CN105406493B - 一种基于有载换相技术的低压三相负荷平衡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的是一种基于有载换向技术的低压三项负荷平衡控制方法配电变压器低压侧每回出线为模型，采集每回出线上换向开关所控负荷量及开关位置，对三相负荷不平衡度进行实时检测计算，如果三相不平衡度超出给定值，通过均值迭代法计算出需要调整的负荷，然后多目标优化原则得出需要动作的换向开关号及换向开关调整的相序，实现三相负荷平衡。该算法充分考虑了开关动作次数、三相不平衡度等因素，在保证三项负荷不平衡度达到标准值范围内，实现开关动作次数最少、换向成本最低，同时，实现负荷转移用户不间断供电的要求，即有载换向技术。
Description
技术领域
本发明主要涉及配电网低压线路三相负荷平衡控制，基于三相负荷平衡算法理论，实现负荷有载换相，属于控制技术领域。
背景技术
在三相四线制的城市居民和农村低压配电网中，用户多为单相负荷或单三相负荷混用，由于负载的不均衡和***元件参数的不对称，三相间的不平衡电流客观普遍存在。同时用户负荷不平衡状况的无规律性和不可预知性，导致低压配电网三相负载长期性的不平衡。GB/T 15543-2008《电能质量三相电压允许不平衡度》明确规定，在正常情况下电网负序电压的三相不平衡度不大于2％，短时不超过4％；每个用户在公共连接点引起的负序电压不平衡度不得超过 1.3％，短时不超过2.6％。三相不平衡将导致旋转电机附加发热和振动，变压器漏磁增加和局部过热，电网线损增大以及多种保护和自动装置误动等等。据统计，目前全国有超过85％的低压台区存在不同程度的三相不平衡状况，对此电力部门除了利用经验尽量合理地分配负荷之外几乎没有行之有效的解决办法，只能采取一些如增大中性线截面等保护措施以降低三相过度不平衡带来的安全隐患。
传统调整三项负荷不平衡的方法是根据《配电变压器台区线路单相负荷分配情况表》的数据，参照近半年低压台区电量台账，按照先台区末端后分支线路调整台区用户分布，实现三相负荷平衡。沿线路调整工作量大，效率低；停电影响用户正常用电，造成供电企业经济损失。
针对低压三相不平衡的情况，国内外许多厂家开发了三相不平衡调补装置，均采用电容器调补原理。该产品种类繁多，其工作原理大同小异。例如有调补装置内装有12台单相400V的电力电容器，每台电容器在控制终端的控制下，既可以接于相线与相线之间，也可以接于相线与零线之间；既可实现角形电容全投，也可以星形接法电容全投。每组角形和星形接法的电容各有5种不同的接法：①电容全投；②电容全不投；③A，B相间投一组；④B，C相间投一组；⑤A，C相间投一组；该装置内共有2组角形和2组星形接线方式，按照排列组合的方法共有625种投切方式；并且针对不同容量的配变，电容器组可增加或者减少电容器组。通过恰当地在相与相之间及各相与零线之间接入不同数量电容器的方法，利用了负荷的感性特征，实现了在补偿功率因数的同时调整不平衡有功电流的目的，其最终投入的补偿量与***实际需要的无功补偿量相同。
而相关厂家研发的无功调补装置，由于低压配电网中的感性负载运行工况复杂多变，使得相对固定的电容器补偿很难达到理想效果，还往往造成无功倒送***的问题，节能降损作用不明显。另一方面，传统的SVC中TCR支路采用 6脉动接线形式，其线电流中含有6k±1次谐波(k为正整数)，需要加装滤波装置，增加了成本。若采用目前先进的STATCOM技术，成本过于高昂，在低压***采用不合理。第三个方面，调补装置只在安装位置的电源侧产生效果，而此产品一般安装在配变出线处，具有巨大故障隐患和降损空间的低压线路则没有效果，因此这种方法存在很大的局限性，不是三相不平衡治理方向研究的发展趋势。
1.针对三相不平衡治理存在很多技术性和经济型问题：
2.低压侧负荷具有随机性和动态性，负载具有明显的不对称性，难以准确预测；
3.投切电容器方式补偿三项负荷不平衡，电容器投切频繁，使用寿命短；
4.SVC具有恒阻抗性，产生谐波电流，补偿能力有限；先进的SVG结构复杂、成本高、维修不方便，但两者改善不平衡能力有限，主要用于无功补偿；
综上所述，通过无功补偿实现三相负荷平衡较为困难，且经济性不高。而传统调整负荷平衡方法，已经不能满足当前用户安全可靠用电的需要。如何利用换向装置均衡低压负荷，实现低压台区三相负荷平衡运行是本专利的主要研究内容。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种基于有载换向技术的低压配变台区三项负荷平衡控制方法，解决无功调补装置治理三相不平衡的不彻底性，以换向次数最少为约束条件，利用换向开关装置调整三相线上的负荷分布情况，经济高效的实现低压侧三相负荷均衡。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种基于有载换向技术的低压三项负荷平衡控制方法,包括：
(1)读取拓扑结构数据以及负荷数据；以低压台区的一回出线拓扑结构为模型，采集各监测点的实时运行数据、计量表数据和换向开关的位置；
(2)计算三相负荷不平衡度；对三相负荷不平衡度进行实时检测，并以计算，能够精确计算三相四线制***、三相三线制***的三相不平衡度。
(3)判断三相负荷不平衡度是否超出给定值，若超出给定值，则通过均值迭代法计算出需要调整的负荷，进入步骤(4)；否则，则结束，即三相负荷不平衡度达到标准值范围内；
(4)判断迭代次数是否大于N，其中N为设定值，迭代次数为负荷开关个数；若不大于N，则继续通过均值迭代法计算，执行换向命令，将换向开关调整转换为有载换向控制指令，迭代次数n+1次返回步骤(1)；
迭代一次，一个换向开关进行一次换向(迭代时不进行换向，迭代结束后换向)，迭代次数由三相不平衡率决定，当三相不平衡率小于给定值时，停止迭代；迭代次数最大值为该支路换向开关个数。
若大于N，则通过均值迭代法计算出需要调整的负荷，然后多目标优化原则得出需要动作的换向开关号及换向开关调整的相序，选择最优的相序调整结果，实现三相负荷平衡。
本发明所述的一种低压三项负荷平衡控制方法,包含CIGER推荐的三相不平衡度计算步骤。其特点为：能够精确计算三相四线制***、三相三线制***的三相不平衡度。
本发明所述的一种低压三项负荷平衡控制方法,包含基于平均值迭代法构建的三项负荷平衡模型，其特点为：以换向开关为计算单元，以开关所处相序和所控负荷量为变量建立计算模型。
本发明所述的一种低压三项负荷平衡控制方法，包含平均值迭代算法实现及换向开关相序调整。其特点为：在有限的迭代次数内，通过计算得出相序调整结果，实现最大化三相负荷平衡。
本发明所述的一种低压三项负荷平衡控制方法，包含选择多目标优化相序调整结果。其特点为：综合考虑换向次数和三相负荷不平衡度，选择最优的相序调整结果。
本发明所述的一种低压三项负荷平衡控制方法，包含将换向开关调整转换为有载换向控制指令。
本发明所述的一种基于有载换向技术的低压三项负荷平衡控制方法具有以下优点和突出效果：根据低压台区每回出线的拓扑结构建立模型，以出线上换向开关为节点。
本发明以配电变压器低压侧每回出线为模型，采集每回出线上换向开关所控负荷量及开关位置，对三相负荷不平衡度进行实时检测计算，如果三相不平衡度超出给定值，通过均值迭代法计算出需要调整的负荷，然后多目标优化原则得出需要动作的换向开关号及换向开关调整的相序，实现三相负荷平衡。该算法充分考虑了开关动作次数、三相不平衡度等因素，在保证三项负荷不平衡度达到标准值范围内，实现开关动作次数最少、换向成本最低，同时，实现负荷转移用户不间断供电的要求，即有载换向技术，解决无功调补装置治理三相不平衡的不彻底性，以换向次数最少为约束条件，利用换向开关装置调整三相线上的负荷分布情况，经济高效的实现低压侧三相负荷均衡。基于低压三相负荷的分布式、多层次结构，利用平均值迭代法构建三相负荷不平衡优化模型，通过循环迭代更新A、B、C、三相线上的负荷分布，实现三相线上负荷平均化。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的低压台区一回出线的拓扑结构图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的本发明的平均值迭代法计算流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1-图3，本实施例的一种基于有载换向技术的低压三项负荷平衡控制方法,以配电变压器低压侧每回出线为模型，采集每回出线上换向开关所控负荷量及开关位置，对三相负荷不平衡度进行实时检测计算，如果三相不平衡度超出给定值，通过均值迭代法计算出需要调整的负荷，然后多目标优化原则得出需要动作的换向开关号及换向开关调整的相序，实现三相负荷平衡。该算法充分考虑了开关动作次数、三相不平衡度等因素，在保证三项负荷不平衡度达到标准值范围内，实现开关动作次数最少、换向成本最低，同时，实现负荷转移用户不间断供电的要求，即有载换向技术，解决无功调补装置治理三相不平衡的不彻底性，以换向次数最少为约束条件，利用换向开关装置调整三相线上的负荷分布情况，经济高效的实现低压侧三相负荷均衡。
为详细介绍本发明，其具体步骤如下：
(1)读取拓扑结构数据以及负荷数据；以低压台区的一回出线拓扑结构为模型，采集各监测点的实时运行数据、计量表数据和换向开关的位置；
(2)计算三相负荷不平衡度；对三相负荷不平衡度进行实时检测，并以计算，能够精确计算三相四线制***、三相三线制***的三相不平衡度。计算三相不平衡度的步骤如下：
以零线平均负荷电流和三相负荷总电流比值表示三相不平衡程度，即
其中，IA表示的A相负荷电流，IB为B相负荷电流，IC为C相负荷电流，负荷电流与零线负荷电流的适量表达式为零线电流大小为
三相负荷不平衡度以三相电流大小形式表示，如下
(3)判断三相负荷不平衡度是否超出给定值，若超出给定值，则通过均值迭代法计算出需要调整的负荷，进入步骤(4)；否则，则结束，即三相负荷不平衡度达到标准值范围内；
一种基于有载换向技术的低压三项负荷平衡控制方法,包括：
(1)读取拓扑结构数据以及负荷数据；以低压台区的一回出线拓扑结构为模型，采集各监测点的实时运行数据、计量表数据和换向开关的位置；
(2)计算三相负荷不平衡度；对三相负荷不平衡度进行实时检测，并以计算，能够精确计算三相四线制***、三相三线制***的三相不平衡度。
(3)判断三相负荷不平衡度是否超出给定值，若超出给定值，则通过均值迭代法计算出需要调整的负荷，进入步骤(4)；否则，则结束，即三相负荷不平衡度达到标准值范围内；
由于不平衡度的计算方法不同，其不平衡给定值不能按照规范上给定的2％。按照《架空配电线路及设备运行规程》中规定，中性线电流不应超过额定电流的25％。由此计算得出该种方法的不平衡值约为10％。
(4)判断迭代次数是否大于N，其中N为设定值，迭代次数为负荷开关个数；若不大于N，则继续通过均值迭代法计算，执行换向命令，将换向开关调整转换为有载换向控制指令，迭代次数n+1次返回步骤(1)；
迭代一次，一个换向开关进行一次换向(迭代时不进行换向，迭代结束后换向)，迭代次数由三相不平衡率决定，当三相不平衡率小于给定值时，停止迭代；迭代次数最大值为该支路换向开关个数。
若大于N，则通过均值迭代法计算出需要调整的负荷，然后多目标优化原则得出需要动作的换向开关号及换向开关调整的相序，选择最优的相序调整结果，实现三相负荷平衡。
本发明的一种低压三项负荷平衡控制方法,包含CIGER推荐的三相不平衡度计算步骤，能够精确计算三相四线制***、三相三线制***的三相不平衡度。而且包含基于平均值迭代法构建的三项负荷平衡模型，以换向开关为计算单元，以开关所处相序和所控负荷量为变量建立计算模型。
本发明平均值迭代算法实现及换向开关相序调整，在有限的迭代次数内，通过计算得出相序调整结果，实现最大化三相负荷平衡；其采用选择多目标优化相序调整结果，综合考虑换向次数和三相负荷不平衡度，选择最优的相序调整结果。
此外，本发明将换向开关调整转换为有载换向控制指令，根据低压台区每回出线的拓扑结构建立模型，以出线上换向开关为节点。
本发明基于低压三相负荷的分布式、多层次结构，利用平均值迭代法构建三相负荷不平衡优化模型，通过循环迭代更新A、B、C、三相线上的负荷分布，实现三相线上负荷平均化。
参见图3，本发明的平均值迭代法计算方法为：首先根据测量数据，计算出每项电流值，该每项电流值计算公式为：
Iφ＝sum(Iφt)，φ为ABC三相中一相，t表示在φ相上的编号为t的换向开关，Iφt即为φ相上t编号开关所控制的电流大小；选择电流最值IΦmax，IΦmin＝find(sum(IΦt))；
最后计算出需要换向开关的位置，该计算公式为：
其中，InΔ第n次迭代时三相电流中最大相的电流与平均值的差值。φ表示 t号换向开关应换去的相，即三相中电流值最小的相；Iφnmax是第n次迭代时三相中电流最大的相的电流值。Inave是三相电流的平均值。
本发明所述的一种基于有载换向技术的低压三项负荷平衡控制方法具有以下优点和突出效果：根据低压台区每回出线的拓扑结构建立模型，计算三相不平衡度，以出线上换向开关为节点进行负荷转移；通过平均值迭代方法实现换向开关动作次数最少，用户供电不间断，提高了供电安全可靠性，降低了因三相不平衡引起的线路损耗。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种基于有载换相技术的低压三相负荷平衡控制方法,其特征在于，其方法步骤如下：
(1)读取拓扑结构数据以及负荷数据；以低压台区的每回出线拓扑结构为模型，以出线上换相开关为节点，采集各监测点的实时运行数据、计量表数据和换相开关的位置；
(2)计算三相负荷不平衡度；对三相负荷不平衡度d进行实时检测，并以计算；
(3)判断三相负荷不平衡度是否超出给定值，若超出给定值，则通过均值迭代法计算出需要调整的负荷，进入步骤(4)；否则，则结束，即三相负荷不平衡度达到标准值范围内。
(4)选择最优的相序调整结果；在有限的迭代次数内，将换相开关调整转换为有载换相控制指令，通过均值迭代法连续计算出需要调整的负荷，然后根据多目标优化原则得出最优需要动作的换相开关号及换相开关调整的相序，实现最大化三相负荷平衡；
所述步骤(2)中，计算三相不平衡度的步骤如下：
以零线电流和三相负荷总电流比值表示三相不平衡程度，即
其中，IA表示的A相负荷电流，IB为B相负荷电流，IC为C相负荷电流，负荷电流与零线电流的矢量表达式为零线电流大小为
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三相负荷不平衡度以三相电流大小形式表示，如下
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所述步骤(4)中，平均值迭代法计算方法为：首先根据测量数据，计算出每相电流值，该每相电流值计算公式为：
Iφ＝sum(Iφt)，t表示在φ相上的编号为t的换相开关，Iφt即为φ相上t编号换相开关所控制的电流大小；
然后计算出三相平均电流值Iave，选择出电流最大值Iφmax和电流最小值Iφmin，最后计算出需要换相开关的位置，该计算公式为：
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其中，InΔ第n次迭代时三相电流中最大相的电流与平均值的差值；φ表示t号换相开关应换去的相，即三相中电流值最小的相；Iφnmax是第n次迭代时三相中电流最大的相的电流值，Inave是三相电流的平均值。
2.根据权利要求1所述的低压三相负荷平衡控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，首先是基于平均值迭代法构建三相负荷计算模型，以换相开关为计算单元，以换相开关所处相序和所控负荷量为变量建立计算模型。
3.根据权利要求1所述的低压三相负荷平衡控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的给定值为10％。
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