基于动态规划的配电台区三相负荷不平衡调节方法与流程

本发明涉及配电区三相负荷调节技术领域，具体的说，是基于动态规划的配电台区三相负荷不平衡调节方法。

背景技术：

术语解释：

动态规划：动态规划(dynamicprogramming)是运筹学的一个分支，是求解决策过程(decisionprocess)最优化的数学方法。在多阶段决策过程(multistepdecisionprocess)的优化问题时，提出了最优化原理(principleofoptimality)，把多阶段过程转化为一系列单阶段问题，利用各阶段之间的关系，逐个求解，创立了解决这类过程优化问题的新方法——动态规划。

配电台区：配电台区是指(一台)变压器的供电范围或区域。

三相供电：三相电主要用于作为电动机的电源，即需要转动的负荷，因为三相电的三个相位差均为120度，转子不会发生卡住现象。电机的转子是三组互成120度的线圈组成。发电机产生的是交流电，那么三组线圈就会产生相位相差120度的交流电流。三相供电就是将这三组电流分别作为火线，接在不同的用电器上，而将它们接在共同的零线上。

配电台区三相负荷不平衡：低压用户以单相供电为主，由于单相用户负载容量增长不可控、低压单相负载运行随机性高、负荷季节性变化大造成了配电台区三相负荷不一致，当最大相电流-最小相电流/最大相电流×100％≥15％时，即为三相负荷不平衡。

三相负荷不平衡调节模型：以配电台区用户电表的相位关系识别和用户电表负荷采集数据为基础，利用动态规划算法，组合排列出三相用户相位关系挂接建议，以达到配电台区总表三相的负荷趋于一致，调节模型分全局最优和调整数量最优两种，其中，全局最优为总表的三相负荷值相差最小，但调整数量较多；调整数量最优，则为在三相负荷满足最大相电流-最小相电流/最大相电流×100％≤15％的目标小，尽可能的减少用户电表相位关系调整数量。

在农村及城乡结合区域，因低压用户接线随意性大、单相用户负载容量增长不可控、低压单相负载运行随机性高、负荷季节性变化大等原因，造成了配电台区三相负荷不平衡。配电台区三相负荷不平衡将会对配电网的供电安全、供电质量和经济运行产生不良影响,是配电网薄弱环节中亟待解决的问题之一。泛在电力物联网可实现户表相位关系识别、户表负荷数据采集等应用，是配电台区三相负荷不平衡治理的有效技术手段。配电台区三相负荷的不平衡度易受单相电力客户负载不同和用电时序不同所影响，电力客户用电的不确定性给配电台区三相负荷不平衡治理带来了极大的挑战。

随着电力电子技术的逐步完善，目前主要有换相开关型、电容型、电子电子型配变三相负荷不平衡调节装置，换相开关型配变三相负荷不平衡调节装置，由一个安装在配变侧的智能换相终端(负责负荷监测与自动换相控制)和若干个换相开关单元(负责执行负荷换相的操作机构)组成。智能换相终端实时监测配变低压出线的三相电流，若超限，则进行优化计算，发出最优换相控制指令，控制各换相开关单元按照规定换相流程执行换相操作，实现用户负荷相序调整。电容型配变三相负荷不平衡调节装置，在相线间跨接电力电容器,利用连接在相线与零线之间的电力电容器对每一相进行不等量无功补偿，平衡相间的无功功率，降低三相不平衡度。中，电力电子型配变三相负荷不平衡调节装置，通过快速检测出接入处无功、负序、谐波电流，根据空间矢量脉宽调制(svpwm)控制方法产生触发脉冲信号驱动控制晶闸管输出与检测到的无功、负序、谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，综合解决配电台区无功、谐波、电压波动以及三相负荷不平衡等问题，上述的配电台区三相不平衡治理中均采用对配变低压侧进行调整的方式，治理成本高，不能从源头上解决配电台区三相负荷分配的问题。

目前的调整方法主要有线路改接法和装置法两种，

线路改接法中，台区经理凭经验对配电台区的不同分支线路三相进行组合调整，以达到治理三相负荷不平衡的效果，但调整精度低，效果差；

在装置法中，在配电变压器的低压侧安装调节装置，通过装置对三相负荷进行调整，成本高,但不能从根源上解决配电台区负荷分配问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于动态规划的配电台区三相负荷不平衡调节方法，本发明能够直接从用户根源侧解决配电台区用户负荷分配问题。

本发明通过下述技术方案实现：

基于动态规划的配电台区三相负荷不平衡调节方法，以一个时间段的用户负荷日曲线为基础，根据动态规划算法，采用三相负荷平衡度的方式进行计算，生成三相用户相位调整清单。

进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤s1：根据三相电表、单相电表的历史负荷数据，生成配电台区的平均负荷值，以此平均值的20％作为调整数量基准；

步骤s2：根据配电台区用户的相位、总表、三相电表、单相电表的数据建立用户相位、负荷分析关联分析矩阵，利用笛卡尔乘积求解，计算得出各用户组合排列的方式；

步骤s3：筛选用户相位、负荷关联矩阵中的小于平均负荷20％的用户电表；筛选完成后跳转到步骤s4，否则继续进行步骤s2；

步骤s4：建立用户电表负荷大于户表平均负荷20％的用户的用户相位、负荷关联矩阵；

步骤s5：采用负荷动态规划算法，求解三相用户最佳组合方式f[n,vmax]；

步骤s6：重复步骤s5，直至迭代过程中，用户相位组合关系是否为最优。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s2中计算得出各用户组合排列的方式为：

x:{1,......m}→i1

y:{1,......n}→i2

z:{1,......h}→i3(12)；

其中x为a相电表合集；y为b相电表合集；z为c相电表合集。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述所述步骤s5具体是指：采用整体不平衡度最优的方法或调整量最优的方法，求解三相用户最佳组合方式f[n,vmax]。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s5中整体不平衡度最优的方法具体包括：

步骤sa51：设配电台区有n个三相用户，每个用户电表的电流为vi，每个用户对配电台区三相负荷影响度为pi，用三个不平衡最大影响度的vmax的背包，得到数组f[i,v]；进而得到三相用户最佳组合方式f[n,vmax]；

其中

其中，数组f[i,v]表示取i个用户填充一个相位下不平衡度为p的背包的最大电流；

vmax为时间t是

vi为各用户t时刻的电流。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s5中调整量最优的方法具体包括以下步骤：

步骤sb51：求解三相用户的组合方式；

设配电变压器低压侧的总电流为x，i1、i2、i3表示a、b、c三相用户的电流集合，则：

x＝i1∪i2∪i3

根据笛卡尔乘积求解，三相用户的组合方式为，

步骤sb52：求解三相用户的电流集合的平均值

设a相的用户数为m，b相的用户数为n，c相的用户数为h，用户总数为z；

xi∈i1ix:{1,......m}→i1

yi∈i2iy:{1,......n}→i2

zi∈i3iz:{1,......h}→i3

其中xi为调整后的a相电表合集；yi为b相电表合集；zi为c相电表合集；

步骤sb53：从每相用户的历史负荷中作最优分析，计算得到配电台区总路a、b、c三相的平衡度最小值f，获得最佳相位清单；即可得到三相用户最佳组合方式f[n,vmax]；

其中，

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s6具体是指：

将得到的三相用户最佳组合方式f[n,vmax]与现有清单比对：

若有不一致的地方，即得出用户调整清单；

若没有不一致的地方，继续执行步骤s5，直至迭代过程中，用户相位组合关系是否为最优。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明能够直接从用户根源侧解决配电台区用户负荷分配问题；

(2)本发明在笛卡尔乘积的基础上进行扩展，通过负荷动态规划实现数据计算量最小，节约了计算时间，提高了运算效率；

(3)本发明中采用的调整量最优的方法能够有效的保证在配电台区三相负荷不平衡度在一定范围内，调整用户数量最少；

(4)本发明中采用的整体不平衡度最优的方法能够有效的保证在配电台区低压侧的三相负荷不平衡度最小。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，基于动态规划的配电台区三相负荷不平衡调节方法，以一个时间段的用户负荷日曲线为基础，根据动态规划算法，采用三相负荷平衡度全局优化的方式进行计算，生成三相用户相位调整清单。

需要说明的是，通过上述改进，本发明适用泛在电力物联网基于负荷动态规划的配电台区三相不平衡治理方法，以一个时间段的用户负荷日曲线为基础，根据动态规划算法，计算出配电台区内各用户相位关系调整的策略，由于其涉及到用户负荷信息较多，算法复杂，计算时间较长，例如200个用户的配电台区，算例的组合次数为3200次，为减少计算次数，算例采用动态规划算法计算，减少计算次数，提高运算效率。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤s1：根据三相电表、单相电表的历史负荷数据，生成配电台区的平均负荷值，以此平均值的20％作为调整数量基准；从而避免配电台区内所有的户表都参与模型计算，造成计算周期过长。

步骤s2：根据配电台区用户的相位、总表、三相电表、单相电表的数据建立用户相位、负荷分析关联分析矩阵，利用笛卡尔乘积求解，计算得出各用户组合排列的方式；

步骤s3：筛选用户相位、负荷关联矩阵中的小于平均负荷20％的用户电表；筛选完成后跳转到步骤s4，否则继续进行步骤s2；

步骤s4：建立用户电表负荷大于户表平均负荷20％的用户的用户相位、负荷关联矩阵；从而减少全量计算对计算性能的影响；

步骤s5：采用负荷动态规划算法，求解三相用户最佳组合方式f[n,vmax]；

步骤s6：重复步骤s5，直至迭代过程中，用户相位组合关系是否为最优。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s5中整体不平衡度最优的方法具体包括：

步骤sa51：设配电台区有n个三相用户，每个用户电表的电流为vi，每个用户对配电台区三相负荷影响度为pi，用三个不平衡最大影响度的vmax的背包，得到数组f[i,v]；进而得到三相用户最佳组合方式f[n,vmax]；

其中

其中，数组f[i,v]表示取i个用户填充一个相位下不平衡度为p的背包的最大电流；

vmax为时间t是

vi为各用户t时刻的电流。

需要说明的是，通过上述改进，通过上述方法能够使得配电台区低压侧的三相负荷不平衡度最小。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s5中调整量最优的方法具体包括以下步骤：

步骤sb51：求解三相用户的组合方式；

设配电变压器低压侧的总电流为x，i1、i2、i3表示a、b、c三相用户的电流集合，则：

x＝i1∪i2∪i3

根据笛卡尔乘积求解，三相用户的组合方式为，

步骤sb52：求解三相用户的电流集合的平均值

设a相的用户数为m，b相的用户数为n，c相的用户数为h，用户总数为z；其中xi为调整后的a相电表合集；yi为b相电表合集；zi为c相电表合集；

xi∈i1ix:{1,......m}→i1

yi∈i2iy:{1,......n}→i2

zi∈i3iz:{1,......h}→i3

步骤sb53：从每相用户的历史负荷中作最优分析，计算得到配电台区总路a、b、c三相的平衡度最小值f，获得最佳相位清单；即可得到三相用户最佳组合方式f[n,vmax]；

其中，

需要说明的是，通过上述改进，通过上述方法能够有效的保证配电荷中作最优分析，计算得到配电台区总路a、b、c三相的平衡度最小值f，获得最佳相位清单；即可得到三相用户最佳组合方式f[n,vmax]；

配台区三相负荷不平衡度在一定范围内，调整用户数量最少。

配电台区总路a、b、c三相的平衡度最小值f的计算方式为：

(最大相电流-最小项电流)/最大相电流x100％的最小值。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在实施例4或实施例5的基础上做进一步优化，如图1所示，所述步骤s6具体是指：

将得到的三相用户最佳组合方式f[n,vmax]与现有清单比对：

若有不一致的地方，即得出用户调整清单；

若没有不一致的地方，继续执行步骤s5，直至迭代过程中，用户相位组合关系是否为最优。

需要说明的是，通过上述改进，获得用户调整清单具体是指：首先计算最佳相位清单，在最佳相位清单的基础上，与现有清单比对，若有不一致的地方，即可得出得出用户调整清单。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。