一种箱式变电站的能效优化方法与流程

本发明涉及电能分配与供电控制，具体涉及一种箱式变电站的能效优化方法。

背景技术：

1、箱式变电站通常由变压器、进线回路、出线回路、无功补偿设备、站用电负载和温控设备构成，用于在配电侧完成电能接入、变换、分配和运行保护。现有能效控制多依赖站内监测装置采集电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、变压器负载率和温度等数据，再由监控终端或配电自动化平台按照预置阈值进行判断。常规方案中，无功补偿设备依据功率因数或无功功率变化进行投切，温控设备依据箱内温度或变压器温度进行启停，回路运行状态依据电流、电压和保护定值进行监测，站用电负载则作为辅助用电单独统计。上述控制方式以单类设备或单项指标为处理对象，控制逻辑边界清楚，工程实现简单，适用于保障电压合格、设备不过载和温度不越限等基础运行要求。

2、在最接近的现有技术中，变电站的能效优化通常通过分项损耗统计和局部控制修正实现。变压器损耗按照负载率或历史效率曲线估算，线路回路损耗依据电流和回路阻抗计算，无功补偿控制依据功率因数偏差确定电容器组投切，温控设备按照温度上下限或回差区间进行启停。部分方案会将上述数据汇总到能效分析平台，形成能耗报表、损耗排名或告警信息，再根据预设控制优先级下发设备控制指令。该类方案虽然能够对单一设备的运行状态进行跟踪，也能够在局部指标异常时触发相应动作，但各设备之间的电能传输关系、无功流动关系、热量传递关系和辅助耗电关系通常没有被统一表达，设备控制动作之间的相互影响也缺少同一计算框架下的量化处理。

3、现有技术的主要技术问题在于：箱式变电站内多设备能耗状态具有电气和热状态耦合关系，而常规控制方法仍以独立阈值、固定优先级或分项损耗统计为主，难以在同一控制周期内判断单个控制动作对全站综合损耗的传播影响。无功补偿投切可能改变回路无功流动和电压水平，温控启停会改变站用电耗并影响热状态变化，回路运行约束调整会改变负载分布和变压器负载损耗；这些影响在局部控制策略中被分散处理，导致候选控制策略缺少统一比较基础。当各单项指标均未越限但综合损耗偏高时，现有方案难以确定应优先调节的设备及动作组合，容易产生局部能效改善与全站能效恶化并存的控制结果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种箱式变电站的能效优化方法，可以有效解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种箱式变电站的能效优化方法，包括：获取所述箱式变电站内变压器、进出线回路、无功补偿设备、站用电负载和温控设备的运行数据，基于所述运行数据构建表征电能传输关系、无功流动关系、热量传递关系和辅助耗电关系的电气-热耦合状态图；

4、根据所述电气-热耦合状态图计算各设备的损耗贡献量及控制动作传播量；

5、生成包含无功补偿投切、温控启停和回路运行约束调整的候选协同控制策略；

6、在满足电压、载流、温度和动作间隔约束的条件下，从所述候选协同控制策略中确定综合损耗最小的目标协同控制策略并下发执行的方法。

7、优选的，所述电气-热耦合状态图的构建包括：将所述变压器、所述进出线回路、所述无功补偿设备、所述站用电负载和所述温控设备分别映射为状态节点；

8、将所述变压器与所述进出线回路之间的有功传输关系、所述无功补偿设备与所述进出线回路之间的无功调节关系、所述变压器与所述温控设备之间的热负荷传递关系以及所述温控设备与所述站用电负载之间的辅助耗电关系分别映射为关联边；

9、依据同一采样周期内的电压、电流、有功功率、无功功率、负载率和温度数据更新所述关联边的权重。

10、优选的，所述损耗贡献量的计算包括：按照所述电气-热耦合状态图中的状态节点类型，将所述运行数据拆分为变压器负载损耗数据、回路传输损耗数据、无功流动损耗数据、站用电耗数据和温控耗电数据；

11、对同一控制周期内的所述变压器负载损耗数据、所述回路传输损耗数据、所述无功流动损耗数据、所述站用电耗数据和所述温控耗电数据进行归一化映射；

12、基于所述关联边的权重对归一化后的数据进行耦合叠加，得到各状态节点对应的损耗贡献量。

13、优选的，所述控制动作传播量的计算包括：为所述无功补偿投切、所述温控启停和所述回路运行约束调整分别建立动作向量；

14、将所述动作向量输入所述电气-热耦合状态图，沿所述无功流动关系、所述热量传递关系和所述辅助耗电关系进行逐层传播计算；

15、对传播后的电压变化量、无功变化量、温度变化量和站用电变化量进行联合编码，得到对应候选协同控制策略的控制动作传播量；

16、其中，同一候选协同控制策略中具有冲突传播方向的动作向量被合并为单一动作组合。

17、优选的，所述候选协同控制策略的生成包括：以当前控制周期的所述损耗贡献量为排序依据，选取损耗贡献量满足预设贡献条件的状态节点作为待调节节点；

18、根据所述待调节节点在所述电气-热耦合状态图中的相邻关联边确定可协同设备集合；

19、在所述可协同设备集合内生成无功补偿投切序列、温控启停序列和回路运行约束调整序列；

20、将所述无功补偿投切序列、所述温控启停序列和所述回路运行约束调整序列组合形成所述候选协同控制策略，并剔除不满足设备动作间隔约束的组合。

21、优选的，所述关联边的权重更新包括：将相邻采样周期内的有功功率变化量、无功功率变化量和温度变化量分别写入对应关联边的动态权重项；

22、将所述变压器负载率、所述无功补偿设备投切状态和所述温控设备启停状态写入对应关联边的状态权重项；

23、按照同一关联边的动态权重项与状态权重项的偏差方向生成权重修正因子；

24、利用所述权重修正因子对所述电能传输关系、所述无功流动关系、所述热量传递关系和所述辅助耗电关系的权重进行同步更新。

25、优选的，所述耦合叠加包括：针对所述变压器负载损耗数据建立与负载率对应的非线性损耗映射项；

26、针对所述无功流动损耗数据建立与功率因数偏移方向对应的无功偏差映射项；

27、针对所述温控耗电数据建立与温度变化滞后量对应的热惯性映射项；

28、将所述非线性损耗映射项、所述无功偏差映射项和所述热惯性映射项分别乘以相应关联边的权重后输入同一损耗贡献矩阵，并根据所述损耗贡献矩阵得到各状态节点的损耗贡献量。

29、优选的，所述具有冲突传播方向的动作向量的合并包括：识别同一候选协同控制策略中使无功变化量降低而使站用电变化量升高的第一动作向量，以及使温度变化量降低而使站用电变化量升高的第二动作向量；

30、按照所述第一动作向量和所述第二动作向量对应的损耗贡献量、动作间隔剩余时间和传播层级生成动作优先序；

31、依据所述动作优先序保留主导动作向量，并将非主导动作向量转换为延迟动作向量，形成具有时间顺序的单一动作组合。

32、优选的，在所述关联边的权重同步更新之后，还包括：获取上一控制周期的目标协同控制策略及对应执行后的运行数据，将执行前后的损耗贡献量差值、控制动作传播量差值和关联边权重差值写入动作记忆表；

33、在生成当前控制周期的候选协同控制策略时，依据所述动作记忆表为重复出现且损耗贡献量差值未满足收敛条件的动作组合增加动作代价值；

34、将所述动作代价值并入综合损耗计算过程，得到用于筛选目标协同控制策略的评价值。

35、优选的，在形成所述具有时间顺序的单一动作组合之后，还包括：将所述单一动作组合输入由电压约束、载流约束、温度约束、无功补偿动作间隔约束和温控启停保持约束构成的约束校验序列；

36、当所述单一动作组合未通过所述约束校验序列时，按照所述动作优先序依次替换延迟动作向量或删除非主导动作向量，重新形成候选协同控制策略；

37、当存在多个通过所述约束校验序列的候选协同控制策略时，选取评价值最小的候选协同控制策略作为所述目标协同控制策略。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

39、1.通过将变压器、进出线回路、无功补偿设备、站用电负载和温控设备映射为状态节点，并将电能传输、无功流动、热量传递和辅助耗电关系映射为关联边，能够在同一电气-热耦合状态图中表达箱式变电站内多设备之间的能耗关联。基于运行数据计算损耗贡献量和控制动作传播量后，无功补偿投切、温控启停和回路运行约束调整不再作为孤立动作进行判断，而是在同一候选协同控制策略中进行组合、校验和筛选。由此可以在电压、载流、温度和动作间隔约束下，直接以综合损耗作为控制策略比较对象，避免仅按单项阈值触发造成的局部控制偏差，使目标协同控制策略与全站能效状态保持一致。

40、2.通过对关联边权重进行动态更新，并将有功功率变化、无功功率变化、温度变化、变压器负载率、无功补偿投切状态和温控启停状态纳入权重修正过程，能够使电气-热耦合状态图随运行状态变化而调整计算基础。通过非线性损耗映射、无功偏差映射和热惯性映射处理不同类型损耗数据，能够减少单一线性损耗估算对复杂运行状态的偏差。通过识别冲突传播方向的动作向量并形成具有时间顺序的单一动作组合，可以减少同一周期内控制动作相互抵消的情况。通过动作记忆表记录执行前后的损耗贡献量差值、控制动作传播量差值和关联边权重差值，并将动作代价值并入评价过程，能够降低重复无收益动作进入候选策略的概率，使连续控制过程更稳定。