一种配变台区三相不平衡治理措施优选方法
【专利摘要】一种配变台区三相不平衡治理措施优选方法，所述方法以配变一次侧三相电流和功率因数经过数据采集计算与统计获得三相不平衡度数据，在综合考虑经济性、易操作性以及补偿效果后，选出最优治理方法。本发明步骤包括，在设定周期对台区配变出口每个三相电流数据点计算三相不平衡度并进行统计；判断三相不平衡度的统计值是否大于15%；判断一周期内统计的A、B、C三相线电流数据中80%的最小值是否为同一相的电流值；判断在一周期内的三相电流数据最大值相变化次数是否超过90次；判断是否出现功率因数统计值小于95%，若出现此种情况采用电容/电感相间负荷转移方式来补偿三相不平衡和无功功率，否则采用人工换相方案。
【专利说明】
-种配变台区H相不平衡治理措施优选方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种配变台区=相不平衡治理措施优选方法，属电网电能质量技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统的发展，由于管理上不够精细化、单相负荷的影响、电网格局不合理 W及负荷的时间性等问题造成的低压配电网=相不平衡问题对电力系统造成了重要影响。 主要体现在：1)造成配电变压器和线路损耗增加;2)配电台区中重载相的供电电压质量大 大下降;3)造成配电变压器的出力降低，电能转换效率下降;4)=相负荷不平衡运行造成配 电变压器零序电流增大，引起的满流损耗使配电变压器运行溫度升高，危及其安全与寿命。 因此，降低配电台区=相负荷不平衡度，提高配电台区经济运行水平和供电电压质量是急 需解决的问题。
[0003] 现阶段治理=相不平衡问题有许多办法，供电公司主要采用人工换相、自动换相、 采用电容/电感相间负荷转移方式和采用SVG(静止型动态无功补偿装置)解决S相不平衡 问题。但是针对变化复杂的=相不平衡问题，选取最恰当的治理办法成为最重要的问题。
[0004] (1)采用人工换相方法，其优点：操作简便;缺点：需长期监测参数数据，换相时需 停电操作，给用户带来不便，且只能针对=相不平衡度长期处于某个极小范围的情况。针对 =相不平衡度较大并长期处于不平衡状态的配变台区，人工换相不需要增加设备，无需投 入设备资金，但需要对配变=相不平衡原因进行调研和分析，采集配变出口和单相用户的 负荷数据，获取用户负荷曲线和用电特征，通过对大量数据进行统计分析和优化计算，得到 最佳换相调整方案。换相操作需要人力成本较大，同时负荷的随机性和季节性需要不断的 对用户数据进行重新的识别归类得出新的换相方案，操作复杂度较大。
[0005] (2)采用自动换相方法，其优点：操作简便，不需要人为操作，可带电操作，不影响 用户用电；缺点：需对电流数据长时间分析，只适用于呈规律性的=相不平衡问题，局限性 大。
[0006] (3)采用电容/电感相间负荷转移方式。
[0007] 图1中的电容C跨接在A相与B相之间，电容C两端为线电压。从A相看，电容C的电流 Ica超前线电压化b 90°，Ica可W分解成两部分，一部分为超前化90°的容性电流Iac,-部 分为与Ua方向相反的有功电流Iar,意味着A相的有功电流减少。从B相看，电容C的电流Icb 超前线电压化a 90°，Icb可W分解成两部分，一部分为超前化90°的容性电流Ibc,-部分 为与Ub方向相同的有功电流Ibr,意味着B相的有功电流增加。由相位和角度关系可W得知， 在相间挂接电容，可W将部分有功电流从相位超前的一相转移到相位落后的一相，且该有 功电流是电容上流过总电流大小的一半，且该电容对挂接两相都补偿了容性无功电流，该 容性无功电流的大小是电容上流过总电流大小的'^^，即相间（^曰6相为例）挂接电容转移 的有功功率
[000引
[0009]
[0010]
[00"] 二者之比为1:#。
[0012] 其优点：操作简便，成本低。缺点：只能针对=相不平衡度长期处于某个极小范围 且功率因数偏低的情况。但在实际应用中，负荷随时变化，且电容的参数也很难做到平滑无 差的调整，因此该方法只能做到分级调节，尽量补偿=相平衡。
[0013] (4)采用SVG方法，由于该装置开关器件为IGBT，所W其动态补偿效果是早期的同 步调相机、电容器和无功补偿装置不能比拟的，无功补偿装置W其较低谐波，较高的效率， 较快速的动态响应，成为现代柔性交流输电系统中的重要设备。该装置主要用来补偿电网 中频繁波动的无功功率，抑制电网闪变和谐波，提高电网的功率因数，改善配电网的供电质 量和使用效率，进而降低网络损耗，有利于延长输电线路的使用寿命。优点：可治理复杂的 =相不平衡及功率因数问题。缺点:成本过高。
【发明内容】
[0014] 本发明所要解决的技术问题是根据台区配变出口电流数据，提供一种依据科学理 论的方法选取恰当的治理=相不平衡问题方案，提出一种配变台区=相不平衡治理措施优 选方法。
[0015] 本发明的技术方案是：一种台区=相不平衡治理方案选取方法，W配变一次侧= 相电流和功率因数经过数据采集计算与统计获得=相不平衡度数据，在综合考虑经济性、 易操作性W及补偿效果后，选出最优治理方法。
[0016] 本发明一种台区=相不平衡治理方案选取方法，包括下列步骤：
[0017] 步骤1:在设定周期的一个月内根据式（1)，对台区配变出口每个=相电流数据点 计算=相不平衡度并进行统计：
[001 引
（1)
[0019] 式中1?4<为；相电流Ia、Ib、I冲最大的一个，Imi^s相电流Ia、Ib、Ic中最小的一 个；
[0020] 步骤2:判断步骤1得到的=相不平衡度的统计值是否大于15%，若大于15%则进 行步骤3，否则满足=相不平衡度指标，结束检测；
[0021] 步骤3:判断一周期内统计的A、B、CS相线电流数据中80%的最小值是否为同一相 的电流值，若为同一相电流值进入步骤4，否则进入步骤3.1;
[0022] 步骤3.1:判断在一周期内的=相电流数据最大值相变化次数是否超过90次，若超 过90次采用SVG治理不平衡问题，并进入步骤3.2对SVG容量选择，否则采用自动换相；
[0023] 步骤3.2:根据式(2)计算需安装SVG的容量；
[0024] S = 1.1*MAX{Sa，Sb，Sc，Sn} (2)
[002引式中Sa、Sb、Sc和Sn分别为A、B、C相和零线的视在功率。
[0026]步骤4:判断是否出现功率因数统计值小于95%，若出现此种情况采用电容/电感 相间负荷转移方式来补偿=相不平衡和无功功率，并进入步骤4.1，否则采用人工换相方 案；
[0027] 步骤4.1:根据式(3)计算出需加装电容/电感容量；
[0028]
(3)
[0029] 式中Bi为A相与零线之间接装的电容/电感的电容或者电感值，B劝B相与零线之间 接装的电容/电感的电容或者电感值，B3为C相与零线之间接装的电容/电感的电容或者电 感值，Bi2为A相与B相之间接装的电容/电感的电容或者电感值，B23为B相与C相之间接装的 电容/电感的电容或者电感值，B31为C相与A相之间接装的电容/电感的电容或者电感值;化 为A相与零线之间的补偿器补偿的无功功率，Q2为B相与零线之间的补偿器补偿的无功功 率，Q3为C相与零线之间的补偿器补偿的无功功率，Qi2为A相与B相之间的补偿器对B相补偿 的无功功率，Q23为B相与C相之间的补偿器对C相补偿的无功功率，Q31为C相与A相之间的补 偿器对A相补偿的无功功率;U为相电压。
[0030] 所述数据采集计算与统计如下：
[0031] (1)=相不平衡治理方案选择需要综合考虑台区电流、=相不平衡度及功率因数 情况，台区的出口电流及功率因数通过配变的监测系统按30分钟一个数据点实时获得，对 =相电流数据中小于0.2倍的配变容量的值不做分析，予W去除;=相不平衡度数据通过采 集到的=相电流计算获得；
[0032] (2)统计上一个月的配变一次侧=相电流不平衡度与功率因数数据，对=相电流 不平衡度的处理与功率因数一样，都是从小至大进行排序，分别去除5%之前的数据和95% 之后的数据。
[0033] 本发明的有益效果是，本发明综合分析了现阶段治理=相不平衡问题各种办法的 优缺点，提出W配变一次侧=相电流和功率因数经过数据采集计算与统计获得=相不平衡 度数据，在综合考虑经济性、易操作性W及补偿效果后，选出最优治理方法。本发明可治理 复杂的=相不平衡及功率因数问题，而且成本不高，容易操作，实用性强。
【附图说明】
[0034] 图1为相间加装电容电流电压矢量图；
[0035] 图2为采用电容/电感实现相间负荷转移原理图；
[0036] 图3(a)为国网都阳县供电公司高家岭IlOKV变电站高家岭变919高家岭M线白果 树公变一次侧=相电流数据曲线图；
[0037] 图3(b)为国网都阳县供电公司高家岭IlOKV变电站高家岭变919高家岭M线白果 树公变一次侧功率因数数据曲线图；
[0038] 图4(a)为国网万年县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线IOKV九丰Ol号公 变一次侧=相电流数据曲线图；
[0039] 图4(b)为国网万年县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线IOKV九丰Ol号公 变一次侧功率因数数据曲线图；
[0040] 图5(a)为国网万年县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线IOKV九丰02号公 变一次侧=相电流数据曲线图；
[0041] 图5(b)为国网万年县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线IOKV九丰02号公 变一次侧功率因数数据曲线图；
[0042] 图6为本发明主要原理流程图。
【具体实施方式】
[0043] 本发明具体实施W国网都阳县供电公司高家岭IlOKV变电站高家岭变919高家岭 线白果树公变、国网万年县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线IOKV九丰Ol号公变 和国网万年县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线IOKV九丰02号公变S台配变台区 为例。
[0044] 1、本实施例的数据采集计算并统计
[0045] =相不平衡治理方案选择需要综合考虑台区电流、=相不平衡度及功率因数情 况，台区的出口电流及功率因数一般可W通过配变的监测系统实时获得(30分钟一个数据 点），对=相电流数据中小于0.2倍配变容量的值不做分析，予W去除;=相不平衡度数据通 过采集到的=相电流计算获得。
[0046] 统计上一个月的配变一次侧=相电流不平衡度与功率因数数据，对=相电流不平 衡度的处理与功率因数一样，都是从小至大进行排序，分别去除5%处数据点W下的数据和 95%数据点W上的数据。
[0047] 2、治理方案选择
[0048] 步骤1:在设定周期(一个月）内，根据式（1)对采集来的台区配变一次侧=相电流 数据点计算=相不平衡度；
[0049] …
[0050] .、，-一、…均一个，Imin为Ia、Ib、Ic中最小的一个。
[0051] 步骤2:判断步骤1得到的=相不平衡度的统计值是否大于15%，若大于15%则进 行步骤3，否则满足=相不平衡度指标，结束检测；
[0052] 步骤3:判断一周期内统计的A、B、CS相线电流数据中80%的最小值是否为同一相 的电流值，若为同一相电流值进入步骤4，否则进入步骤3.1;
[0053] 步骤3.1:判断在一周期内的=相电流数据最大值相变化次数是否超过90次，若超 过90次采用SVG治理不平衡问题，并进入步骤3.2对SVG容量选择，否则采用自动换相；
[0054] 步骤3.2:根据式(2)计算需安装SVG的容量；
[0055] S = 1.1*MAX{Sa，Sb，Sc，Sn} (2)
[0化6] 式中Sa、Sb、Sc和Sn分别为A、B、C相和零线的视在功率。
[0057]步骤4:判断是否出现功率因数统计值小于95%，若出现此种情况采用电容器相间 负荷转移方式来补偿=相不平衡和无功功率，并进入步骤4.1，否则采用人工换相方案；
[0058] 步骤4.1:根据式(3)计算出需加装电容/电感容量。
[0059]
(3)
[0060] 式中Bi为A相与零线之间接装的电容/电感的电容或者电感值，B劝B相与零线之间 接装的电容/电感的电容或者电感值，B3为C相与零线之间接装的电容/电感的电容或者电 感值，Bi2为A相与B相之间接装的电容/电感的电容或者电感值，B23为B相与C相之间接装的 电容/电感的电容或者电感值，B31为C相与A相之间接装的电容/电感的电容或者电感值。 [0061 ] 3、治理设备容量选择
[0062] (1)相间负荷转移中电容的选择
[0063] 图2所示为本实施例采用电容/电感实现相间负荷转移原理图。
[0064] 假设=相四线制系统之间通过跨接电容/电感和接地电容/电感来补偿=相不平 衡和无功功率，其负载功率、通过相间电容/电感转移的有功和补偿的无功及相地电容/电 感补偿的无功如下表所示。
[0(?日]表1补偿功率表 [0066]
[0067] 由不平衡补偿预期目标可W得到W下方程
[0068]
(4)
[0069] 式(4)中PlL为A相负载有功功率，P2L为B相负载有功功率，P3L为C相负载有功功率， Pi2为A相转移至財目的有功功率，Pl3为A相转移至C相的有功功率，P2功財目转移至A相的有功 功率，P23为B相转移至C相的有功功率，P31为C相转移至B相的有功功率，P32为C相转移至B相 的有功功率，QiL为A相负载有功功率，Q2L为B相负载有功功率，Q3L为C相负载有功功率，化为A 相与零线之间的补偿器补偿的无功功率，Q2为B相与零线之间的补偿器补偿的无功功率，Q3 为C相与零线之间的补偿器补偿的无功功率，Qi2为A相与B相之间的补偿器对B相补偿的无功 功率，Qi3为A相与C相之间的补偿器对C相补偿的无功功率，Q2功財目与A相之间的补偿器对A 相补偿的无功功率，Q23为B相与C相之间的补偿器对C相补偿的无功功率，Q3i为C相与A相之 间的补偿器对A相补偿的无功功率，Q32为C相与B相之间的补偿器对B相补偿的无功功率。
[0070] 同时由跨接电容/电感转移有功及补偿无功的关系可W得到
[0071] (5)
[0072 ] 示，代入上面方程，可W得到W下五个方程：
[007：3] (6)
[0074] 由W上方程可W看出，巧6个未知数而只有5个方程，方程有无穷多组解。要得到唯 一一组解，需要增加一个约束方程。考虑到实际应用中装置的容量越小越有利于设计安装 和减小损耗，可W增加一个约束条件如下:定义装设电容/电感的电流的平方和。
[0075]
(7)
[0076] 从W上5个方程可W知道，？23爪1、91、92和化均可^用？12表示，要得到容量和的最 小值，只需要即可，联立W上方程可W得到各补偿容量
[0077]
(8)
[0078] 由W上公式可W得到相间需要补偿的电容或者电感值：
[0079]
(3)
[0080] 式中Bi为A相与零线之间接装的电容/电感的电容或者电感值，B劝B相与零线之间 接装的电容/电感的电容或者电感值，B3为C相与零线之间接装的电容/电感的电容或者电 感值，Bi2为A相与B相之间接装的电容/电感的电容或者电感值，B23为B相与C相之间接装的 电容/电感的电容或者电感值，B31为C相与A相之间接装的电容/电感的电容或者电感值。 [0081 ] (2)在采用SVG方法中SVG容量大小的选择
[0082] 根据配变监测系统得到的S相及零线电流Ia、Ib、Ic及In可W根据W下公式计算出 各相有功功率、无功功率：
[0083] p = i*u*cos 白
[0084] Q=i*u*sin 白
[0085] 各相视在功率通过下式求得：
[0086；
[0087；
[0088；
[0089] Sn=In*Umax；
[0090] 在不浪费SVG容量的前提下，为了使SVG能够治理出现的S相不平衡问题，其容量 应为Sa、Sb、Sc及Sn中最大值的1.1倍，即：
[0091] S = 1.1*MAX{Sa，Sb，Sc，Sn}。
[0092] 4、实例
[0093] 现在W国网都阳县供电公司高家岭IlOKV变电站高家岭变919高家岭M线白果树 公变、国网万年县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线IOKV九丰Ol号公变和国网万年 县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线IOKV九丰02号公变S台配变台区为例。
[0094] (1)图3(a)和图3(b)分别为国网都阳县供电公司高家岭IlOKV变电站高家岭变919 高家岭M线白果树公变一次侧=相电流及功率因数数据曲线图，可见，图3(a)中由粗至细 分别为A、B、CS相电流(下同），其曲线图走势杂乱，初步判断若采用自动换相、人工换相或 相间负荷转移方式不能解决该台区S相不平衡问题，应采用SVG来治理S相不平衡问题。
[0095] (2)图4(a)和图4(b)分别为国网万年县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线 1OKV九丰01号公变一次侧S相电流及功率因数数据曲线图，可见图4(a)中A、C两相电流相 差不大，而B相电流偏低且始终低于A、C两相;从图4(b)可见，功率因数平均值大于0.95,初 步判断四种方法皆可采用。若采用SVG方法，不具备经济性，由于功率因数高，若采用相间负 荷转移方式，容易使功率因数过高，将导致过补偿，电压升高，运样有可能会增加线损并危 及到其他设备的安全，S相电流数据曲线每天走势规律。则适宜采用自动换相的方法治理。
[0096] (3)图5(a)和图5(b)分别为国网万年县供电公司陈营35K变电站陈营变918九丰线 IOKV九丰02号公变一次侧S相电流数据曲线图，可见图5(a)中A、C两相电流相差不大，而B 相电流偏低且始终低于A、C两相;从图5(b)可见，功率因数平均值小于0.95,初步判断四种 方法皆可采用。若采用SVG方法，不具备经济性，由于功率因数平均值小于0.95选择采用人 工换相的方法不能提高整体功率因数，则宜采用相间负荷转移方式治理。
[0097] 图6为本发明实施例的原理流程图，本实施例根据该原理，运用MATLAB2013a软件 编程，通过该程序完成方法选择。
【主权项】
1. 一种配变台区Ξ相不平衡治理措施优选方法，其特征在于，所述方法W配变一次侧 Ξ相电流和功率因数经过数据采集计算与统计获得Ξ相不平衡度数据，在综合考虑经济 性、易操作性W及补偿效果后，选出最优治理方法； 所述治理方法选择步骤如下： 步骤1:在设定周期的一个月内根据式（1)，对台区配变出口每个Ξ相电流数据点计算 Ξ相不平衡度并进行统计：(1) 式中1^为；相电流Ια、Ib、I冲最大的一个，山^为；相电流Ια、Ib、I冲最小的一个； 步骤2:判断步骤1得到的Ξ相不平衡度的统计值是否大于15%，若大于15%则进行步 骤3，否则满足Ξ相不平衡度指标，结束检测； 步骤3:判断一周期内统计的A、B、CS相线电流数据中80%的最小值是否为同一相的电 流值，若为同一相电流值进入步骤4，否则进入步骤3.1; 步骤3.1:判断在一周期内的Ξ相电流数据最大值相变化次数是否超过90次，若超过90 次采用SVG治理不平衡问题，并进入步骤3.2对SVG容量选择，否则采用自动换相； 步骤3.2:根据式(2)计算需安装SVG的容量； S=1.1*MAX{Sa，Sb，Sc，Sn} (2) 式中Sa、Sb、Sc和Sn分别为A、B、C相和零线的视在功率。 步骤4:判断是否出现功率因数统计值小于95%，若出现此种情况采用电容/电感相间 负荷转移方式来补偿Ξ相不平衡和无功功率，并进入步骤4.1，否则采用人工换相方案； 步骤4.1:根据式(3)计算出需加装电容/电感容量；(3) 式中Bi为A相与零线之间接装的电容/电感的电容或者电感值，B2为B相与零线之间接装 的电容/电感的电容或者电感值，B3为C相与零线之间接装的电容/电感的电容或者电感值， Bi2为A相与B相之间接装的电容/电感的电容或者电感值，B23为B相与C相之间接装的电容/ 电感的电容或者电感值，B31为C相与A相之间接装的电容/电感的电容或者电感值;化为A相 与零线之间的补偿器补偿的无功功率，化为B相与零线之间的补偿器补偿的无功功率，跑为C 相与零线之间的补偿器补偿的无功功率，Qi2为A相与B相之间的补偿器对B相补偿的无功功 率，Q23为財目与讨目之间的补偿器对讨目补偿的无功功率，跑功C相与A相之间的补偿器对A相 补偿的无功功率;U为相电压。2. 根据权利要求1所述一种配变台区Ξ相不平衡治理措施优选方法，其特征在于，所述 数据采集计算与统计如下： (1)Ξ相不平衡治理方案选择需要综合考虑台区电流、Ξ相不平衡度及功率因数情况， 台区的出口电流及功率因数通过配变的监测系统按30分钟一个数据点实时获得，对Ξ相电 流数据中小于0.2倍的配变容量的值不做分析，予W去除;Ξ相不平衡度数据通过采集到的 二相电流计算获得； (2)统计上一个月的配变一次侧Ξ相电流不平衡度与功率因数数据，对Ξ相电流不平 衡度的处理与功率因数一样，都是从小至大进行排序，分别去除5%之前的数据和95%之后 的数据。
【文档编号】H02J3/26GK106099958SQ201610451112
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】邓才波, 刘心悦, 范瑞祥, 熊俊杰, 周宁, 邹进
【申请人】国网江西省电力科学研究院, 国家电网公司