变压器内部温升计算与运行方式优化

摘要

变压器绕组热点温度和顶层油温是衡量变压器热状态的关键参量，对其进行计算和预测对变压器的运行安全和绝缘寿命评估有着重要意义。本文就变压器内部温升计算、散热效能计算和计及绝缘寿命损失的运行方式优化展开了大量工作。
　　本文分别针对传统油浸式电力变压器和一种专用于地下变电站的分体式冷却变压器的内部温升计算展开了研究。针对传统电力变压器的顶层油温计算，本文建立了两种模型:点预测模型和区间预测模型。首先，结合半物理模型和数据驱动模型的优点，建立了基于核极限学习机(kernel extreme learning machine，KELM)误差预测补偿的顶层油温点预测模型，该模型的精度高于单一的半物理模型和数据驱动模型。然后，建立了一种基于KELM和Bootstrap方法的变压器顶层油温区间预测模型，模型预测区间的上下限值可以分别作为变压器顶层油温的保守估计值和乐观估计值，其保守估计值更适用于指导变压器的运行。最后，对分体式冷却变压器内部温升计算展开了研究。分体式冷却变压器一般应用于地下变电站，变压器本体位于地下，散热器位于地上环境中。结构的差异导致传统变压器内部温升计算模型不再适用于该类型的变压器，基于对该类型变压器散热原理的分析和与传统变压器热路模型的对比，提出了油浸自冷分体式冷却变压器的热路计算模型，并通过分体式冷却变压器的出厂温升试验数据验证了所提模型的有效性。
　　本文建立了基于反向求解热阻法的变压器散热效能计算方法，利用在线监测的项层油温数据，采用粒子群(particle swarm optimization，PSO)算法反向求解顶层油温对环境的热阻，根据实际热阻与出厂热阻的比值以及实际热阻的变化趋势对变压器的散热能力进行评价，以便及时发现变压器散热效能的变化，为其散热系统的运维提供辅助信息。
　　本文提出将降低变压器热寿命损失作为变压器经济运行的目标之一，结合传统的综合损耗最小目标，建立了多目标变压器运行方式优化模型。基于变压器双时段控制策略，利用PSO算法求解备用变压器最优投切时间。本文从降低热寿命损失的角度为变压器的经济运行提供了一种参考方法。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 变压器温升计算模型

1．2．2 变压器散热效能计算

1．2．3 变压器运行方式优化

1．3 本文的主要工作

1．3．1 研究技术路线

1．3．2 主要研究内容

第二章 传统变压器温升计算模型

2．1 基于KELM误差预测补偿的顶层油温点预测模型

2．1．1 模型理论基础

2．1．2 误差预测补偿模型的建立

2．1．3 顶层油温预测

2．2 基于KELM和Bootstrap方法的顶层油温区间预测模型

2．2．1 Bootstrap方法预测区间估计

2．2．2 顶层油温区间预测模型的建立

2．2．3 顶层油温区间预测步骤

2．3 算例分析

2．3．1 误差预测补偿模型算例分析

2．3．2 区间预测模型算例分析

2．4 小结

第三章 分体式冷却变压器温升计算模型

3．1 分体式冷却变压器散热原理分析

3．2 分体式冷却变压器顶层油温热路模型的建立

3．2．1 顶层油温热路模型原理

3．2．2 热路模型数学模型与参数计算

3．3 算例分析

3．4 小结

第四章 基于反向求解热阻法的变压器散热效能计算

4．1 变压器散热效能计算

4．1．1 热阻换算方法

4．1．2 热阻反向求解与散热效能计算

4．2 算例分析

4．3 小结

第五章 计及热寿命损失的多目标变压器运行方式优化

5．1 目标函数

5．1．1 变压器热寿命损失

5．1．2 变压器综合损耗

5．1．3 多目标转化为单目标

5．2 模型求解方法

5．3 算例分析

5．4 小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 后续工作与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参与的课题研究与项目研发