基于禁忌搜索算法的城区10kV变压器组经济运行研究

李景东

摘要：由于居民用电的峰谷差较大，不利于变压器的经济运行，为此，研究变压器的经济运行对供电企业的节能降损具有很好的意义。本文提出采用禁忌搜索算法，以变压器的投切次数为约束，对变压器组备选投切点进行优选、组合，选出最合理的投切方案，从而实现变压器组的经济运行。实际案例的运行结果表明，该方案简单实用，能够迅速找出最优投切策略且避免设备的频繁投切，有效提高了供电企业的经济效益。

Abstract： It is not conducive to the economic operation of the transformer due to the large difference between the peaks and valleys of residential electricity. Therefore， it is of great significance to study the economic operation of the transformer for the energy-saving and loss reduction for power supply enterprise. This paper proposed to use tabu search algorithm. By taking the number of switching times of the transformer as the constraint， it can optimize and combine the switching points of the transformer group to select the most reasonable switching scheme and realize the economic operation of the transformer group. The operations results of the actual case show that the scheme is simple and practical， it can quickly find the optimal switching strategy and avoid frequent switching of equipment， and effectively improve the economic benefits of the power supply enterprise.

关键词：禁忌搜索算法；经济运行；节能；10kV变压器组

Key words： tabu search algorithm；economic operation；energy saving；10kV distribution transformer group

中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）02-0173-03

0 引言

电力系统中变压器的容量和数量均占有很大的比重，广泛应用于电能的生产、输送、使用等各个环节，随之使用而带来的损耗也是相当可观[1-2]。相关资料介绍，变压器运行所带来的电能损耗达到电力系统总损耗的50%左右，达到发电总量的10%左右。所以将变压器自然运行方式改造为经济运行方式，是减小电能损耗，提高运行效率，节能减排最为有效的方法之一[3-5]。

变压器作为使用最为广泛的电气设备，其类型、型号，参数都不尽相同。选择合适的运行方式及投切方案是变压器能否在经济状态运行的关键。目前各大高校、科研机构相关研究也很多，在电网飞速发展的今天，涌现出许多出色的研究成果[6]。随着科技进步，计算机技术的广泛应用，实时检测与控制有了很大的优势，在变压器经济运行研究领域起到了积极的推进作用。沈阳工业大学开发的变压器经济运行软件，能够对各类变压器之间经济运行临界值进行计算[7]；郑州大学研发了一套针对变压器经济运行状况进行监控的软件系统[8]，它主要由硬件和上位机软件组成，该系统能够对变压器运行的实时数据进行采集、处理，然后再通过软件对得到的数据进行分析计算。

本文依据居民小区用电负荷分时段变化明显，用电高峰时间相对集中，限时负荷远小于高峰时段的特点，对变压器的经济运行方法做了理论上的研究，合理性仿真和节电量计算，分析其改造的可行性和经济性。实际案例的投切方案表明了变压器组运行的成本能够降到最低，有效提高了供电企业的经济效益。

1 变压器经济运行的基本理论

变压器的综合功率损耗包括：变压器本体的有功功率损耗和由于变压器励磁消耗无功功率而导致有功功率损耗。通过综合功率损耗的概念可知，综合功率损耗的研究是从系统实际运行的角度出發，考虑节电的运行方式。但在节约有功电量的同时，也应考虑节约无功电量，进而减少系统的供电网损。

由图1可知，负载率的非线性变化促使综合功率损耗也发生变化，变压器采用经济运行方式，就是希望变压器尽可能长时间的运行在最佳运行区间，减少变压器在最劣运行区间的运行时间，在保证对用户可靠供电的前提下降低轻载甚至空载带来的不必要损耗。

2 禁忌搜索算法

禁忌搜索（tabu search，TS）最早由美国科学家Glover教授在1986年首次提出的。禁忌搜索算法是在部分邻域搜索的基础之上，通过一些改进得到的一种整体邻域搜索算法。针对一般搜索中存在的迂回搜索现象，TS算法解决了这一问题：利用具有存储能力的结构及其禁忌准则。除此之外，TS算法中引入了赦免准则。其作用为将一些不能被使用的优良解解放出来，使得有更多种形式的解可以用于搜索，从而可以达到整体邻域搜索中的最优值。随着科学技术的进步，TS算法已被广泛应用于许多领域，如生产调度、机器的智能化、神经网络、函数的整体优化等。

其中m为一个周期内所有负荷临界点的数目，Xi=0表示在该负荷临界点处不动作，Xi=1表示在该负荷临界点处动作。从而可以用m个元素的向量来表示在该周期内哪个负荷临界点进行投切，即最优策略的解。一个解向量对应变压器组的一种投切方式。

按照本文的编码方式，则可以通过如下方法获得其邻域解：设当前解为X，且X中元素Xi的值为1，则令任意一个其他非1元素Xj=1，且Xi=0，便得到了当前解的一个邻域解。这种方法相当于两个元素值相异的两个变量Xi与Xj互换。

为了防止变压器频繁投切，本文将一天内变压器组允许的投切次数作为一个约束条件考虑，并将其加入到算法中。基于禁忌搜索算法的变压器组经济运行的流程示意图如图2所示。

3 算例分析

4 结束语

本文采用禁忌搜索算法对变压器组经济运行进行研究。首先，结合变压器综合损耗的理论基础，给出了变压器的经济运行区；然后，根据经济运行区对变压器进行投切使其处于经济运行区域；最后通过禁忌搜索算法对变压器投切次进行控制。实际算例的计算结果表明，变压器经济运行对于供电企业具有较好的经济效益，能够节约供电企业的运行成本，建议供电企业积极推进此项工作。

参考文献：

[1]赵传辉，刘伟，马强，等.以提升配电网高效经济运行为目标的配网管理措施分析[J].技术与市场，2018（3）：183-185.

[2]葛雪峰，魏然，周科，等.基于UPFC的配网经济运行技术[J].电网技术，2018（8）：2585-2594.

[3]李百可，鞠振河，潘冬輝.工业园区多台变压器经济运行方式研究[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2018（2）：149-153.

[4]宋慧慧.配电变压器经济运行及自动投切装置研究[D].山东大学，2015.

[5]陈俊，刘路，何艺.基于聚类算法的配电变压器经济运行分析研究[J].广西电力，2015，38（1）：6-10.

[6]何孙东，李青，童仁园，等.基于STM32的变压器经济运行及柔性投切装置设计[J].电子技术应用，2015，41（8）：138-142.

[7]刘霖，丁文田.变电站变压器经济运行的探讨[J].电子测试，2015（1）：163-165.

[8]孟杰.配电变压器经济运行的理论分析与措施研究[J].农业科技与装备，2016（6）：62-63.