文摘
本文提出一种方法来实现配电变压器的经济负荷(ELDT)基于最小化活跃的能量损失。变压器有载和空载损失的影响,负载系数(低频),和负载损耗系数(LSF)的总能量损失被认为是。本文采用的技术包括两个阶段,在ELDT分析确定在第一阶段,并且负载概要倡导(LSF)在第二个统计获得。结果宣布该技术适用于转移系统的操作模式,如在工厂。此外,本文调查的影响总ELDT有源和无功功率和能量损失。最后,数值例子与软件分析执行作为一个有价值的工具,它支持决策者决定深信不疑地变压器及其容量的大小(kVA)在设计阶段,以及确定经济加载操作基于有效的因素,也就是说,总功率、能量损耗,负载概要文件。
1。介绍
影响成本的关键电力系统元素的发电机、输电线路、变压器;因此,电力系统的最大好处是实现当这些元素在他们的最大效率和最低运营成本。事实上,适当的设计、选择和操作条件为电力系统元素起到至关重要的因素在降低整体运营成本,从而提高整个系统的效率和可用性。本文提出的工作集中在变压器的功率和能量损失及其影响ELDT当挥舞着其他系统元素(发电机和输电线路)。
变压器被认为是静态设备的在不同阶段所产生的电能通过它。此外,变压器通常是专为一生的20年或更多。除了小型变压器、电源和配电变压器效率通常从95%变化到98.5%,考虑到这些大型变压器的比例甚至更高。此外,大量的变压器安装在一个电力系统使变压器设计及其对整个系统的负载是重大问题成本、效率和可用性。因此,变压器的选择不当会导致额外的费用添加到总投资价值,额外成本的电力的电力和能源损失,和额外的可用性/整个系统的可靠性。
基于上述情况,有必要优化变压器的负荷和技术损失,可能会被放置在电力系统操作期间。
提出了不同的方法来评估技术和经济变压器的成本和设计问题,比如在(1),减少总体讨论了配电变压器的损失。变压器的影响过激励加载条件研究(2]。变压器位置的影响引入成本最小化(3),(4展示了如何减少铁损。的研究工作5)变压器的损失分为三组损失,坦克损失,核心关节损失,流浪的损失。空载损失大小的确定提出了利用有限元分析(6]。的作者(7)提出了一个数学模型来确定变压器有载和空载损失的不确定性。使用负载损耗系数是用于8)发现变压器的功率和能量损失。核心成本的减少,使得新开发材料是在9]。在[10),空载电流之间的关系和总谐波失真的水平调查,其中,在11),对非线性负载的谐波水平影响的研究细节。工作(12)提出了一种热模型监控操作和识别热点点。油的击穿强度的基础上讨论了纳米流体在13]。发达的方法来确定变压器的寿命考虑年度负荷系数提出了在14,15]。此外,变压器的经济和总拥有成本的评估已经彻底地讨论和分析了(3,16- - - - - -18]。
摘要ELDT实现变压器的容量,基于有效因素,参数和工作模式的本质在变压器的寿命。
论文的其余部分安排如下。节2的制定问题,支持所需的数学方程,并给出了变压器的损失计算的部分3。节4,数值例子表明该技术来简化实现技术的理解。最后,结果、结论和未来的工作提出了建议5。
2。问题公式化
最优变压器负荷受到所有力量和能量损失在整个操作时间,在一年通常被认为是足够的经济评价的建议。此外,目标函数可以在数学上制定如下:
找到
这是受
和 在哪里年代l(经济学)。的经济负荷变压器(kVA),∆吗E噢是变压器的负载能量损失(千瓦时)E附近是变压器的空载能量损失(千瓦时)变压器的额定容量(kVA),∆吗E代表总体平均活跃的能量损失(千瓦时)是变压器的设计能力(kVA)。
在这个工作的其他部分中,作者注意优化变压器的负荷通过寻找ELDT,导致发现的价值年代l(经济学)。在(1)(kVA);这个获得值应小于变压器的容量,这是在设计阶段决定的年代D在(2),以避免重载的变压器(也就是,年代D≥年代L(经济学)。)。通常,设计能力(kVA)变压器不匹配的标准单位变压器的容量;因此,设计师应与单位大小选择变压器容量,最近的标准容量(年代n 年代D)。考虑到总能量损失(∆E)(千瓦时)(3),考虑到未来扩张操作(如果有的话)和需求的增加对权力见部分的数值例子4。
3所示。变压器的损失计算
电流流经变压器绕组,造成功率损耗即使变压器的二次绕组是开着的。然而,当加载变压器,一个额外的功率损耗。变压器绕组的电流的流动导致积极的和无功功率损失。活跃和变压器无功功率损失是解释如下。
3.1。变压器有功功率损失
有功功率损失造成变压器的电流有两种类型,即铁损失或空载损失和有载铜损失或损失 。第一个负载电流的有功功率损失是独立的,称为铁损或空载损失 ;磁滞损耗和涡流损失。第二种类型的有功功率损失是由于流量的负载电流变压器的绕组,叫做铜损失或负荷损失( )。总功率损失然后可以从之和计算功率损耗引起的活动和无功功率的流动由两部分组成。第一个是有功功率损失有功功率流动第二是有功功率损失无功功率的流动 ,表示如下: 在哪里代表总有功功率(千瓦)损失。代表了有功功率损失的有功功率(千瓦)。代表了有功功率损失的无功功率(千瓦)。
变压器的有功功率损耗对变压器负荷可以表示如下: 在哪里代表了有功功率负载损失(千瓦)代表了有功功率(千瓦),空载损失代表了变压器的负荷(kVA)。
的值和通常的一部分变压器铭牌信息或变压器的技术数据表提供的制造商。
此外,无功功率的流动导致无功功率损失与空载电流有关和负载电流 ,分别。在变压器加载时的力量年代l它的额定容量年代n,然后Δ问关于变压器负荷可以提出如下: Δ在哪里问代表无功功率损失(千乏),代表无功负载损失(千乏),代表无功功率空载损失(千乏)。
和分别可以从以下两个公式计算: 在哪里空载电流(%)和吗是变压器的阻抗电压(%)。
通常电流的值(我o %)对配电变压器约2.20%至8.5%,甚至可以改变0.1%至10%的总负载电流在一些特殊的变形金刚10]。∆的价值Vx%通常在3.5%到6.5%之间变化,是在某些特定情况下变压器(10%或更多19]。
无功功率的流动造成损失有功功率可以表示为一个等价的系数 。因此,有功功率损失的无功功率表示如下: 在哪里相当于系数将无功功率损失有功功率(千瓦/千乏)损失。
用(5)和(6)(4)考虑(9)收益率总有功功率损失,下列公式所示:
等效系数从表达式可以计算(11根据()25)如下: 在哪里P是活跃的负载功率(千瓦)问无功负载功率(千乏),为变压器绕组电阻(Ω)。
变压器绕组电阻RTr根据(18)可以计算如下:
3.2。变压器活跃的能量损失
功率损耗(Δ的产物P(t))集成在一个时间(T)给出了能量损失( ),如果时变功率损失在一个时间(T)按降序排列P(马克思)来P(分钟)在平等的综合领域,然后积极能量损失可以表示如下: 在哪里等效负荷损失小时(h /年),代表年的小时= 8760 h,代表了时变有功功率损失(千瓦)最大值的有功功率(千瓦)损失。
3.3。变压器功率加载经济由于传输能量
如果时变负载功率(P(t)在时间()T从P)是按降序排列(马克思)P(分钟)在平等的综合领域,那么积极的能源消耗时间(T情商)成为 在哪里代表相同的工作时间超过一年(h)。
基于三角力量,有功功率之间的关系,视在功率的变压器,功率因数如下: 因为在哪里功率因数。用(15)(16)收益率以下公式: 在哪里E是能量转移在一年内(千瓦时)。
改变能源的相对能量损失超过一年(T= 8760 h)可以通过分裂变压器计算能量损失(14)转换能量的(17),收益率以下公式:
方程(18)代表的相对活跃的能量损失变压器。当执行一些数学处理,最终的相对活跃的能量损失
当差异化(获得的最小函数19)对(年代l)和均衡结果为零(20.),导致(21)。
在这种情况下,年代l是最优加载等于年代l(经济学)。;因此,变压器最佳负载获得通过执行一些数学安排见以下方程:
的二阶导数(19)检查和发现 ,这意味着获得的结果有一个局部最小值。
如果方程解(22)=标准单位变压器的大小,然后实现的解决方案被认为是最佳的;然而,如果它不等于标准单位大小(很有可能),那么将获得最优解选择最近的大标准单位大小;因此,获得的解决方案是经济加载。
在方程(22)的值和τ仍然是未知的。然而,T情商确定在以下(4)本部分的条款。
3.4。同等工作时间测定
根据发表在公式(20.- - - - - -22]决定相当于每月工作时间(也称为最大负荷利用时间)的表达所示如下方程:
方程的证明(23)和(24)将在年底附录A。在方程(23)和(24),是活动消耗的能量的总和(昼夜)操作期间每月(千瓦时/ N),操作后的活动能量消耗时间(千瓦时/ N),每月是工作日的数量超过一年(不包括节假日、关闭、周末等),n(h/米)是每月的小时数(即。年的小时/ 12个月= 730 h),是工作的数量变化在操作的时候有一天,代表了相同的工作时间(h),相当于在月小时工作时间(h /月),和个月的数量(N= 1,2,…,12日N= 12一年)。
相当于工作时间( )在(24)可以乘以计算在(23几个月)的数量,通常是一年(12个月)。
3.5。最大损失时间确定
基于(13确定),能量损失,当(ΔP时变功率损耗值(t))从Δ按降序排列P(马克思)对ΔP(分钟)如图1曲线下的面积的点缀和直线都是平等的。
考虑今年LSF和关系的小时(T= 8760 h)来获得τ如以下方程: LSF是负载损耗系数(单位更少)。当LSF因子乘以(ΔP峰值功率损失(马克思))在一段时间内(T),总体平均能量损失(∆E)在(23]。
低频并给出LSF的关系(24),给出了经典计算公式如下:
的价值k在(27)可以是任何值在0和1之间。例如,k0.3 = 0.2在英国,在美国,和0.33在PL。本文程序计算,的价值k被假定为0.33。
许多作者在很多文学作品被使用k= 0.30或k= 0.33,这是适当的城市电网。事实上,的价值k在(27)可能有不同的值加载的轮廓曲线。因此,可以获得不同的数学方程的拟合曲线技术代表了LSF和低频的分析周期之间的关系。
如果在方程(27)被定义为平均负荷的比值(P(avg))提供在指定期间(T)到最大负载(P(马克思))发生在同一时期(T)[25]。因此,如果可以表示如下: 在哪里平均负载功率(千瓦)。
4所示。数值例子
该方法实现了在一个数值的例子中,在计算如下。
4.1。负载输入数据
它的目的是建立一个工业厂房预计最大功率584千瓦的供应流程要求和相关建筑,预期的功率因数等于0.80。负载在未来预计将增加20%。
植物可能最初一周工作5天或两班倒工作在一个转变不断在三班倒,一个转变。
找到ELDT,计算在这个例子中是一个转变的工作:每天8小时,每周5天,不含节假日。维护工作时间以外的时间过程仍存在着一些设备和照明(基本负载)。所需的能量保持操作的过程在时间等于20%的能量消耗在正常操作的时间。
然而,末尾的示例中,两种,三班制模式工作的结果。解决方案:计算:(我)T情商代表了相同的工作时间(h)。消耗的能量(E)今年估计通过考虑必要的负载保持在工作时间后的运行状态。使用以下公式计算: 。T情商计算出一个转变(每天8小时,每周5天,不包括假期,等等),在(23)。 基于方程(24), (2)E全年活动的能量消耗。从方程(15),E得到: (3)年代l视在功率的负载。从方程(16),我们得到 (iv)如果是负载因素。方程(28)是用来计算负载因素: (v)LSF是负载损失因素。从方程(27),可以计算(LSFk= 0.333) (vi)τ代表等效负荷损失的时间(小时/年)。利用方程(25),我们得到 (v)问无功功率是负载。从三角力量,积极的关系,无功,视在功率、无功功率= (vi)年代n变压器的额定容量(kVA)。考虑到约束(2),变压器容量的选择应当等于或者超过设计值;同时,考虑到未来扩张在负载20%,变压器的容量( )是 四舍五入到最近的标准可用大小,选择变压器容量等于年代n= 1000 kVA。
基于(24),(25),(27)和(28),加载数据计算的班次模式工作。计算的结果是总结表1。
4.2。变压器技术数据
变压器的技术数据(数据属于变压器类型(THUE23/1000)由ALSTHOM)提供在制造商的技术数据表和计算数据表2。
变压器的给定数据和计算数据表进行了总结2,在那里和∆问l基于计算(7)和(8),分别如下:
4.3。变压器功率经济加载
根据给定的数据,可以计算ELDT从方程(22)一个工作条件的转变。
然而,ELDT为两班倒,三个转变是相似的;不同的是只有在计算的时间和 。结果展示在表轮班作业系统3。
然而,当忽略的影响时间和在(22),ELDT减少到511 kVA的变压器。
所以,当选择一个变压器带负荷损失25%,50%,和78%,空载损失保持不变,可以,ELDT分别增加72%,82%和100%。
大量的练习可以执行的最近移交的软件。
作为一个未来的应用建议的方法,它可以用于未来智能城市高效能源系统必须可以与许多其他技术合作,例如,it基础设施(26- - - - - -28),无线传感器系统(29日),智能交通系统(30.- - - - - -32),工业发展和cyber-physical系统(33- - - - - -38),和监测系统39- - - - - -42]。
5。结果、结论和未来的工作
摘要提出了一种详细的研究方法和计算ELDT。安排不同的工作时间为不同的变压器输入技术资料考虑在内。评估表明,ELDT时积累的目标是最小化活跃的能量损失而不是有功功率损失,由等价的产品合理的等效负荷损失工作时间,总是超过或等于1;提出了计算表的结果3。
提交的公式ELDT显示了带负荷损失的影响(铜损失)和空载损失(损失)的核心变压器经济加载的结果。时达到最优负荷损失等于空载损失;然而,这种解决方案是非常昂贵的,有时几乎是不可能的;因此,妥协是必要的。
解释数值例子显示技术参数的影响(的负载和空载损失)和操作时间ELDT, ELDT可能达到一个值等于或者小于变压器额定容量。更有载的相对价值损失空载损失降低,更增强ELDT的实现,利用增强,和变压器降低的运营成本。
此外,软件已经移交给找到ELDT更快、更容易,这是非常有益的,特别是当有两个或两个以上变压器具有不同能力和技术数据并行工作养活一个变量负荷。
随着数值的例子,可能是一个基地(平台)其他研究或未来的工作,如能量损失的影响成本的钱ELDT和负载变化的影响,在ELDT功率因数。
附录
答:确定等效工作时间
相当于工作时间超过一个月在数小时内(h)可以确定工作时间之和的操作(消耗能量 ),时间的操作(消耗能量 ),假期和时间消耗的能量 。时间的三个部分制定的价值相当于工作时间提出了以下方程:
相当于工作时间( )在方程(a .)可以乘以计算在方程(. 1)个月的数量。
以下是讨论方程(. 1):(我)当植物在三班倒的工作模式(= 3)8 h /转变没有停工了一年(在机场和应急部门等),在这种情况下工作时间的数量/年== 365天/年。因此,当应用这个场景在方程(. 1),第二和第三部分的方程(. 1)等于零;因此,只有第一部分的方程(. 1)仍然存在。(2)当植物在三班倒的工作模式(= 3)8 h /转变(不包括国家法定假日期间或/和或/和周末关闭,等等),当负载不同于正常运行一天(像在化工厂,大型工业工厂,等等),剩余的部分将是第一和第三部分,因为第二部分的值变成了零。由于第二部分的值变成了零= 3。然而,第三部分的价值方程(. 1)可以解释如下: (365: )是工作日的数量/年(不含节假日,等等,如上所述);和价值 代表积极的能量消耗之间的比例(昼夜)后,在操作的时候,乘以每天的小时数(24 (h / d))和除以每年几个月(12 (m / y))来获取这部分的价值小时每月。(3)当植物在一个或两个班次工作,也就是说,= 1或= 2,分别5天/周(不包括公众假期和维护的时间和关闭),如在大多数公共机构,方程的所有三个部分(. 1)将作为算例说明不等于零。
然而,在方程(用. 1),= 730 (h), ,和 ,我们得到以下方程:
方程(各)确定等效工作时间在本月(在小时)活动消耗的能量(昼夜)操作期间每月(千瓦时/ N)。活动消耗的能量(昼夜)以外的时间每月操作(千瓦时/ m)(千瓦时/ N)。是工作日的数量超过一年(不包括节假日、关闭、周末等)。n(h/米)是每月的小时数(即。年的小时/ 12个月= 730 h)。在操作的时候是数量的变化。代表了相同的工作时间(h)。相当于在月小时工作时间(h /月)。个月的数量(N= 1,2,…,12日N= 12一年)。24(h/d)意味着每天24小时。12(米/y)意味着每年12个月。
数据可用性
的数据支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。