CN108681522A - 一种配电变压器档位识别算法 - Google Patents

Abstract

一种配电变压器档位识别算法，所述算法利用同一10kV线路所接带的配电变压器拓扑关系，确定相邻配电变压器之间的前驱后继关系；分析相邻配电变压器不同档位电压差异性，将线路阻抗产生的压降视为噪声，则相邻台区电压不处于同一档位，将引起的电压差不同，进而确定相邻配电变压器的档位关系；通过相邻台区两台区电压比较，完成所有台区电压档位分析。本发明算法不需要台区运维人员停电检查配电变压器实际档位，而是利用配电变压器已有运行数据，实现在线计算配电变压器档位，提供了台区供电可靠性。本发明算法能准确确定配电变压器实际档位，适用于大规模应用与推广。

Description

一种配电变压器档位识别算法

技术领域

本发明涉及一种配电变压器档位识别算法，属配用电技术领域。

背景技术

台区电压合格率是衡量电能质量的主要标准之一，根据《配电网技术导则》标准相关规定，220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％和-10％。随着农村相关工业产业的增加以及副产业机械化的发展，农村负荷普遍存在季节性明显、时段性强、波动大的特点，配电变压器平时轻载电压高，而度夏度冬、春灌秋收、逢年过节、烤茶制烟等时段季节性负荷突增又引起电压低，往往出现一个台区内低电压和高电压并存、电压不稳定的现象。

调节配电变压器分接开关位置是解决电压质量问题有效方法之一，通过改变一次线圈分接抽头的位置，即改变变压器线圈接入的匝数多少，来改变变压器的输出电压。配电变压器基本属于无载调压，一般分5个档位和3个档位可供调压，在配电变压器一次侧的三相线圈中，根据不同的匝数引出几个抽头，这个几个抽头按照一定的接线方式接在分接开关上。当配电变压器需要调整电压时，改变分接开关的位置来改变配电变压器的变压比。

供电所在配电变压器调档前应事先掌握台区配电变压器实时档位信息，以便根据实际档位信息来确定台区出口可调压空间，但在实际情况中，台区供电所并没有有效掌握台区配电变压器在运档位情况，台区配电变压器档位运维管理薄弱，基础数据差，台区档位缺失严重，若开展台区配电变压器基础数据收集，往往需通过停电登上台区确定，进而在加强配电变压器档位的管理的同时影响了用户供电可靠性。

从电压质量管理角度，一般在特殊用电期间会要求供电所在特殊用电期间之前进行相应地台区调档工作，而实际情况中，电压管理部门很难对运维单位有无调档情况进行管控，一般通过运维单位进行上报情况得知，进而不利于台区电压质量及台区运维管理。

发明内容

本发明的目的是，为了解决台区运维人员不需要停电检查配电变压器档位问题，本发明提出一种配电变压器档位识别算法。

本发明实现的技术方案如下：一种配电变压器档位识别算法，所述算法利用同一10kV线路所接带的配电变压器拓扑关系，确定相邻配电变压器之间的前驱后继关系；分析相邻配电变压器不同档位电压差异性，将线路阻抗产生的压降视为噪声，则相邻台区电压不处于同一档位，将引起的电压差不同，进而确定相邻配电变压器的档位关系；通过相邻台区两台区电压比较，完成所有台区电压档位分析；

所述算法步骤如下：

(1)确定所有配电变压器拓朴结构；

(2)读入配电变压器三相电压、电流、有功、无功数据；

(3)待档位确定子台区配电变压器选择；

(4)待档位确定子台区配电变压器联结组别识别；

(5)计算配电变压器电源侧电压：

对于Dyn11配电变压器，计算子台区配电变压器三相电源侧电压；

对于Yyn0配电变压器，分别计算考虑中性点偏移的子台区配电变压器三相电源侧电压和计算不考虑中性点偏移的子台区配电变压器三相电源侧电压；

(6)与父台区电压进行比较，得出子台区最接近档位；

(7)配电变压器档位确定完成。

所述配电变压器拓扑关系，以三叉链表作为配电变压器群的链式存储结构，链表中结点的两个链表域分别指向其孩子结点和兄弟结点，一个链表指向双亲结点；配电变压器群是二叉树遍历结构，所述二叉树遍历是以一定规则将二叉树中结点排列成线性序列；以三叉链表作为存储结构时，每个结点包含四个域：数据域、左、右指针域和双亲指针域，左右指针空链域用于存放结点前驱和后继的信息，n个结点的三叉链表有n+1个空链域，双亲指针域仅用于存储子结点的父台区信息，不参与二叉树遍历；

所述算法规定，若结点有左子树，则其lchild域指示其左孩子，否则令它指向其前驱；若结点有右子树，则其rchild域指示其右孩子，否则令它指向其后继。

所述配电变压器联结组别识别，采用相关系数来区分两种不同联结组别配电变压器，其相关系数公式为：

其中，x_i，y_i为其中两相i时刻采集点电压值。

计算子台区Dyn11配电变压器三相电源侧电压如下式：

其中：E_a1、E_b1、E_c1分别为三相电源侧电压，U_a、U_b、U_c分别为三相测量点电压；I_a、I_b、I_c分别为三相测量点电流；R_k为配电变压器短路电阻；X_k为配电变压器短路电抗；为A相电压与电流的夹角；为B相电压与电流的夹角；为C相电压与电流的夹角；因Dyn11配电变压器中性点不会发生偏移，上述公式计算出来的E_a、E_b、E_c为配电变压器电源侧电压。

考虑中性点偏移的子台区Yyn0配电变压器三相电源侧电压计算如下式：

其中：E’_a1、E’_b1、E’_c1分别考虑中性点偏移时三相电源侧电压，U_a、U_b、U_c分别为三相测量点电压，I_a、I_b、I_c分别为三相测量点电流，R_k为配电变压器短路电阻；X_k为配电变压器短路电抗；为A相电压与电流的夹角；为B相电压与电流的夹角；为C相电压与电流的夹角。

所述计算不考虑中性点偏移的子台区配电变压器三相电源侧电压如下：

假定配电变压器一次侧三相电源测线电压相等，建立三相电压余弦公式：

其中，E_ab、E_ac、E_bc为线电压；假定线电压E_ab、E_ac、E_bc相等，将式(6)与式(8)、式(7)与(9)相减，得出：

E'_b1 ²-E'_c1 ²-2E'_a1E'_b1cosβ₁+2E'_a1E'_c1cosβ₂＝0 (10)

E'_a1 ²-E'_b1 ²-2E'_a1E'_c1cosβ₁+2E'_b1E'_c1cos(360-β₁-β₂)＝0 (11)

上述两个方程为非线性方程组，两个未知数β₁、β₂，若采取线性求解方法无法求出，则应采用遗传算法求出最优解；将公式(10)、(11)组成的方程组求解问题转化成如下优化问题：将公式(10)、(11)左侧，分别取绝对值再相加，便得适应度函数，将求解零序阻抗问题转换成适应度函数最优问题，通过遗传优化算法便可求解：

则求解非线性方程组转化成求一组值使得F(x^*)＝0成立，即求使函数F(x₁,x₂)取得最小值为0的一组数，其中F(x₁,x₂)为适应度函数；

在求出β₁、β₂后，根据余弦公式，即可求出E_ab、E_ac、E_bc；相应地E_a、E_b、E_c如下公式：

本发明的有益效果是，本发明根据配电变压器运行电压数据，应用相关系数法，实现配电变压器联结组别自我标识；本发明通过能找到档位待确定配电变压器的相邻配电变压器，即父结点配电变压器，可以考虑以三叉链表作为配电变压器群的链式存储结构，实际同一线路所接带所有配电变压器档位确定；本发明算法不需要台区运维人员停电检查配电变压器实际档位，而是利用配电变压器已有运行数据，实现在线计算配电变压器档位，提供了台区供电可靠性。

算例表明，本发明算法能准确确定配电变压器实际档位，适用于大规模应用与推广。

附图说明

图1为配电变压器档位在线识别流程图；

图2(a)为配电变压器群的二叉树辐射状图；

图2(b)为配电变压器群的二叉树结构图；

图3为Dyn11配电变压器电气向量图；

图4为Yyn0配电变压器电气向量图；

图5为遗传算法流程图。

具体实施方式

本发明具体实施方式如图1所示。

本实施例一种配电变压器档位识别算法如下：

一、建立配电变压器拓扑关系：

建立配电变压器拓扑关系主要解决配电变压器父子关系，配电网通常是闭环设计、开环运行，倒负荷或故障时会出现短时环网，这种运行方式的配电变压器群结构与树结构类似，为了能找到档位待确定配电变压器的相邻配电变压器，即父结点配电变压器，可以考虑以三叉链表作为配电变压器群的链式存储结构，链表中结点的两个链表域分别指向其孩子结点和兄弟结点，一个链表指向双亲结点。图2(a)为江西公司甲线路所接带配电变压器辐射状图，图2(b)为配电变压器群二叉树结构，其中每个结点对应于线路中的配电变压器结点。在很多情况下，配电变压器群并不是一个标准的二叉树结构，会出现某结点多于2个子结点的现象，只需在编码时插入一个“虚结点”，以维持配电变压器群二叉树特征，虚结点信息与其父结点相同。

二叉树遍历是以一定规则将二叉树中结点排列成线性序列，以三叉链表作为存储结构时，每个结点包含四个域：数据域、左、右指针域和双亲指针域，左右指针空链域用于存放结点前驱和后继的信息，n个结点的三叉链表有n+1个空链域，双亲指针域仅用于存储子结点的父台区信息，不参与二叉树遍历。规定：若结点有左子树，则其lchild域指示其左孩子，否则令它指向其前驱，若结点有右子树，则其rchild域指示其右孩子，否则令它指向其后继。为了避免混淆，尚需改变其结点结构，增加两个标志域。

lchild

ltag

data

parent

rtag

rchild

上表为二叉树数据存储结构，其中：ltag＝0，表示lchild域指示结点的左孩子；ltag＝1，表示lchild域指示结点的前驱；rtage＝0，表示域指示结点的右孩子；rtag＝1，表示rchild域指示结点的后继。

通过这种结点结构构成的三叉链表，只要确定其中一个结点配电变压器信息，通过线索二叉树遍历便可依次求出同一线路所有配电变压器的评估容量。

二、配电变压器联结组别自动识别

两种配电变压器在三相负荷不平衡的情况下，三相电压表现不一样，Yyn0配电变压器每个采集点三相电压基本不相等，而Dyn11配电变压器每个采集点三相电压之间基本一致。因此可考虑采取相关系数法对配电变压器三相电压数据进行相关性计算，取A相与B相，B相与C相，A相与C相三个电压序列相关系数最小值，设置相关系数阀值，大于阀值则判断为Dyn11型，小于阀值则判断为Yyn0型，用以来区分两种不同联结组别配电变压器，相关系数公式为：

其中：x_i，y_i为其中两相i时刻采集点电压值。

三、电源侧电压计算

电源侧电压计算主要解决配电变压器短路阻抗压降问题和Yyn0变压器中性点电压问题。

1、Dyn11电源侧电压计算

由于配电变压器一次侧、二次侧绕组都有漏阻抗，当负载电流通过时必然在这些漏阻抗上产生电压降，二次侧端电压将负载的变化而变化。获取配电变压器电源侧电压，一般折算至二次侧，需将配电变压器短路阻抗考虑进去，测量点电压与配电变压器短路阻抗产生的压降的矢量和，即为配电变压器一次电源侧电压。Dyn11配电变压器电气向量图如图(3)所示。

配电变压器短路电阻R_k和短路电抗X_k为已知量，为电压与电流的夹角，当电压超前电流为正，反之为负，可通过用电采集信息系统三相对应的有功和无功即可求出：

θ_a＝arctan(Q_a/P_a)

θ_b＝arctan(Q_b/P_b)

θ_c＝arctan(Q_c/P_c)

式中，θ_a、θ_b、θ_c分别为A、B、C三相电压与电流的夹角，Q_a、Q_b、Q_c分别A、B、C三相无功功率，P_a、P_b、P_c分别A、B、C三相有功功率。

三相电源侧电压计算如公式(1)、(2)、(3)所示：

2、Yyn0电源侧电压计算

对于Yyn0配电变压器，需考虑中性点电压偏移，如图(4)所示，根据Dyn11电源侧电压计算出来的配电变压器一次电源侧电压(二次折算值)计算公式如下：

其中：E’_a1、E’_b1、E’_c1分别考虑中性点偏移时三相电源侧电压，U_a、U_b、U_c分别为三相测量点电压，I_a、I_b、I_c分别为三相测量点电流。

计算E_a、E_b、E_c不考虑Yyn0配电变压器会中性点偏移时三相电源侧电压，假定配电变压器一次侧三相电源测线电压相等，建立三相电压余弦公式：

其中，E_ab、E_ac、E_bc为线电压，假定线电压E_ab、E_ac、E_bc相等，将(6)与(8)、(7)与(9)相减，得出：

E'_b1 ²-E'_c1 ²-2E'_a1E'_b1cosβ₁+2E'_a1E'_c1cosβ₂＝0 (10)

E'_a1 ²-E'_b1 ²-2E'_a1E'_c1cosβ₁+2E'_b1E'_c1cos(360-β₁-β₂)＝0 (11)

上述两个方程为非线性方程组，两个未知数β₁、β₂，若采取线性求解方法无法求出，因采用遗传算法求出最优解。将公式(12)、(13)组成的方程组求解问题转化成如下优化问题：将公式(12)、(13)左侧，分别取绝对值再相加，便得适应度函数，将求解零序阻抗问题转换成适应度函数最优问题，通过遗传优化算法便可求解。

则求解非线性方程组转化成求一组值使得F(x^*)＝0成立，即求使函数F(x₁,x₂)取得最小值为0的一组数，其中F(x₁,x₂)为适应度函数，求解过程如图5所示。

在求出β₁、β₂后，根据余弦公式即可求出E_ab、E_ac、E_bc，相应地E_a、E_b、E_c如下公式：

算例表明，本实施例方法能准确确定配电变压器实际档位，适用于大规模应用与推广。

Claims (7)

1.一种配电变压器档位识别算法，其特征在于，所述算法利用同一10kV线路所接带的配电变压器拓扑关系，确定相邻配电变压器之间的前驱后继关系；分析相邻配电变压器不同档位电压差异性，将线路阻抗产生的压降视为噪声，则相邻台区电压不处于同一档位，将引起的电压差不同，进而确定相邻配电变压器的档位关系；通过相邻台区两台区电压比较，完成所有台区电压档位分析；

所述算法步骤如下：

(1)确定所有配电变压器拓朴结构；

(2)读入配电变压器三相电压、电流、有功、无功数据；

(3)待档位确定子台区配电变压器选择；

(4)待档位确定子台区配电变压器联结组别识别；

(5)计算配电变压器电源侧电压：

对于Dyn11配电变压器，计算子台区配电变压器三相电源侧电压；

对于Yyn0配电变压器，分别计算考虑中性点偏移的子台区配电变压器三相电源侧电压和计算不考虑中性点偏移的子台区配电变压器三相电源侧电压；

(6)与父台区电压进行比较，得出子台区最接近档位；

(7)配电变压器档位确定完成。

2.根据权利要求1所述的一种配电变压器档位识别算法，其特征在于，所述配电变压器拓扑关系，以三叉链表作为配电变压器群的链式存储结构，链表中结点的两个链表域分别指向其孩子结点和兄弟结点，一个链表指向双亲结点；配电变压器群是二叉树遍历结构，所述二叉树遍历是以一定规则将二叉树中结点排列成线性序列；以三叉链表作为存储结构时，每个结点包含四个域：数据域、左、右指针域和双亲指针域，左右指针空链域用于存放结点前驱和后继的信息，n个结点的三叉链表有n+1个空链域，双亲指针域仅用于存储子结点的父台区信息，不参与二叉树遍历；

所述算法规定，若结点有左子树，则其lchild域指示其左孩子，否则令它指向其前驱；若结点有右子树，则其rchild域指示其右孩子，否则令它指向其后继。

3.根据权利要求1所述的一种配电变压器档位识别算法，其特征在于，所述配电变压器联结组别识别，采用相关系数来区分两种不同联结组别配电变压器，其相关系数公式为：

其中，x_i，y_i为其中两相i时刻采集点电压值。

4.根据权利要求1所述的一种配电变压器档位识别算法，其特征在于，计算子台区Dyn11配电变压器三相电源侧电压如下式：

其中：E_a1、E_b1、E_c1分别为三相电源侧电压，U_a、U_b、U_c分别为三相测量点电压；I_a、I_b、I_c分别为三相测量点电流；R_k为配电变压器短路电阻；X_k为配电变压器短路电抗；为A相电压与电流的夹角；为B相电压与电流的夹角；为C相电压与电流的夹角；因Dyn11配电变压器中性点不会发生偏移，上述公式计算出来的E_a、E_b、E_c为配电变压器电源侧电压。

5.根据权利要求1所述的一种配电变压器档位识别算法，其特征在于，考虑中性点偏移的子台区Yyn0配电变压器三相电源侧电压计算如下式：

其中：E’_a1、E’_b1、E’_c1分别考虑中性点偏移时三相电源侧电压，U_a、U_b、U_c分别为三相测量点电压，I_a、I_b、I_c分别为三相测量点电流，R_k为配电变压器短路电阻；X_k为配电变压器短路电抗；为A相电压与电流的夹角；为B相电压与电流的夹角；为C相电压与电流的夹角。

6.根据权利要求1所述的一种配电变压器档位识别算法，其特征在于，所述计算不考虑中性点偏移的子台区配电变压器三相电源侧电压如下：

假定配电变压器一次侧三相电源测线电压相等，建立三相电压余弦公式：

其中，E_ab、E_ac、E_bc为线电压；假定线电压E_ab、E_ac、E_bc相等，将式(6)与式(8)、式(7)与(9)相减，得出：

E'_b1 ²-E'_c1 ²-2E'_a1E'_b1cosβ₁+2E'_a1E'_c1cosβ₂＝0 (10)

E'_a1 ²-E'_b1 ²-2E'_a1E'_c1cosβ₁+2E'_b1E'_c1cos(360-β₁-β₂)＝0 (11)

上述两个方程为非线性方程组，两个未知数β₁、β₂，若采取线性求解方法无法求出，则应采用遗传算法求出最优解；将公式(10)、(11)组成的方程组求解问题转化成如下优化问题：将公式(10)、(11)左侧，分别取绝对值再相加，便得适应度函数，将求解零序阻抗问题转换成适应度函数最优问题，通过遗传优化算法便可求解：

则求解非线性方程组转化成求一组值使得F(x^*)＝0成立，即求使函数F(x₁,x₂)取得最小值为0的一组数，其中F(x_1,x₂)为适应度函数；

在求出β₁、β₂后，根据余弦公式，即可求出E_ab、E_ac、E_bc；相应地E_a、E_b、E_c如下公式：

7.根据权利要求3所述的一种配电变压器档位识别算法，其特征在于，所述相关系数对配电变压器三相电压数据进行相关性计算时，取A相与B相，B相与C相，A相与C相三个电压序列相关系数最小值，设置相关系数阀值，大于阀值则判断为Dyn11型，小于阀值则判断为Yyn0型，用以来区分两种不同联结组别配电变压器。