ； P0ZA、 P0ZB为 A、 B 变压器的空载综合功 率损耗， kW ； S 为负载的平均视在功率， kVA ； SNA、 SNB为 A、 B 变压器的额定功率， kVA ； P0ZA、 P0ZB为 A、 B 变压器的空载综合功率损耗， kW ； DA、 DB为 A、 B 变压器的负载分配系数 ； PKZA、 PKZB为 A、 B 变压器的额定负载综合功率损耗， kW。
6、 ； PKZA、 PKZB为 A、 B 变压器的额定负载综 合功率损耗， kW。 3. 如权利要求 1 所述的一种考虑风功率分布特性的风电场变压器选型方法， 其特征 是 ： 所述步骤 （3） 具体为 ： 以设定周期范围考虑风电场出力的概率分布规律， 使所得分布规 律可唯一、 准确并充分的表达所分析风电场的时空特征信息， 即该风电场规律性及个性信 息 ； 通过历史数据分析， 提取风电场功率分布规律， 形成包含有充分个性信息的风电场输出 权 利 要 求 书 CN 103824231 A 2 2/2 页 3 功率分布函数 ； 风电场的历史功率值如式 （5） 所示。 PW=Pi i=1,2,n QW=。
7、Qi i=1,2,n (5) 式中 ： PW、 QW为风电场的有功、 无功功率值 ； Pi、 Qi为第 i 个记录点的有功、 无功功率值 ； n 为分析周期内功率记录点数 ； 设 N(P) 为 PW P， P+P 的总次数， 则定义式 (6) 为有功功率设定周期内的概率分 布函数， 式中 ：(P) 表示 P 功率值在过往设定周期中出现的概率。 4. 如权利要求 1 所述的一种考虑风功率分布特性的风电场变压器选型方法， 其特征 是 ： 所述步骤 （4） 的具体方法为 ： 在分析不同主变选型方案主变运行特性基础上， 得出不同 方案间变压器功率特性损耗特征曲线， 结合风电场风电功率在对应功率区间的分。
8、布概率， 计算不同变压器选型的损耗值与经济性指标， 为方案比选提供依据。 权 利 要 求 书 CN 103824231 A 3 1/6 页 4 一种考虑风功率分布特性的风电场变压器选型方法 技术领域 0001 本发明涉及风电场电力变压器选型领域， 尤其涉及一种考虑风功率分布特性的风 电场变压器选型方法。 背景技术 0002 随着风电的大规模发展， 风电场规划受到学术界和工程界的广泛重视。风电场建 设规划主要依据风资源的分布情况及地理特性进行风电场的选址与容量设计。 考虑风电影 响的输配电系统规划、 考虑大规模风电消纳的系统电源规划是现有研究中比较常见的， 其 研究的核心问题是对风电输出功率随机。
9、波动的考虑， 这对于含有大量风电的网络与电源优 化配置具有非常重要的作用， 可显著提升风电的合理消纳与有效利用。然而上述规划或者 只针对装机容量， 或者是考虑风电随机性的输电系统、 电源规划， 当风电装机容量选定后， 与该容量相关的输配电设备均以此容量进行简单匹配选型， 却并不考虑风电的运行与分布 特性， 这是不合理、 不经济的。 发明内容 0003 本发明提出的目的就是为了弥补传统风电规划中风电场变压器选型的缺点， 提供 一种考虑风功率分布特性的风电场变压器选型方法， 它具有可以分析风电场风功率分布特 性对变压器选型的影响、 提高变压器运行经济性和可靠性等优点。 0004 为了实现上述目的，。
10、 本发明采用如下技术方案 ： 0005 一种考虑风功率分布特性的风电场变压器选型方法， 包括以下步骤 ： 0006 （1） 设定若干个风电场升压主变选型方案 ； 0007 （2） 分析不同运行情况下的功率损耗、 临界负载指标 ； 0008 （3） 风功率特性分析 ： 以设定周期范围考虑风电场出力的概率分布规律， 即该风电 场规律性及个性信息 ； 0009 （4） 结合变压器运行特性中的临界负载指标， 计算对应的风电场设定周期内风功 率分布区间及分布概率， 计算不同变压器选型的损耗值与经济性指标 ； 0010 （5） 对不同方案进行综合比较， 得出推荐结论。 0011 所述步骤 （2） 的具体方。
11、法为 ： 0012 （a） 单台变压器运行情况下 ： 0013 设参考方案中待选变压器为 A 和 B， 按综合功率经济运行时， 变压器 A 和 B 之间技 术特性优劣判定的临界负载视在功率 SLZ， 单位为 kVA， 如式 （1） 0014 0015 式中， SLZ为临界负载视在功率， kVA ； SN为变压器额定容量， kVA ； P0ZA、 P0ZB为 A、 B 变 压器的空载综合功率损耗， kW ； PKZA、 PKZB为 A、 B 变压器的额定负载综合功率损耗， kW ； SNA、 SNB 说 明 书 CN 103824231 A 4 2/6 页 5 为 A、 B 变压器的额定功率， 。
12、kVA ； KT为负载波动损耗系数， 即一定时间内， 变压器负载波动引 起的负载损耗与其平均负载损耗之比。 0016 （b） 两台主变运行情况下 ： 设有 A、 B 两台变压器， A 单独运行时的功率损耗计算见 式 (2)， AB 并列运行时的功率损耗 PZAB(kW) 的计算式为式 （3） 0017 0018 0019 当取 PZA=PZAB时， 可求得两种运行方式间的临界负载(kVA) 为 ： 0020 0021 式中 ： PZA为 A 变压器的综合功率损耗， kW ； P0ZA、 P0ZB为 A、 B 变压器的空载 综合功率损耗， kW ； S 为负载的平均视在功率， kVA ； SNA。
13、、 SNB为 A、 B 变压器的额定功率， kVA ； P0ZA、 P0ZB为 A、 B 变压器的空载综合功率损耗， kW ； DA、 DB为 A、 B 变压器的负载分配系数 ； PKZA、 PKZB为 A、 B 变压器的额定负载综合功率损耗， kW ； PKZA、 PKZB为 A、 B 变压器的额定负 载综合功率损耗， kW。 0022 所述步骤 （3） 具体为 ： 以设定周期范围考虑风电场出力的概率分布规律， 使所得 分布规律可唯一、 准确并充分的表达所分析风电场的时空特征信息， 即该风电场规律性及 个性信息 ； 通过历史数据分析， 提取风电场功率分布规律， 形成包含有充分个性信息的风电 。
14、场输出功率分布函数 ； 0023 风电场的历史功率值如式 （5） 所示。 0024 PW=Pi i=1,2,n 0025 QW=Qi i=1,2,n (5) 0026 式中 ： PW、 QW为风电场的有功、 无功功率值 ； Pi、 Qi为第 i 个记录点的有功、 无功功率 值 ； n 为分析周期内功率记录点数 ； 0027 设 N(P) 为 PW P， P+P 的总次数， 则定义式 (6) 为有功功率设定周期内的概 率分布函数， 0028 0029 式中 ： (P) 表示 P 功率值在过往设定周期中出现的概率。 0030 所述步骤 （4） 的具体方法为 ： 在分析不同主变选型方案主变运行特性基。
15、础上， 得 出不同方案间变压器功率特性损耗特征曲线， 结合风电场风电功率在对应功率区间的分布 概率， 计算不同变压器选型的损耗值与经济性指标， 为方案比选提供依据。 0031 本发明的有益效果为 ： 说 明 书 CN 103824231 A 5 3/6 页 6 0032 本发明针对风电场变压器的选取问题， 将风功率分布规律与变压器运行经济性相 结合， 包括对风功率分布的时间与空间特性、 单台与两台变压器在不同工况下的运行特性 对比分析， 继而在此基础上， 给出风电场初始规划及后期扩建规划中的变压器选型方案， 从 而使变压器选取达到规划、 以及运行中的经济最优， 实现其最优化运行的同时亦可提高其。
16、 运行可靠性。 附图说明 0033 图 1 为本发明的流程示意图 ； 0034 图 2 为本发明的不同方案间变压器功率损耗特性曲线图。 具体实施方式 ： 0035 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。 0036 如图 1 所示， 一种考虑风功率分布特性的风电场变压器选型方法， 包括以下步骤 ： 0037 （1） 列举若干个风电场升压主变选型方案 ； 0038 （2） 分析不同运行情况下的功率损耗、 临界负载指标 ； 0039 （3） 风功率特性分析 ： 以设定周期范围考虑风电场出力的概率分布规律， 使所得分 布规律可唯一、 准确并充分的表达所分析风电场的时空特征信息， 即该风电场规律性及。
17、个 性信息 ； 0040 （4） 结合变压器运行特性中的临界负载指标， 计算对应的风电场设定周期内风功 率分布区间及分布概率， 计算不同变压器选型的损耗值与经济性指标 ； 0041 （5） 对不同方案进行综合比较， 得出推荐结论。 0042 步骤 （2） 的具体方法为 ： 0043 （a） 单台主变运行情况下 ： 0044 按综合功率经济运行时， 变压器 A 和 B 之间技术特性优劣判定的临界负载视在功 率 SLZ， 单位为 kVA， 如式 （1） 0045 0046 式中， SLZ为临界负载视在功率， kVA ； SN为变压器额定容量， kVA ； P0ZA、 P0ZB为 A、 B 变 压器。
18、的空载综合功率损耗， kW ； PKZA、 PKZB为 A、 B 变压器的额定负载综合功率损耗， kW ； 0047 （b） 两台主变运行情况下 ： 设有 A、 B 两台变压器， A 单独运行时的功率损耗计算见 式 (2)， AB 并列运行时的功率损耗 PZAB(kW) 的计算式为式 （3） 0048 0049 0050 当取 PZA=PZAB时， 可求得两种运行方式间的临界负载(kVA) 为 ： 说 明 书 CN 103824231 A 6 4/6 页 7 0051 0052 式中 ： PZA为 A 变压器的综合功率损耗， kW ； P0ZA、 P0ZB为 A、 B 变压器的空载 综合功率损。
19、耗， kW ； S 为负载的平均视在功率， kVA ； SNA、 SNB为 A、 B 变压器的额定功率， kVA ； P0ZA、 P0ZB为 A、 B 变压器的空载综合功率损耗， kW ； DA、 DB为 A、 B 变压器的负载分配系数 ； PKZA、 PKZB为 A、 B 变压器的额定负载综合功率损耗， kW ； PKZA、 PKZB为 A、 B 变压器的额定负 载综合功率损耗， kW。 0053 步骤 （3） 具体为 ： 以设定周期范围考虑风电场出力的概率分布规律， 使所得分布 规律可唯一、 准确并充分的表达所分析风电场的时空特征信息， 即该风电场规律性及个性 信息 ； 通过历史数据分析，。
20、 提取风电场功率分布规律， 形成包含有充分个性信息的风电场输 出功率分布函数 ； 0054 风电场的历史功率值如式 （5） 所示。 0055 PW=Pi i=1,2,n 0056 QW=Qi i=1,2,n (5) 0057 式中 ： PW、 QW为风电场的有功、 无功功率值 ； Pi、 Qi为第 i 个记录点的有功、 无功功率 值 ； n 为分析周期内功率记录点数 ； 0058 设 N(P) 为 PW P， P+P 的总次数， 则定义式 (6) 为有功功率设定周期内的概 率分布函数， 0059 0060 式中 ： (P) 表示 P 功率值在过往设定周期中出现的概率。 0061 步骤 （4） 。
21、的具体方法为 ： 在分析不同主变选型方案主变运行特性基础上， 得出不 同方案间变压器功率特性损耗特征曲线， 结合风电场风电功率在对应功率区间的分布概 率， 计算不同变压器选型的损耗值与经济性指标， 为方案比选提供依据。 0062 一个风电场主变配置有如下两个方案 ： 方案一 ： 1台额定容量50MVA变压器单独运 行 ； 方案二 ： 2 台额定容量 31.5MVA 变压器一台单独运行或者两台并列运行。 0063 方案一中， 1台额定容量50MVA的有载调压双绕组变压器， 其容量比为100/100， 电 压比为 12181.25%/38.5kV， 主变阻抗为 10.5% ； 方案二中， 2 台额。
22、定容量 31.5MVA 的有 载调压双绕组变压器， 其容量比为 100/100， 电压比为 12181.25%/38.5kV， 主变阻抗 ： 10.5%， 且升压变压器中性点具备直接接地运行条件， 上述两方案的空载与负载损耗如下表 1 所示。 0064 表 1 变压器的空载与负载损耗表 说 明 书 CN 103824231 A 7 5/6 页 8 0065 0066 根据公式 （1） 、 公式 （4） 变压器的功率损耗及不同运行方式间临界功率计算方法， 可得两种方案的功率损耗特性曲线如图 2 所示。 0067 基于以上功率临界点值可以判定， 不同运行区间两种方案的运行经济性有所差 异， 在 0。
23、 15.2MW 区间， 方案二功率损耗比方案一小 ； 在 15.2 21.4MW 区间， 方案一有功 损耗比方案二小 ； 在21.441MW区间， 方案一功率损耗比方案二小 ； 在4148MW区间， 方 案二功率损耗比方案一小 （其中超过 21.4MW 后方案二中两台变压器并列运行） 。 0068 以某地区风电基地的测风塔 70m 高度年测风及其功率估算数据为分布规律统计 分析数据， 应用式 (1) 与式 (2) 统计风电场年周期下风速、 风功率及其年平均功率分布规 律。 0069 该风电场满发及接近满发时间数少， 但在 0.9pu 左右时发电小时数存在一个小高 峰。按平均数据进行各分布区间分。
24、布概率的统计分析， 可得全年的风功率输出变压器功率 分布区间的分布比重如表 2 所示。 0070 表 2 全年风功率的分布区间表 0071 0072 案例结果分析 0073 根据图2及表2计算结果， 统计计算得各运行方式下， 两种方案的经济性及年度周 期下功率损耗的相对降低数据如表 3 所示。 0074 表 3 方案一、 二的经济性与降损数值表 0075 说 明 书 CN 103824231 A 8 6/6 页 9 0076 表 3 中， 年均相对降损值指表中所述经济方案相对与另一个方案损耗值的相对降 低数据， 由于在015.2MW区间运行概率占比较高， 因此该区间的相对降损数据明显偏高。 0。
25、077 针对不同的功率运行区间， 两种方案的年周期功率损耗数据如表 4 所示。 0078 表 4 两种方案的功率损耗数据 (kWh) 0079 0080 由表 4 可知， 方案一的年度功率损耗值为 820567kWh， 方案二为 679386kWh， 因此， 相对于方案一， 方案二每年的功率损耗估计减少值为141181kWh。 结合两种变压器选型方案 下设备投资差额， 综合比较后得出经济性更优的方案。 0081 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述， 但并非对本发明保护范 围的限制， 所属领域技术人员应该明白， 在本发明的技术方案的基础上， 本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 说 明 书 CN 103824231 A 9 1/1 页 10 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103824231 A 10 。