CN110716091A - 基于四级平衡调相算法的三相不平衡在线监测方法 - Google Patents

基于四级平衡调相算法的三相不平衡在线监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于四级平衡调相算法的三相不平衡在线监测方法，其包括：生成台区模型；对台区进行实时三相不平衡在线监测；判断被预警提示的台区是否属于典型台区；根据台区四级平衡调相算法获得调相方案；根据输出的调相方案进行调相；对已经完成三相平衡优化的台区进行监测和评估，并修改台区模型。本发明提出的四级平衡调相算法简单有效，使得低压台区三相不平衡治理高效、规范、管理简单，达到低压电网节能降损、安全供电的效果。

Description

基于四级平衡调相算法的三相不平衡在线监测方法
技术领域
本发明属于电力电网技术领域，具体涉及一种基于四级平衡调相算法的三相不平衡在线监测方法。
背景技术
低压台区损耗电量在电力系统中占有很大比重，采取相应措施降低台区的损耗对于我国电网来讲，可以节省大量的电能，具有很大的降损节电潜力。台区三相不平衡是台区损耗电量高的一个重要因素，台区三相不平衡会造成某一相电流过大，会增加线路损耗，增加线路烧毁的风险，影响安全供电。
目前，针对低压台区三相不平衡治理虽然已经有诸多方法，但是就当前的现场情况与工作开展以及治理方法还存在以下几点问题：
1)台区三相不平衡治理效果差，主要是目前的监测手段只检测台区首端的不平衡度，未考虑主干、支线、表箱的不平衡度，造成调相效果差。
2)缺少科学的调相方法，目前常见的调相方法只能满足表箱内平衡或出口侧平衡，无法达到主干、支线的平衡。
3)台区三相不平衡治理工作流程复杂，以往三相不平衡都是人为发现监测系统三相严重不平衡，然后进行梳理下发工单至供电所，基层人员根据传统三相负荷平衡的经验开展调相工作，整体流程较为复杂，调相效果不明细，且耗费较多人力。
结合以上几点，对于目前基层单位台区三相不平衡治理工作开展的总体情况来说，需要一种“高效、规范易行、投入少”的技术手段和管理措施来支撑基层单位的台区三相不平衡治理工作。
发明内容
本发明的目的在于能够在线监测台区三相不平衡状况，实现监测、评价、治理和评估一体化。本申请提出了一种基于四级平衡调相算法的三相不平衡在线监测方法，可与源端系统对接自动建立台区模型，通过宽带载波模块自动获取相位信息，并自动获取运行数据开展在线计算监测，发现异常预警提示，一旦越限及时预警；并内置相关原则筛选出治理效果较为突出的台区，自动输出满足台区“表箱、支线、干线、出口侧”四级平衡的调相算法方案输出；自动下发工单至基层单位，对治理后台区效果进行评估，具体包括以下步骤：
步骤一，调用PMS/GIS/营销系统中的数据，采用自动成图技术生成台区模型，并采用移动终端应用进行台区相位信息采集，完善台区拓扑模型与基础台账信息；
步骤二，通过用采系统和配变监测系统对台区进行实时三相不平衡在线监测，并计算台区理论线损值，当台区三相不平衡时发出台区三相不平衡超标的预警提示；
步骤三，判断被预警提示的台区是否属于典型台区，如果是就执行步骤四，否则不进行任何操作；
步骤四，对该台区根据四级平衡调相算法获得调相方案，具体步骤为：
(a)从台区各末端表箱内开始进行三相平衡优化；
(b)连接表箱的支线进行三相平衡优化，再到主干线连接的各支线进行三相平衡优化，最后到台区出口侧进行三相平衡优化调整；
(c)在实现整个低压台区的整体三相平衡过程中，记录需要调相的所有用户，以及调相后的最终结果，也就自动计算出了调相方案；
(d)自动输出调相方案，输出的调相方案满足台区末端表箱、支线、干线、台区出口侧四级平衡；
步骤五，根据输出的调相方案自动下发工单至基层单位并进行现场调相；
步骤六，对已经完成三相平衡优化的台区进行三相不平衡、理论线损率、同期线损率指标进行监测，对治理后台区效果进行评估，并根据调相方案，相应修改台区模型。
优选地，所述步骤二的具体步骤为：
(2.1)通过用采系统和配变监测系统实时获取台区的三相电压、电流；
(2.2)采用电压、电流前推回代的全相理论计算算法，计算出台区理论线损值并保存，台区理论线损值包括台区理论线损率、导线损耗、零线损耗、零线损耗占比、三相不平衡度等。
(2.3)根据评判规则判定台区是否三相不平衡；
(2.4)如果台区三相不平衡就会发出台区三相不平衡超标的预警提示，如果台区三相平衡则不进行任何操作。
优选地，所述步骤三中判断台区属于典型台区的标准如下：
a.台区高损：同期系统线损率或用采系统台区线损率大于8％，日线损率较稳定，没有忽高忽低波动较大情况。
b.三相电流差异大：用采系统中，台区出口三相监测电流持续一月不平衡且差异较大，即台区首端三相不平衡度大于15％并持续了一个月。
c.供电量较大：台区日供电量大于400kWh。
d.三相电量占比不高：三相电量占总售电量比例要小于10％。
e.采集覆盖高：台区采集覆盖100％
优选地，所述步骤(a)从台区各末端表箱内开始进行三相平衡优化的具体步骤为；
(a1)末端表箱内按照接入相分成三组即A相用户组、B相用户组、C相用户组，每项用户组内的用户都按照电量从大到小排序。初始化循环次数i＝0，分别计算A相组总电量、B相组总电量和C相组总电量，总电量通过将用户组内用户电量相加获得；
(a2)计算三相不平衡度，当三相不平衡度小于15％，直接执行步骤(a7)，否则执行步骤(a3)；
(a3)将A相组总电量、B相组总电量和C相组总电量按照总电量大小进行排序，并将三组用户电量相加除3获得三组平均值；
(a4)找到总电量最大的那一组，称为最大电量组，判断所述最大电量组内用户数量是否大于1，如果不大于1则直接执行步骤(a7)，如果大于1，则执行步骤(a5)；
(a5)最大电量组的总电量-平均电量得出一个差值，从最大电量组的用户中找出最接近这个差值的一个用户，将所述用户从最大电量组调换到最小电量组中；
(a6)计算调整后的三相不平衡度，当三相不平衡度小于15％，或者i大于100时，执行步骤(a7)，当总电量最大的相变成了总电量最小的相时，先将用户回退到调相之前，再执行步骤(a7)，当上述三个条件都不满足时，则令i＝i+1，然后返回步骤(a3)；
(a7)判断是否所有末端表箱都三相平衡优化完成，不是则移到下一个末端表箱，并返回步骤(a1)继续执行末端表箱内三相平衡优化，是则结束末端表箱内三相平衡优化步骤。
优选地，所述步骤(b)中支线、主干线、台区出口侧进行三相平衡优化的步骤相同，具体优化步骤如下：
(b1)先判断分支数量是否大于等于2，是则执行步骤(b2)，否则对此节点不进行任何优化和调整，直接执行步骤(b7)。
(b2)将节点下所有用户按照接入相分成三组即节点A相组用户、节点B相组用户、节点C相组用户，分别按照电量从大到小排序，初始化循环次数i＝0，分别计算节点A相组总电量、节点B相组总电量和节点C相组总电量，总电量通过将用户组内用户电量相加获得。
(b3)将节点A相组总电量、节点B相组总电量和节点C相组总电量按照总电量大小进行排序，并将三组节点用户电量相加除3获得三组节点平均值；
(b4)找到节点总电量最大的那一组，称为节点最大电量组。
(b5)节点最大电量组的总电量-节点平均电量得出节点差值，从节点最大电量组的用户中找出最接近这个差值的一个用户，将用户从最大电量组调换到最小电量组中；
(b6)计算当前节点三相不平衡度，当三相不平衡度小于15％，或者i大于100，执行步骤(b7)，当节点总电量最大的相变成了节点总电量最小的相时，先将用户退到调相之前所在相，再执行步骤(b7)，当上述三个条件都不满足时，则令i＝i+1，然后返回步骤(b3)；
(b7)判断这一层的所有节点是否都已完成三相平衡优化，不是则移到这一层下一个节点，并返回步骤(b1)继续执行节点三相平衡优化，是则结束此层级的三相平衡优化步骤。
优选地，步骤(2.3)中评判规则为：三相不平衡度是否大于15％，大于则判定台区三相不平衡。
优选地，步骤(b5)中将用户从最大电量组调换到最小电量组，只能在用户所在的末端表箱内进行
本发明的效果如下：
根据本发明，能有效的解决基层单位低压台区三相不平衡治理工作投入高、效果差、缺少技术手段的难题，为基层单位提供了一种“高效、规范易行、投入少”的技术手段和管理措施综合系统，来支撑基层单位的台区三相不平衡治理工作，达到低压电网节能降损、安全供电的效果。本发明中的四级平衡调相算法简单、高效并且实用。
附图说明
图1是本发明的整体流程图；
图2是三相不平衡监测流程图；
图3是四级平衡调相算法流程图；
图4是末端表箱内三相平衡优化流程图；
图5是本发明的系统结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
本发明基于四级平衡调相算法的三相不平衡在线监测方法整体流程图如图1所示：
步骤一，调用现有的PMS/GIS/营销系统等源系统的数据，采用现有技术中的自动成图技术生成台区模型，并采用移动终端应用进行台区相位信息采集，完善台区拓扑模型与基础台账信息。其中PMS(Powerproduction ManagementSystem)、GIS(GeographicInformation System)和营销系统都是电力系统中常用的源端电力信息化系统。
步骤二，通过用采系统和配变监测系统对台区进行实时三相不平衡在线监测，并计算台区理论线损值，具体步骤如图2所示，为：
(2.1)通过用采系统和配变监测系统实时获取台区的三相电压、电流；
(2.2)采用电压、电流前推回代的全相理论计算算法，计算出台区理论线损值并保存，台区理论线损值包括台区理论线损率、导线损耗、零线损耗、零线损耗占比、三相不平衡度等。
(2.3)根据评判规则判定台区是否三相不平衡，本实施例中评判规则为三相不平衡度大于15％；
(2.4)如果台区三相不平衡就会发出台区三相不平衡超标的预警提示，如果台区三相平衡则不进行任何操作。
步骤三，自动判断被预警提示的台区是否属于典型台区，如果是就执行步骤四，否则不进行任何操作。
典型台区在本申请中是指符合筛选原则的台区，对典型台区进行三相不平衡调相后治理效果才会比较突出，判断被预警提示的台区是否属于典型台区筛选原则如下：
a.台区高损：同期系统线损率或用采系统台区线损率大于8％，日线损率较稳定，没有忽高忽低波动较大情况。
b.三相电流差异大：用采系统中，台区出口三相监测电流持续一月不平衡且差异较大，即台区首端三相不平衡度大于15％并持续了一个月。
c.供电量较大：台区日供电量大于400kWh。
d.三相电量占比不高：三相电量占总售电量比例要小于10％。
e.采集覆盖高：台区采集覆盖100％
步骤四，对该台区根据四级平衡调相算法获得调相方案。
台区四级平衡调相算法是从台区末端开始，从各末端表箱内部开始进行三相平衡优化，再到连接表箱的支线区域进行三相平衡优化，再到主干线连接的各支线区域进行三相平衡优化，最后到台区出口侧进行三相平衡优化调整，最终满足末端表箱、支线、干线、台区出口侧四级三相平衡优化。
具体步骤流程如图3所示，为：
(a)末端表箱内三相平衡优化步骤如图4所示：
(a1)末端表箱内按照接入相分成三组即A相用户组GroupA、B相用户组GroupB、C相用户组GroupC，每项用户组内的用户都按照电量从大到小排序。初始化循环次数i＝0，分别计算A相组总电量GroupA_sumValue、B相组总电量GroupB_sumValue和C相组总电量GroupC_sumValue，总电量通过将用户组内用户电量相加获得。
(a2)使用现有技术计算三相不平衡度，当三相不平衡度小于15％，直接执行步骤(a7)，否则执行步骤(a3)；
(a3)将A相组总电量GroupA_sumValue、B相组总电量GroupB_sumValue和C相组总电量GroupC_sumValue按照总电量大小进行排序，并将三组用户电量相加除3获得三组平均值avgValue，avgValue＝(GroupA_sumValue+GroupB_sumValue+GroupC_sumValue)/3；
(a4)找到总电量最大的那一组，称为最大电量组，判断所述最大电量组内用户数量是否大于1，如果不大于1则直接执行步骤(a7)，如果大于1，则执行步骤(a5)；
此处假设通过计算和比较，可知:
GroupB_sumValue>GroupC_sumValue>GroupA_sumValue
因此，此时B相组总电量最大，而且B相用户组内用户数量大于1，则继续执行步骤(a5)。
(a5)最大电量组的总电量-平均电量得出一个差值Dvalue，从最大电量组的用户中找出最接近这个差值的一个用户Uselect，由于每组用户已按照电量从大到小排序，因此可以很快查找到这个用户Uselect，将用户Uselect从最大电量组调换到最小电量组中，即将用户Uselect从总电量最大相调换到总电量最小相。
比如，B相组总电量最大，A相组总电量最小，则计算
Dvalue＝GroupB_sumValue-avgValue，
再从B相用户组GroupB中选择用户电量最接近Dvalue的用户Uselect，将用户Uselect从B相调换到总电量最小的A相。
(a6)将每组用户电量累加，分别获得A相组总电量GroupA_sumValue、B相组总电量GroupB_sumValue和C相组总电量GroupC_sumValue，使用现有技术计算三相不平衡度，当三相不平衡度小于15％，或者i大于100时，执行步骤(a7)，当总电量最大的相变成了总电量最小的相时，先将用户Uselect回退到调相之前，再执行步骤(a7)，当上述三个条件都不满足时，则令i＝i+1，然后返回步骤(a3)；
比如，当三相不平衡度小于15％，或者i大于100时，直接执行步骤(a7)，但当由于是将总电量最大的B相用户Uselect从B相调换到总电量最小的A相，使得原来的GroupB_sumValue>GroupC_sumValue>GroupA_sumValue变成了GroupC_sumValue>GroupA_sumValue>GroupB_sumValue，那么此时不能直接执行步骤(a7)，而是需要先将用户Uselect从A相调换会B相后，才能执行步骤(a7)。
(a7)判断是否所有末端表箱都三相平衡优化完成，不是则移到下一个末端表箱，并返回步骤(a1)继续执行末端表箱内三相平衡优化，是则结束末端表箱内三相平衡优化步骤。
(b)支线、主干线或台区出口优化策略，这三级的平衡可以统一为对节点的优化，具体调相方法流程与末端表箱内三相平衡优化策略基本一致，具体优化步骤如下：
(b1)节点处至少有2个分支才能优化，因此先判断分支数量是否大于等于2，是则执行步骤(b2)，否则对此节点不进行任何优化和调整，直接执行步骤(b7)。
(b2)将节点下所有用户按照接入相分成三组即节点A相组用户JGroupA、节点B相组用户JGroupB、节点C相组用户JGroupC，分别按照电量从大到小排序。初始化循环次数i＝0，分别计算节点A相组总电量JGroupA_sumValue、节点B相组总电量JGroupB_sumValue和节点C相组总电量JGroupC_sumValue，总电量通过将用户组内用户电量相加获得。
(b3)将节点A相组总电量JGroupA_sumValue、节点B相组总电量JGroupB_sumValue和节点C相组总电量JGroupC_sumValue按照总电量大小进行排序，并将三组节点用户电量相加除3获得三组节点平均值JavgValue，JavgValue＝(JGroupA_sumValue+JGroupB_sumValue+JGroupC_sumValue)/3；
(b4)找到节点总电量最大的那一组，称为节点最大电量组。
比如，JGroupB_sumValue>JGroupC_sumValue>JGroupA_sumValue
那么此时节点B相组总电量最大，节点A相组总电量最小。
(b5)节点最大电量组的总电量-节点平均电量得出节点差值JDvalue，从节点最大电量组的用户中找出最接近这个差值的一个用户JUselect，将用户JUselect从最大电量组调换到最小电量组中，即将用户Uselect从总电量最大相调换到总电量最小，并且用户JUselect的调相只能在它所在的末端表箱内进行。
比如，支线ZZ上有三个末端表箱，支线ZZ就是作为一个节点，三个末端表箱分别为第一末端表箱、第二末端表箱和第三末端表箱，根据上面的步骤可以看出，计算并选择出了用户JUselect，用户JUselect位于第二末端表箱的B相，将用户JUselect从第二末端表箱的B相调换到第二末端表箱的A相。在电力网络中保证三相平衡的优先级为从上到下，即从台区出口、主干线、支线到末端表箱，因此可以为了保证上一级的三相平衡而适当牺牲下一级的三相平衡。
(b6)使用现有技术计算当前节点三相不平衡度，当三相不平衡度小于15％，或者i大于100，执行步骤(b7)，当节点总电量最大的相变成了节点总电量最小的相时，先将用户JUselec退到调相之前所在相，再执行步骤(b7)，当上述三个条件都不满足时，则令i＝i+1，然后返回步骤(b3)；
(b7)判断这一层的所有节点是否都已完成三相平衡优化，不是则移到这一层下一个节点，并返回步骤(b1)继续执行进行节点三相平衡优化，是则结束这一层三相平衡优化步骤。
支线、主干线或台区出口这三层的三相平衡优化，每一层都按步骤(b)执行。
(c)在根据四级平衡调相算法最终实现整个低压台区的整体三相平衡过程中，记录需要调相的所有用户，以及调相后的最终结果后，也就自动计算出了调相方案。
(d)自动输出调相方案，在本实施例中输出的调相方案满足台区“表箱、支线、干线、出口侧”四级平衡。
步骤五，根据输出的调相方案自动下发工单至基层单位进行调相。基层单位人员可以根据工单进行现场调相。
步骤六，对已经完成三相平衡优化的台区进行三相不平衡、理论线损率、同期线损率等指标进行监测，对治理后台区效果进行评估，并根据调相方案，相应修改台区模型。
图5为实际使用中本发明的系统结构图，用来实现基于四级平衡调相算法的三相不平衡在线监测方法。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于四级平衡调相算法的三相不平衡在线监测方法，其特征在于，包括：
步骤一，调用PMS/GIS/营销系统中的数据，采用自动成图技术生成台区模型，并采用移动终端应用进行台区相位信息采集，完善台区拓扑模型与基础台账信息；
步骤二，通过用采系统和配变监测系统对台区进行实时三相不平衡在线监测，并计算台区理论线损值，当台区三相不平衡时发出台区三相不平衡超标的预警提示；
步骤三，判断被预警提示的台区是否属于典型台区，如果是就执行步骤四，否则不进行任何操作；
步骤四，对该台区根据四级平衡调相算法获得调相方案，具体步骤为：
a、从台区各末端表箱内开始进行三相平衡优化；
b、连接表箱的支线进行三相平衡优化，再到主干线连接的各支线进行三相平衡优化，最后到台区出口侧进行三相平衡优化调整；
c、在实现整个低压台区的整体三相平衡过程中，记录需要调相的所有用户，以及调相后的最终结果，也就自动计算出了调相方案；
d、自动输出调相方案，输出的调相方案满足台区末端表箱、支线、干线、台区出口侧四级平衡；
步骤五，根据输出的调相方案自动下发工单至基层单位并进行现场调相；
步骤六，对已经完成三相平衡优化的台区进行三相不平衡、理论线损率、同期线损率指标进行监测，对治理后台区效果进行评估，并根据调相方案，相应修改台区模型。
2.根据权利要求1所述的基于“四级平衡”调相算法的三相不平衡在线监测方法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤为：
2.1、通过用采系统和配变监测系统实时获取台区的三相电压、电流；
2.2、采用电压、电流前推回代的全相理论计算算法，计算出台区理论线损值并保存，台区理论线损值包括台区理论线损率、导线损耗、零线损耗、零线损耗占比、三相不平衡度等。
2.3、根据评判规则判定台区是否三相不平衡；
2.4、如果台区三相不平衡就会发出台区三相不平衡超标的预警提示，如果台区三相平衡则不进行任何操作。
3.根据权利要求1所述的基于“四级平衡”调相算法的三相不平衡在线监测方法，其特征在于，所述步骤三中判断台区属于典型台区的标准如下：
a、台区高损：同期系统线损率或用采系统台区线损率大于8％，日线损率较稳定，没有忽高忽低波动较大情况。
b、三相电流差异大：用采系统中，台区出口三相监测电流持续一月不平衡且差异较大，即台区首端三相不平衡度大于15％并持续了一个月。
c、供电量较大：台区日供电量大于400kWh。
d、三相电量占比不高：三相电量占总售电量比例要小于10％。
e、采集覆盖高：台区采集覆盖100％。
4.根据权利要求1所述的基于“四级平衡”调相算法的三相不平衡在线监测方法，其特征在于，所述步骤a从台区各末端表箱内开始进行三相平衡优化的具体步骤为；
a1、末端表箱内按照接入相分成三组即A相用户组、B相用户组、C相用户组，每项用户组内的用户都按照电量从大到小排序。初始化循环次数i＝0，分别计算A相组总电量、B相组总电量和C相组总电量，总电量通过将用户组内用户电量相加获得；
a2、计算三相不平衡度，当三相不平衡度小于15％，直接执行步骤a7，否则执行步骤a3；
a3、将A相组总电量、B相组总电量和C相组总电量按照总电量大小进行排序，并将三组用户电量相加除3获得三组平均值；
a4、找到总电量最大的那一组，称为最大电量组，判断所述最大电量组内用户数量是否大于1，如果不大于1则直接执行步骤(a7)，如果大于1，则执行步骤a5；
a5、最大电量组的总电量-平均电量得出一个差值，从最大电量组的用户中找出最接近这个差值的一个用户，将所述用户从最大电量组调换到最小电量组中；
a6、计算调整后的三相不平衡度，当三相不平衡度小于15％，或者i大于100时，执行步骤a7，当总电量最大的相变成了总电量最小的相时，先将用户回退到调相之前，再执行步骤a7，当上述三个条件都不满足时，则令i＝i+1，然后返回步骤a3；
a7、判断是否所有末端表箱都三相平衡优化完成，不是则移到下一个末端表箱，并返回步骤(a1)继续执行末端表箱内三相平衡优化，是则结束末端表箱内三相平衡优化步骤。
5.根据权利要求1所述的基于“四级平衡”调相算法的三相不平衡在线监测方法，其特征在于，所述步骤b中支线、主干线、台区出口侧进行三相平衡优化的步骤相同，具体优化步骤如下：
b1、节点处至少有2个分支才能优化，因此先判断分支数量是否大于等于2，是则执行步骤b2，否则对此节点不进行任何优化和调整，直接执行步骤b7。
b2、将节点下所有用户按照接入相分成三组即节点A相组用户、节点B相组用户、节点C相组用户，分别按照电量从大到小排序，初始化循环次数i＝0，分别计算节点A相组总电量、节点B相组总电量和节点C相组总电量，总电量通过将用户组内用户电量相加获得。
b3、将节点A相组总电量、节点B相组总电量和节点C相组总电量按照总电量大小进行排序，并将三组节点用户电量相加除3获得三组节点平均值；
b4、找到节点总电量最大的那一组，称为节点最大电量组。
b5、节点最大电量组的总电量-节点平均电量得出节点差值，从节点最大电量组的用户中找出最接近这个差值的一个用户，将用户从最大电量组调换到最小电量组中；
b6、计算当前节点三相不平衡度，当三相不平衡度小于15％，或者i大于100，执行步骤b7，当节点总电量最大的相变成了节点总电量最小的相时，先将用户退到调相之前所在相，再执行步骤b7，当上述三个条件都不满足时，则令i＝i+1，然后返回步骤b3；
b7、判断这一层的所有节点是否都已完成三相平衡优化，不是则移到这一层的下一个节点，并返回步骤b1继续执行节点的三相平衡优化，是则结束此层级的三相平衡优化步骤。
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