一种低压台区三相不平衡治理自决策控制方法与流程

本发明涉及的是一种低压台区三相不平衡治理自决策控制方法，属于电力系统低压电网技术领域。

背景技术：

低压配电网三相负荷不平衡的问题在我国的电网建设过程中长期存在。低压配电网通常采用三相四线制供电模式，用户多为单相负荷或单相与三相混和负荷，导致配网内单相负荷在三相间分配严重不平衡，尤其是居民和商用建筑配电系统。三相负荷不平衡会引起零线电流过大、电网损耗过高、三相电压不平衡、电网电压低下、三相电力设备利用率低、中性线点位升高危及人身安全等问题。

在我国农村，配电网中三相负荷不平衡现象普遍存在。有调查研究显示，某地区农网运行的100台配电变压器中只有将近10%的变压器运行在三相负荷基本平衡的状态下，运行在三相负荷不均衡但没有超过规定的变压器占35%，运行在三相负荷严重不均衡的变压器占55%。在城市中，负荷三相不平衡问题也依然存在，三相负荷不平衡对低压配电网的正常运行造成了一定的影响，例如增加变压器和线路的损耗，会导致正常运行的变压器的工作温度上升，减少变压器的实际可用容量，导致变压器输出的三相电压不均衡，引起中性点电压偏移，情况严重时可能会导致用户的电器设备被烧毁。因此，低压三相负荷不平衡问题应得到足够重视。

为了降低配电台区电能损耗，提升配电网电能质量，有必要采取有效措施治理或消除低压三相负荷不平衡。除了提升规划和管理水平外，国内外解决低压三相不平衡问题的常规的处理措施主要有：人工换相、无功补偿装置、自动切换装置等。

（1）人工换相：即采用手动调整，均分负荷，在条件允许情况下结合历史记录并根据实时在线监测数据，通过手动调整接线的方式以尽量均分负荷，加强三相负荷分布控制。针对配电变压器带来的三相不平衡问题，通过对负荷量数据的统计分析，然后对负荷重和负荷轻的相序进行调相，使其尽可能的接近三相平衡，但是用户端单相用电设备同时率较低，同时用户的用电情况受季节因素影响较大，用电客户每个月或者每个季节的用电通常存在较大的差异，这将进一步导致配电变压器的三相负荷更加不平衡，同时因为单相负荷的频繁间断，调整效果不理想。

（2）无功补偿装置：针对不平衡问题进行无功补偿，是目前世界各国在治理三相不平衡问题主要采取的措施，采用无功补偿装置进行无功补偿能够极大的改善系统的功率因数，不仅可以降低线路及变压器损耗，还能增加系统的稳定性。目前国际上普遍采用静止无功补偿器、有源滤波器等作为无功补偿的重要装置。在实际电力系统中，三相不平衡和无功功率经常同时出现，因此可在传统电力电子型svc或svg无功补偿功能的基础上，通过改进控制算法使其同时具备无功补偿和抑制三相不平衡的功能。但这类装置往往安装在配电变压器的低压侧进行集中补偿，尽管能够较好地调整变压器出口电压、电流的电能质量，改善变压器运行状态，但低压线路的三相负荷不平衡问题并没有得到根本解决，线路损耗大和末端负荷的电压质量问题依然存在。

（3）自动切换装置：换相开关装置调整三相不平衡电流方案优点在于，通过智能化逻辑判断自动选择供电相，自动调整三相负荷的不平衡，降低电能在传输过程中的损耗，有效解决线路末端低电压问题，最大化的提高电能利用率的同时增强了电网供电的可靠性；缺点在于，供电线路功率因数提高有限，设备整体投资费用高，整体改建设施较为困难。

目前的三相不平衡负荷切换开关，都需要控制终端给出遥控命令，完成换相的切换工作。一般在台区低压侧首端安装一个总控制终端，在分支线安装多个换相开关，由总控制终端来控制换相开关调节三相不平衡，但此方式对通讯条件要求较高。台区通讯模式主要有两种：微功率无线和载波通讯。这两种通讯模式，都面临工程实施的困难。微功率无线通讯，遇到遮挡，会导致通讯失败或者不稳定。载波通讯会受到svg或者apf等电力电子类设备的干扰，在经济发达地区的台区，负荷分布复杂也会造成通讯干扰。

严重依赖于通讯的三相不平衡治理模式在实际应用中会受到一些制约，本发明研究一种不依赖于通讯的三相不平衡治理模式，采用自决策型的内置控制策略，在现有负荷切换开关的基础上，进行策略优化和处理，将负荷切换开关升级为智能负荷切换开关设备，即使通讯中断，也能够完成本地区域范围内的三相不平衡治理。

技术实现要素：

本发明针对现有换相开关的负荷调节方式存在的局限性，提出了一种通过对各支线处电压的采集与偏差计算，依托换相开关设备，不依赖于通讯，形成本地化自决策型控制策略，从而调整相间负荷不平衡状态。

本发明的技术解决方案：一种低压台区三相不平衡治理自决策控制方法，包括以下步骤：

s1：采集换相开关处三相电压与负荷电流，并进行数据合理性校验；

s2：计算电压不平衡度和累计不平衡电压，据此判断是否触发换相策略；

s3：如果当前相是电压最大相，则不进行换相操作，返回s1，否则进入s4；

s4：预估换相后电压变化值和三相不平衡治理效果；

s5：根据换相前三相电压不平衡度以及换相后电压不平衡度改善值计算换相命令执行延时时间；

s6：换相执行后更新负荷转出相和负荷转入相线路等值阻抗表。

本发明的优点：

1）在换相开关中嵌入自决策控制策略算法，可以避免由于台区通讯建设困难，或通讯不稳定带来的信息缺失等问题，从根本上突破了依赖配变终端设备或集中控制开关与分支换相设备之间通过数据通讯而进行三相不平衡治理的瓶颈；

2）依据用户侧三相电压的数据采集与分析，就可以实现低压三相不平衡自决策控制，不仅降低了台区首端三相电流不平衡度，而且有效降低分支线的三相电流不平衡度。

附图说明

附图1是低压台区三相不平衡治理自决策控制系统的结构示意图。

附图2是低压台区三相不平衡治理自决策控制方法的算法流程图。

具体实施方式

一种低压台区三相不平衡治理自决策控制方法，具体包括以下步骤：

s1：采集换相开关处三相电压与负荷电流，并进行数据合理性校验，既校验本次量测电气量是否在合理范围内，又检查是否数据是否为“死数据”；

s2：计算电压不平衡度和累计不平衡电压，据此判断是否触发换相策略；步骤s2包含步骤s21，s22和s23：

s21：计算三相电压不平衡度：

式中，为三相电压最大值，为三相电压最小值。

s22：计算三相平均电压，a相不平衡电压，b相不平衡电压，c相不平衡电压：

式中，为a相电压，为b相电压，为c相电压；

将每次量测的各相不平衡电压分别累加，则可得到各相的累计不平衡电压、和：

s23：当电压不平衡度越限次数达到限值且累计不平衡电压值达到限值时，则进入换相策略；

s3：如果当前相是电压最大相，则不进行换相操作，返回s1，否则进入s4；

s4：换相后电压变化值和换相治理效果预估，包含s41和s42两个步骤：

s41：计算换相后负荷转出相电压和负荷转入相电压：

式中，为换相前负荷转出相电压，为换相前负荷转入相电压，i为负荷电流，为负荷转出相线路等值阻抗，为负荷转入相线路等值阻抗；

s42：根据s41计算得到的和以及另外一相的电压值计算换相后的三相电压不平衡度，如果不平衡度改善值，则进行换相操作，为电压不平衡度改善阈值。

s5：根据换相前三相电压不平衡度以及换相后电压不平衡度改善值计算换相命令执行延时时间：

式中，t1和t2分别为不平衡度对应的基准延时时间和不平衡度改善对应的基准延时时间；

s6：判断是否满足换相条件，换相命令执行后闭锁设备一段时间，更新负荷转出相和负荷转入相线路等值阻抗表，保存换相前电压和等值阻抗：

式中，为换相后负荷转出相量测电压，为换相后转入相量测电压。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。