主動(dòng)負(fù)荷參與的低壓臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)均衡方法

01低壓臺(tái)區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)的完整采集為了完整地采集低壓臺(tái)區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)，本文將低壓臺(tái)區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)分為用戶智能電表的負(fù)荷數(shù)據(jù)及配變低壓側(cè)的總表數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)采集過程優(yōu)化和缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方面進(jìn)行完整采集。1）數(shù)據(jù)采集過程優(yōu)化。電力物聯(lián)網(wǎng)高速載波技術(shù)（high-speedpowerlinecarrier，HPLC）能夠在低壓臺(tái)區(qū)內(nèi)進(jìn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取。首先使用HPLC模塊來替代窄帶載波通信模塊，并采用485接口將HPLC模塊嵌入到采集中繼器，使得采集中繼器讀取低壓臺(tái)區(qū)總表的數(shù)據(jù)。2）缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)。考慮到電表在低壓臺(tái)區(qū)內(nèi)的數(shù)量多、分布廣，雖然根據(jù)上述優(yōu)化過程采集到了相對(duì)完整的數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)傳輸干擾等問題導(dǎo)致采集的負(fù)荷數(shù)據(jù)內(nèi)存在異常數(shù)據(jù)。為了保證采集數(shù)據(jù)的完整性，本文通過回歸方程對(duì)負(fù)荷數(shù)據(jù)展開缺失值填補(bǔ)處理。在數(shù)據(jù)處理之前尋找回歸直線，獲取全部直線中存在的最小值，進(jìn)而確定回歸系數(shù)b為式中：xn、yn分別為開始與結(jié)束時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第n個(gè)數(shù)據(jù)值；分別為開始與結(jié)束時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)平均值；nmax為數(shù)據(jù)總個(gè)數(shù)。通過b確定負(fù)荷數(shù)據(jù)缺失端點(diǎn)a為通過上述步驟完成低壓臺(tái)區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)的處理，保證負(fù)荷數(shù)據(jù)采集的完整性。02主動(dòng)負(fù)荷參與三相負(fù)荷不平衡均衡控制本文建立的控制終端如圖1所示，將采集到的負(fù)荷數(shù)據(jù)作為輸入，利用A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器完成轉(zhuǎn)換和識(shí)別，并將控制終端作為主動(dòng)負(fù)荷控制裝置，控制低壓負(fù)荷的換相，最小化三相負(fù)荷不平衡度。圖1

控制終端

Fig.1

Controlterminal

2.1

構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)用ITa、ITb、ITc表示低壓線路T出口a、b、c在低壓臺(tái)區(qū)的三相電流，該低壓線路中共存在m臺(tái)自動(dòng)換相裝置，換相裝置在低壓臺(tái)區(qū)中分別連接著對(duì)應(yīng)的負(fù)荷支路，設(shè)為第i臺(tái)換相裝置在低壓臺(tái)區(qū)中連接的Mi條負(fù)荷支路對(duì)應(yīng)的電流。在換相控制過程中，采用1和0分別表示負(fù)荷支路投切到a相或其他相，用狀態(tài)參數(shù)k描述負(fù)荷支路開關(guān)的具體投切情況，即建立換相裝置連接的負(fù)荷支路的狀態(tài)參數(shù)為式中：Ia、Ib、Ic分別為換相裝置連接的負(fù)荷支路對(duì)應(yīng)的a、b、c相電流；I為支路電流矩陣；H0為初始狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)上述過程計(jì)算得到的Ia、Ib、Ic，計(jì)算獲得的負(fù)荷支路M上a、b、c相負(fù)荷電流IMa、IMb、IMc為當(dāng)IMa、IMb、IMc在低壓臺(tái)區(qū)中符合式（6）時(shí)，有式中：Ia0、Ib0、Ic0分別為a、b、c相電流的平均值；IT0為該低壓線路對(duì)應(yīng)的平均三相電流值。完成開關(guān)相序調(diào)整后，根據(jù)各負(fù)荷支路在低壓臺(tái)區(qū)中的狀態(tài)建立狀態(tài)參數(shù)矩陣H和電流參數(shù)矩陣I。設(shè)Ia、Ib、Ic表示支路完成換相后對(duì)應(yīng)的三相電流，滿足所提方法通過獲取最佳的H，在低壓臺(tái)區(qū)內(nèi)最小化線路的三相不平衡度，即ΔImax(H)=max(ΔIa,ΔIb,ΔIc)，建立目標(biāo)函數(shù)g1為針對(duì)在低壓臺(tái)區(qū)與換相裝置相連接的負(fù)荷支路，設(shè)定其開關(guān)變化因子q為根據(jù)第j個(gè)開關(guān)變化因子qj確定自動(dòng)換相裝置的開關(guān)調(diào)整次數(shù)Q(H)為式中：MT為開關(guān)變化因子總數(shù)。將Q(H)最小作為目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)g2為最終獲得主動(dòng)負(fù)荷參與的低壓臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)均衡目標(biāo)函數(shù)g為2.2

函數(shù)求解低壓臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡治理有利于提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量。本文采用鴿群算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)求解，確定最優(yōu)的負(fù)荷分配方案，從而實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷的自動(dòng)均衡控制。具體流程如下。1）初始化鴿群的速度與位置。2）將g1和g2作為算法的適應(yīng)度函數(shù)，三相電流不平衡度和換相裝置開關(guān)調(diào)整次數(shù)隨著g1和g2的減小而減小。根據(jù)適應(yīng)度值計(jì)算結(jié)果，確定鴿群算法在三相負(fù)荷不平衡均衡控制過程中的全局最優(yōu)位置。3）獲取全局最優(yōu)位滯后，進(jìn)入地磁導(dǎo)航階段，設(shè)置指南針與地圖因子R，并更新鴿子的位置和速度。4）當(dāng)鴿群算法迭代次數(shù)達(dá)到最大地磁導(dǎo)航次數(shù)時(shí)，鴿群進(jìn)入地標(biāo)導(dǎo)航階段，在該階段內(nèi)會(huì)淘汰適應(yīng)度值低的鴿子，并獲取剩余鴿群對(duì)應(yīng)的中心位置，以此得到新的地標(biāo)。5）確定是否達(dá)到最大地標(biāo)導(dǎo)航迭代次數(shù)，如果達(dá)到，則輸出三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)均衡目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，完成低壓臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)均衡控制。其中，綜合考慮問題復(fù)雜度、收斂性要求和計(jì)算資源限制等因素，本文設(shè)置最大地標(biāo)導(dǎo)航迭代次數(shù)為800次。03實(shí)驗(yàn)與分析為了驗(yàn)證主動(dòng)負(fù)荷參與的低壓臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)均衡方法的整體有效性，需要對(duì)其展開測試。本次測試所用的低壓臺(tái)區(qū)仿真系統(tǒng)如圖2所示。圖2

低壓臺(tái)區(qū)

Fig.2

Lowvoltagedistrict

各負(fù)荷支路在低壓臺(tái)區(qū)中的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。采用本文方法、文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]中方法對(duì)低壓臺(tái)區(qū)展開負(fù)荷平衡控制，對(duì)比3種方法均衡后的負(fù)荷不平衡度，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，采用本文方法展開均衡控制后，低壓臺(tái)區(qū)的三相負(fù)荷不平衡度明顯降低。相比之下，文獻(xiàn)[3-4]方法控制后的不均衡度在個(gè)別采樣點(diǎn)仍然較高，負(fù)荷均衡效果差。綜上所述，本文方法在目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化算法的選擇上具有更好的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的負(fù)荷均衡效果和控制性能。表1

負(fù)荷支路數(shù)據(jù)Table1

Dataofloadbranch圖3圖3

不均衡度

Fig.3

Thedegreeofimbalance三相不平衡會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備效率下降，甚至損害電網(wǎng)穩(wěn)定性。以頻率偏差為指標(biāo)，驗(yàn)證本文方法的控制效果，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，頻率偏差有所下降，且本文方法頻率偏差控制后的頻率相對(duì)平穩(wěn)。由此驗(yàn)證了本文方法具有較好的低壓臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)均衡效果。圖4

所提方法頻率偏差控制效果

Fig.4

Thefrequencydeviationcontroleffectoftheproposedmethod開展電壓穩(wěn)定性測試，測試結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，在電壓穩(wěn)定性測試時(shí)，所提方法控制后的電壓值與實(shí)際電壓輸出結(jié)果相接近，另外2種方法測試出的電壓均與實(shí)際結(jié)果之間存在較大差距。由此證明了本文方法具有較好的控制效果，控制低壓臺(tái)區(qū)輸出相對(duì)穩(wěn)定的電壓。圖5

不同方法的電壓穩(wěn)定性測試結(jié)果

Fig.5

Resultsofvoltagestabilitytestsusingdifferentmethods

04結(jié)語針對(duì)目前低