专利名称：配电系统自动化中用于负载平衡的实时馈电线重新配置的系统和方法
技术领域：
本发明涉及公用配电系统中的馈电线重新配置并且更具体地涉及用于在配电的系统自动化中平衡负载的实时馈电线重新配置系统。
背景技术：
公用配电系统中的馈电线重新配置已经是配电自动化的重要方面。需要该重新配置以避免关键的变压器和馈电线由于负载变化引起的过载。在配电馈电线中，负载可随时间变化并且在一些重负载期间过冲其额定热容量。该负载变化还取决于负载的种类，例如住宅负载、商业或工业负载等。在过载的情况下，为了保持系统可靠，来自过载馈电线的负载的一部分必须转移到相对轻负载的邻近的馈电线。相似地，主变压器过载问题可以通过识别引起过载的适当的馈电线并且将来自馈电线负载的负载的一部分转移到轻负载的邻近的变压器而解决。这种负载在馈电线和变压器之间的重新分布使得系统更平衡并且使过载的风险降低由此增加系统的可靠性。美国专利6，654，216提供对于配电的电力网络的分布式监测和保护系统。该电网具有多条用于从站传送电力的线(其中断路器包括在这些线中)。该分布式监测和保护系统包括耦合于多条电力线中的至少一个用于测量电力线的电参数的至少一个监测单元； 和在数据网上与该监测单元通信并且从该监测单元接收测量的电参数的至少一个控制单兀。由本发明描述的保护系统监测系统中的电参数(电流、电压，等)到达其阈值并且当任何电参数过冲其阈值时使断路器跳间。描述的方法不牵涉通过最小化目标函数使各种设备上的负载标准化。美国专利5，734，586针对用于通过使用损耗公式、电压公式和为此的线路流通量公式来实现最佳稳定状态的大规模、不平衡的配电网络。就系统和网络数据来说，还公开了用于关于控制装置、网络部件和连接的变化确定系统损耗、三相线路流通量和电压的变化的显式公式。识别显式表达式对于配电系统的实时控制的应用。三相功率流和损耗公式能够应付大量的节点、分支和侧支；多相接地或未接地负载；一般的大规模、不平衡配电系统中的任何连接的联合发电机、多相分路元件和变压器。由本发明描述的系统不牵涉使各种设备上的负载标准化。同样，它更复杂地牵涉网络流编程技术和在实际实现控制步骤之前评估控制步骤的效果。存在许多涉及重新配置的出版物，但除了少数出版物外没有一个解释在线重新配置。那些少数出版物具有采用复杂方式描述的算法。存在一些已经提出以在短期内达到接近最优解的启发式技术。其他则开发一种方案，其中在对于配置(其中所有开关闭合)的最佳负载流方案中通过断开具有最低电流的分支实现最佳配置。存在这样的出版物，其提出使用模糊逻辑和紧接着基于组合最优化的实现步骤的相平衡的新的重新配置。对于模糊步骤的输入是馈电线的每相总负载。模糊步骤的输出是负载变化值，对于负载释放是负值并且对于负载接收是正值。模糊步骤的输出是对负载变化系统的输入。负载变化系统使用组合最优化技术来将变化值(kW)转化成负载点的数量并且然后选择特定的负载点。还采用最佳模式进行释放和接收相之间的负载点的互换。在 2002 年 1 月 International Journal of Electrical Power&Energy systems 的Kashmen Μ· A的“Three-phase load balancing in distribution systems using index measurement technique"中使用的指数值是分支负载平衡指数并且从系统角度来说没有解决该问题。在出版物中描述的方法中，用于负载平衡的网络重新配置通过在由考虑分支交换式开关形成的不同的径向配置上进行搜索而完成。需要有使用适合于分支的指数和系统的指数值来有助于实现最佳负载平衡的分支和整个系统的负载状况的系统方法。现在正考虑改进用于管理配电系统的现有技术的系统和方法。发明目标本发明的主要目标是提供用于在配电系统自动化中借助实时馈电线重新配置来平衡负载的系统和方法。本发明的另一个目标是提供用于使系统的所有节点上的负载标准化的配电系统自动化中平衡负载的系统和方法。本发明的再另一个目标是提供使配电系统操作者能够采取快速和可行的决策以操作平衡条件中的设备的算法方法。
发明内容
因此，本发明提供用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到轻负载的邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的系统和方法。该方法的目的是在所有设备上具有均勻的负载并且避免它们中的任何一个过载。为了该目的，目标函数定义为变压器/ 馈电线的负载偏差的平方和。该目标函数的最小化确定对开关(其是能够中断和启动负载的简单的隔离装置)分段化的最佳操作状态(断开或闭合)。从而，通过高效地改变受到变压器和馈电线容量约束的开关的断开位置，避免任何过载状况并且实现负载的均勻分布。提出的发明的特性特征是同时实行变压器和馈电线的负载平衡操作。允许操作者借助于提出的方法实时操作开关用于改变负载以得到某个网络配置。该操作实践的优势是增加设备、变压器、馈电线和开关的预期寿命。假定在系统中是平衡的三相负载状况，不考虑三相中的不平衡。在本发明的优选实施例中，用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法包括以下步骤a.获得配电系统的系统负载指数(SLI)和变压器和馈电线的负载指数；b.优化公式化为SLI和负载指数的函数的目标函数；和c.通过优化转移负载以使变压器和馈电线的负载指数与SLI对齐来获得负载平衡。在本发明的其他实施例中，用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中最优化包括以下步骤a.定义目标函数为变压器/馈电线的负载偏差的平方和；b.最小化所述的目标函数以确定能够中断和启动负载的隔离装置的例如断开或闭合状态等最佳操作状态；和c.改变受到变压器和馈电线容量约束的隔离装置的断开位置来避免过载状况以获得负载的均勻和平衡分布。在本发明的其他实施例中，转移负载的步骤包括以下步骤(a)确定需要负载转移的源馈电线和汇馈电线；(b)追踪所述源馈电线和所述汇馈电线之间的路径；(c)通过断开开关将路径分割成两部分；(d)选择所述断开开关的相邻分段用于负载转移；和(e)接着在下一分段中实行所述转移过程以实现平衡的系统。在本发明的其他实施例中，用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中确定源馈电线的所述步骤基于(a)如果具有最大负载偏差的设备是馈电线，则选择具有最大负载偏差的馈电线作为源馈电线，或(b)如果具有最大负载偏差的设备是具有负的负载偏差的变压器，则在所述变压器中的所有馈电线中选择具有最小负载偏差的馈电线作为源馈电线；或(c)如果具有最大负载偏差的设备是具有正的负载偏差的变压器，则在所述变压器中的所有馈电线中选择具有最大负载偏差的馈电线作为源馈电线。在本发明的其他实施例中，用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中确定汇馈电线的所述步骤包括以下步骤a.对于连接到所述源馈电线的所有馈电线计算最大负载转移；和b.选择具有Maximum Load Transfer最大值的馈电线作为汇馈电线，其中，最大负载转移是实际过载和容量之间的差。在本发明的另一个实施例中，变压器和馈电线的负载平衡操作通过单个操作(其中重新配置多个开关)而实行。在本发明的另外的实施例中，根据如本文上文中描述的用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，提供有用于基于配电网络中SLI和变压器和馈电线的负载指数值进行变压器和馈电线负载平衡的配电管理系统。在本发明的再另一实施例中，提供有能够通过单个操作(其中重新配置多个开关)进行变压器和馈电线的所述负载平衡的系统。
上文提到的本发明的特征在本段中借助于图详细描述。然而，要注意附图仅图示本发明的典型的实施例并且因此不认为限制它的范围，因为本发明可承认其他同等有效的实施例。图1示出由本发明提出的方法牵涉的步骤的图形表示；图2示出从源馈电线&到汇馈电线Fs的负载转移；图3示出根据示范性实施例代表配电系统的14总线测试情况。图4示出在重新配置前图3的配电系统的示范性情况，并且图5示出在开关后图4的配电系统的示范性情况。
具体实施例方式其中每个变压器和馈电线被负载成处于平衡条件的负载的配电系统叫做具有平衡的变压器和馈电线负载的系统。在本发明中，负载平衡问题通过提出系统以及配电系统的设备、变压器和馈电线的各种负载指数而公式化。系统的平衡条件使用系统负载指数 (SLI)来确定。配电系统的SLI代表在那个时间点占据的仍然可用而没有违反设备的容量约束的负载裕度。
权利要求
1.用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，包括以下步骤a.获得配电系统的系统负载指数SLI和变压器和馈电线的负载指数；b.优化公式化为SLI和负载指数的函数的目标函数；以及c.通过优化转移负载以使变压器和馈电线的实时负载指数与SLI对齐来获得负载平衡。
2.如权利要求1所述的用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中优化包括以下步骤a.定义目标函数为变压器/馈电线的负载偏差的平方和；b.最小化所述的目标函数以确定能够中断和启动负载的隔离装置的例如断开或闭合状态的最佳操作状态；和c.改变受到变压器和馈电线容量约束的隔离装置的断开位置来避免过载状况以获得负载的均勻和平衡分布。
3.如权利要求1所述的用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中所述转移负载的步骤进一步包括以下步骤(a)确定需要负载转移的源馈电线和汇馈电线；(b)追踪所述源馈电线和所述汇馈电线之间的路径；(c)通过断开开关将路径分割成两部分；(d)选择所述断开开关的相邻分段用于负载转移；和(e)接着在下一分段中实行所述转移过程以实现平衡的系统。
4.如权利要求3所述的用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中确定源馈电线基于(a)如果具有最大负载偏差的设备是馈电线，则选择具有最大负载偏差的馈电线作为源馈电线，或(b)如果具有最大负载偏差的设备是具有负的负载偏差的变压器，则在所述变压器中的所有馈电线中选择具有最小负载偏差的馈电线作为源馈电线；或(c)如果具有最大负载偏差的设备是具有正的负载偏差的变压器，则在所述变压器中的所有馈电线中选择具有最大负载偏差的馈电线作为源馈电线。
5.如权利要求3所述的用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中所述确定汇馈电线的步骤进一步包括以下步骤(a)对于连接到所述源馈电线的所有馈电线计算最大负载转移；和(b)选择具有最大值的最大负载转移的馈电线作为汇馈电线；其中，最大负载转移是实际过载和容量之间的差。
6.如权利要求2所述的用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中所述负载偏差基于变压器和馈电线在平衡条件的负载和变压器与馈电线的实际负载。
7.如权利要求1或2所述的用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中变压器和馈电线的所述负载平衡操作通过其中重新配置多个开关的单个操作而实行。
8.如权利要求1所述的用于借助从过载变压器或馈电线转移负载到邻近的变压器或馈电线来平衡变压器和馈电线的负载的实时馈电线重新配置的方法，其中所述配电系统的配置在除了开关的断开/闭合状态之外的计算过程期间保持相同。
9.一种配电管理系统，其用于根据前面的权利要求中任一项所述的方法来基于配电网络中系统负载指数SLI和变压器和馈电线的负载指数值进行变压器和馈电线负载平衡。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述系统能够通过其中重新配置多个开关的单个操作进行变压器和馈电线的所述负载平衡。
全文摘要
提供配电系统自动化中用于负载平衡的实时馈电线重新配置的系统和方法。变压器和馈电线的负载平衡借助从过载变压器或馈电线转移负载到轻负载的邻近的变压器或馈电线而实现。该方法包括定义目标函数为变压器/馈电线的负载偏差的平方和。该目标函数的最小化确定对开关分段化的最佳操作状态(断开或闭合)。变压器和馈电线的负载平衡操作通过其中重新配置多个开关的单个操作而实行。
文档编号H02J3/48GK102498632SQ200980159294
公开日2012年6月13日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年3月9日
发明者A·C·比斯瓦尔, A·拉曼, A·曼格拉, R·吉哈 申请人:Abb技术有限公司