三相不平衡治理方法及系统与流程

本技术涉及电力系统配电网自动化，尤其涉及一种三相不平衡治理方法及系统。

背景技术：

1、由于低压配电网中电力用户众多且分布分散，低压配电网中存在大量时空分布不平衡的单相负荷，因此三相不平衡运行是不可避免的。随着负荷种类和用电量的增加，以及单相负荷、非线性负荷和冲击性负荷比例的增大，低压配电网电压不平衡和电流不平衡的问题愈发严重，并带来其他形式的干扰，例如谐波、电压骤降、电压波动等。其中，电压不平衡会导致电网有功功率增加，从而降低效率；电压不平衡会对旋转电机等设备产生负面影响，造成严重的材料损耗，进而降低电机的使用寿命。变压器、电容器组和保护系统等也会受到不平衡电源电流和电压的影响。

2、随着低压配电网三相不平衡问题愈发严重，这已成为低压配电网运行中亟需解决的突出问题。低压配电网若长期处于三相不平衡工况，将对其经济运行和安全稳定运行产生诸多负面影响。

技术实现思路

1、本技术的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中由三相不平衡导致的线路损耗高、电能质量差的技术缺陷。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种三相不平衡治理方法，所述方法包括：

3、获取历史负荷数据；

4、在满足预设月份更替规则的情况下，根据所述历史负荷数据预测月度最优换相方案，并基于所述月度最优换相方案控制智能换相装置进行换相；其中，所述智能换相装置的进线端用于分别连接低压配电网的a相相线、b相相线、c相相线和零线，所述智能换相装置的出线端用于分别连接各个用电负载；

5、实时获取所述低压配电网的三相实际负荷功率，并根据所述三相实际负荷功率判断所述低压配电网是否三相不平衡；

6、若确定所述低压配电网三相不平衡，则控制三端口变流器装置分别连接所述a相相线、所述b相相线、所述c相相线和所述零线，并基于所述三相实际负荷功率向所述三端口变流器装置输出功率控制指令。

7、在其中一个实施例中，所述三相实际负荷功率包括a相实际负荷功率、b相实际负荷功率和c相实际负荷功率；

8、所述实时获取所述低压配电网的三相实际负荷功率的步骤，包括：

9、实时获取所述低压配电网的a相实时电流、b相实时电流、c相实时电流、a相实时电压、b相实时电压和c相实时电压；

10、基于所述a相实时电流和所述a相实时电压，计算所述a相实际负荷功率；

11、基于所述b相实时电流和所述b相实时电压计算所述b相实际负荷功率；

12、基于所述c相实时电流和所述c相实时电压计算所述c相实际负荷功率。

13、在其中一个实施例中，所述a相实际负荷功率包括a相实时有功功率和a相实时无功功率，所述b相实际负荷功率包括b相实时有功功率和b相实时无功功率，所述c相实际负荷功率包括c相实时有功功率和c相实时无功功率；

14、所述基于所述三相实际负荷功率向三端口变流器装置输出功率控制指令的步骤，包括：

15、根据所述a相实时有功功率、所述b相实时有功功率和所述c相实时有功功率，分别计算a相有功功率指令值和b相有功功率指令值；

16、根据所述a相实时无功功率、所述b相实时无功功率和所述c相实时无功功率，分别计算a相无功功率指令值、b相无功功率指令值和c相无功功率指令值；

17、基于所述a相有功功率指令值和所述a相实时有功功率的差值进行功率外环控制计算，并得到第一参考电流值；

18、基于所述第一参考电流值和所述a相实时电流的差值进行电流内环控制计算，并得到第一计算结果；

19、基于所述a相无功功率指令值和所述a相实时无功功率的差值进行功率外环控制计算，并得到第二参考电流值；

20、基于所述第二参考电流值和所述a相实时电流的差值进行电流内环控制计算，并得到第二计算结果；

21、根据所述第一计算结果和所述第二计算结果生成第一控制信号，并向所述三端口变流器装置的第一变流器输出所述第一控制信号；其中，所述第一变流器用于连接所述a相相线和所述零线；

22、基于所述b相有功功率指令值和所述b相实时有功功率的差值进行功率外环控制计算，并得到第三参考电流值；

23、基于所述第三参考电流值和所述b相实时电流的差值进行电流内环控制计算，并得到第三计算结果；

24、基于所述b相无功功率指令值和所述b相实时无功功率的差值进行功率外环控制计算，并得到第四参考电流值；

25、基于所述第四参考电流值和所述b相实时电流的差值进行电流内环控制计算，并得到第四计算结果；

26、根据所述第三计算结果和所述第四计算结果生成第二控制信号，并向所述三端口变流器装置的第二变流器输出所述第二控制信号；其中，所述第二变流器用于连接所述b相相线和所述零线。

27、在其中一个实施例中，所述基于所述三相实际负荷功率向三端口变流器装置输出功率控制指令的步骤，还包括：

28、实时获取所述低压配电网的实时直流电压值；

29、基于预设的直流电压指令值和所述实时直流电压值的差值进行电压外环控制计算，并得到第五参考电流值；

30、基于所述第五参考电流值和所述c相实时电流的差值进行电流内环控制计算，并得到第五计算结果；

31、基于所述c相无功功率指令值和所述c相实时无功功率的差值进行功率外环控制计算，并得到第六参考电流值；

32、基于所述第六参考电流值和所述c相实时电流的差值进行电流内环控制计算，并得到第六计算结果；

33、根据所述第五计算结果和所述第六计算结果生成第三控制信号，并向所述三端口变流器装置的第三变流器输出所述第三控制信号；其中，所述第三变流器用于连接所述c相相线和所述零线。

34、在其中一个实施例中，所述根据所述a相实时有功功率、所述b相实时有功功率和所述c相实时有功功率，分别计算a相有功功率指令值和b相有功功率指令值的步骤，包括：

35、将所述a相有功功率、所述b相有功功率和所述c相有功功率进行相加，以得到有功功率总值；

36、将预设的功率平衡系数与所述有功功率总值进行相乘，以得到所述平衡有功功率；

37、基于所述平衡有功功率和所述a相实时有功功率的差值进行pi控制计算，并得到所述a相有功功率指令值；

38、基于所述平衡有功功率和所述b相实时有功功率的差值进行pi控制计算，并得到所述b相有功功率指令值。

39、在其中一个实施例中，所述根据所述历史负荷数据预测月度最优换相方案的步骤，包括：

40、根据所述历史负荷数据，预测更替月度负荷数据；

41、以最小化三相电流不平衡度作为目标函数，采用遗传算法处理所述更替月度负荷数据，以生成所述月度最优换相方案。

42、在其中一个实施例中，所述历史负荷数据包括多条历史用电数据，每条历史用电数据包括历史负荷值和历史气象数据；

43、所述根据所述历史负荷数据，预测更替月度负荷数据的步骤，包括：

44、确定更替月度气象数据；

45、根据各个所述历史气象数据对各条所述历史用电数据进行聚类，并根据聚类结果和所述更替月度气象数据，在各条所述历史用电数据中确定各条关联历史用电数据；

46、基于各条所述关联历史用电数据中的历史负荷值，预测所述更替月度负荷数据。

47、在其中一个实施例中，所述方法还包括：若确定所述低压配电网三相平衡，则断开所述三端口变流器装置与所述低压配电网的连接。

48、第二方面，本技术实施例还提供了一种三相不平衡治理系统，所述系统基于上述任一实施例所述的三相不平衡治理方法，所述系统包括：

49、三端口变流器装置；

50、智能换相装置，所述智能换相装置的进线端用于分别连接低压配电网的a相相线、b相相线、c相相线和零线，所述智能换相装置的出线端用于分别连接各个用电负载；

51、控制装置，分别连接所述智能换相装置和所述三端口变流器装置，用于获取历史负荷数据，并在满足预设月份更替规则的情况下，根据所述历史负荷数据预测月度最优换相方案，并基于所述月度最优换相方案控制智能换相装置进行换相；所述控制装置还用于实时获取所述低压配电网的三相实际负荷功率，若根据所述三相实际负荷功率，确定所述低压配电网三相不平衡，则控制所述三端口变流器装置分别连接所述a相相线、所述b相相线、所述c相相线和所述零线，并基于所述三相实际负荷功率向所述三端口变流器装置输出功率控制指令。

52、在其中一个实施例中，所述三端口变流器装置包括：

53、第一开关滤波组，连接所述控制装置，且用于分别连接所述a相相线和所述零线；

54、第二开关滤波组，连接所述控制装置，且用于分别连接所述b相相线和所述零线；

55、第三开关滤波组，连接所述控制装置，且用于分别连接所述c相相线和所述零线；

56、第一变流器，分别连接所述控制装置和所述第一开关滤波组；

57、第二变流器，分别连接所述控制装置和所述第二开关滤波组；

58、第三变流器，分别连接所述控制装置和所述第三开关滤波组；

59、其中，所述第一变流器、所述第二变流器和所述第三变流器均为单相全桥变流器，且所述第一变流器、所述第二变流器和所述第三变流器以背靠背形式连接。

60、在本技术一些实施例提供的三相不平衡治理方法及系统中，在三相四线制低压配电网的三相之间嵌入三端口变流器装置，以及在负载侧设置智能换相装置。由于智能换相装置具有低损耗的优势，但存在换相次数受限以及不可连续调节负荷容量的缺点，而三端口变流器装置不受换相次数限制同时具有连续能量可调的优势，但在负载平衡过程中存在较大的损耗。本技术可利用智能换相装置基于负荷预测的中长期(月度)三相不平衡治理，并在此基础上，利用三端口变流器装置基于负荷均衡的有功功率调制技术的实时三相不平衡治理。如此，可综合考虑嵌入式三端口变流器装置和智能换相装置的优缺点，联合嵌入式三端口变流器装置和智能换相装置共同作用均衡三相负荷，实现多时间尺度的三端口变流器装置协同智能换相装置的三相不平衡治理，进而可在不增加短路电流的情况下实现三相四线制的低压配电网三相之间的柔性互联，改善三相之间的负荷平衡度，减少线路损耗，提高配电网电能质量。