电能替代下的城市配电网有载调容配电变压器规划方法
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输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、国网四川省电力公司天府新区供电公司、云南电网有限责任公司电力科学研究院的研究人员苏宇、王强钢、雷超、周念成、黄星，在2019年第7期《电工技术学报》上撰文，为降低电能替代下城市配电网的配电变压器运行损耗，根据有载调容配电变压器和常规配电变压器的损耗关系推导出有载调容配电变压器更换判据，获得有载调容配电变压器可更换点集合，实现了有载调容配电变压器更换常规配电变压器的初步判断。
然后基于有载调容配电变压器更换成本效益分析，建立了电能替代下的城市配电网有载调容配电变压器规划模型，并采用分支定界法在有载调容配电变压器可更换点集合内求解该模型，从而得到电能替代下的城市配电网配电变压器最优规划方案。最后，对某城市配电网电能替代点进行配电变压器规划，以验证该方法的可行性。
为减少城市雾霾污染，持续发展城市经济建设，国家能源部门出台了一系列有关电能替代的文件，以促进绿色能源逐步替代污染能源，减少纯碳粉尘、二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等污染物质的排放，构建绿色发展的城市环境。
近年来，北方城市中燃煤取暖的居民已逐步采用电采暖取暖；工业、制造业大力推进电锅炉、电窑炉作为生产动力源；交通运输领域引入电动汽车、电动公交等出行方式，推广港口供电、陆电登机；电力供应和消费领域使用储能设备、电炊具等。
在电能替代背景下，配电网供电负荷峰谷差持续增加，配电变压器（以下简称配变）空载损耗显著增大，不利于配电网的经济运行。随着有载调容配变制造技术的逐渐成熟，以较低成本推广有载调容配变已成为可能。那么，将常规配变改造为有载调容配变，高峰负荷时采用大容量运行，低谷负荷时切换至小容量，可以有效解决电能替代引起的电能损耗问题。
目前，国内外关于有载调容配变的研究较少。文献[7]对有载调容变压器在配电网中的技术性和经济性进行研究，发现其经济效益与大小容量的运行时间比例密切相关，验证了电力负荷特性对有载调容变压器经济运行的影响；文献[8]通过分析有载调容变压器的经济运行方式和临界经济容量，给出了有载调容配变的经济运行策略和安全运行策略；文献[9]则针对农村电网提出了一种自适应负荷型配变，可在不切断负荷的情况下，根据负荷的实际情况，实现变压器额定容量运行方式的自动切换。
现有有载调容配变的研究主要针对农村配电网，未见文献研究电能替代下的城市配电网有载调容配变的规划问题。相比农村电网，电能替代下的城市配电网负荷特性不同，并且，现阶段仅有北京、苏州等少部分发达城市将少数台区负荷变化较大的配变改造为有载调容配变，还没有进行大面积推广。因此，研究电能替代下的城市配电网有载调容配变规划问题，对减少配电网的电能损耗和提高电能替代的经济效益具有重要意义。
本文在电能替代背景下，将配变升级改造与电能替代相结合，研究电能替代下的城市配电网有载调容配变规划问题。首先分析了城市配电网电能替代主要场景下的负荷变化情况；然后根据有载调容配变和常规配变的损耗关系，提出了有载调容配变更换判据；最后通过有载调容配变更换成本效益分析，提出电能替代下的城市配电网有载调容配变规划方法，进而得到电能替代下的城市配电网配变最优规划方案，为电能替代项目配套建设配变升级改造提供了理论依据。
图1 城市配电网电能替代的主要场景
本文根据有载调容配变和常规配变的损耗关系推导出有载调容配变更换判据，然后基于有载调容配变更换成本效益分析，提出了一种电能替代下的城市配电网有载调容配变规划方法。该方法利用有载调容配变更换判据得到有载调容配变可更换点集合，然后在该集合的基础上，求解有载调容配变规划模型，避免了对无需更换为有载调容配变的电能替代点的计算，减少了配变规划的计算量。
算例结果表明，本文所提规划方法能够根据预测的负荷快速得到电能替代下的城市配电网配变最优规划方案，有效降低了电能替代下城市配电网的配变运行损耗，对有载调容配变的大范围应用有着推进作用。