CN109980665A - 一种配电网三相负载不平衡调节参数优化值的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网电能质量综合治理领域，提供了一种配电网三相负载不平衡调节参数优化值的计算方法，本计算方法根据配电网运行规律得出配电网三相线损函数并对该函数求最小值解，将配电网实时检测到的三相有功功率与无功功率数据代入该函数最小值解对应的计算公式，计算得出使配电网三相线损最小的3组相线与相线之间连接的电容或电感容量值，然后通过电力开关实时投切相应的电容或电感容量值，即可实现配电网三相线损最小的目的,克服了目前采用非线性规划优化方法或穷举法存在的计算步骤繁琐复杂、迭代和循环计算量大、响应速度较慢、不易编写计算程序实现实时在线控制的缺陷，简化了三相负载不平衡调节参数优化值计算步骤和计算量。

Description

一种配电网三相负载不平衡调节参数优化值的计算方法

技术领域

本发明涉及配电网电能质量综合治理领域，具体是一种配电网三相负载不平衡调节参数优化值的计算方法。

背景技术

配电网作为直接向普通用户负载供电的电网，具有网络结构复杂，负载设备类型多样，负载分布点多面广等特点，由于相当部分的用户负载具有单相、不对称、不均衡、非线性等用电特性，因此，低压配电网普遍存在三相负载不平衡、无功功率过大等电能质量问题，导致各相电流大小不相等、零线电流不为零，而各相电流的不平衡，导致配电变压器和配电线路的线损增加，配电变压器出力减少，对电网的安全与经济运行造成很大的影响。为了治理三相负载不平衡电能质量问题，近年来，低压配电网三相负载不平衡调节技术相继出现了电容电感调节、SVG快速动态调节等多种调节方法。其中：电容电感调节方法由于具有成本低、容量大、控制机理简单而得到大量应用，该方法的原理是利用三相电压电流的相序关系，通过在相与相之间投切不同容量的电容或电感，将部分有功功率按照A相向B相、B相向C相、C相向A相的顺序从一相调节到另一相，同时在投切的两相形成部分容性或感性无功，达到三相有功与无功的不平衡调节目的。但是该方法的电容电感投切调节参数计算目前采用最多的是非线性规划优化方法或穷举法，这两种方法存在计算步骤繁琐复杂、计算量大、响应速度较慢、不易实现实时在线控制的缺陷。

发明内容

本发明的目的是设计一种配电网三相负载不平衡调节参数优化值的计算方法，当配电网出现三相负载不平衡等电能质量问题时，根据实时检测各相当前的有功功率与无功功率，快速计算得出使配电网线损最小的相线与相线之间投切不等容量的电容或电感容量配置值，通过实时投切相应的电容或电感元件，可以实现使配电网三相线损最小、三相负载不平衡度最小的目的。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：一种配电网三相负载不平衡调节参数优化值的计算方法，其特征在于：依据实时检测的配电网各相电压、有功功率、无功功率，计算得出使配电网三相线损最小的相线与相线之间需要投切的电容或电感容量值，然后根据所计算的结果，通过电力开关实时投切相应的相线与相线之间需投切电容或电感容量值，实现使配电网三相线损最小的目的。该计算方法的步骤为：

步骤一、设配电网实时检测到的A相电压为U_a，有功功率P_a0，无功功率Q_a0，B相电压为U_b，有功功率P_b0，无功功率Q_b0，C相电压为U_c，有功功率P_c0，无功功率Q_c0，电容或电感投切后的A相有功功率P_a，无功功率Q_a，B相有功功率P_b，无功功率Q_b，C相有功功率P_c，无功功率Q_c，B、C相电压与A相电压的比值为：A相与B相之间投切的电容或电感容量为Q_ab，B相与C相之间投切的电容或电感容量为Q_bc，C相与A相之间投切的电容或电感容量为Q_ca，然后，根据配电网运行规律整理得出配电网三相线损函数：

步骤二、对上述配电网三相线损函数H求变量Q_ca，Q_ab，Q_bc的一阶偏导数并令：

整理得出一组三元一次方程组，解方程组得到Q_ca，Q_ab，Q_bc的解如下：

其中：

步骤三、将实时检测到的三相电压、有功功率与无功功率分别代入步骤二所述的Q_ca，Q_ab，Q_bc解对应式子，计算得出Q_ca，Q_ab，Q_bc的值，即是使配电网三相线损最小的相线与相线之间需要投切的电容或电感容量值，然后通过电力开关实时投切计算出来的3组相线之间需投切的电容或电感容量值，即可实现配电网三相线损最小的目的。

本发明与现行三相负载不平衡自动调节补偿技术相比，具有如下有益效果：克服了目前采用非线性规划优化方法或穷举法存在的计算步骤繁琐复杂、迭代和循环计算量大、响应速度较慢、不易编写计算程序实现实时在线控制的缺陷，通过根据配电网运行规律整理得出配电网三相线损函数，对该函数求最小值解，将配电网实时检测到的三相有功功率与无功功率数据代入该函数最小值解对应的计算公式，计算得出使配电网三相线损最小的3组相线之间需投切的电容或电感容量值，然后通过电力开关实时投切相应的电容或电感容量值，即可实现配电网三相线损最小的目的,简化了三相负载不平衡调节的计算步骤和计算量。

附图说明

图1是配电网三相负载不平衡调节电路连接图。

图1标记说明：Q_ab为A相与B相之间投切的电容或电感容量，Q_bc为B相与C相之间投切的电容或电感容量，Q_ca为C相与A相之间投切的电容或电感容量，P_a0为实时检测到的A相有功功率，Q_a0为实时检测到的A相无功功率，P_b0为实时检测到的B相有功功率，Q_b0为实时检测到的B相无功功率，P_c0为实时检测到的C相有功功率，Q_c0为实时检测到的C相无功功率。

本发明是基于图1的连接方式设计的一种计算方法，以下结合图1对本发明作进一步的详述。

具体实施方式

本发明的目的是通过设计一种配电网三相负载不平衡调节参数优化值计算方法，求出使配电网三相线损最小的电容电感投切的最优值，然后通过电力开关实时投切相应的电容或电感容量值，实现配电网三相线损最小的目的,本计算方法通过如下步骤得到：

1.设配电网实时检测到的A相电压为U_a，有功功率P_a0，无功功率Q_a0，B相电压为U_b，有功功率P_b0，无功功率Q_b0，C相电压为U_c，有功功率P_c0，无功功率Q_c0，A相与B相之间投切的电容或电感容量为Q_ab，B相与C相之间投切的电容或电感容量为Q_bc，C相与A相之间投切的电容或电感容量为Q_ca，电容或电感投切后的A相有功功率P_a，无功功率Q_a，B相有功功率P_b，无功功率Q_b，C相有功功率P_c，无功功率Q_c。则:

设三相线路电阻分别是R_a、R_b、R_c，由于三相线路规格相同，因此，可认为，R_a＝R_b＝R_c，同时，设电容电感投切前后各相电压不产生变化，B、C相电压与A相电压的比值为：据此可得：

2.当三相不平衡调节补偿时，需在AB、BC、CA相之间选择合适的电容电感容量Q_ca、Q_ab、Q_bc进行投切，根据低压配电网运行规程，三相投切后配电网三相负载有功功率、无功功率应为：

根据可得到使配电网三线线损最小的函数为：

配电网线损函数＝P_a ²+Q_a ²+b²(P_b ²+Q_b ²)+c²(P_c ²+Q_c ²) (8)

3.将(2)-(7)式代入(8)式，整理后得：

求配电网线损函数H对应Q_ca，Q_ab，Q_bc的一阶偏导数并令其为0，即：

4.解(10)、(11)、(12)组成的三元一次方程组，得：

5.求线损函数H的Hessian矩阵并计算矩阵元素的二阶偏导数值，得：

在配电网不出现缺相运行的情况下，三相电压U_a＞0,U_b＞0,U_c＞0,

据此，矩阵所有顺序主子式计算结果均大于0，即：

5.根据多元函数最小值判断规则判断式(13)、(14)、(15)是否为线损函数H的最小值：

a.式(13)、(14)、(15)通过求解一阶偏导数而得，满足：

符合多元函数极小值必要条件；

b.线损函数H的Hessian矩阵,其所有顺序主子式计算结果均大于0，Hessian矩阵正定，符合多元函数极小值充分条件；

c.线损函数H对应的变量Q_ca，Q_ab，Q_bc在可设的实数值上下限范围内只有唯一极小值解，因此所求的极小值解也就是最小值解。

6.通过图1的配电网三相负载不平衡调节电路连接方式，应用电力开关实时投切计算出来的3组相线之间需投切的电容或电感容量值，就可以实现配电网三相线损最小的目的。

Claims (1)

1.一种配电网三相负载不平衡调节参数优化值的计算方法，其特征在于，依据实时检测的配电网各相电压、有功功率、无功功率，计算得出使配电网三相线损最小的相线与相线之间需要投切的电容或电感容量值，然后根据所计算的结果，通过电力开关在相应的相线与相线之间实时投切所需要的电容或电感容量值，实现使配电网三相线损最小的目的，该计算方法的步骤为：

步骤一、设配电网实时检测到的A相电压为U_a，有功功率P_a0，无功功率Q_a0，B相电压为U_b，有功功率P_b0，无功功率Q_b0，C相电压为U_c，有功功率P_c0，无功功率Q_c0，电容或电感投切后的A相有功功率P_a，无功功率Q_a，B相有功功率P_b，无功功率Q_b，C相有功功率P_c，无功功率Q_c，B、C相电压与A相电压的比值为：A相与B相之间投切的电容或电感容量为Q_ab，B相与C相之间投切的电容或电感容量为Q_bc，C相与A相之间投切的电容或电感容量为Q_ca，然后，根据配电网运行规律整理得出配电网三相线损函数：

步骤二、对上述配电网三相线损函数H求变量Q_ca，Q_ab，Q_bc的一阶偏导数并令：

整理得出一组三元一次方程组，解方程组得到Q_ca，Q_ab，Q_bc的解如下：

其中：

步骤三、将实时检测到的三相电压、有功功率与无功功率分别代入步骤二所述的Q_ca，Q_ab，Q_bc解对应式子，计算得出Q_ca，Q_ab，Q_bc的值，即是使配电网三相线损最小的相线与相线之间需要投切的电容或电感容量值，然后通过电力开关实时投切计算出来的3组相线之间需投切的电容或电感容量值，即可实现配电网三相线损最小的目的。