CN110137985A - 一种换相开关控制方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种换相开关控制方法，包括：以预设数据采集周期采集配变低压侧的三相有功功率数据和配变低压侧所在的配电台区各换相开关所接相序；根据配变低压侧三相有功功率数据计算三相有功不平衡度；判断三项有功不平衡度是否满足不平衡阈值；若不满足，则根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对相序进行负荷转移。本申请使负荷较为均匀、合理地分布在三相上，降低配电台区的三相不平衡度，减少线路和配电变压器损耗，提高配电变压器负荷承受能力。本申请还提供一种换相开关控制系统、一种计算机可读存储介质和一种终端，具有上述有益效果。

Description

一种换相开关控制方法及相关装置

技术领域

本发明涉及电力运输及供电领域，具体涉及一种换相开关控制方法及相关装置。

背景技术

低压配电网作为电力系统中的末端环节，连接电网与广大用户，与居民日常生活息息相关。但由于配电网长期以来所存在的网架薄弱及改造资金不足等问题，导致用电水平相对国际先进水平仍有差距。因此，近年来，我国加大了配电网的资金投入和改造力度。2015年，国家发展改革委、国家能源局相继制定了《关于加快配电网建设改造的指导意见》(发改能源〔2015〕1899号)和《配电网建设改造行动计划(2015-2020年)》(国能电力〔2015〕290号)，并明确提出将全面加快现代配电网建设，2015—2020年配电网建设改造投资不低于2万亿元。

三相不平衡是衡量电能质量的重要指标之一。近年来，我国配网中的三相不平衡问题愈发严重，成为影响配网运行和供电质量的关键指标。而在我国低压配电网中，尤其是农村配网中普遍存在供电半径过长、三相负荷分配不均的现象，由此导致了低电压问题，影响居民正常用电。除了增加线路损耗加剧电压降落之外，三相不平衡现象还会对配电网中各类设备的安全运行造成不利影响，对用电设备，当电网三相不平衡情况严重时，重载配电线路末端电压跌落严重，用电设备不能正常工作，负序电压分量产生的反向制动效应还将限制电动机的出力，导致电机运行效率下降、能耗上升，缩短电机寿命，增加维护费用；对配电变压器，三相不平衡将降低配变出力、限制其符合承受能力，当零序电流过大时，配变部分金属部件的温度也将升高，增大了配变损耗，甚至可能造成配变烧毁。

作为关乎电能质量的关键指标之一，国内外已针对三相不平衡问题的治理展开了相关的研究。目前在治理三相不平衡方面常用的调节装置主要包括换相开关型、电容型以及电力电子型三种。其中，因此，换相开关型装置通过调整三相负荷的方式，对负荷进行重新分配，能够从根本上降低三相不平衡程度、改善低压配电网的低电压问题，因此，如何控制换相开关是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种换相开关控制方法、系统、一种计算机可读存储介质和一种终端，能够控制换相开关实现三相负荷的调整。

为解决上述技术问题，本申请提供一种换相开关控制方法，具体技术方案如下：

以预设数据采集周期采集配变低压侧的三相有功功率数据和所述配变低压侧所在的配电台区各换相开关所接相序；

根据所述配变低压侧三相有功功率数据计算三相有功不平衡度；

判断所述三项有功不平衡度是否满足不平衡阈值；

若不满足，则根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对所述相序进行负荷转移。

其中，所述有功欠量和有功过量的判断方法包括：

单项有功功率数据小于三项有功功率平均数据时为有功欠量；

单项有功功率数据大于三项有功功率平均数据时为有功过量；

设所述三相有功功率数据分别为P_A、P_B、P_C，将所述三相有功功率数据按从小到大的顺序重新排列得到有功序列；

所述有功序列的对应相序分别设为X、Y、Z，则P_X＜P_Y＜P_Z；

根据预设计算公式，若目标相的功率差ΔP_i＜0，表示所述目标相为有功欠量；若所述功率差ΔP_i＞0，表示所述目标相为有功过量；

其中，所述预设计算公式为ΔP_i＝P_i-P_ave(i＝X,Y,Z)，P_ave＝(P_A+P_B+P_C)/3。

其中，所述根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对所述相序进行负荷转移包括：

若两相有功欠量，一相有功过量，对应ΔP_X＜0、ΔP_Y＜0、ΔP_Z＞0，则负荷转移方向为Z→X，Z→Y；

若两相有功过量，一相有功欠量，对应ΔP_X＜0、ΔP_Y＞0、ΔP_Z＞0，则负荷转移方向为Y→X，Z→X；

若一相有功欠量，一相有功过量，对应ΔP_X＜0、ΔP_Y＝0、ΔP_Z＞0，则负荷转移方向为Z→X；

其中，还包括：

确定负荷转移量。

其中，确定负荷转移量包括：

以所述配变低压侧的三相有功功率偏差度f₁和换相开关动作次数f₂作为双目标优化函数，建立优化模型，所述优化模型为：

所述优化模型满足以下四个约束条件：

约束条件一：

约束条件二：

约束条件三：

约束条件四：

其中，min f为综合考虑f₁和f₂的目标函数f的最小值；

若仅以f₁即所述约束条件一作为单目标优化的目标函数，则f₁在满足所述约束条件三和所述约束条件四时的最大值为f_1,max，最小值为f_1,min；

若仅以f₂即所述约束条件二作为单目标优化的目标函数，则f₂在在满足所述约束条件三和所述约束条件四时的最大值为f_2,max，最小值为f_2,min；

α为双目标归一化比例系数；i、j、k分别为优化后接入A、B、C相的换相开关数量；n为换相开关总数；P_Am、P_Bm、P_Cm分别为优化后接入A、B、C相的所述换相开关所带负荷有功功率值，优化后所述换相开关各相所带总有功负荷应等于优化前换相开关所带总有功负荷；S_m为各所述换相开关的状态变化记录参数；若优化所得换相开关所在相序与原相序不同，则S_m＝1，否则，S_m＝0；N为所述换相开关动作次数限制。

其中，所述预设数据采集周期为1h。

其中，所述不平衡度阀值为5％。

本申请还提供一种换相开关控制系统，具体技术方案如下：

采集模块，用于以预设数据采集周期采集配变低压侧的三相有功功率数据和所述配变低压侧所在的配电台区各换相开关所接相序；

计算模块，用于根据所述配变低压侧三相有功功率数据计算三相有功不平衡度；

判断模块，用于判断所述三项有功不平衡度是否满足不平衡阈值；

控制模块，用于若所述判断模块输出为否时，根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对所述相序进行负荷转移。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的换相开关控制方法的步骤。

本申请还提供一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上所述的换相开关控制方法的步骤。

本申请提供一种换相开关控制方法，包括：以预设数据采集周期采集配变低压侧的三相有功功率数据和所述配变低压侧所在的配电台区各换相开关所接相序；根据所述配变低压侧三相有功功率数据计算三相有功不平衡度；判断所述三项有功不平衡度是否满足不平衡阈值；若不满足，则根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对所述相序进行负荷转移。

本申请通过获取配电变压器低压侧及该配电台区各负荷节点的三相有功数据，计算台区有功不平衡度，判断是否需要进行换相操作，并根据有功欠量、过量情况采取相应控制策略，从而使负荷较为均匀、合理地分布在三相上，降低配电台区的三相不平衡度，减少线路和配电变压器损耗，提高配电变压器负荷承受能力。本申请还提供一种换相开关控制系统、一种计算机可读存储介质和一种终端，具有上述有益效果，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种换相开关控制方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的一种换相开关控制系统结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种换相开关控制方法的流程图，该方法包括：

S101：以预设数据采集周期采集配变低压侧的三相有功功率数据和配变低压侧所在的配电台区各换相开关所接相序；

本步骤主要获取两个数据，第一个是配变低压侧的三相有功功率数据，另一个是所在台区内的换相开关相序。在电力系统中，台区是指一台变压器的供电范围或区域。

利用换相开关降低三相负荷的整体不平衡度则必须知道换相开关所接相序，从而才能把单相负荷从重载线路切换至轻载线路。需要说明的是，确定换相开关所接相序有多种方法，在此不作具体限定。例如可以增加载波通信模块以确定相位，或者以三相的过零点时间偏差为基准再通过精确的时间校准来辨认相位等等均可以获取到相位开关所接相序。

此外，由于电路运输的持续变化特点，因此需要持续进行换相开关的控制，可以以预设数据采集周期进行周期性的数据采集。在此对于预设数据采集周期的具体量不作限定，应由本领域技术人员根据实际电路运载需求等作相应的设定，例如可以为1h。

S102：根据配变低压侧三相有功功率数据计算三相有功不平衡度；

本步骤旨在利用三相有功功率数据计算三相有功不平衡度，目的是确定当前变压器的三相负荷不平衡程度。本申请在此对于三相有功不平衡度的计算方式不作限定，任何能体现三相负荷不平衡程度的计算方式均可行。优选的，本申请实施例在此提供一种计算三相有功不平衡度的方法，具体如下：

假设步骤S101中获取到三相有功功率数据分别为P_A、P_B、P_C，P_max为P_A、P_B、P_C三者中的最大值，P_min为P_A、P_B、P_C三者中的最小值，则三相有功不平衡度ε可以为：

本申请是对负荷直接进行调控，因此以三相有功功率为计算指标，定义了三相有功不平衡度ε，作为换相开关控制过程中的触发指标。

S103：判断三项有功不平衡度是否满足不平衡阈值；若否，进入S104；

容易理解的是，在本步骤之前，还需要设置不平衡阈值。容易理解的是，三相有功不平衡度的计算方式不同，对应的不平衡阈值自然可能有所不同。而不平衡阈值的存在是保障三相负荷在一定程度内的不平衡是被允许的。

以步骤S102中所举例的三相有功不平衡度的计算方式，其对应的不平衡阈值可以为5％。

当然，若三项有功不平衡度是否满足不平衡阈值主要指的是是否小于不平衡阈值，当三项有功不平衡度小于不平衡阈值时，通常说明当前三相负荷存在些许的不平衡，尚不至于必须换相以调整电荷负载。一旦超过不平衡阈值，则进入S104。

S104：则根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对相序进行负荷转移。

在此，先对有功过量和有功欠量进行说明：单项有功功率数据小于三项有功功率平均数据时为有功欠量，单项有功功率数据大于三项有功功率平均数据时为有功过量。

下面量化说明有功欠量和有功过量，沿引上例，设三相有功功率数据分别为P_A、P_B、P_C，将三相有功功率数据按从小到大的顺序重新排列得到有功序列；有功序列的对应相序分别设为X、Y、Z，则P_X＜P_Y＜P_Z。根据预设计算公式，若目标相的功率差ΔP_i＜0，表示目标相为有功欠量；若功率差ΔP_i＞0，表示目标相为有功过量。目标相为三相中的任一项。其中，预设计算公式为ΔP_i＝P_i-P_ave(i＝X,Y,Z)，P_ave＝(P_A+P_B+P_C)/3。

本步骤需要根据有功欠量和有功过量之间的相数关系进行负荷转移，具体可以采用如下方式：

若两相有功欠量，一相有功过量，对应ΔP_X＜0、ΔP_Y＜0、ΔP_Z＞0，则负荷转移方向为Z→X，Z→Y；

若两相有功过量，一相有功欠量，对应ΔP_X＜0、ΔP_Y＞0、ΔP_Z＞0，则负荷转移方向为Y→X，Z→X；

若一相有功欠量，一相有功过量，对应ΔP_X＜0、ΔP_Y＝0、ΔP_Z＞0，则负荷转移方向为Z→X。

本申请实施例通过获取配电变压器低压侧及该配电台区各负荷节点的三相有功数据，计算台区有功不平衡度，判断是否需要进行换相操作，并根据有功欠量、过量情况采取相应控制策略，从而使负荷较为均匀、合理地分布在三相上，降低配电台区的三相不平衡度，减少线路和配电变压器损耗，提高配电变压器负荷承受能力。

基于上述实施例，作为优选的实施例，该换相开关控制方法还可以包括：

确定负荷转移量。

具体的，确定负荷转移量可以包括：

以配变低压侧的三相有功功率偏差度f₁和换相开关动作次数f₂作为双目标优化函数，建立优化模型，该优化模型为：

所述优化模型满足以下四个约束条件：

约束条件一：

约束条件二：

约束条件三：

约束条件四：

其中，min f为综合考虑f₁和f₂的目标函数f的最小值；

若仅以f₁即所述约束条件一作为单目标优化的目标函数，则f₁在满足所述约束条件三和所述约束条件四时的最大值为f_1,max，最小值为f_1,min；

若仅以f₂即所述约束条件二作为单目标优化的目标函数，则f₂在在满足所述约束条件三和所述约束条件四时的最大值为f_2,max，最小值为f_2,min；

i、j、k分别为优化后接入A、B、C相的换相开关数量；n为换相开关总数；P_Am、P_Bm、P_Cm分别为优化后接入A、B、C相的所述换相开关所带负荷有功功率值，优化后所述换相开关各相所带总有功负荷应等于优化前换相开关所带总有功负荷；S_m为各所述换相开关的状态变化记录参数；若优化所得换相开关所在相序与原相序不同，则S_m＝1，否则，S_m＝0；N为所述换相开关动作次数限制。

α为双目标归一化比例系数，通常为预设值，在此不作具体限定。

值得一提的是，获取换相开关所带负荷有功功率值可以在步骤S101中与其他参数获取过程同步执行。

下面对本申请实施例提供的一种换相开关控制系统进行介绍，下文描述的换相开关控制系统与上文描述的一种换相开关控制方法可相互对应参照。

参见图2，图2为本申请实施例所提供的一种换相开关控制系统结构示意图，本申请还提供一种换相开关控制系统，可以包括：

采集模块100，用于以预设数据采集周期采集配变低压侧的三相有功功率数据和配变低压侧所在的配电台区各换相开关所接相序；

计算模块200，用于根据配变低压侧三相有功功率数据计算三相有功不平衡度；

判断模块300，用于判断三项有功不平衡度是否满足不平衡阈值；

控制模块400，用于若判断模块输出为否时，根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对相序进行负荷转移。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的一种换相开关控制方法的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请还提供了一种终端，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的一种换相开关控制方法的步骤。当然所述终端还可以包括各种网络接口，电源等组件。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种换相开关控制方法，其特征在于，包括：

以预设数据采集周期采集配变低压侧的三相有功功率数据和所述配变低压侧所在的配电台区各换相开关所接的相序；

根据所述配变低压侧三相有功功率数据计算三相有功不平衡度；

判断所述三项有功不平衡度是否满足不平衡阈值；

若不满足，则根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对所述相序进行负荷转移。

2.根据权利要求1所述的换相开关控制方法，其特征在于，所述有功欠量和所述有功过量的判断方法包括：

单项有功功率数据小于三项有功功率平均数据时为所述有功欠量；

单项有功功率数据大于三项有功功率平均数据时为是有功过量；

设所述三相有功功率数据分别为P_A、P_B、P_C，将所述三相有功功率数据按从小到大的顺序重新排列得到有功序列；

所述有功序列的对应相序分别设为X、Y、Z，则P_X＜P_Y＜P_Z；

根据预设计算公式，若目标相的功率差ΔP_i＜0，表示所述目标相为所述有功欠量；若所述功率差ΔP_i＞0，表示所述目标相为所述有功过量；

其中，所述预设计算公式为ΔP_i＝P_i-P_ave(i＝X,Y,Z)，P_ave＝(P_A+P_B+P_C)/3。

3.根据权利要求2所述的换相开关控制方法，其特征在于，所述根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对所述相序进行负荷转移包括：

若两相有功欠量，一相有功过量，对应ΔP_X＜0、ΔP_Y＜0、ΔP_Z＞0，则负荷转移方向为Z→X，Z→Y；

若两相有功过量，一相有功欠量，对应ΔP_X＜0、ΔP_Y＞0、ΔP_Z＞0，则负荷转移方向为Y→X，Z→X；

若一相有功欠量，一相有功过量，对应ΔP_X＜0、ΔP_Y＝0、ΔP_Z＞0，则负荷转移方向为Z→X。

4.根据权利要求1所述的换相开关控制方法，其特征在于，还包括：

确定负荷转移量。

5.根据权利要求4所述的换相开关控制方法，其特征在于，确定负荷转移量包括：

以所述配变低压侧的三相有功功率偏差度f₁和换相开关动作次数f₂作为双目标优化函数，建立优化模型，所述优化模型为：

所述优化模型满足以下四个约束条件：

约束条件一：

约束条件二：

约束条件三：

约束条件四：

其中，min f为综合考虑f₁和f₂的目标函数f的最小值；

若仅以f₁即所述约束条件一作为单目标优化的目标函数，则f₁在满足所述约束条件三和所述约束条件四时的最大值为f_1,max，最小值为f_1,min；

若仅以f₂即所述约束条件二作为单目标优化的目标函数，则f₂在在满足所述约束条件三和所述约束条件四时的最大值为f_2,max，最小值为f_2,min；

α为双目标归一化比例系数；i、j、k分别为优化后接入A、B、C相的换相开关数量；n为换相开关总数；P_Am、P_Bm、P_Cm分别为优化后接入A、B、C相的所述换相开关所带负荷有功功率值，优化后所述换相开关各相所带总有功负荷应等于优化前换相开关所带总有功负荷；S_m为各所述换相开关的状态变化记录参数；若优化所得换相开关所在相序与原相序不同，则S_m＝1，否则，S_m＝0；N为所述换相开关动作次数限制。

6.根据权利要求1所述的换相开关控制方法，其特征在于，所述预设数据采集周期为1h。

7.根据权利要求1所述的换相开关控制方法，其特征在于，所述不平衡度阀值为5％。

8.一种换相开关控制系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于以预设数据采集周期采集配变低压侧的三相有功功率数据和所述配变低压侧所在的配电台区各换相开关所接相序；

计算模块，用于根据所述配变低压侧三相有功功率数据计算三相有功不平衡度；

判断模块，用于判断所述三项有功不平衡度是否满足不平衡阈值；

控制模块，用于若所述判断模块输出为否时，根据有功欠量和有功过量之间的相数关系对所述相序进行负荷转移。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的换相开关控制方法的步骤。

10.一种终端，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述的换相开关控制方法的步骤。