CN110323765A - 一种配电变压器优化运行控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配电变压器优化运行控制方法和系统，包括实时计算配电变压器低压侧电流的三相不平衡率和中性线电流，当三相不平衡率超过设定的门槛值时，查寻是否有换相开关所带负荷位于变压器低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，若有遍历所有符合条件的换相开关，则计算转换后的三相不平衡率和中性线电流，若二者均小于转换前则将换相开关存入可控队列，向队列中三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令实现三相负荷不平衡调节。本发明能够取得很好的三相不平衡度的调节效果，对配电变压器起到很好的保护作用，同时降低了变压器损耗和线路损耗。

Description

一种配电变压器优化运行控制方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统配电网及其自动化控制技术领域，特别是一种配电变压器优化运行控制方法和系统。

背景技术

我国低压配电网以三相四线制向用户供电，是三相生产用电与单相用户用电的混合供电网络。由于配电网内电力用户众多且位置分散，存在大量的时空分布不平衡的单相负荷，导致多数配电台区存在不同程度的三相负荷不平衡问题。三相负荷不平衡会造成配电变压器和负荷线路损耗增加、供电压质量下降、电能转换效率下降、配电变压器运行温度升高等一系列危害。

目前为了解决三相负荷不平衡问题，通过终端负荷的换相开关进行换相的方案得到较多应用。具体做法是通过实时监测配电变压器的运行工况，在三相负荷不平衡越限的情况下，台区管理终端以通讯的方式遥控终端负荷的进行换相，将挂在重载相别的负荷，切换到轻载相别，以达到负荷平衡的目的。但该方法在实际应用中也存在以下问题：

1.发生三相不平衡时，只是简单的随机选择重载相别的负荷换相，未实现最优换相策略；

2.虽然降低了三相不平衡率，但未考虑中性线电流对变压器损耗和线路损耗的影响，造成该台区用电损耗增加。

3.因某些换相开关频繁动作，不仅大大降低了使用年限，也会其对应区域的用电的设备运行造成很大影响；

发明内容

本发明首先针对现有技术配电变压器三相负载不平衡调节方法虽然降低了三相不平衡率，但未考虑中性线电流对变压器损耗和线路损耗的影响，造成该台区用电损耗增加，且现有技术只是简单的随机选择重载相别的负荷换相没有提供最优换相策略，本发明提供了一种配电变压器优化运行控制方法和系统。

为实现上述技术目的，本发明采用了以下的技术方案：

提供了一种配电变压器优化运行控制方法，其特征在于，包括：

在低压配电网三相线路分配至单相线路的节点处安装换相开关；在配电变压器低压侧安装配电控制器；

所述配电控制器根据设定的周期内定时计算三相不平衡率和中性线电流，当三相不平衡率大于设定的三相不平衡门槛值时(且无闭锁换相条件发生时)，执行以下换相策略：

找出配变低压侧三相电流中的最大值及其所在相序、最小值及其所在相序以及中间值所在相序；查寻是否有换相开关所带负荷位于配变低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，若无本轮调节结束；

若存在，遍历所有符合条件的换相开关，将换相开关负荷所在相序为转出相、配变低压侧三相电流中的最小值所在相序为转入相，计算出转换后的三相不平衡率和中性线电流，若二者均小于转换前的三相不平衡率和中性线电流值则将转出相的换相开关存入可控换相开关队列；若所述可控换相开关队列为空则本轮调节结束；否则向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令实现三相负荷不平衡调节。

为了尽量减少了换相开关的动作次数，实现了换相开关调整次数最少下的最优换相策略，在以上技术方案的基础上，向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令之前还包括：

判断该换相开关当天动作次数是否小于每天累计允许动作次数设定值，若满足条件则向该开关发出换相指令。

进一步地，为了确保换相开关换相成功，提高三相负荷不平衡的调节成功率，在以上方案的基础上，向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令之后还包括以下步骤：

延时判断开关是否换相成功，若成功本轮调节结束；否则在低于允许重发次数的前提下向该开关重复发送指令，再延时判别是否换相成功；重复上述操作当超过允许重发次数该开关仍未成功执行换相，则将该换相开关从队列中删除，重新选择队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关向其发出换相指令，直至换相成功或全部换相开关均换相失败，本轮调节结束。

优选地，所述配电控制器通过电力线载波方式与若干换相开关通讯，无需另外敷设通讯电缆，方便通讯组网。

在另一方面，本发明提供了一种配电变压器优化运行控制系统，其特征在于，包括，

低压配电网三相线路分配至单相线路的节点处安装的作为配电变压器优化运行控制的执行机构换相开关，以及在配电变压器低压侧安装的作为三相不平衡优化控制的决策机构的配电控制器；

所述配电控制器，用于根据设定的周期内定时计算三相不平衡率和中性线电流，当三相不平衡率大于设定的三相不平衡门槛值时，执行以下换相策略：

找出配变低压侧三相电流中的最大值及其所在相序、最小值及其所在相序以及中间值所在相序；查寻是否有换相开关所带负荷位于配变低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，若无本轮调节结束；

若存在，遍历所有符合条件的换相开关，将换相开关负荷所在相序为转出相、配变低压侧三相电流中的最小值所在相序为转入相，计算出转换后的三相不平衡率和中性线电流，若二者均小于转换前的三相不平衡率和中性线电流值则将转出相的换相开关存入可控换相开关队列；若所述可控换相开关队列为空则本轮调节结束；否则向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令实现三相负荷不平衡调节。

本发明所取得的有益技术效果：

1.由于造成配电变压器三相不平衡的原因是单相负载的分布不均衡，本发明在低压配电网三相线路分配至单相线路的节点处安装换相开关；在配电变压器低压侧安装配电控制器；能够取得很好的三相不平衡度的调节效果，对配电变压器起到很好的保护作用，同时降低了变压器损耗和线路损耗；

2.本发明申请调节换相开关的前提是有换相开关所带负荷位于配变低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，针对此类换相开关而不是随机选择换相开关进行调节可实现当前条件下的三相不平衡度最低；

3.本发明在换相控制策略设定中，尽量减少了换相开关的动作次数，实现了换相开关调整次数最少下的最优换相策略，可以延长换相开关的使用寿命和节约换相成本。

4.本发明在换相控制策略设定中，为了确保换相开关换相成功，增加了换相成功与否的判断执行步骤，提高了换相的成功率，使配电变压器优化运行控制方法更加可靠。

附图说明

图1为本发明具体实施例的执行流程图。

具体实施方式

为使本发明的方法能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围，重点在于示出本发明的主旨。

实施例，一种配电变压器三相负载不平衡调节方法，包括：

S1：在低压配电网三相线路分配至单相线路的节点处安装换相开关；换相开关采集用户负荷电流和相别，通过载波方式实时上送给配电控制器，当接收到配电控制器的换相指令后，将在负荷电流过零点时断开当前相别，在目标相别电压过零点时实施导通，可确保不发生相间短路，且终端用户感受不到换相的切换过程，同时降低对电器设备的冲击

在配电变压器低压侧安装配电控制器，其用作三相不平衡优化控制的决策机构；

S2：配电控制器实时采集配电变压器低压侧三相电流，同时与换相开关通过载波通讯获取用户负荷信息，在设定的调节周期内执行内置的换相逻辑，调节周期可在配电控制器通过人机界面设置，本实施例调节周期为15分钟；

所述配电控制器根据设定的周期内定时计算三相不平衡率和中性线电流，当三相不平衡率大于设定的三相不平衡门槛值时，判断对用户侧的换相开关实施换相切换控制执行以下换相策略。

计算三相不平衡率的方法如下：

Imax＝Max(Ia,Ib,Ic)

Imin＝Min(Ia,Ib,Ic)

Imid＝Ia+Ib+Ic–Imax-Imin；

Iave＝(Ia+Ib+Ic)/3，

其中Ia、Ib、Ic为配电变压器低压侧三相电流，Imax为三相电流最大值，Imin为三相电流最小值，Imid为三相电流中间值,Iave为三相平均电流；

按照对称分量法计算正序电流I1、负序电流I2和中性线电流IN，Z_a、Z_b、Z_c为三相负载阻抗；

根据配电变压器低压侧三相电流计算出三相不平衡率Pun，三相不平衡率有几种计算方法，在实际工程中应根据不同情况，合理选择相应的计算方式，其中方法一是《配电网运行规程》中计算公式，实际应用较为广泛；

方法一 Pun＝(Imax-Imin)/Imax；

方法二 Pun＝(Imax-Iave)/Iave；

方法三 Pun＝(Imax-Imin)/Iave；

方法四 Pun＝I2/I1；

其中I_max为三相电流最大值，I_min为三相电流最小值，Iave为三相平均电流，I2为负序电流I1为正序电流。

当Pun大于设定的三相不平衡门槛值时，对分散安装的换相开关进行控制换相；否则返回等待下一个调节周期，本实施例三相不平衡门槛值为20％，具体可参照各地区供电公司的三相不平衡考核指标。

所述换相策略包括：

找出配变低压侧三相电流中的最大值及其所在相序、最小值及其所在相序以及中间值所在相序；查寻是否有换相开关所带负荷位于配变低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，若无本轮调节结束；

若存在，遍历所有符合条件的换相开关，将换相开关负荷所在相序为转出相、配变低压侧三相电流中的最小值所在相序为转入相，计算出转换后的三相不平衡率和中性线电流，若二者均小于转换前的三相不平衡率和中性线电流值则将转出相的换相开关存入可控换相开关队列；

假设换相开关对应的负荷电流值为If，负载阻抗为Zf，若该换相开关负荷位于配电变低压侧三相电流最大值所在相序，则转换后

Imax’＝Max(Imax–If，Imid，Imin+If)

Imin’＝Min(Imax–If，Imid，Imin+If)

Pun’＝(Imax’-Imin’)/Imax’

若该换相开关负荷位于配电变低压侧三相电流中间值所在相序，则转换后

Imax’＝Max(Imax，Imid–If，Imin+If)

Imin’＝Min(Imax，Imid–If，Imin+If)

Pun’＝(Imax’-Imin’)/Imax’

其中Imax’为转换后的三相电流最大值，Imin’为转换后的三相电流最小值，Pun’为转换后的三相不平衡率；

假设换相开关当前位于A相，配电变低压侧三相电流最小值位于C相，则

当Pun’<Pun时，并且I_N’<I_N时，存入Pun’值及对应换相开关的序号。

若所述可控换相开关队列为空则本轮调节结束；否则向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令实现三相负荷不平衡调节。

在以上实施例的基础上，为了尽量减少了换相开关的动作次数，实现了换相开关调整次数最少下的最优换相策略，在以上技术方案的基础上，向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令之前还包括：

判断该换相开关当天动作次数是否小于每天累计允许动作次数设定值，若满足条件则向该开关发出换相指令。

在以上实施例的基础上为了确保换相开关换相成功，提高三相负荷不平衡的调节成功率，在以上方案的基础上，进一步地，如图1所示，本发明具体实施例提供的一种配电变压器三相负载不平衡调节方法，还包括：向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令之后还包括以下步骤：

延时判断开关是否换相成功，若成功本轮调节结束；否则在低于允许重发次数的前提下向该开关重复发送指令，再延时判别是否换相成功；重复上述操作当超过允许重发次数该开关仍未成功执行换相，则将该换相开关从队列中删除，重新选择队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关向其发出换相指令，直至换相成功或全部换相开关均换相失败，本轮调节结束。

另一个实施例中，一种配电变压器优化运行控制系统，其特征在于，包括，

低压配电网三相线路分配至单相线路的节点处安装的作为配电变压器优化运行控制的执行机构换相开关，以及在配电变压器低压侧安装的作为三相不平衡优化控制的决策机构的配电控制器；

所述配电控制器，用于根据设定的周期内定时计算三相不平衡率和中性线电流，当三相不平衡率大于设定的三相不平衡门槛值时，执行以下换相策略：

找出配变低压侧三相电流中的最大值及其所在相序、最小值及其所在相序以及中间值所在相序；查寻是否有换相开关所带负荷位于配变低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，若无本轮调节结束；

若存在，遍历所有符合条件的换相开关，将换相开关负荷所在相序为转出相、配变低压侧三相电流中的最小值所在相序为转入相，计算出转换后的三相不平衡率和中性线电流，若二者均小于转换前的三相不平衡率和中性线电流值则将转出相的换相开关存入可控换相开关队列；若所述可控换相开关队列为空则本轮调节结束；否则向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令实现三相负荷不平衡调节。

本发明配电控制器根据设定的周期内定时计算三相不平衡率和中性线电流，当三相不平衡率大于设定的三相不平衡门槛值时按照换相策略对换相开关进行操作，直到没有换相开关所带负荷位于配变低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，即可实现当前条件下的三相不平衡度最低。该方法从根源上解决了负载不平衡的问题，对配电变压器起到很好的保护作用，同时降低了变压器损耗和线路损耗。此外在换相控制策略设定中，尽量减少了换相开关的动作次数，实现了换相开关调整次数最少下的最优换相策略，可以延长换相开关的使用寿命和节约换相成本。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种配电变压器优化运行控制方法，其特征在于，包括：

在低压配电网三相线路分配至单相线路的节点处安装换相开关；在配电变压器低压侧安装配电控制器；

所述配电控制器根据设定的周期内定时计算三相不平衡率和中性线电流，当三相不平衡率大于设定的三相不平衡门槛值时，执行以下换相策略：

找出配变低压侧三相电流中的最大值及其所在相序、最小值及其所在相序以及中间值所在相序；查寻是否有换相开关所带负荷位于配变低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，若无本轮调节结束；

若存在，遍历所有符合条件的换相开关，将换相开关负荷所在相序为转出相、配变低压侧三相电流中的最小值所在相序为转入相，计算出转换后的三相不平衡率和中性线电流，若二者均小于转换前的三相不平衡率和中性线电流值则将转出相的换相开关存入可控换相开关队列；若所述可控换相开关队列为空则本轮调节结束；否则向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令实现三相负荷不平衡调节。

2.根据权利要求1所述的一种配电变压器优化运行控制方法，其特征在于，

向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令之前还包括：

判断该换相开关当天动作次数是否小于每天累计允许动作次数设定值，若满足条件则向该开关发出换相指令。

3.根据权利要求1所述的一种配电变压器优化运行控制方法，其特征在于，

向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令之后还包括以下步骤：

延时判断开关是否换相成功，若成功本轮调节结束；否则在低于允许重发次数的前提下向该开关重复发送指令，再延时判别是否换相成功；重复上述操作当超过允许重发次数该开关仍未成功执行换相，则将该换相开关从队列中删除，重新选择队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关向其发出换相指令，直至换相成功或全部换相开关均换相失败，本轮调节结束。

4.根据权利要求1所述的一种配电变压器优化运行控制方法，其特征在于，所述配电控制器通过电力线载波方式与若干换相开关通讯。

5.根据权利要求1所述的一种配电变压器优化运行控制方法，其特征在于，根据配电变压器低压侧三相电流计算出三相不平衡率Pun的方法采用如下方法一～方法四任意一种实现：

方法一：Pun＝(Imax-Imin)/Imax；

方法二：Pun＝(Imax-Iave)/Iave；

方法三：Pun＝(Imax-Imin)/Iave；

方法四：Pun＝I2/I1；

其中Imax为三相电流最大值，Imin为三相电流最小值，Iave为三相平均电流，I2为负序电流，I1为正序电流。

6.一种配电变压器优化运行控制系统，其特征在于，包括，

低压配电网三相线路分配至单相线路的节点处安装的作为配电变压器优化运行控制的执行机构换相开关，以及在配电变压器低压侧安装的作为三相不平衡优化控制的决策机构的配电控制器；

所述配电控制器，用于根据设定的周期内定时计算三相不平衡率和中性线电流，当三相不平衡率大于设定的三相不平衡门槛值时，执行以下换相策略：

找出配变低压侧三相电流中的最大值及其所在相序、最小值及其所在相序以及中间值所在相序；查寻是否有换相开关所带负荷位于配变低压侧三相电流最大值和中间值所在相序，若无本轮调节结束；

若存在，遍历所有符合条件的换相开关，将换相开关负荷所在相序为转出相、配变低压侧三相电流中的最小值所在相序为转入相，计算出转换后的三相不平衡率和中性线电流，若二者均小于转换前的三相不平衡率和中性线电流值则将转出相的换相开关存入可控换相开关队列；若所述可控换相开关队列为空则本轮调节结束；否则向可控换相开关队列中换相后三相不平衡率数值最小值所对应的换相开关发出换相指令实现三相负荷不平衡调节。