CN112152237B - 基于多dfacts设备协调控制的台区电能质量治理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法和系统，当电流三相不平衡率大于治理启动定值，且母线三相电压均不低于电压治理定值，执行以电流三相不平衡率为控制目标的三相不平衡调控策略；当电流三相不平衡率不大于治理启动定值，但存在某相电压低于电压治理定值时，执行以电压为控制目标电压调控策略；当电流三相不平衡率大于治理启动定值，且存在某相电压U低于电压治理定值时，执行综合协调控制策略。本发明对电流三相不平衡率、电压质量和功率因数进行实时调控，解决了多DFACTS设备相互独立、调控速度慢、调控效果差的问题。

Description

基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化领域，特别涉及一种基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法。

背景技术

低压配电台区中，随着越来越多的用户感性无功设备接入，导致了配电网中无功电流增大，母线电压跌落，电能损失增加。电压暂降或下跌不仅使得居民用户体验感降低，严重的还会导致制造设备停机或烧毁，给工业制造带来极大的损失。

低压配电台区具有电力用户数量多，分布不均匀，用电时刻不统一，用电设备种类多且多数为单相用电等特点，导致配电台区的三相负荷分配不均衡，而三相负荷不平衡会导致中性线上的零序电流增大，可能造成接地保护误动、严重的甚至会烧毁中性线，影响人生安全，破坏了电网的安全稳定运行。

因此，针对低压配电台区中电压质量差、功率因数低、电流三相不平衡严重等电能质量问题，需要通过开展低压配电台区多DFACTS设备协调控制方法的研究，寻找综合治理电能质量问题的有效方法。

目前对于低压配电台区电能质量治理方法主要有以下几种：(1)采用并联电容器进行无功功率补偿，通过投切多组电容器实现阶梯式注入无功，达到无功补偿的目。(2)安装无功补偿装置，如SVG、DSTATCOM等，此类设备能够精确的以电压或功率因数为控制目标，实现精准调控(3)针对电流三相不平衡问题，目前多采用智能换相终端与智能换相开关相结合的方式，通过负荷换相切换达到治理电流三相不平衡的效果。

现有技术虽一定程度上起到了提高电能质量的目的，但也存在不可忽视的缺点：(1)通过并联电容器的投切，虽能够实现无功补偿，达到支撑母线电压的目的，但阶梯性的无功补偿难以保证精度；(2)安装无功补偿设备的方式可以精准补偿母线电压，但容量有限，只配置无功补偿设备时投入成本高，经济效益差，同时多台补偿设备之间相互独立，补偿时易产生负交互影响，补偿效率低；(3)换相终端控制换相开关进行相限切换的方法，在一定程度上起到了治理电流三相不平衡的目的，但负荷切换会影响电压，可能造成电压跌落或瞬变。

可见传统的电能质量治理策略未对电压质量、功率因数和电流三相不平衡进行统筹考虑，控制目标单一，忽略了三者之间的相互影响，治理效率低。

发明内容

本发明旨在解决低压配电台区中，电能质量治理目标单一、效果差、多种DFACTS设备相互独立等问题，研究一种基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一方面，本发明提供基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法，包括以下步骤：采集变压器低压侧包括母线三相电压、三相电流等测量数据，基于采集到的三相电流数据计算电流三相不平衡率，将电流三相不平衡率与预先设定的治理启动定值相比较，并且分别将母线三相电压与电压治理定值比较，根据比较结果执行以下治理方法：

若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且母线三相电压均不低于电压治理定值，则执行以电流三相不平衡率为控制目标的三相不平衡调控策略；若电流三相不平衡率大不于治理启动定值，但存在某相电压低于电压治理定值时，执行以电压为控制目标电压调控策略；若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且存在某相电压低于电压治理定值时，则采用结合三相不平衡调控策略和电压调控策略的综合协调控制策略。

进一步地，采集到的测量数据还包括三相电流，基于采集到的测量数据采用以下公式计算电流三相不平衡率：

I_max＝max(x,y,z)，

I_min＝min(x,y,z)，

P_un＝(I_max-I_min)/I_max，

其中max(x,y,z)表示三相电流x、y和z中的最大值，min(x,y,z)表示三相电流x、y和z中的最小值，P_un为电流三相不平衡率。

进一步地，计算最近特定时间段内的电流三相不平衡率的平均值作为最终确定的电流三相不平衡率。

进一步地，所述三相不平衡调控策略包括以下步骤：

实时采集台区变压器低压侧的三相电流，按由大到小进行排序x、y、z，算出三相电流的平均值k，并求解出上偏差值Δx＝x-k，下偏差值：Δz＝z-k；

根据最大电流x所处相位，找出台区中所有同相位的开关，将具备换相条件的开关的编号及其对应的负荷电流存入数组中；

将数组中的负荷值按从大到小进行排序i₁、i₂.......i_n，并计算待切换负荷I_k＝i₁+i₂+...i_k；

根据同时满足((Δx-I_k)>0)&&((Δx-I_k+1)<0)，Min(|Δx-I_k|，|Δx-I_k+1|)，确定出最少需投入的换相开关数m；

按照(x-I_k，y，z+I_k)更新三相电流，采用以下公式对换相后的电流三相不平衡率P’_un进行预计算，

P’_un＝(I’_max–I’_min)/I’_max,

其中I’_max为更新三相电流后三相电流的最大值，I’_min为更新三相电流后三相电流的最小值；当满足P’_un<P_set时，允许执行换相操作，其中P_set为预先设定的治理启动定值；

查询出负荷电流i₁、i₂...i_k对应的换相开关编号，并远程通信控制换相开关将负荷切至电流z所在相位；

更新电流数据，重新计算电流三相不平衡率，等待下次调控。

进一步地，所述电压调控策略具体包括以下步骤：

计算待调控相限的电压降ΔV，表达式为ΔV＝V_n-V_cur，其中V_n为待调控相限的电压额定值，V_cur为待调控相限的电压当前值；

并根据该相当前无功-电压比例因子F，计算出该相需要补偿的无功缺额ΔQ，计算公式为：ΔQ＝ΔV*F；

求解以下函数得到n，n为预计需要投入的电容器组数，

n*Q_tsc<ΔQ<(n+1)*Q_tsc，

其中Q_tsc为单台TSC的容量；确定实际需要投入n+1组电容器，待n+1组电容器投入完成后，SVG退出满功率补偿状态，转入自动补偿模式进行精调；

当实际需要投入的电容器组数n+1大于当前最大可投入电容器数时，遥控所有可投TSC(Thyristor Swiched capacitor,多组晶闸管投切电容器)投入补偿，同时SVG也工作在满功率补偿模式。

再进一步的，对无功-电压比例因子F实时更新，具体更新方法为：智能配变终端实时采集母线三相电压U和无功Q，当某相电压变化ΔU大于学习启动阈值U^*时，更新无功-电压比例因子F＝dQ/dU。进一步地，所述综合协调控制策略包括：优先执行三相不平衡调控策略，在调节完成后，如果仍存在某相电压低于电压治理定值时，则继续执行电压调控策略。

第二方面，本发明提供基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理系统，包括电容器组TSC、低压静止无功发生器SVG以及智能换相开关，还包括：台区智能配变终端，所述台区智能配变终端用于：采集变压器低压侧包括母线三相电压、三相电流等测量数据；基于采集到的测量数据计算电流三相不平衡率，将电流三相不平衡率与预先设定的治理启动定值相比较，并且分别将母线三相电压与电压治理定值比较，台区智能配变终端根据比较结果执行以下治理方法：若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且母线三相电压U均不低于电压治理定值，则执行以电流三相不平衡率为控制目标的三相不平衡调控策略；若电流三相不平衡率不大于治理启动定值，但存在某相电压低于电压治理定值时，执行以电压为控制目标电压调控策略；若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且存在某相电压U低于电压治理定值时，则采用结合三相不平衡调控策略和电压调控策略的综合协调控制策略。

进一步地，所述台区智能配变终端基于采集到的测量数据计算电流三相不平衡率的方法如下：智能配变终端实时采集台区变压器低压侧的三相电流x、y、z，I_max＝max(x,y,z)，I_min＝min(x,y,z)，根据P_un＝(I_max-I_min)/I_max，求解电流三相不平衡率。

进一步地，所述台区智能配变终端执行三相不平衡调控策略包括以下步骤具体包括以下步骤：

智能配变终端实时采集台区变压器低压侧的三相电流，按由大到小进行排序x、y、z，算出三相电流的平均值k，并求解出上偏差值Δx＝x-k，下偏差值：Δz＝z-k；

根据最大电流x所处相位，找出台区中所有同相位的开关，将具备换相条件的开关的编号及其对应的负荷电流存入数组中；

将数组中的负荷值按从大到小进行排序i₁、i₂.......i_n，并计算待切换负荷I_k＝i₁+i₂+...i_k；

根据((Δx-I_k)>0)&&((Δx-I_k+1)<0)，Min(|Δx-I_k|，|Δx-I_k+1|)，确定出最少需投入的换相开关数k；

其中i_k为数组中第k个开关对应的负荷电流；i_k+1为数组中第k+1个开关对应的负荷电流；

按照(x-I_k，y，z+I_k)更新三相电流，采用以下公式对换相后的电流三相不平衡率P’_un进行预计算，

P’_un＝(I’_max–I’_min)/I’_max，

其中I’_max为更新三相电流后三相电流的最大值，I’_min为更新三相电流后三相电流的最小值；当P’_un<P_set时，允许执行换相操作，其中P_set为预先设定的治理启动定值；

智能配变终端查询出负荷电流i₁、i₂...i_k对应的换相开关编号，并远程通信控制换相开关将负荷切至电流z所在相位；

更新电流数据，重新计算电流三相不平衡率，等待下次调控。

进一步地，所述台区智能配变终端执行电压调控策略，具体步骤为：

计算待调控相限的电压降ΔV＝V_n-V_cur，并根据该相当前的无功-电压比例因子F，计算出该相需要补偿的无功缺额ΔQ＝ΔV*F；其中V_n为待调控相限的电压值，V_cur为待调控相限的电压当前值，

智能配变终端求解以下函数得到n，n为预计需要投入的电容器组数，

n*Q_tsc<ΔQ<(n+1)*Q_tsc，

其中Q_tsc为单台TSC的容量；

确定实际需要投入n+1组电容器，待n+1组电容器投入完成后，SVG退出满功率补偿状态，转入自动补偿模式进行精调；

当实际需要投入的电容器组数n+1大于当前最大可投入电容器数N_tsc时，智能配变终端遥控所有可投TSC投入补偿，同时SVG也工作在满功率补偿模式。

再进一步地，实时对无功-电压比例因子F进行更新，具体更新方法为：智能配变终端实时采集母线三相电压U和无功Q，当某相电压变化ΔU大于学习启动阈值U^*时，更新无功-电压比例因子F，表达式为F＝dQ/dU。

本发明所取得的有益技术效果：

本发明提供一种基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法和系统，通过实时采集台区中多DFACTS设备的工作状态，变压器低压侧电压、电流、无功等数据，对电流三相不平衡率、电压质量和功率因数进行实时调控，解决了多DFACTS设备相互独立、调控速度慢、调控效果差的问题；基于电压、无功数据的无功-电压影响因子F的更新方法(自学习算法)能够实时精确的计算出无功-电压影响因子，解决了台区运行方式变化、电网阻抗变化等带来的不可控影响，使得无功补偿更精确化；基于多组TSC投切的阶梯性粗调法与SVG自动跟踪补偿的精调法相结合，不仅能快速有效的补偿电网电压，也大大降低了设备成本，经济性更好；基于三相不平衡调控与电压质量调控相结合的台区电能质量治理方法，充分考虑了调控时电压质量、功率因数和电流三相不平衡率之间的相互配合，避免了联合调控时的负交互影响，有效提高了台区电能质量。

附图说明

图1为本发明具体实施例台区电能质量治理方法流程图；

图2为本发明具体实施例电流三相不平衡率调控策略流程图；

图3为本发明具体实施例中电压调控策略流程图；

图4为本发明具体实施例中某低压配电台区结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图并结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

柔性配电技术是柔性交流输电(Flexible ACT ransmission System,FACTS)技术在配电网的延伸,简称为DFACTS(Distribution FACTS)。

实施例一、基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法，如图1所示，包括以下步骤：采集变压器低压侧包括母线三相电压的测量数据，基于采集到的测量数据计算电流三相不平衡率，将电流三相不平衡率与预先设定的治理启动定值相比较，并且分别将母线三相电压与电压治理定值比较，根据比较结果执行以下治理方法：

若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且母线三相电压U均不低于电压治理定值，则执行以电流三相不平衡率为控制目标的三相不平衡调控策略；若电流三相不平衡率不大于治理启动定值，但存在某相电压低于电压治理定值时，执行以电压为控制目标电压调控策略；若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且存在某相电压U低于电压治理定值时，则采用结合三相不平衡调控策略和电压调控策略的综合协调控制策略。

如图1所示，实施例一具体包括以下步骤：

采集的测量数据包括：变压器低压侧的三相电压、三相电流、三相无功和功率因数等。

电网正常运行时，电流三相不平衡率P_avg未达到治理启动定值P_set，且电压波动较小，此时以SVG为主调控设备，以母线电压或功率因数为控制目标，由SVG自行跟踪调节。

当电流三相不平衡率P_avg大于治理启动定值P_set，且母线三相电压U均不低于电压治理定值U_set时，以电流三相不平衡率为控制目标，智能配变终端根据三相不平衡调控策略，计算出需要换相的负荷，并对切换后的电流三相不平衡率P_cur进行预计算，当P_cur<P_set时，智能换相开关执行换相操作。在换相操作时，还需综合考虑换相开关的日操作次数和总操作次数，避免频繁操作导致开关损坏。负荷换相切换时会对母线电压产生影响，因此SVG在整个换相过程中始终处于电压自动调节状态，换相后，当某相电压低于电压治理定值U_set时，则启动电压治理策略。

当三相不平衡率P_avg未达到治理定值P_set，但存在某相电压U低于电压治理定值U_set时，以电压为治理目标，智能配变终端根据电压调控策略，对SVG、TSC等多DFACTS设备协调控制，进行无功补偿。由于SVG始终处于电压自动调节状态，因此当某相电压U<U_set时，一定是SVG处于满功率补偿状态，此时需要通过投入TSC进行无功补偿，经过TSC粗调后再由SVG进行精调，为避免调节死区，SVG的无功补偿容量应大于单台TSC(动态无功补偿装置)的无功容量。

当电流三相不平衡率P_avg大于治理定值P_set，且存在某相电压U低于电压治理定值U_set时，智能配变终端进行综合协调控制。由于换相操作会对母线电压参数影响，而电压补偿不会对电流三相不平衡率产生影响，因此优先以电流三相不平衡率为控制目标进行调节，在调节完成后，如果U<U_set，则继续以电压为控制目标进行调节。

在具体实施例中，计算电流三相不平衡的具体步骤如下：

智能配变终端实时采集台区变压器低压侧的三相电流x、y、z，I_max＝max(x,y,z)，I_min＝min(x,y,z)，根据P_un＝(I_max-I_min)/I_max，求解电流三相不平衡率。

在具体实施例中，由于低压配电台区中单相用电设备较多且用电时段不确定，导致电流三相不平衡波动较大，因此，单纯以电流三相不平衡率的瞬时值作为调控启动判据不合理。可选地，本实施例中以工频周期20ms为最小计量单位，实时计算出最新t时间内电流三相不平衡率的平均值P_avg，作为电流三相不平衡治理启动判据。

本实施例中三相不平衡调控策略，具体步骤如下：

智能配变终端实时采集台区变压器低压侧的三相电流，按由大到小进行排序x、y、z，算出三相电流的平均值k，并求解出上偏差值Δx＝x-k，下偏差值：Δz＝z-k；

根据最大电流x所处相位，找出台区中所有同相位的开关，将具备换相条件的开关的编号及其对应的负荷电流存入数组中；

将数组中的负荷值按从大到小进行排序i₁、i₂.......i_n，并计算待切换负荷I_k＝i₁+i₂+...i_k；

根据((Δx-I_k)>0)&&((Δx-I_k+1)<0)，Min(|Δx-I_k|，|Δx-I_k+1|)，确定出最少需投入的换相开关数k；

对换相后的电流三相不平衡率P_cur进行预计算，按照(x-I_k，y，z+I_k)更新三相电流，算出I_max、I_min，进而解出P_cur，当P_cur<P_set时，允许执行换相操作；

智能配变终端查询出负荷电流i₁、i₂...i_k对应的换相开关编号，并远程通信控制换相开关将负荷切至电流z所在相位；

更新电流数据，重新计算电流三相不平衡率，等待下次调控。

计算无功-电压影响因子F时，由于低压配电网中电压波动频繁，为提高影响因子精度，可设定电压波动基准值V_set，当电压波动值大于V_set时，更新F。

本实施例中电压调控策略(如图3所示)，具体步骤为：

智能配变终端实时采集母线三相电压U和无功Q，当某相电压变化ΔU大于学习启动阈值U^*(就是电压波动基准值V_set)时，更新无功-电压比例因子F，F＝dQ/dU；

计算待调控相限的电压降ΔV＝V_n-V_cur，并根据该相的无功-电压比例因子F，计算出该相需要补偿的无功缺额ΔQ，ΔQ＝ΔV*F，其中V_n为待调控相限的电压额定值，V_cur为待调控相限的电压当前值；

智能配变终端根据n*Q_tsc<ΔQ<(n+1)*Q_tsc，求解出需要投入的电容器组数n，由于启动电压调控策略时，SVG一定处于满功率补偿状态，因此为将SVG从满功率补偿状态下释放出来，预计需要投入n+1组电容器，待电容器投入完成后，SVG退出满功率补偿状态，转入自动补偿模式进行精调(SVG采用现有技术进行自动补偿模式实现精调)；

当实际需要投入的电容器组数n+1大于当前最大可投入电容器数N_tsc时，智能配变终端遥控所有可投TSC投入补偿，同时SVG也工作在满功率补偿模式，尽可能支撑母线电压。

实施例二、与实施例一相对应的，本实施例提供一种基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理系统，包括电容器组TSC、低压静止无功发生器SVG以及智能换相开关，还包括：台区智能配变终端，所述台区智能配变终端用于：采集变压器低压侧包括母线三相电压的测量数据；基于采集到的测量数据计算电流三相不平衡率，将电流三相不平衡率与预先设定的治理启动定值相比较，并且分别将母线三相电压与电压治理定值比较，台区智能配变终端根据比较结果执行以下治理方法：若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且母线三相电压U均不低于电压治理定值，则执行以电流三相不平衡率为控制目标的三相不平衡调控策略；若电流三相不平衡率不大于治理启动定值，但存在某相电压低于电压治理定值时，执行以电压为控制目标电压调控策略；若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且存在某相电压U低于电压治理定值时，则采用结合三相不平衡调控策略和电压调控策略的综合协调控制策略。

本实施例中所述台区智能配变终端基于采集到的测量数据计算电流三相不平衡率的方法如下：智能配变终端实时采集台区变压器低压侧的三相电流x、y、z，I_max＝max(x,y,z)，I_min＝min(x,y,z)，根据P_un＝(I_max-I_min)/I_max，求解电流三相不平衡率。

所述台区智能配变终端执行三相不平衡调控策略包括以下步骤具体包括以下步骤：

智能配变终端实时采集台区变压器低压侧的三相电流，按由大到小进行排序x、y、z，算出三相电流的平均值k，并求解出上偏差值Δx＝x-k，下偏差值：Δz＝z-k；

根据最大电流x所处相位，找出台区中所有同相位的开关，将具备换相条件的开关的编号及其对应的负荷电流存入数组中；

将数组中的负荷值按从大到小进行排序i₁、i₂.......i_n，并计算待切换负荷I_k＝i₁+i₂+...i_k；

根据((Δx-I_k)>0)&&((Δx-I_k+1)<0)，Min(|Δx-I_k|，|Δx-I_k+1|)，确定出最少需投入的换相开关数k；

按照(x-I_k，y，z+I_k)更新三相电流，采用以下公式对换相后的电流三相不平衡率P’_un进行预计算，

P’_un＝(I’_max–I’_min)/I’_max (3)，

其中I’_max为更新三相电流后三相电流的最大值，I’_min为更新三相电流后三相电流的最小值；

当P’_un<P_set时，允许执行换相操作，其中P_set为预先设定的治理启动定值；

智能配变终端查询出负荷电流i₁、i₂...i_k对应的换相开关编号，并远程通信控制换相开关将负荷切至电流z所在相位；

更新电流数据，重新计算电流三相不平衡率，等待下次调控。

所述台区智能配变终端执行电压调控策略，具体步骤为：

智能配变终端实时采集母线三相电压U和无功Q，当某相电压变化ΔU大于学习启动阈值U^*(就是电压波动基准值V_set)时，更新无功-电压比例因子F，F＝dQ/dU；

计算待调控相限的电压降ΔV＝V_n-V_cur，并根据该相的无功-电压比例因子F，计算出该相需要补偿的无功缺额ΔQ＝ΔV*F；其中V_n为待调控相限的电压值，V_cur为待调控相限的电压当前值，

智能配变终端求解以下函数得到n，n为预计需要投入的电容器组数，

n*Q_tsc<ΔQ<(n+1)*Q_tsc，

其中Q_tsc为单台TSC的容量；

确定实际需要投入n+1组电容器，待n+1组电容器投入完成后，SVG退出满功率补偿状态，转入自动补偿模式进行精调；

当实际需要投入的电容器组数n+1大于当前最大可投入电容器数N_tsc时，智能配变终端遥控所有可投TSC投入补偿，同时SVG也工作在满功率补偿模式。

以图4所示的某低压配电台区为例，对本发明方法进行说明。智能配变终端实时采集台区内SVG、TSC、换相开关、变压器低压侧电压、电流、无功、功率因数等信息，基于这些信息实时计算出电流电流三相不平衡率P_avg和无功-电压影响因子F。计算电流三相不平率时，以工频周期20ms为最小计量单位，计算最近20分钟内的电流三相不平衡率P_avg；本发明中计算无功-电压影响因子F时，由于低压配电网中电压波动频繁，为提高影响因子精度，可设定电压波动基准值V_set，当某相电压波动值大于V_set时，更新F，V_set的值可根据现场台区内的电压波动幅度和频率来确定，一般可设为2％Un；根据SD292-1988《架空配电线路及设备运行规程》中规定三相负荷不平衡度应不大于15％的要求，可将P_set设置为10％。U_set根据工程现场进行设置，可设置为90％Un；

配电网运行某时刻，智能配变终端采集到变压器低压侧20分钟内的电流平均值分别为IA＝300A、IB＝350A、IC＝400A，瞬时电压为UA＝370V、UB＝375V、UC＝380V，计算出P_avg＝25％，大于电流三相不平衡治理启动定值P_set，最低电压U＝370V，大于电压启动定值U_set，根据协调策略，执行三相不平衡调控策略，如图2所示；

假设当前三相电流分别为I_a＝300A、I_b＝350A、I_c＝400A，三相电流平均值k＝350A，电流最大上偏差值Δx＝50A，Δx即为待换相负荷。

智能换相开关K₁、K₂...K_n安装在用户进线端，采集用户负荷I₁、I₂...I_n，假设此时处于C相的用户负荷分别为I₁＝20A、I₃＝17A、I₅＝11A、I₇＝5A，对应的换相开关为K₁、K₃、K₅、K₇，根据((Δx-I_k)>0)&&((Δx-I_k+1)<0)，Min(|Δx-I_k|，|Δx-I_k+1|)的原则，计算出待转负荷I_k＝48A，待换相开关为K₁、K₃、K₅，预计算换相后电流三相不平衡率P_cur＝1.1％，小于P_set，换相条件成立，智能配变终端控制K₁、K₃、K₅进行换相操作，将负荷切换至A相。

实施例四、在实施例三的基础上，本实施例中配电网运行某时刻，智能配变终端采集到变压器低压侧20分钟内的三相电流平均值分别为IA＝340A、IB＝350A、IC＝360A，瞬时电压为UA＝300V、UB＝375V、UC＝380V，计算出P_avg＝5.5％，低于电流三相不平衡治理启动定值P_set，最低电压U＝300V，低于电压启动定值U_set，根据协调策略，执行电压调控策略(如图3)所示；

计算电压降ΔV＝V_n-UA＝80V，假设此时无功-电压比例因子F＝3000Var/V，计算出当前A相需要补偿的无功缺额ΔQ＝ΔV*F＝240kVar；假设单台TSC的容量Q_tsc＝35kVar，SVG的容量为[-50kVar，+50kVar]。根据n*Q_tsc<ΔQ<(n+1)*Q_tsc的原则，求解出n＝7。为将SVG从满功率补偿状态释放出，需投入n+1组电容器。

若可投入电容器组N_tsc≧8，则智能配变终端遥控8组电容器投入A相进行电压粗调，再控制SVG以电压为控制目标进行精调；若可投入电容器组N_tsc<8，则智能配变终端将N_tsc组电容器全部投入，同时SVG以满功率补偿状态运行，尽可能支撑A相电压。

本发明将电压、功率因数、电流三相不平衡度等治理目标进行统筹控制，减少电能质量治理设备的投资，有效提高了台区电能质量，保证电网稳定运行，提高了用户体验感。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法，其特征在于，包括以下步骤：采集变压器低压侧的测量数据，基于测量数据中的三相电流计算电流三相不平衡率，将电流三相不平衡率与预先设定的治理启动定值相比较，并且分别将测量数据中的母线三相电压与电压治理定值比较，根据比较结果执行以下治理方法：

若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且母线三相电压均不低于电压治理定值，则执行以电流三相不平衡率为控制目标的三相不平衡调控策略；若电流三相不平衡率大不于治理启动定值，但存在某相电压低于电压治理定值时，执行以电压为控制目标的电压调控策略；若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且存在某相电压低于电压治理定值时，则采用结合三相不平衡调控策略和电压调控策略的综合协调控制策略；

所述三相不平衡调控策略包括以下步骤：

实时采集台区变压器低压侧的母线三相电流，按由大到小进行排序x、y、z，算出三相电流的平均值k，并求解出上偏差值Δx＝x-k，下偏差值：Δz＝z-k；

根据最大电流x所处相位，找出台区中所有同相位的开关，将具备换相条件的开关的编号及其对应的负荷电流存入数组中；

将数组中的负荷值按从大到小进行排序i₁、i₂.......i_n，并计算待切换负荷I_k，I_k＝i₁+i₂+...i_k；根据同时满足下式(2-1)以及式(2-2)确定出最少需投入的换相开关数k；

((Δx-I_k)>0)&&((Δx-I_k+1)<0)(2-1)，Min(|Δx-I_k|，|Δx-I_k+1|) (2-2)，

i_k为数组中第k个开关对应的负荷电流；i_k+1为数组中第k+1个开关对应的负荷电流；

按照(x-I_k，y，z+I_k)更新三相电流，采用以下公式(3)对换相后的电流三相不平衡率P’_un进行预计算，

P’_un＝(I’_max–I’_min)/I’_max(3)，

其中I’_max为更新三相电流后三相电流的最大值，I’_min为更新三相电流后三相电流的最小值；

当满足P’_un<P_set时，允许执行换相操作，其中P_set为预先设定的治理启动定值；

查询出负荷电流i₁、i₂...i_k对应的换相开关编号，并远程通信控制换相开关将负荷切至电流z所在相位；

更新电流数据，重新计算电流三相不平衡率，等待下次调控。

2.根据权利要求1所述的基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法，其特征在于，采集到的测量数据还包括三相电流，基于采集到的三相电流数据采用以下公式(1)计算电流三相不平衡率：

P_un＝(I_max-I_min)/I_max (1)，

其中max(x,y,z)表示三相电流x、y和z中的最大值，表示为I_max＝max(x,y,z)；min(x,y,z)表示三相电流x、y和z中的最小值，表示为：I_min＝min(x,y,z)；P_un为电流三相不平衡率。

3.根据权利要求1所述的基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法，其特征在于，计算最近特定时间段内的电流三相不平衡率的平均值作为最终确定的电流三相不平衡率。

4.根据权利要求1所述的基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法，其特征在于，所述电压调控策略具体包括以下步骤：

计算待调控相限的电压降ΔV，表达式为ΔV＝V_n-V_cur，其中V_n为待调控相限的电压额定值，V_cur为待调控相限的电压当前值；

根据该相当前的无功-电压比例因子F，计算出该相需要补偿的无功缺额ΔQ，表达式为ΔQ＝ΔV*F；

求解以下函数公式(4)得到n，n为预计需要投入的电容器组数，

n*Q_tsc<ΔQ<(n+1)*Q_tsc(4)，

其中Q_tsc为单台TSC的容量；确定实际需要投入n+1组电容器，待n+1组电容器投入完成后，SVG退出满功率补偿状态，转入自动补偿模式进行精调；

当实际需要投入的电容器组数n+1大于当前最大可投入电容器数时，遥控所有可投TSC投入补偿，同时SVG也工作在满功率补偿模式。

5.根据权利要求4所述的基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法，其特征在于，对无功-电压比例因子F进行更新，具体方法为：设定电压波动基准值，根据实时采集获得的母线三相电压U和无功Q，当某相电压变化大于电压波动基准值，就更新该相的无功-电压比例因子，表达式为F＝dQ/dU。

6.根据权利要求1所述的基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理方法，其特征在于，所述综合协调控制策略包括：优先执行三相不平衡调控策略，在调节完成后，如果仍存在某相电压低于电压治理定值时，则继续执行电压调控策略。

7.基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理系统，包括电容器组TSC、低压静止无功发生器SVG以及智能换相开关，其特征在于，还包括：台区智能配变终端，所述台区智能配变终端用于：采集变压器低压侧包括母线三相电压和三相电流的测量数据；基于采集到的三相电流数据计算电流三相不平衡率，将电流三相不平衡率与预先设定的治理启动定值相比较，并且分别将母线三相电压与电压治理定值比较，台区智能配变终端根据比较结果执行以下治理方法：若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且母线三相电压均不低于电压治理定值，则执行以电流三相不平衡率为控制目标的三相不平衡调控策略；若电流三相不平衡率不大于治理启动定值，但存在某相电压低于电压治理定值时，执行以电压为控制目标电压调控策略；若电流三相不平衡率大于治理启动定值，且存在某相电压U低于电压治理定值时，则采用结合三相不平衡调控策略和电压调控策略的综合协调控制策略；

所述台区智能配变终端执行三相不平衡调控策略包括以下步骤具体包括以下步骤：

智能配变终端实时采集台区变压器低压侧的三相电流，按由大到小进行排序x、y、z，算出三相电流的平均值k，并求解出上偏差值Δx＝x-k，下偏差值：Δz＝z-k；

根据最大电流x所处相位，找出台区中所有同相位的开关，将具备换相条件的开关的编号及其对应的负荷电流存入数组中；

将数组中的负荷值按从大到小进行排序i₁、i₂.......i_n，并计算待切换负荷I_k，I_k＝i₁+i₂+...i_k；

根据同时满足下公式(2-1)和公式(2-2)确定出最少需投入的换相开关数k；

((Δx-I_k)>0)&&((Δx-I_k+1)<0)(2-1)，

Min(|Δx-I_k|，|Δx-I_k+1|) (2-2)，

i_k为数组中第k个开关对应的负荷电流；i_k+1为数组中第k+1个开关对应的负荷电流；

按照(x-I_k，y，z+I_k)更新三相电流，采用以下公式(3)对换相后的电流三相不平衡率P’_un进行预计算，

P’_un＝(I’_max–I’_min)/I’_max(3)，

其中I’_max为更新三相电流后三相电流的最大值，I’_min为更新三相电流后三相电流的最小值；

当P’_un<P_set时，允许执行换相操作，其中P_set为预先设定的治理启动定值；

智能配变终端查询出负荷电流i₁、i₂...i_k对应的换相开关编号，并远程通信控制换相开关将负荷切至电流z所在相位；

更新电流数据，重新计算电流三相不平衡率，等待下次调控。

8.根据权利要求7所述的基于多DFACTS设备协调控制的台区电能质量治理系统，其特征在于，所述台区智能配变终端执行电压调控策略，具体步骤为：

计算待调控相限的电压降ΔV＝V_n-V_cur，并根据该相当前无功-电压比例因子F，计算出该相需要补偿的无功缺额ΔQ，表达式为：ΔQ＝ΔV*F；其中V_n为待调控相限的电压额定值，V_cur为待调控相限的电压当前值，

智能配变终端求解以下函数公式(4)得到n，n为预计需要投入的电容器组数，

n*Q_tsc<ΔQ<(n+1)*Q_tsc(4)，

其中Q_tsc为单台TSC的容量；

确定实际需要投入n+1组电容器，待n+1组电容器投入完成后，SVG退出满功率补偿状态，转入自动补偿模式进行精调；

当实际需要投入的电容器组数n+1大于当前最大可投入电容器数N_tsc时，智能配变终端遥控所有可投TSC投入补偿，同时SVG也工作在满功率补偿模式。

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