配电网变压器容量选择与变损计算方法及python简易实现

1. 配电网变压器容量选择方法

1.1. 配电网变压器容量选择方法

在选择变压器容量时，需要考虑的最大因素是负荷的峰值（或称为最大需求），同时也要考虑变压器的效率、预期负载系数（负载占额定容量的比例）、以及可能的未来增长。

以下是一个简化的方法来估算变压器容量：

确定最大负荷：从24小时负荷曲线中找出最大负荷值（kW 或 kVA，取决于是否考虑了功率因数）。

考虑负载系数：负载系数 $L C$ 是预期平均负载与变压器额定容量的比率。通常，为了效率和寿命考虑，变压器不应长时间运行在满载或过载状态。一个常见的负载系数是0.8（即80%的额定容量）。

考虑未来增长：预测或估算未来可能的负荷增长，并相应增加变压器容量。

计算变压器容量：使用以下公式来计算所需的变压器容量：

$S_{Transformer} = \frac{S_{MaxLoad}}{LC} \times (1 + Growth Factor)$

其中， $S_{Transformer}$ 是所需的变压器容量（kVA）， $S_{MaxLoad}$ 是最大负荷（kVA）， $L C$ 是负载系数， $G ro wt h F a c t or$ 是增长因子（如0.1表示10%的增长）。

1.2. 配电网变压器容量选择python实现

对于配电网，如果给定24小时负荷曲线，以及变压器规格列表，则从中选出适合的变压器容量，我们将使用Python来实现这个计算：

def calculate_transformer_capacity(max_load, load_coefficient=0.8, growth_factor=0.1):  
    """  
    计算所需的变压器容量。  
      
    参数:  
        max_load (float): 最大负荷，单位为kVA。  
        load_coefficient (float, 可选): 负载系数，默认为0.8。  
        growth_factor (float, 可选): 增长因子，默认为0.1。  
      
    返回:  
        float: 所需的变压器容量，单位为kVA。  
    """  
    transformer_capacity = (max_load / load_coefficient) * (1 + growth_factor)  
    return transformer_capacity  
  
def select_transformer(capacity_needed, transformer_specs):  
    """  
    从给定的变压器规格列表中选择适合的变压器。  
      
    参数:  
        capacity_needed (float): 所需的变压器容量，单位为kVA。  
        transformer_specs (list[float]): 变压器规格列表，单位为kVA。  
      
    返回:  
        float: 选择的变压器容量，单位为kVA。  
        str: 选择的变压器规格的字符串描述（可选）。  
    """  
    selected_transformer = None  
    selected_capacity = None  
    for transformer in transformer_specs:  
        if transformer >= capacity_needed and (selected_transformer is None or transformer < selected_transformer):  
            selected_transformer = transformer  
            selected_capacity = transformer  
      
    if selected_transformer is None:  
        raise ValueError("No suitable transformer found in the specifications.")  
      
    return selected_capacity, f"{selected_capacity} kVA"  
  
# 示例使用  
max_load = 1000  # 假设最大负荷为1000 kVA  
transformer_size_needed = calculate_transformer_capacity(max_load)  
  
# 假设的变压器规格列表（kVA）  
transformer_specs = [630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000]  
  
selected_capacity, selected_spec = select_transformer(transformer_size_needed, transformer_specs)  
print(f"所需的变压器容量为: {transformer_size_needed:.2f} kVA")  
print(f"选择的变压器规格为: {selected_spec}")

请注意，这个计算是基于简化的假设，并且没有考虑其他因素，如变压器的效率、谐波失真、电压降等。在实际应用中，可能需要更复杂的分析和计算，或者咨询专业的电气工程师。

在这个示例中，calculate_transformer_capacity 函数用于计算所需的变压器容量，而 select_transformer 函数则从给定的变压器规格列表中选择适合的变压器。它遍历列表，找到第一个大于或等于所需容量的变压器规格，并返回其容量和描述。

请注意，这个代码假设变压器规格列表是已排序的，且包含足够的选项以选择稍大于所需容量的变压器

思考：如果目标容量大于已有规格，则需要多个变压器组合，以及，多个相同规格变压器组合来满足目标容量需求。

2. 变压器损耗与计算方法

变压器损失通常包括空载损耗、短路损耗和杂散损耗。

空载损耗：也称为铁损，主要是指变压器在无负载运行时的损耗，它包括由于磁芯磁化引起的磁滞损耗和涡流损耗。这部分损耗与变压器是否承载负荷无关，只要变压器接通电源就会产生，是固定值。
短路损耗：又称铜损或负载损耗，是当变压器绕组中有电流通过时，由于绕组电阻的存在而产生的能量损失。短路损耗与通过绕组的负载电流大小成正比，即负载越大，短路损耗越高。
杂散损耗：这包括引线损耗、结构件中的涡流损耗等其他不易分类的能量损失。杂散损耗虽然占比较小，但在高精度的计算中也需要考虑进去。

一般来说，变压器的空载损耗和短路损耗占到变压器损耗的绝大部分，所以我们在计算变压器损耗时，只考虑这两部分。

对于负载损耗，变压器的电量损失与负载率之间的关系可以通过以下基础公式来描述：

功率损失公式： $\Delta P = P_0 + \beta^2 \times PK$
损失率公式： $\Delta P \% = \frac {\Delta P} {\beta \times SN \times \cos \varphi + P_0 + \beta^2 \times PK }$