CN115714404A - 治理配电网络电流不平衡的换相软开关***及评价方法 - Google Patents

治理配电网络电流不平衡的换相软开关***及评价方法 Download PDF

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CN115714404A
CN115714404A CN202211496497.1A CN202211496497A CN115714404A CN 115714404 A CN115714404 A CN 115714404A CN 202211496497 A CN202211496497 A CN 202211496497A CN 115714404 A CN115714404 A CN 115714404A
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高正平
高骞
周鹏
王一清
杨俊义
洪宇
薛禾雨
夏超鹏
李琥
李冰洁
卢轶人
付娟娟
李姚旺
王鹏
魏招毅
李业辉
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State Grid Xuzhou Power Supply Co
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
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State Grid Xuzhou Power Supply Co
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
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Abstract

本发明提供了一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***及评价方法，本发明的换相软开关***结合低压换相装置和智能软开关设备，实现电流在不同相位之间的潮流转移，灵活调整相间的潮流转移和电流分布，有利于平衡配电网络的三相间电流差异，从而提高配电变压器的出力效率，降低网络损耗；本发明通过构建基于网络潮流约束的优化模型，并以最小电流不平衡度为目标，对优化模型进行求解，得到各相的出线电流和三相的出线平均电流，通过各相的出线电流和三相的出线平均电流的大小，得到评价换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的指标。

Description

治理配电网络电流不平衡的换相软开关***及评价方法
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，具体而言，涉及一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***及评价方法。
背景技术
当前，我国正加快构建以新能源为主体的新型电力***，大力发展新能源，在新能源安全可靠的替代基础上，逐步退出传统能源，加快电力脱碳，推动能源清洁转型。然而，随着高比例清洁能源，如风电、水电等机组的投入，配电网络的运行随机性和波动性也更加显著，三相间的电源出力不平衡度也随之增加，同时，配电网络的终端单相负荷的分布往往是不平衡的，这也加剧了配网电流的不平衡度，导致配电变压器的出力效率降低、网络线损增加等问题。智能软开关作为一种新型电力电子设备，能够主动控制潮流在不同节点之间的转移，相比传统的联络线，具有实时控制、无开关动作、响应迅速等优势。然而，目前的智能软开关设备能实现相同相位之间的潮流转移，难以实现电流在不同相位之间的均衡，对于治理电流不平衡问题的提升效果有限，且缺乏一种带换相智能软开关设备治理电流不平衡问题的评价方法。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***及评价方法解决了以下技术问题：
1、目前智能软开关设备仅能实现在相同相位之间的潮流转移，难以实现电流在不同相位之间的均衡；
2、缺乏一种带换相智能软开关设备治理电流不平衡问题的评价方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***，包括：逆变器、整流器、公共电容、三个低压换相装置和智能软开关设备；
所述逆变器和整流器设置在三相传输线上，逆变器和整流器之间设置公共电容作为公共直流端；
每个所述低压换相装置的一侧的接线端与一端的一个三相节点连接，其另一侧的三个接线端分别与逆变器的三个接线端一一对应连接；
所述智能软开关设备设置在逆变器和整流器上。
进一步地，该***满足三相潮流转移关系式，三相潮流转移关系式为：
Figure BDA0003963234700000021
Figure BDA0003963234700000022
Figure BDA0003963234700000023
Figure BDA0003963234700000031
Figure BDA0003963234700000032
Figure BDA0003963234700000033
其中，
Figure BDA0003963234700000034
为智能软开关设备在连接节点i处的公共有功功率，
Figure BDA0003963234700000035
为智能软开关设备在连接节点i1处的公共有功功率，
Figure BDA0003963234700000036
为智能软开关设备在连接节点i2处的公共有功功率，i1为智能软开关设备与三相传输线连接的第一个节点，i2为智能软开关设备与三相传输线连接的第二个节点，Mk为第k个换相矩阵，k＝1,2,3，
Figure BDA0003963234700000037
为0或1，
Figure BDA0003963234700000038
Figure BDA0003963234700000039
时，表示整流侧ABC三相分别与逆变侧ABC三相相连，(0，1，0)表示整流侧ABC三相与逆变侧CAB三相相连，(0，0，1)表示整流侧ABC三相与逆变侧BCA三相相连，
Figure BDA00039632347000000310
为智能软开关设备在连接节点i处的有功功率，
Figure BDA00039632347000000311
为智能软开关设备在连接节点i处的功率损耗，
Figure BDA00039632347000000312
为智能软开关设备在连接节点i处的无功功率，
Figure BDA00039632347000000313
为智能软开关设备在连接节点i处的容量，
Figure BDA00039632347000000314
为智能软开关设备在连接节点i处的功率损耗系数，在同一等式中i取i1或者i2，diag为对角矩阵函数。
一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***的评价方法，包括：
以最小电流不平衡度为目标，建立基于网络潮流约束的优化模型；
对基于网络潮流约束的优化模型进行求解，得到各相的出线电流和三相的出线平均电流；
根据各相的出线电流和三相的出线平均电流，计算换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的评价指标。
进一步地，所述基于网络潮流约束的优化模型为：
Figure BDA0003963234700000041
其中，
Figure BDA0003963234700000042
为配电网络中变压器二次侧
Figure BDA0003963234700000043
相的出线电流，IA,0为配电网络中变压器二次侧A相的出线电流，IB,0为配电网络中变压器二次侧B相的出线电流，IC,0为配电网络中变压器二次侧C相的出线电流，||为绝对值运算，min为求最小值。
进一步地，所述网络潮流约束为：
st＝diag(Stj)-diag(Slt-zltLlt)
或
Figure BDA0003963234700000044
Figure BDA0003963234700000045
Figure BDA0003963234700000046
Figure BDA0003963234700000047
Figure BDA0003963234700000048
Figure BDA0003963234700000049
Figure BDA0003963234700000051
其中，t、j、l为不同位置的三相节点，st为第t个三相节点的注入功率，Stj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的视在功率，
Figure BDA0003963234700000052
为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的视在功率最大值，Slt为第l个三相节点与第t个三相节点连接的支路的视在功率，zlt为第l个三相节点与第t个三相节点连接的支路的阻抗，Llt为第l个三相节点与第t个三相节点连接的支路的电流平方项，Ltj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的电流平方项，
Figure BDA0003963234700000053
为智能软开关设备在连接三相节点t处的有功功率，
Figure BDA0003963234700000054
为智能软开关设备在连接三相节点t处的无功功率，
Figure BDA0003963234700000055
为第t个三相节点的有功负荷，
Figure BDA0003963234700000056
为第t个三相节点的无功负荷，vj为第j个三相节点的电压平方项，vt为第t个三相节点的电压平方项，v t为第t个三相节点的电压平方项最小值，
Figure BDA0003963234700000057
为第t个三相节点的电压平方项最大值，ztj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的阻抗，H为共轭转置，rank[]为矩阵求秩操作，Vt为第t个三相节点的节点电压，Itj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的电流，
Figure BDA0003963234700000058
为厄米矩阵，diag为对角矩阵函数，g为虚数单位。
进一步地，所述计算换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的评价指标的公式为：
Figure BDA0003963234700000059
其中，RI为换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的评价指标，
Figure BDA0003963234700000061
为取序列的最大值，
Figure BDA0003963234700000062
为配电网络中变压器二次侧
Figure BDA0003963234700000063
相的出线电流，
Figure BDA0003963234700000064
为配电网络中变压器二次侧ABC相的出线平均电流，A表示A相，B表示B相，C表示C相。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1、本发明的换相软开关***结合低压换相装置和智能软开关设备，实现电流在不同相位之间的潮流转移，灵活调整相间的潮流转移和电流分布，有利于平衡配电网络的三相间电流差异，从而提高配电变压器的出力效率，降低网络损耗。
2、本发明通过构建基于网络潮流约束的优化模型，并以最小电流不平衡度为目标，对优化模型进行求解，得到各相的出线电流和三相的出线平均电流，通过各相的出线电流和三相的出线平均电流的大小，得到评价换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的指标。
附图说明
图1为一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***的示意图；
图2为一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***的评价方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
如图1所示，一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***，包括：逆变器、整流器、公共电容、三个低压换相装置和智能软开关设备；
所述逆变器和整流器设置在三相传输线上，逆变器和整流器之间设置公共电容作为公共直流端；
每个所述低压换相装置的一侧的接线端与一端的一个三相节点连接，其另一侧的三个接线端分别与逆变器的三个接线端一一对应连接；
所述智能软开关设备设置在逆变器和整流器上。
该***满足三相潮流转移关系式，三相潮流转移关系式为：
Figure BDA0003963234700000071
Figure BDA0003963234700000072
Figure BDA0003963234700000073
Figure BDA0003963234700000074
Figure BDA0003963234700000081
Figure BDA0003963234700000082
其中，
Figure BDA0003963234700000083
为智能软开关设备在连接节点i处的公共有功功率，
Figure BDA0003963234700000084
为智能软开关设备在连接节点i1处的公共有功功率，
Figure BDA0003963234700000085
为智能软开关设备在连接节点i2处的公共有功功率，i1为智能软开关设备与三相传输线连接的第一个节点，i2为智能软开关设备与三相传输线连接的第二个节点，Mk为第k个换相矩阵，k＝1,2,3，
Figure BDA0003963234700000086
为0或1，
Figure BDA0003963234700000087
Figure BDA0003963234700000088
时，表示整流侧ABC三相分别与逆变侧ABC三相相连，(0，1，0)表示整流侧ABC三相与逆变侧CAB三相相连，(0，0，1)表示整流侧ABC三相与逆变侧BCA三相相连，
Figure BDA0003963234700000089
为智能软开关设备在连接节点i处的有功功率，
Figure BDA00039632347000000810
为智能软开关设备在连接节点i处的功率损耗，
Figure BDA00039632347000000811
为智能软开关设备在连接节点i处的无功功率，
Figure BDA00039632347000000812
为智能软开关设备在连接节点i处的容量，
Figure BDA00039632347000000813
为智能软开关设备在连接节点i处的功率损耗系数，在同一等式中i取i1或者i2，diag为对角矩阵函数。
整流侧ABC三相分别与逆变侧ABC三相相连，(0，1，0)表示整流侧ABC三相与逆变侧CAB三相相连，(0，0，1)表示整流侧ABC三相与逆变侧BCA三相相连具体为：
(1，0，0)表示整流侧A相连接逆变侧A相、整流侧B相连接逆变侧B相、整流侧C相连接逆变侧C相；(0，1，0)表示整流侧A相连接逆变侧C相、整流侧B相连接逆变侧A相、整流侧C相连接逆变侧B相；(0，0，1)表示整流侧A相连接逆变侧B相、整流侧B相连接逆变侧C相、整流侧C相连接逆变侧A相。
如图2所示，一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***的评价方法，包括以下步骤：
S1、以最小电流不平衡度为目标，建立基于网络潮流约束的优化模型；
在步骤S1中，所述基于网络潮流约束的优化模型为：
Figure BDA0003963234700000091
其中，
Figure BDA0003963234700000092
为配电网络中变压器二次侧
Figure BDA0003963234700000093
相的出线电流，IA,0为配电网络中变压器二次侧A相的出线电流，IB,0为配电网络中变压器二次侧B相的出线电流，IC,0为配电网络中变压器二次侧C相的出线电流，||为绝对值运算，min为求最小值。
所述网络潮流约束为：
st＝diag(Stj)-diag(Slt-zltLlt)
或
Figure BDA0003963234700000094
Figure BDA0003963234700000095
Figure BDA0003963234700000096
Figure BDA0003963234700000101
Figure BDA0003963234700000102
Figure BDA0003963234700000103
Figure BDA0003963234700000104
其中，t、j、l为不同位置的三相节点，st为第t个三相节点的注入功率，Stj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的视在功率，
Figure BDA0003963234700000105
为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的视在功率最大值，Slt为第l个三相节点与第t个三相节点连接的支路的视在功率，zlt为第l个三相节点与第t个三相节点连接的支路的阻抗，Llt为第l个三相节点与第t个三相节点连接的支路的电流平方项，Ltj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的电流平方项，
Figure BDA0003963234700000106
为智能软开关设备在连接三相节点t处的有功功率，
Figure BDA0003963234700000107
为智能软开关设备在连接三相节点t处的无功功率，
Figure BDA0003963234700000108
为第t个三相节点的有功负荷，
Figure BDA0003963234700000109
为第t个三相节点的无功负荷，vj为第j个三相节点的电压平方项，vt为第t个三相节点的电压平方项，v t为第t个三相节点的电压平方项最小值，
Figure BDA00039632347000001010
为第t个三相节点的电压平方项最大值，ztj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的阻抗，H为共轭转置，rank[]为矩阵求秩操作，Vt为第t个三相节点的节点电压，Itj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的电流，
Figure BDA00039632347000001011
为厄米矩阵，diag为对角矩阵函数，g为虚数单位。
S2、对基于网络潮流约束的优化模型进行求解，得到各相的出线电流和三相的出线平均电流；
S3、根据各相的出线电流和三相的出线平均电流，计算换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的评价指标。
在步骤S3中，所述计算换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的评价指标的公式为：
Figure BDA0003963234700000111
其中，RI为换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的评价指标，
Figure BDA0003963234700000112
为取序列的最大值，
Figure BDA0003963234700000113
为配电网络中变压器二次侧
Figure BDA0003963234700000114
相的出线电流，
Figure BDA0003963234700000115
为配电网络中变压器二次侧ABC相的出线平均电流，A表示A相，B表示B相，C表示C相。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1、本发明的换相软开关***结合低压换相装置和智能软开关设备，实现电流在不同相位之间的潮流转移，灵活调整相间的潮流转移和电流分布，有利于平衡配电网络的三相间电流差异，从而提高配电变压器的出力效率，降低网络损耗。
2、本发明通过构建基于网络潮流约束的优化模型，并以最小电流不平衡度为目标，对优化模型进行求解，得到各相的出线电流和三相的出线平均电流，通过各相的出线电流和三相的出线平均电流的大小，得到评价换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的指标。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种治理配电网络电流不平衡的换相软开关***，其特征在于，包括：逆变器、整流器、公共电容、三个低压换相装置和智能软开关设备；
所述逆变器和整流器设置在三相传输线上，逆变器和整流器之间设置公共电容作为公共直流端；
每个所述低压换相装置的一侧的接线端与一端的一个三相节点连接，其另一侧的三个接线端分别与逆变器的三个接线端一一对应连接；
所述智能软开关设备设置在逆变器和整流器上。
2.根据权利要求1所述的治理配电网络电流不平衡的换相软开关***，其特征在于，该***满足三相潮流转移关系式，三相潮流转移关系式为：
Figure FDA0003963234690000011
Figure FDA0003963234690000012
Figure FDA0003963234690000013
Figure FDA0003963234690000014
Figure FDA0003963234690000015
Figure FDA0003963234690000016
其中，
Figure FDA0003963234690000021
为智能软开关设备在连接节点i处的公共有功功率，
Figure FDA0003963234690000022
为智能软开关设备在连接节点i1处的公共有功功率，
Figure FDA0003963234690000023
为智能软开关设备在连接节点i2处的公共有功功率，i1为智能软开关设备与三相传输线连接的第一个节点，i2为智能软开关设备与三相传输线连接的第二个节点，Mk为第k个换相矩阵，k＝1,2,3，
Figure FDA0003963234690000024
为0或1，
Figure FDA0003963234690000025
时，表示整流侧ABC三相分别与逆变侧ABC三相相连，(0，1，0)表示整流侧ABC三相与逆变侧CAB三相相连，(0，0，1)表示整流侧ABC三相与逆变侧BCA三相相连，
Figure FDA0003963234690000026
为智能软开关设备在连接节点i处的有功功率，
Figure FDA0003963234690000027
为智能软开关设备在连接节点i处的功率损耗，
Figure FDA0003963234690000028
为智能软开关设备在连接节点i处的无功功率，
Figure FDA0003963234690000029
为智能软开关设备在连接节点i处的容量，
Figure FDA00039632346900000210
为智能软开关设备在连接节点i处的功率损耗系数，在同一等式中i取i1或者i2，diag为对角矩阵函数。
3.一种根据权利要求1～2任一项所述的治理配电网络电流不平衡的换相软开关***的评价方法，其特征在于，包括：
以最小电流不平衡度为目标，建立基于网络潮流约束的优化模型；
对基于网络潮流约束的优化模型进行求解，得到各相的出线电流和三相的出线平均电流；
根据各相的出线电流和三相的出线平均电流，计算换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的评价指标。
4.根据权利要求3所述的治理配电网络电流不平衡的换相软开关***的评价方法，其特征在于，所述基于网络潮流约束的优化模型为：
Figure FDA0003963234690000031
其中，
Figure FDA0003963234690000032
为配电网络中变压器二次侧
Figure FDA0003963234690000033
相的出线电流，IA,0为配电网络中变压器二次侧A相的出线电流，IB,0为配电网络中变压器二次侧B相的出线电流，IC,0为配电网络中变压器二次侧C相的出线电流，| |为绝对值运算，min为求最小值。
5.根据权利要求4所述的治理配电网络电流不平衡的换相软开关***的评价方法，其特征在于，所述网络潮流约束为：
st＝diag(Stj)-diag(Slt-zltIlt)
或
Figure FDA0003963234690000034
Figure FDA0003963234690000035
Figure FDA0003963234690000036
Figure FDA0003963234690000037
Figure FDA0003963234690000038
Figure FDA0003963234690000039
Figure FDA00039632346900000310
其中，t、j、l为不同位置的三相节点，st为第t个三相节点的注入功率，Stj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的视在功率，
Figure FDA0003963234690000045
为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的视在功率最大值，Slt为第l个三相节点与第t个三相节点连接的支路的视在功率，zlt为第l个三相节点与第t个三相节点连接的支路的阻抗，Llt为第l个三相节点与第t个三相节点连接的支路的电流平方项，Ltj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的电流平方项，
Figure FDA0003963234690000041
为智能软开关设备在连接三相节点t处的有功功率，
Figure FDA0003963234690000042
为智能软开关设备在连接三相节点t处的无功功率，
Figure FDA0003963234690000043
为第t个三相节点的有功负荷，
Figure FDA0003963234690000046
为第t个三相节点的无功负荷，vj为第j个三相节点的电压平方项，vt为第t个三相节点的电压平方项，v t为第t个三相节点的电压平方项最小值，
Figure FDA0003963234690000047
为第t个三相节点的电压平方项最大值，ztj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的阻抗，H为共轭转置，rank[]为矩阵求秩操作，Vt为第t个三相节点的节点电压，Itj为第t个三相节点与第j个三相节点连接的支路的电流，
Figure FDA0003963234690000048
为厄米矩阵，diag为对角矩阵函数，g为虚数单位。
6.根据权利要求3所述的治理配电网络电流不平衡的换相软开关***的评价方法，其特征在于，所述计算换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的评价指标的公式为：
Figure FDA0003963234690000044
其中，RI为换相软开关***治理配电网络中电流不平衡问题的评价指标，
Figure FDA0003963234690000051
为取序列的最大值，
Figure FDA0003963234690000052
为配电网络中变压器二次侧
Figure FDA0003963234690000053
相的出线电流，
Figure FDA0003963234690000054
为配电网络中变压器二次侧ABC相的出线平均电流，A表示A相，B表示B相，C表示C相。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116995732A (zh) * 2023-09-21 2023-11-03 天津滨电电力工程有限公司 具有选相并网及功率调节功能的光伏并网控制装置及方法

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