本发明涉及台区变电站供电质量的改善技术，具体涉及三相不平衡的换相调整装置和自动调整方法。
背景技术：
中国的低压输电线路多为三相四线制供电网络，随着国民经济水平的提高，电力网负荷急剧加大，特别是冲击性、非线性负荷容量的不断增长，使得电网发生电压波形畸变、电压波动、闪变和三相负荷不平衡等电能质量问题。其中负荷的变化、三相负荷不平衡等问题引起电网负序电压和负序电流，严重影响供电质量，进而增加线路损耗，降低供电可靠性。
目前低压线路供电半径长，用电分散，单相照明用户和三相动力用户混搭用电的情况，导致三相负载极度不平衡，线路末端低电压严重。
为了提升配电台区供电质量，采取换相措施是治理三相电流不平衡的主要方式。随着技术的发展，现多采用定期检测负载情况，根据线路情况，控制换相开关动作完成换相，最终达到三相电流平衡。
中国专利申请cn107196323a公开了一种多目标优化的三相不平衡开关控制方法，在调整过程中，控制器将所有开关的所有状态进行排列组合，遍历全部开关变换方案，并存储所有开关变换方案对应的三相电流不平衡度，进而进行多目标优化。
上述方法无疑可以找到最优的换相方案，但随着开关数量的增加，计算量成指数增长，给控制器带来巨大负担。
电网的负荷是一个变化过程，此时达到平衡，一段时间后不平衡的情况有可能再次发生；另外，电网对不平衡有一定的容忍度，因此，只要能满足电网的要求，不一定要实施最优的换相方案。
技术实现要素：
本申请的目的是提供一种调整策略，在满足电网对不平衡度要求的前提下，快速实现相位调整。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种使用模拟跃迁算法实现的三相负荷不平衡自动调节方法，基于调整装置实现，调整装置包括主机和换相开关，主机安装在配电台区变压器下，换相开关安装在三相四线变单相供电节点上，主机与换相开关有通信连接；换相开关的输入端连接a、b、c三相，输出端连接电力用户线；
主机采集变压器各相的电流值，换相开关采集当前连接供电线路的电流值，并上传给主机；
换相开关的数量为8-16个；
所述方法包括以下步骤：
步骤a、主机定时读取三相电流，并计算三相电流的不平衡度：b=(imax－imin)/imax，
式中imax为三相电流ia、ib、ic中的最大值，imin为三相电流中的最小的值；
判断b是否大于15％，若大于15％则进行步骤b，否则结束；
步骤b、主机获取各换相开关采集的电流数据，各换相开关所处相位位置作为初始状态，并对应换相开关存储电流数据；
步骤c、根据存储的数据进行相位平衡计算，得出换相方案；
步骤d、根据计算结果，主机按照换相方案向换相开关发送换相指令，并存储各换相开关的相位位置。
本发明，是将负荷大的相位上的负载，调配部分去负荷小的或较小的相位上去，使不对称的负荷相对平衡，通过换相开关实现。调整主机发送换相命令给换相开关，该换相开关按照接到的命令完成调相，调相过程在10ms内完成，不影响用户连续用电。
换相开关的设置。
理想状况，是在每个用户供电线路前端都设置换相开关，但在实际中并不需要。一个变压器下，8-16个换相开关能够基本满足各相负载平衡。
根据变压器容量来设定换相开关的数量，根据经验，一般是100kva为8个，125kva为9个，200kva为10个，315kva-500kva为12个，630kva为15个。
相位平衡计算。
相位平衡计算可以使用多种算法实现。本发明中，采用模拟跃迁算法。
贪婪算法：每次从当前解的临近解空间中选择一个最优解作为当前解，达到一个局部最优解的算法，叫做贪婪算法。贪婪算法实现起来简单，但其主要缺点是会陷入局部最优解，而不一定能搜索到全局最优解。如图1所示，假设c点为当前解，那么从c点开始试探，一次次地向更低点做小幅移动，当到达b点时，探索就结束了，因为无论向左还是右，结果都是更高，最终，我们只得到一个局部最优解b。
模拟跃迁算法也是一种贪婪算法，但是它的搜索过程引入了随机因素。模拟跃迁算法以一定的概率来接受一个比当前解要差的解，因此有可能跳出局部最优解，找到全局最优解。
仍以图1为例，把图1想象成一个地形起伏的山谷，在c点放置一块石头，然后让整个山谷发生地震，并且地震的程度随时间推移而减小，最后山谷恢复平静。当地震开始的初期，震动非常剧烈，石头会在整个山谷中跳来跳去。震动中期，石头可能会出现在b点，此时震动程度适中，石头更有可能向右越过d点去往a点所在的低谷中，而不是向左越过e点去往f点所在的低谷中。恢复平静后，取石头所在的位置作为最终解，那么这个解有很大可能正是全局最优解a点。
根据metropolis准则，在系统的活跃度为t时，出现能量差为δe的跃迁的概率为p(△e)，公式表示为：
p(△e)=e△e/t
其中e是自然对数底数，△e<0。这条公式表明，活跃度越高，出现一次能量差为△e的跃迁的概率就越大。公式还表明，能量差△e的绝对值越大，发生这种大能量差跃迁的概率越就小。
我们总是接受向较优解的移动，而把向较差解的移动看作是一次跃迁过程，把移动后的解与当前解的差值当作跃迁的能量差△e，以概率p(△e)来接受这种移动，也就是说，把寻找最优解的过程模拟成为了系统能量跃迁现象。
模拟跃迁算法可以这样用语言来描述：由初始解和初始活跃度开始，对当前解重复“产生新解->计算解的差值->接受或丢弃这个解”的迭代，并逐步衰减活跃度，当算法终止时，当前解即为所得近似最优解。
换相开关的换相策略，本质上是负荷的重新分配问题。以16个换相开关为例，要求合理分配这16个负荷，使得三相电流不平衡度最小。
达到最佳平衡度的换相方案，只能通过穷举所有的换相组合来实现，其运算时间成本会随着换相开关个数的增加而呈指数性增加，每增加一个换相开关，其时间成本就会变成原来的3倍。
根据国家电网要求，换相开关切换后，三相电流不平衡度只需满足小于15%即可，并不一定要把不平衡度调整到可控范围内的最小值。
采用本发明提出的模拟跃迁算法，可以花费较小的计算量，得出最优解或局部最优解，满足电网对不平衡度的要求。
在不平衡度最小和动作次数最少这两者中，动作次数最少优先级更高。因而，在使用模拟跃迁算法寻找最优解时，不能把不平衡度作为评价的唯一指标。故按以下四点原则设计一套评价体系来评价相位切换前后的两个状态，评价的得分越高，状态就越好：
原则一:两个状态的不平衡度都大于15%时，不平衡度小的状态得分更高。
原则二:两个状态的不平衡度一个大于15%，一个小于15%时，小于15%的状态得分更高。
原则三:两个状态的不平衡度都小于15%时，动作次数少的得分更高。
原则四:两个状态的不平衡度都小于15%，且动作次数相同时，不平衡度小的状态得分更高。
根据以上四点原则，设计出的评价体系公式为：
当umb>15%时，judge=－(100*umb)－(100*15%*switch)
否则，judge=－(99*umb)－(100*15%*step)
其中，umb为当前换相开关状态，即待评价状态的三相负荷不平衡度，switch是总的智能换相开关个数，step为从初始状态变换到当前换相开关状态，即待评价状态需要执行动作的换相开关个数，judge为评价值。
用上述评价体系的得分来决定是否接受随机切换生成的新状态。
算法为以下流程。
步骤c中，采用模拟跃迁算法进行相位平衡计算，包括以下步骤：
步骤c1、设置初始活跃度a0,结束活跃度ae,活跃度衰减系数aa；
步骤c2、根据步骤b中存储的数值，计算各相上所有换相开关的电流总和，分别为σa、σb、σc；计算ia=ia－σa，ib=ib－σb，ic=ic－σc；
计算评价值j=－(100*(imax－imin)/imax)－(100*15%*switch)，
switch是换相开关个数，a=a0；
步骤c3、随机挑选一个换相开关，随机将该换相开关虚拟换相到另外两个相位的其中之一；
存储虚拟换相后各换相开关所处相位，电流数据随换相开关的转换进行存储；
步骤c4、从存储中的数据计算按此方案换相后，各相上所有换相开关的电流总和，分别为σa’、σb’、σc’，各相的电流：ia’=ia+σa’，ib’=ib+σb’，ic’=ic+σc’，计算三相电流的不平衡度：umb=(imax’－imin’)/imax’，式中imax’为三相电流ia’、ib’、ic’中的最大值，imin’为三相电流中的最小的值；
计算评价值judge：
当umb>15%时，judge=－(100*umb)－(100*15%*switch)
当umb≤15%时，judge=－(99*umb)－(100*15%*step)
其中，step为从初始状态变换到当前状态需要执行动作的换相开关个数，
步骤c5、如果judge>j，则j=judge，转到步骤c7；否则执行步骤c6；
步骤c6、计算接受概率：
p=eδjudge/a，其中，δjudge是切换前后的评价值之差，即δjudge=judge－j，
求0到1之间的随机数r，如果p>r，则j=judge，执行步骤c7，否则，撤销该换相方案，恢复到虚拟换相之前的状态，执行步骤c7；
步骤c7、当前活跃度a=a*aa；
步骤c8、如果a<ae，当前各换相开关所处相位为换相方案，结束；否则，执行步骤c3。
有益效果。
采用本发明提出的方案，通过主机自动对换相开关实现换相，使其线路的不平衡率降到预定的不平衡率以下，提高了用户服务质量和供电可靠性，进而真正提高了电压合格率。
通过电压和三相负荷不平衡监测与实施，预计可以降低台区低压线损率5％左右（三相不平衡率30%以上）。若预装10个台区的年用电量为300万kwh，通过负荷自动调整，每年可减少损耗为15万kwh，节能效益按0.50元/kwh计算，每年节约7.5万元。5年可以节省费用约为37万元，直接的经济效益十分巨大，间接的经济效益和社会效益则更大。
由于线路负荷不平衡，造成了线路负荷偏差很大，变压器单相处于满负荷运行，变压器就会过热，甚至烧坏。采用本发明提出的方案，可以杜绝这种现象的发生。
通过配置合适的参数，其效率远高于穷举法。以16个换相开关为例：穷举法需要计算全部四千三百多万种组合状态的不平衡度和动作次数，而通过大量模拟数据调教出的参数(初始活跃度、结束活跃度、活跃度衰减系数)和评价系统，在保证成功率(找到最优解的概率在99%以上)的前提下，执行一次跃迁算法只需要固定的一万四千五百零一次计算，即使多次执行，其时间成本也远低于穷举法。
附图说明。
图1是贪婪算法和模拟跃迁算法的解释图，
图2是本发明的评价体系图示，
图3是调整装置配置示意图，
图4是算法流程图。
具体实施方式。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
调整装置。
参看图3，一种使用模拟跃迁算法实现的三相负荷不平衡自动调节方法，基于调整装置实现，调整装置包括主机和换相开关，主机安装在配电台区变压器下，换相开关安装在三相四线变单相供电节点上，主机与换相开关有通信连接；换相开关的输入端连接a、b、c三相，输出端连接电力用户线。
主机采集变压器各相的电流值，换相开关采集当前连接供电线路的电流值，并上传给主机。
主机配备gprs通信模块，与上位机（图中未标出）通信，另外还有无线通信模块，与换相开关上的无线通信模块进行通信。
理想状况，是在每个用户供电线路前端都设置换相开关，在实际中并不需要。一个变压器下，主机配套8-16个换相开关能够基本满足各相负载平衡。
换相开关安装在三相四线变单相供电节点上，供电节点可以是单个电表位置，也可以是表箱的位置，表箱中有多块电表。
负载太小的供电节点，换相影响不大，达不到平衡负载的效果，负载太大的供电节点，换相后会造成新的不平衡，因此，在本发明中，这两类供电节点不在考虑之列。
基于以上考虑，在选择安装换相开关位置时，使用以下策略：选择在用电高峰期，电流值为10a到30a之间的三相四线变单相供电节点安装换相开关。
另外，还需要考虑的因素是：在用电高峰时，所有安装换相开关的节点上的电流总和，占变压器输出电流的30%至50%。
电流的相对值：根据历史用电信息，找到三相四线变单相供电节点上用电高峰时的电流值，其中最大值为imax，选择用电高峰时的电流值为imax*20%到imax*60%之间的三相四线变单相供电节点安装换相开关。
换相开关除了上传电流值外，还可响应主机命令，向主机发送其所在的相位位置。
自动调节方法。
基于上述调整装置，自动调节方法包括以下步骤：
步骤a、主机定时读取三相电流。
根据现场不同情况，可以按天调整、按时间段调整、半小时、15分钟调整一次、一小时调整一次以及实时调整等多种方案可供选择，根据调整方案，主机读取三相电流的时间对应设置。
计算三相电流的不平衡度：b=(imax－imin)/imax，式中imax为三相电流ia、ib、ic中的最大值，imin为三相电流中的最小的值。
判断b是否大于15％，若大于15％则进行步骤b，否则，电路符合指标，不进行调整，结束。
步骤b、主机获取各换相开关采集的电流数据，各换相开关所处相位位置作为初始状态，并对应换相开关存储电流数据。
如果主机获得的电流数据是在不同时刻，即不同的时间断面取得的，在计算中会有误差，对计算结果产生一定的影响，因此，主机获取的电流数据为各换相开关在同一时间断面采集的电流数据，该时间断面与步骤a中主机读取三相电流的时间断面相同。
主机在读取三相电流时，稍早或同时向换相开关发送召测指令，这样可以获得大致一个时间断面的各个电流值。
各换相开关所处的相位位置已存储在主机中，此时的位置是初始状态，作为换相的基础。
在主机中，各换相开关和其采集的电流值对应存储。
步骤c、根据存储的数据进行相位平衡计算，得出换相方案。
步骤d、根据计算结果，主机按照换相方案向换相开关发送换相指令，并存储各换相开关的相位位置。
本发明，在步骤c中，采用模拟跃迁算法进行相位平衡计算。
本发明采用的评价体系如图2所示：在不平衡度最小和动作次数最少这两者中，动作次数最少优先级更高，但前提是将不平衡度调整到小于15%，若达不到该目标，则不考虑动作次数，尽量将不平衡度调小。
算法过程参看图4。
c1、首先设置初始活跃度a0=200,结束活跃度ae=0.0001,活跃度衰减系数aa=0.999。
c2、计算初始状态下的评价值（流程图中未给出）。由于虚拟换相后，各相上的理论电流会发生变化，并且，由于不是每个用户负载上都安装换相开关，因此，计算各相上所有换相开关的电流总和，分别为σa、σb、σc；计算ia=ia－σa，ib=ib－σb，ic=ic－σc。
ia、ib、ic为各相上所有没有安装换相开关的负载的电流总和。
计算评价值j=－(100*(imax－imin)/imax)－(100*15%*switch)，switch是换相开关个数。
置当前活跃度为初始活跃度：a=a0。
c3、随机挑选一个换相开关，随机将该换相开关虚拟换相到另外两个相位的其中之一；重复三次后，存储虚拟换相后各换相开关所处相位，电流数据随换相开关的转换进行存储。
每次挑选时，不考虑被挑中的换相开关是位于电流最大相还是最小相，也不考虑之前是否被挑中过。虚拟换相时，不考虑被切换到的相位是最大电流相还是最小电流相。
重复三次是逐次进行，而不是一次性地挑出三个换相开关同时令其换相。每次之间不做规避，其目的就是为了增强随机性，保证“某开关第一次从a相切到了b相，第二次从b相切到了c相，第三次又从c相切回了a相，结果该步骤的最后输出方案是不做切换”这种极端情况也有发生的可能。
c4、从存储中的数据计算按此方案换相后，各相上所有换相开关的电流总和，分别为σa’、σb’、σc’，各相的电流：ia’=ia+σa’，ib’=ib+σb’，ic’=ic+σc’，计算三相电流的不平衡度：umb=(imax’－imin’)/imax’，式中imax’为三相电流ia’、ib’、ic’中的最大值，imin’为三相电流中的最小的值。
以上的电流值为虚拟换相后，理论上的电流值。
计算评价值judge：
当umb>15%时，judge=－(100*umb)－(100*15%*switch)
当umb≤15%时，judge=－(99*umb)－(100*15%*step)
其中，step为从初始状态变换到当前状态需要执行动作的换相开关个数。
c5、如果judge>j，说明本次换相方案优于前面的方案，接受本次虚拟换相方案，该方案已经在步骤c3中存储，在此之后，虚拟换相的基础是最新接受的虚拟换相方案。j=judge，转到步骤c7；否则执行步骤c6；
c6、计算接受概率：
p=eδjudge/a，其中，δjudge是切换前后的评价值之差，即δjudge=judge－j，
求0到1之间的随机数r，如果p>r，则接受本次虚拟换相方案，j=judge，执行步骤c7，否则，撤销该方案，恢复到本次虚拟换相之前的状态，执行步骤c7；
c7、当前活跃度a=a*aa；
c8、如果a<ae，当前的换相开关位置为换相方案，结束；否则，执行步骤c3。
步骤c3中，开始的虚拟换相基础是初始状态，其后是选择出来较优的虚拟换相方案。
步骤c6中，如果单纯计算随机数的话，是伪随机数，这里，计算随机数时加上当前时间作为基础。
由于模拟跃迁算法有可能得不到最优解，为了寻求最好的解决方案，在每次进行相位平衡计算时，可以执行多次步骤c，如2-10次，从所有执行的结果中选取最优换相方案。由于本算法执行时间较短，这种选择是完全可行的。