具体实施方式

本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

申请人对于相关技术中无法对变压器电抗进行实时优化，不能兼顾变压器经济性和可靠性运行的技术问题的原因进一步分析，得知：

合理的变压器电抗参数需要保证变电站内中低压母线的短路电流水平，较高的短路电流限制了电网运行方式的安排并对相关设备选型造成了困难。为了限制电网短路电流，在恒压系统下，应增加变压器电抗，即选择短路电压更大的变压器，而较高的短路电压值会增加变压器无功损耗，并造成中低压母线电压波动超标，不利于电网的经济运行，也不符合当今社会“低碳、节能”的发展理念。因此，为解决上述问题，本申请在综合考虑电网运行的可靠性和经济性的基础上，提出了一种变压器电抗的优化控制方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本申请一实施例提供的一种变压器电抗的优化方法的流程示意图，如图1所示，该变压器电抗的优化方法包括如下步骤：

步骤S1：采集变压器的当前负荷β；

步骤S2：由当前负荷确定权重系数α；

步骤S3：根据当前负荷β以及权重系数α，获取当前负荷下变压器的最优电抗值；

步骤S4：根据最优电抗值以及变压器实际电抗值，获取电抗偏差值；

步骤S5：根据电抗偏差值对变压器实际电抗值进行补偿，生成变压器的优化电抗值。

其中，变压器的优化电抗值等于变压器的最优电抗值。

本申请实施例提供的一种变压器电抗的优化方法以及电抗优化装置，以变压器的当前负荷为基础，根据负荷性质，确定权重系数，以优选出变压器当前负荷下电抗的最优值，通过与变压器实际电抗值比较，将电抗偏差值生成控制脉冲给补偿模块，进行电感电容参数的调整，使变压器单元运行在最优电抗值，有效协调变压器的多种负荷，使系统的可靠性和经济性处于相对平衡状态，进而使系统的综合性能最佳。

具体的，在本申请一实施例中，步骤S3包括以下步骤：

步骤S31：根据当前负荷的权重系数，获取变压器的短路电压百分比；

步骤S32：根据短路电压百分比获取当前负荷下变压器的最优电抗值。

变压器的短路电压百分比对于变压器在二次侧发生突然短路时，会产生短路电流的大小有决定性的作用，因此根据短路电压百分比来获取当前负荷下变压器的最优电抗值更加可行可靠。

具体的，在本申请一实施例中，步骤S31中的当前负荷包括三相短路电流以及变压器的无功损耗，因此，权重系数包括三相短路电流的第一权重系数α₁以及变压器无功损耗的第二权重系数α₂，其中，α₁+α₂＝1。

步骤S31包括如下步骤：

步骤S311：根据三相短路电流、第一权重系数α₁、变压器无功损耗以及第二权重系数α₂，构建变压器短路电压百分比的优化函数；

步骤S312：根据变压器短路电压百分比的优化函数，获取当前负荷下变压器的最优短路电压百分比。

增加变压器短路电压百分比，可有效抑制变压器三相短路电流，提高供电可靠性，但同时也增加了变压器的无功损耗，不利于电网经济运行。为此本申请在综合考虑了变压器运行可靠性与经济性的基础上提出了一种变压器短路电压百分比优选方法，以三相短路电流、变压器的无功损耗作为约束条件，分别设立第一权重系数α₁和第二权重系数α₂，构建系统的优化函数，以获取最优的变压器短路电压百分比，进而根据最优短路电压百分比获取变压器的最优电抗值。

具体的，在本申请一实施例中，步骤S312中，对变压器短路电压百分比的优化函数求导，获取当前负荷下变压器的最优短路电压百分比。根据当前负荷下变压器的最优短路电压百分比，获取当前负荷下变压器的最优电抗值。

当三相短路电流及变压器的无功损耗同取最小值时，系统供电的可靠性和经济性可达最佳，显然此时优化函数将取最小值。因而优化函数的最小值点，对应的短路电压百分比即为优选出的最优短路电压百分比，此最优短路电压百分比下的电抗值即为变压器的最优电抗值。

具体的，在本申请一实施例中，步骤S312的构建优化函数过程包括如下步骤：

步骤S3121：根据三相短路电流、第一权重系数α₁、变压器无功损耗以及第二权重系数α₂，构建变压器短路电压百分比的初始优化函数；

步骤S3122：根据变压器额定容量、变压器额定电压获取用于表示三相短路电流与变压器短路电压百分比之间关系的公式；

步骤S3123：根据变压器额定容量获取用于表示变压器无功损耗与变压器短路电压百分比之间关系的公式；

步骤S3124：根据用于表示三相短路电流与变压器短路电压百分比之间关系的公式以及用于表示变压器无功损耗与变压器短路电压百分比之间关系的公式，对初始优化函数进行计算，生成变压器短路电压百分比的优化函数。

具体的，在本申请一实施例中，步骤S3124中根据用于表示三相短路电流与变压器短路电压百分比之间关系的公式，对初始优化函数进行计算，生成变压器短路电压百分比的优化函数的具体步骤如下：

获取变压器额定容量、变压器额定电压以及短路电压百分比；

根据公式(一)对变压额定电压、额定容量以及短路电压百分比进行计算，生成变压器电抗值，其中，公式(一)为：

其中，公式(一)中，X_T为变压器电抗值，U_N为变压器额定电压，S_N为变压器额定容量，U_K％为短路电压百分比；

根据公式(二)对变压器电抗值、电压源电压进行计算，生成三相短路电流，其中公式(二)为；

其中，公式(二)中，E为电压源电压，I_K为三相短路电流；

将公式(一)代入公式(二)中，对公式(二)进行计算，生成用于表示三相短路电流与短路电压百分比之间关系的公式(三)。

由公式(三)可知，当电源电压等级一定时，为减小三相短路电流，可增加变压器短路电压百分比或减小变压器额定容量，而减小变压器额定容量不利于变压器在城市高负荷密度区域使用，由此可见，增加短路电压百分比是抑制三相短路电流的有效途径。

具体的，在本申请一实施例中，变压器额定电压的修正值为变压器额定电压的预设倍，变压器额定电压的预设倍数为1.05，即E＝1.05U_N，计算得到：

具体的，在本申请一实施例中，步骤S3124中，根据用于表示变压器的无功损耗与变压器短路电压百分比之间关系的公式，对初始优化函数进行计算，生成变压器短路电压百分比的优化函数的具体步骤如下：

获取变压器电流值和变压器电抗值；

根据公式(四)对变压器二次电流折算至变压器一次侧的电流值、变压器电抗值进行计算，生成变压器无功损耗，其中，公式(四)为：

ΔQ＝I₂'²X_T 公式(四)

其中，公式(四)中，I₂’为变压器二次电流折算至变压器一次侧的电流值，ΔQ为变压器无功损耗；

根据公式(五)对变压器的实际负载功率和变压器二次电压折算至变压器一次侧的电压值进行计算，生成变压器二次电流折算至变压器一次侧的电流值，其中，公式(五)为：

其中，在公式(五)中，U_b’为变压器二次电压折算至变压器一次侧的电压值，S_L为变压器实际负载功率；

将公式(一)、公式(五)代入公式(四)，生成用于表示变压器无功损耗与短路电压百分比之间关系的公式(六)；

根据公式(七)对变压器额定容量、变压器的当前负荷进行计算，获取变压器实际负载功率；

S_L＝βS_N 公式(七)

其中，公式(七)中，β为变压器的当前负荷系数；

根据U_b’≈U_N、公式(七)，对公式(六)进行计算，生成用于表示变压器的无功损耗与短路电压百分比之间关系的公式(八)；

将公式(三)和公式(八)代入初始函数，生成变压器短路电压百分比的优化函数，变压器短路电压百分比的优化函数为：

对优化函数求导，求导式为：

可得函数取最小值时对应的短路电压百分比最优值为：

其中，U_K％*为最优短路电压百分比。

将最优短路电压百分比代入公式(一)，生成用于计算变压器的最优电抗值的公式(九)，其中，公式(九)为：

其中，在公式(九)中，X_T*为变压器的最优电抗值。通过公式(九)以及变压器的负荷系数、第一权重系数、第二权重系数、变压器额定容量、变压器额定电压，即可求得变压器在当前负荷下的最优电抗值，使得变压器可以调节当前电抗值至最优电抗值，同时提升变压器运行过程中的可靠性和经济性。

作为本申请的第二方面，本申请提供一种变压器的电抗优化装置，用于应用如图1所示的变压器电抗的优化方法。如图2所示，该变压器的电抗优化装置包括如下模块：

负荷系数获取模块，用于获取变压器的当前负荷；

权重获取模块，用于获取当前负荷的权重系数；

最优电抗值获取模块，用于获取最优电抗值；

电抗差值获取模块，用于获取电抗差值；

补偿模块，用于根据电抗偏差值，调整实际电抗值至最优电抗值。

本申请的实施例提供的变压器的电抗优化装置，通过采集变压的当前负荷，获取权重系数，并通过当前负荷和权重系数获取最优电抗值，将最优电抗值与实际电抗值进行比较，得到电抗偏差值，最后通过补偿模块对实际电抗值进行偏差补偿，将实际电抗值调整至最优电抗值，进而使得变压器的工作系统处于可靠性和经济性都较高的状态。

作为本申请的第三方面，本申请提供一种变压器，用于应用如图2所示的变压器电抗的优化装置。

具体的，在本申请一实施例中，参照图3，为一种应用了本申请中的变压器的电抗优化方法的仿真电路模型图，其仿真参数如下表所示。

表1仿真电路的仿真参数

将上述仿真参数代入上述实施例中的公式，计算当前变压器的最优短路电压百分比U_k％₀＝8.57％，即此时变压器的综合性能最优。

选取变压器短路电压百分比U_k％₁＝5％，计算得到此时的电抗偏差值△X_T1＝14.40Ω，将△X_T1输入补偿模块，由补偿模块调整变压器的电容电感参数，对变压器的实际电抗进行补偿，获取并对比补偿前后的变压器综合性能，对比结果如表2所示。

表2实施例1变压器综合性能对比表

由表2可知，在应用了本申请中的变压器的电抗优化方法后，实际短路电压百分比调整至最优短路电压百分比，同时实际电抗值也调整至变压器的最优电抗值，说明本申请的电抗优化方法可以根据变压器的当前负荷对电抗值进行有效调节，使得变压器的运行系统处于可靠性和经济性均较高的状态。

具体的，在本申请一实施例中，选取变压器短路电压百分比U_k％₂＝10％，计算得到此时的电抗偏差值△X_T2＝-5.76Ω，将△X_T2输入补偿模块，由补偿模块调整变压器的电容电感参数，对变压器的实际电抗进行补偿，获取并对比补偿前后的变压器综合性能，对比结果如表3所示。

表3实施例2变压器综合性能对比表

图4所示为变压器在U_k％₀、U_k％₁、U_k％₂三种不同短路电压百分比下的三相短路试验仿真结果，在t＝0.3s时，变压器发生三相短路，从中可知U_k％₁＝5％时，变压器三相短路电流最大，电网运行可靠性最差；在U_k％₂＝10％时，变压器三相短路电流最小，电网运行可靠性最佳；在U_k％₀＝8.57％时，较U_k％＝10％时三相短路电流略有下降。

通过上述对比分析可知，在U_k％₀＝8.57％时，优化函数值f(U_k％)取值最小，此时变压器短路电压百分比的选取能够兼顾用户对电网可靠性和经济性的要求，变压器电抗达到最优，进而系统综合性能达到了最优。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。