主動負荷參與的低壓臺區(qū)三相負荷不平衡自動均衡方法

01低壓臺區(qū)負荷數(shù)據的完整采集為了完整地采集低壓臺區(qū)負荷數(shù)據，本文將低壓臺區(qū)負荷數(shù)據分為用戶智能電表的負荷數(shù)據及配變低壓側的總表數(shù)據，從數(shù)據采集過程優(yōu)化和缺失數(shù)據填補方面進行完整采集。1）數(shù)據采集過程優(yōu)化。電力物聯(lián)網高速載波技術（high-speedpowerlinecarrier，HPLC）能夠在低壓臺區(qū)內進行負荷數(shù)據采集，實現(xiàn)數(shù)據讀取。首先使用HPLC模塊來替代窄帶載波通信模塊，并采用485接口將HPLC模塊嵌入到采集中繼器，使得采集中繼器讀取低壓臺區(qū)總表的數(shù)據。2）缺失數(shù)據填補。考慮到電表在低壓臺區(qū)內的數(shù)量多、分布廣，雖然根據上述優(yōu)化過程采集到了相對完整的數(shù)據，但是數(shù)據傳輸干擾等問題導致采集的負荷數(shù)據內存在異常數(shù)據。為了保證采集數(shù)據的完整性，本文通過回歸方程對負荷數(shù)據展開缺失值填補處理。在數(shù)據處理之前尋找回歸直線，獲取全部直線中存在的最小值，進而確定回歸系數(shù)b為式中：xn、yn分別為開始與結束時間點對應的第n個數(shù)據值；分別為開始與結束時間點對應的數(shù)據平均值；nmax為數(shù)據總個數(shù)。通過b確定負荷數(shù)據缺失端點a為通過上述步驟完成低壓臺區(qū)負荷數(shù)據的處理，保證負荷數(shù)據采集的完整性。02主動負荷參與三相負荷不平衡均衡控制本文建立的控制終端如圖1所示，將采集到的負荷數(shù)據作為輸入，利用A/D數(shù)模轉換器完成轉換和識別，并將控制終端作為主動負荷控制裝置，控制低壓負荷的換相，最小化三相負荷不平衡度。圖1

控制終端

Fig.1

Controlterminal

2.1

構建目標函數(shù)用ITa、ITb、ITc表示低壓線路T出口a、b、c在低壓臺區(qū)的三相電流，該低壓線路中共存在m臺自動換相裝置，換相裝置在低壓臺區(qū)中分別連接著對應的負荷支路，設為第i臺換相裝置在低壓臺區(qū)中連接的Mi條負荷支路對應的電流。在換相控制過程中，采用1和0分別表示負荷支路投切到a相或其他相，用狀態(tài)參數(shù)k描述負荷支路開關的具體投切情況，即建立換相裝置連接的負荷支路的狀態(tài)參數(shù)為式中：Ia、Ib、Ic分別為換相裝置連接的負荷支路對應的a、b、c相電流；I為支路電流矩陣；H0為初始狀態(tài)參數(shù)。根據上述過程計算得到的Ia、Ib、Ic，計算獲得的負荷支路M上a、b、c相負荷電流IMa、IMb、IMc為當IMa、IMb、IMc在低壓臺區(qū)中符合式（6）時，有式中：Ia0、Ib0、Ic0分別為a、b、c相電流的平均值；IT0為該低壓線路對應的平均三相電流值。完成開關相序調整后，根據各負荷支路在低壓臺區(qū)中的狀態(tài)建立狀態(tài)參數(shù)矩陣H和電流參數(shù)矩陣I。設Ia、Ib、Ic表示支路完成換相后對應的三相電流，滿足所提方法通過獲取最佳的H，在低壓臺區(qū)內最小化線路的三相不平衡度，即ΔImax(H)=max(ΔIa,ΔIb,ΔIc)，建立目標函數(shù)g1為針對在低壓臺區(qū)與換相裝置相連接的負荷支路，設定其開關變化因子q為根據第j個開關變化因子qj確定自動換相裝置的開關調整次數(shù)Q(H)為式中：MT為開關變化因子總數(shù)。將Q(H)最小作為目標，建立目標函數(shù)g2為最終獲得主動負荷參與的低壓臺區(qū)三相負荷不平衡自動均衡目標函數(shù)g為2.2

函數(shù)求解低壓臺區(qū)三相負荷不平衡治理有利于提高配電網電能質量。本文采用鴿群算法對目標函數(shù)求解，確定最優(yōu)的負荷分配方案，從而實現(xiàn)三相負荷的自動均衡控制。具體流程如下。1）初始化鴿群的速度與位置。2）將g1和g2作為算法的適應度函數(shù)，三相電流不平衡度和換相裝置開關調整次數(shù)隨著g1和g2的減小而減小。根據適應度值計算結果，確定鴿群算法在三相負荷不平衡均衡控制過程中的全局最優(yōu)位置。3）獲取全局最優(yōu)位滯后，進入地磁導航階段，設置指南針與地圖因子R，并更新鴿子的位置和速度。4）當鴿群算法迭代次數(shù)達到最大地磁導航次數(shù)時，鴿群進入地標導航階段，在該階段內會淘汰適應度值低的鴿子，并獲取剩余鴿群對應的中心位置，以此得到新的地標。5）確定是否達到最大地標導航迭代次數(shù)，如果達到，則輸出三相負荷不平衡自動均衡目標函數(shù)的最優(yōu)解，完成低壓臺區(qū)三相負荷不平衡自動均衡控制。其中，綜合考慮問題復雜度、收斂性要求和計算資源限制等因素，本文設置最大地標導航迭代次數(shù)為800次。03實驗與分析為了驗證主動負荷參與的低壓臺區(qū)三相負荷不平衡自動均衡方法的整體有效性，需要對其展開測試。本次測試所用的低壓臺區(qū)仿真系統(tǒng)如圖2所示。圖2

低壓臺區(qū)

Fig.2

Lowvoltagedistrict

各負荷支路在低壓臺區(qū)中的相關數(shù)據如表1所示。采用本文方法、文獻[3]和文獻[4]中方法對低壓臺區(qū)展開負荷平衡控制，對比3種方法均衡后的負荷不平衡度，結果如圖3所示。由圖3可知，采用本文方法展開均衡控制后，低壓臺區(qū)的三相負荷不平衡度明顯降低。相比之下，文獻[3-4]方法控制后的不均衡度在個別采樣點仍然較高，負荷均衡效果差。綜上所述，本文方法在目標函數(shù)和優(yōu)化算法的選擇上具有更好的優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)更好的負荷均衡效果和控制性能。表1

負荷支路數(shù)據Table1

Dataofloadbranch圖3圖3

不均衡度

Fig.3

Thedegreeofimbalance三相不平衡會導致電力設備效率下降，甚至損害電網穩(wěn)定性。以頻率偏差為指標，驗證本文方法的控制效果，結果如圖4所示。由圖4可知，頻率偏差有所下降，且本文方法頻率偏差控制后的頻率相對平穩(wěn)。由此驗證了本文方法具有較好的低壓臺區(qū)三相負荷不平衡自動均衡效果。圖4

所提方法頻率偏差控制效果

Fig.4

Thefrequencydeviationcontroleffectoftheproposedmethod開展電壓穩(wěn)定性測試，測試結果如圖5所示。由圖5可知，在電壓穩(wěn)定性測試時，所提方法控制后的電壓值與實際電壓輸出結果相接近，另外2種方法測試出的電壓均與實際結果之間存在較大差距。由此證明了本文方法具有較好的控制效果，控制低壓臺區(qū)輸出相對穩(wěn)定的電壓。圖5

不同方法的電壓穩(wěn)定性測試結果

Fig.5

Resultsofvoltagestabilitytestsusingdifferentmethods

04結語針對目前低