CN107359634B

CN107359634B - 一种基于换相开关的三相平衡调度方法和装置

Info

Publication number: CN107359634B
Application number: CN201710831637.9A
Authority: CN
Inventors: 潘伟; 梁伟涛; 王文军; 狄海涛; 史建良
Original assignee: Liyang Branch Of Changzhou Sanxin Power Supply Service Co ltd
Current assignee: Changzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: CN107359634A

Abstract

本发明公开了一种基于换相开关的三相平衡调度方法和装置。本发明的方法通过对历史功率数据的分析，计算出当前时段下各换相开关的预测功率值；然后基于三相功率和各换相开关的预测功率值进行模拟现实的循环调度，从而找出换相开关的切换集合，最后将切换集合内的换相指令发送至相应的换相开关。相比于现有技术，本发明不直接判断三相是否平衡，而是根据模拟现实的循环调度得到的换相开关的切换集合是否为空判定三相是否平衡。

Description

一种基于换相开关的三相平衡调度方法和装置

技术领域

本发明涉及低压电网三相不平衡时的调节调度算法。

背景技术

专利文献CN 205882721U公开了一种基于换相开关的电网三相平衡控制系统。该系统通过对安装在单相用户侧的换相开关的换相切换控制实现低压电网三相平衡控制，从而使得三相交流电的负载能够保持均衡。该系统公开了设备的组网结构，但是对其具体的换相切换控制并没有详细公开。一般而言，换相切换控制通常由两个步骤：第一个步骤是三相是否平衡的判断，第二个步骤是当三相判断为不平衡时进行切换调度。专利文献CN106684895A和专利文献CN105226684A均采用了这种方式。只不过前者采用有功功率进行分析，后者基于电流分析。采用这种方式存在以下几个问题：

第一是三相是否平衡的标准难以掌握。三相是否平衡通过平衡度是否超过阈值判断，而阈值难以设定在合理的范围内。阈值设定过大或过小都存在问题。

第二是三相是否平衡的判断和后续的切换调度难以协调。在第一个步骤中判断为三相在不平衡状态下，后续切换调度可能找不到合适的换相开关进行切换，因为各个换相开关所连接的负载的电流或有功功率是离散值。又或者后续切换调度并且相应的换相开关进行切换后三相还是处于不平衡状态，由此在后续调度周期时，还需要再次切换。

第三是判断基于当前时刻的功率或电流，但这种即时数据不具有代表性，虽然调度切换后的时刻是三相平衡的，而下一时刻马上就变成了三相不平衡状态。三相平衡状态无法保持相对稳定，需要频繁换相。

发明内容

本发明所要解决的问题：现有技术中三相平衡调度换相开关存在的问题。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

根据本发明的一种基于换相开关的三相平衡调度方法，该方法采用分时段调度，每个时段进行调度时采用以下步骤：

S1：获取当前三相电力系统三相功率P_A、P_B和P_C；其中，P_A、P_B和P_C分别为为A相、B相和C相的功率；

S2：通过对历史功率数据的分析，计算出当前时段下各换相开关的预测功率值；

S3：根据各换相开关的相位连接关系对各换相开关分组，并根据预测功率值对组内的换相开关进行排序得到调度队列：S_A＝{s₁，s₂，...，s_NA}，S_B＝{s₁，s₂，...，s_NB}，S_C＝{s₁，s₂，...，s_NC}；其中，S_A、S_B和S_C分别为A相、B相和C相所连接的换相开关的调度队列；NA、NB、NC分别为A相、B相和C相所连接的换相开关数；调度队列中的s₁，s₂，...至少包含换相开关索引和换相开关的预测功率值；

S4：根据P_A、P_B、P_C以及S_A、S_B、S_C进行循环匹配，找出换相开关的切换集合；

S5：根据切换集合中记载的数据向相应的换相开关下发相应换相指令；

其中，步骤S4包括以下步骤：

S41：获取P_A、P_B、P_C中最大功率P_H，最小功率P_L以及平均功率PV；其中，P_H和P_L的下标H和L取值A、B或C，表示P_H和P_L所对应的分相；

S42：根据最大功率P_H，最小功率P_L以及平均功率PV计算调度功率PX；

S43：根据调度队列S_H中换相开关的预测功率值从大至小的方向进行按顺序比较，找出首个其预测功率值小于PX的换相开关sk；其中，S_H为H分相所对应的S_A、S_B或S_C；

S44：如果没有找到相应的换相开关则结束步骤S4；

S45：将换相开关sk加入至切换集合，加入时记录切换方向为H相切换成L相；

S46：计算P_H＝P_H－Psk和P_L＝P_L+Psk，并更新H和L对应的三相功率P_A、P_B、P_C；其中，Psk为换相开关sk的预测功率值；

S47：转步骤S41进行循环。

进一步，根据本发明的基于换相开关的三相平衡调度方法，所述功率为有功功率或视在功率，或者所述功率替换为电流。

进一步，根据本发明的基于换相开关的三相平衡调度方法，所述步骤S2中还包括剔除不可切换的换相开关的步骤。

进一步，根据本发明的基于换相开关的三相平衡调度方法，所述步骤S3中还包括剔除预测功率值小于阈值的换相开关的步骤。

进一步，根据本发明的基于换相开关的三相平衡调度方法，所述步骤S42中，计算调度功率PX采用公式：PX＝min{(P_H－P_L)×0.5，(P_H－PV)}+CO2×Psv；其中Psv为H分相所对应的调度队列S_H中最小换相开关的预测功率值；CO2为系数，取值0.1～0.3。

进一步，根据本发明的基于换相开关的三相平衡调度方法，所述步骤S42中，计算调度功率PX采用公式：PX＝CO1×min{(P_H－P_L)×0.5，(P_H－PV)}；其中，CO1为系数，取值1.0～1.3。

进一步，根据本发明的基于换相开关的三相平衡调度方法，所述步骤S2中所述换相开关的预测功率值P_pre的计算公式为P_pre＝P_cur×P_{phase_avg}÷P_{cur_avg}；其中，P_cur为当前时刻的负载功率；P_{phase_avg}为历史同时段的平均负载功率；P_{cur_avg}为历史同时刻的平均负载功率。

根据本发明的一种基于换相开关的三相平衡调度装置，该装置通过分时段调度模块进行分时段调度；所述分时段调度模块包括以下子模块：

M1，用于：获取当前三相电力系统三相功率P_A、P_B和P_C；其中，P_A、P_B和P_C分别为为A相、B相和C相的功率；

M2，用于：通过对历史功率数据的分析，计算出当前时段下各换相开关的预测功率值；

M3，用于：根据各换相开关的相位连接关系对各换相开关分组，并根据预测功率值对组内的换相开关进行排序得到调度队列：S_A＝{s₁，s₂，...，s_NA}，S_B＝{s₁，s₂，...，s_NB}，S_C＝{s₁，s₂，...，s_NC}；其中，S_A、S_B和S_C分别为A相、B相和C相所连接的换相开关的调度队列；NA、NB、NC分别为A相、B相和C相所连接的换相开关数；调度队列中的s₁，s₂，...至少包含换相开关索引和换相开关的预测功率值；

M4，用于：根据P_A、P_B、P_C以及S_A、S_B、S_C进行循环匹配，找出换相开关的切换集合；

M5，用于：根据切换集合中记载的数据向相应的换相开关下发相应换相指令；其中，模块M4包括以下模块：

M41，用于：获取P_A、P_B、P_C中最大功率P_H，最小功率P_L以及平均功率PV；其中，P_H和P_L的下标H和L取值A、B或C，表示P_H和P_L所对应的分相；

M42，用于：根据最大功率P_H，最小功率P_L以及平均功率PV计算调度功率PX；

M43，用于：根据调度队列S_H中换相开关的预测功率值从大至小的方向进行按顺序比较，找出首个其预测功率值小于PX的换相开关sk；其中，S_H为H分相所对应的S_A、S_B或S_C；

M44，用于：如果没有找到相应的换相开关则结束模块M4的执行；

M45，用于：将换相开关sk加入至切换集合，加入时记录切换方向为H相切换成L相；

M46，用于：计算P_H＝P_H－Psk和P_L＝P_L+Psk，并更新H和L对应的三相功率P_A、P_B、P_C；其中，Psk为换相开关sk的预测功率值；

M47，用于：转模块M41进行循环。

进一步，根据本发明的基于换相开关的三相平衡调度装置，所述模块M42中，计算调度功率PX采用公式：PX＝min{(P_H－P_L)×0.5，(P_H－PV)}+CO2×Psv；其中Psv为H分相所对应的调度队列S_H中最小换相开关的预测功率值；CO2为系数，取值0.1～0.3。

进一步，根据本发明的基于换相开关的三相平衡调度装置，所述模块M2中所述换相开关的预测功率值P_pre的计算公式为P_pre＝P_cur×P_{phase_avg}÷P_{cur_avg}；其中，P_cur为当前时刻的负载功率；P_{phase_avg}为历史同时段的平均负载功率；P_{cur_avg}为历史同时刻的平均负载功率。

本发明的技术效果如下：

1、本发明采用分时段切换调度方式，调度分析基于时段历史数据和当前时刻数据的结合，使得切换调度后三相平衡状态能够相对稳定，从而避免换相开关频繁执行换相动作，减少换相开关频繁换相切换导致用户侧电力波动，同时延长换相开关的使用寿命。

2、本发明的三相平衡调度处理并不直接判断三相是否平衡，而是通过模拟现实的循环调度直接找出可切换的换相开关，假如能够找到可切换的换相开关，则执行切换调度，否则认定其平衡。由此，不存在三相是否平衡的标准设定问题以及三相是否平衡的标准与后续切换调度不协调的问题。相比于现有技术，本发明的方法更为合理。

附图说明

图1是本发明实施例所涉及的三相平衡调度系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本实施例基于图1的三相平衡调度系统。该系统，如图1所示，包括总断路器1、换相开关2、调度控制中心3。总断路器1安装在台区低压出线侧，作为三相电网的总开关。换相开关2安装在单相用户侧。换相开关2有多个，每个换相开关2连接有一定数量的负载。换相开关2通过RS485、无线通讯、载波通讯等方式与总断路器1进行通信。调度控制中心3通过GPRS、光纤通信等方式与总断路器1连接并进行通信。由此，换相开关2的数据可通过总断路器1发送至调度控制中心3。换相开关2发送至调度控制中心3的数据包括但不限于功率、电流、能耗、锁定状态以及所连接的分相。调度控制中心3通过总断路器1向换相开关2发送控制指令。调度控制中心3向换相开关2发送的控制指令包括但不限于换相指令。其中锁定状态表示换相开关2当前是否可操作，假如换相开关2被人工强制锁定，则该换相开关2接收到调度控制中心3所发出的换相指令后无法进行响应执行相应的换相动作。调度控制中心3为计算机系统，接收换相开关2所发送的数据，并将其存储形成历史数据。调度控制中心3对换相开关2所发送的实时数据和其存储的历史数据进行分析，然后根据分析结果生成对换相开关2的换相指令集，最后将换相指令集中的换相指令发送至相应的换相开关2，由换相开关2根据换相指令执行换相动作，从而完成换相调度。调度控制中心3所执行上述换相调度过程的目的是为了使得总断路器1处的三相电流达到或近似达到平衡状态。本实施例中，上述调度控制中心3所执行的换相调度过程分时段进行，在每个时段开始时刻执行。上述分时段所执行的换相调度也即为本发明所指的基于换相开关的三相平衡调度。分时段也就是将一天按每个时段1小时或30分钟或20分钟的时长进行分段或者将一周7天按每个时段1小时或30分钟或20分钟的时长进行分段。比如，一天按每个时段20分钟的时长进行分段，分成72个时段。再比如，一周7天按每个时段30分钟的时长进行分段，分成336个时段。换相开关2的数据在调度控制中心3按相应的时段进行存储。

上述调度控制中心3所执行的换相调度过程包括如下步骤：

步骤S1：获取当前三相电力系统三相功率P_A、P_B和P_C。其中，P_A、P_B和P_C分别为为A相、B相和C相的功率。本实施例中，当前三相电力系统三相功率P_A、P_B和P_C由总断路器1采集并发送至调度控制中心3。P_A、P_B和P_C为当前时刻的即时数据。这里当前时刻也就是当前时段的开始时刻。

步骤S2：通过对历史功率数据的分析，计算出当前时段下各换相开关的预测功率值。换相开关的预测功率值最为直接和简单的方法可以通过计算历史同时段各换相开关的负载功率的平均值获得。本实施例中，预测功率值采用公式P_pre＝P_cur×P_{phase_avg}÷P_{cur_avg}计算。其中，P_cur为当前时刻的负载功率；P_{phase_avg}为历史同时段的平均负载功率；P_{cur_avg}为历史同时刻的平均负载功率；P_pre为换相开关的预测功率值。换相开关的负载功率，也就是，图1中换相开关2所连接单相负荷的功率。此外需要指出的是，这里所指的换相开关是非锁定状态的换相开关，也就是步骤S2包含了剔除不可切换的换相开关的步骤。不可切换的换相开关也就是非锁定状态的换相开关，也就是前述的被人工强制锁定的换相开关。

步骤S3：根据各换相开关的相位连接关系对各换相开关分组，并根据预测功率值对组内的换相开关进行排序得到调度队列：S_A＝{s₁，s₂，...，s_NA}，S_B＝{s₁，s₂，...，s_NB}，S_C＝{s₁，s₂，...，s_NC}。其中，S_A、S_B和S_C分别为A相、B相和C相所连接的换相开关的调度队列；NA、NB、NC分别为A相、B相和C相所连接的换相开关数。调度队列中的s₁，s₂，...至少包含换相开关索引和换相开关的预测功率值，用数据结构表示为：s_i＝{sid，P_pre}。其中，sid即为换相开关索引，P_pre为换相开关的预测功率值。需要指出的是，步骤S3建立在步骤S2基础上。因此，调度队列中包含的换相开关是非锁定状态的换相开关。此外，步骤S3中获得的调度队列中的各个换相开关要求其预测功率值不能小于某个预先设定的阈值，也就是，步骤S3包含了剔除预测功率值小于阈值的换相开关的步骤。

步骤S4：根据P_A、P_B、P_C以及S_A、S_B、S_C进行循环匹配，找出换相开关的切换集合。步骤S4是一个循环执行的过程，具体步骤如下：

步骤S41：获取P_A、P_B、P_C中最大功率P_H，最小功率P_L以及平均功率PV。平均功率PV＝(P_A+P_B+P_C)÷3。P_H和P_L中的下标H和L取值A、B或C，表示P_H和P_L所对应的分相。比如，P_A、P_B、P_C中最大功率为P_A，最小功率为P_C，则有：H＝A，L＝C。

步骤S42：根据最大功率P_H，最小功率P_L以及平均功率PV计算调度功率PX。调度功率PX一般可以用公式PX＝(P_H+P_L)×0.5计算获得。调度功率PX用于在后续的步骤S43中与调度队列S_H中换相开关的预测功率值做比较，找出合适的换相开关，使该换相开关的预测功率值接近调度功率PX。但由于调度队列S_H中各换相开关的预测功率值是散列值，要找出换相开关的预测功率值接近调度功率PX，需要计算绝对值进行逐个比较。这里由于S_H中的H取值为A、B或C，也就是S_H为S_A、S_B或S_C。

另外，考虑到P_A、P_B、P_C中除了最大功率和最小功率之外，还有一个中间功率的问题。为此，本实施例中，采用两种实施方式计算调度功率PX。第一种实施方式下，计算调度功率PX采用公式：PX＝CO1×min{(P_H－P_L)×0.5，(P_H－PV)}；其中，CO1为系数，取值1.0～1.3。第二种实施方式下，计算调度功率PX采用公式：PX＝min{(P_H－P_L)×0.5，(P_H－PV)}+CO2×Psv；其中Psv为H分相所对应的调度队列S_H中最小换相开关的预测功率值；CO2为系数，取值0.1～0.3。上述第一个公式中，CO1大于1时，大于1的部分是补偿值；上述第二个公式中，CO2×Psv为补偿值。加入补偿值的好处是在后续的步骤S43中只需要按顺序在调度队列S_H中找出首个其预测功率值小于PX的换相开关即可。

步骤S43：根据调度队列S_H中换相开关的预测功率值从大至小的方向进行按顺序比较，找出首个其预测功率值小于PX的换相开关sk。其中，S_H为H分相所对应的S_A、S_B或S_C。该步骤也就是，按顺序在调度队列S_H中找出首个其预测功率值小于PX的换相开关。这里需要考虑的是前述步骤S3中队列内的换相开关排序是按照升序进行排序还是按照降序进行排序。如果是降序排序，则需要按正常顺序s₁，s₂，...遍历调度队列S_H中换相开关即可；否则，需要按相反顺序遍历调度队列S_H中换相开关。

步骤S44：如果没有找到相应的换相开关则结束步骤S4。步骤S44是步骤S4循环过程的结束判断条件。

步骤S45：将换相开关sk加入至切换集合，加入时记录切换方向为H相切换成L相。由于H和L取值A、B或C，因此，切换方向实际为比如A相切换成C相等。这里，切换集合也就是是换相指令的集合。

步骤S46：计算P_H＝P_H－Psk和P_L＝P_L+Psk，并更新H和L对应的三相功率P_A、P_B、P_C。其中，Psk为步骤S44中换相开关sk的预测功率值。由于H和L取值A、B或C，因此步骤S46实际更新计算P_A、P_B和P_C。比如，H＝A，L＝C时，P_A、P_B和P_C更新计算后有P_A＝P_A－Psk、P_C＝P_C+Psk以及P_B＝P_B。

步骤S47：转步骤S41进行循环。

上述步骤S41至S47所组成的步骤S4的循环过程，通过步骤S44的条件判断是否结束循环。需要指出的是，步骤S44的条件判断还一个隐含的循环结束判断条件，也就是，当H分相所对应的S_A、S_B或S_C为空时，不可能找到相应的换相开关，因此执行至步骤S44时，步骤S4循环过程也自然结束。当然，本领域技术人员可以理解，当H分相所对应的S_A、S_B或S_C为空时的判断处理，也可以在前述步骤S41中进行处理。一般地，假如H分相所对应的S_A、S_B或S_C为空，步骤S41中可以将以中间功率取代最大功率进行计算，此时H分相实际为P_A、P_B、P_C的中间功率所对应的分相。此外，由上述步骤S41至S47的过程分析，可以看出，每循环一轮就收敛一次P_A、P_B、P_C的值，最终肯定能够跳出循环，而无需担心陷入死循环状态。此外，上述步骤S4为一种基于功率预测的模拟现实的循环调度过程。

步骤S5：根据切换集合中记载的数据向相应的换相开关下发相应换相指令。切换集合也就是步骤S4得到的切换集合。显而易见地，假如步骤S4得到的切换集合为空，不存在换相指令，则步骤S5也意味着不会向任何换相开关下发换相指令，此时，也意味着当前时段内三相线路相对平衡，无需换相开关进行调度。或者，也可以说，本实施例的方法之下，最终判定当前三相线路是否平衡是根据切换集合中是否存在换相指令进行判定，而不是仅仅比较P_A、P_B、P_C。

此外，需要指出的是，本实施例中，上述的各种功率可以是有功功率，也可以是视在功率。本领域技术人员理解，由于视在功率＝UI，而其中电压U在三相线路中保持相对恒定，也就是，视在功率与电流I之间存在线性的比例关系。因此，视在功率在本发明的处理中等效于电流。也就是说，本发明的上述步骤中的功率可以替换成电流。因此，用电流替换功率也在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于换相开关的三相平衡调度方法，其特征在于，该方法采用分时段调度，每个时段进行调度时采用以下步骤：

其中，步骤S4包括以下步骤：

S41：获取P_A、P_B、P_C中最大功率P_H，最小功率P_L以及平均功率PV；其中，

P_H和P_L的下标H和L取值A、B或C，表示P_H和P_L所对应的分相；

S44：如果没有找到相应的换相开关则结束步骤S4；

S47：转步骤S41进行循环。

2.如权利要求1所述的基于换相开关的三相平衡调度方法，其特征在于，所述功率为有功功率或视在功率，或者所述功率替换为电流。

3.如权利要求1所述的基于换相开关的三相平衡调度方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括剔除不可切换的换相开关的步骤。

4.如权利要求1所述的基于换相开关的三相平衡调度方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括剔除预测功率值小于阈值的换相开关的步骤。

5.如权利要求1所述的基于换相开关的三相平衡调度方法，其特征在于，所述步骤S42中，计算调度功率PX采用公式：PX＝min{(P_H－P_L)×0.5，(P_H－PV)}+CO2×Psv；其中Psv为H分相所对应的调度队列S_H中最小换相开关的预测功率值；CO2为系数，取值0.1～0.3。

6.如权利要求1所述的基于换相开关的三相平衡调度方法，其特征在于，所述步骤S42中，计算调度功率PX采用公式：PX＝CO1×min{(P_H－P_L)×0.5，(P_H－PV)}；其中，CO1为系数，取值1.0～1.3。

7.如权利要求1所述的基于换相开关的三相平衡调度方法，其特征在于，所述步骤S2中所述换相开关的预测功率值P_pre的计算公式为P_pre＝P_cur×P_{phase_avg}÷P_{cur_avg}；其中，P_cur为当前时刻的负载功率；P_{phase_avg}为历史同时段的平均负载功率；P_{cur_avg}为历史同时刻的平均负载功率。

8.一种基于换相开关的三相平衡调度装置，其特征在于，该装置通过分时段调度模块进行分时段调度；所述分时段调度模块包括以下子模块：

M47，用于：转模块M41进行循环。

9.如权利要求8所述的基于换相开关的三相平衡调度装置，其特征在于，所述模块M42中，计算调度功率PX采用公式：PX＝min{(P_H－P_L)×0.5，(P_H－PV)}+CO2×Psv；其中Psv为H分相所对应的调度队列S_H中最小换相开关的预测功率值；CO2为系数，取值0.1～0.3。

10.如权利要求8所述的基于换相开关的三相平衡调度装置，其特征在于，所述模块M2中所述换相开关的预测功率值P_pre的计算公式为P_pre＝P_cur×P_{phase_avg}÷P_{cur_avg}；其中，P_cur为当前时刻的负载功率；P_{phase_avg}为历史同时段的平均负载功率；P_{cur_avg}为历史同时刻的平均负载功率。