[發(fā)明專利]一種調(diào)節(jié)三相不平衡的智能換相開關(guān)系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711491987.1
• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN108173273B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磐;丁一;陳靜;唐萍;溫彥軍;張愉;黃亮亮;凌萬水;劉暢;李潔;黃瀟瀟;王旭東
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院;國網(wǎng)天津市電力公司;國家電網(wǎng)公司;上海金智晟東電力科技有限公司
• 主分類號: H02J3/26
• 分類號: H02J3/26
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

1.一種調(diào)節(jié)三相不平衡的智能換相開關(guān)系統(tǒng)，其特征在于：包括多個主控器和多個換相開關(guān)，所述主控器安裝在每條支線出線上，每個主控器一端接入支線前端的三相線路，另一端接入支線后端的三相線路；所述換相開關(guān)安裝在用戶前端，換相開關(guān)一端接入支線三相線路，另一端接用戶；所述主控器與換相開關(guān)之間通過有線或無線的方式進行通信連接，每一條支線上的主控器和該支線下連接的所有換相開關(guān)組成一個獨立的工作系統(tǒng)；

所述主控器包括采集單元、存儲單元、通信單元和處理器單元，所述處理器單元分別與采集單元、存儲單元、通信單元相連接，所述采集單元一端接入支線前端的三相線路，另一端通過電流互感器接入支線后端的三相線路，通過電流互感器采集支線上的三相電流，并將其送入處理器單元進行處理；所述通信單元負(fù)責(zé)主控器與換相開關(guān)之間的通信以及主控器與配變終端的通信，主控器與換相開關(guān)之間通過有線或者無線的方式通信，用于接收換相開關(guān)采集的負(fù)荷電流信息以及下發(fā)換相調(diào)整命令，主控器與配變終端之間通過有線或者無線的方式通信，用于向配變終端上送三相不平衡數(shù)據(jù)及換相處理結(jié)果；

所述換相開關(guān)包括采集單元、通信單元、計算單元、保護單元、控制單元和開關(guān)單元；所述采集單元采集用戶的負(fù)荷電流信息、電壓信息、漏電流信息；所述通信單元將采集的負(fù)荷電流信息數(shù)據(jù)上送到主控器并且接收主控器下發(fā)的換相命令；所述計算單元負(fù)責(zé)計算負(fù)荷電流、電壓、漏電流是否達到預(yù)設(shè)的保護動作條件，若達到保護動作條件則啟動保護單元相應(yīng)的保護動作；所述控制單元執(zhí)行主控器的換相命令，控制開關(guān)單元進行過零點換相操作；所述保護單元配備有欠過壓保護、短路保護、過載保護、漏電保護，用于控制開關(guān)進行保護動作。

2.一種如權(quán)利要求1所述調(diào)節(jié)三相不平衡的智能換相開關(guān)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、初始化：設(shè)定三相電流不平衡度閾值UN_th和超限次數(shù)閾值N_th，設(shè)定支線三相電流采集時間間隔t₀，設(shè)定三相電流不平衡超限次數(shù)N的初始值為0；

步驟2、主控器采集支線上的三相電流，計算三相電流不平衡度：

UN_I＝max{|I_A-I_ave|,|I_B-I_ave|,|I_C-I_ave|}/I_ave

其中，UN_I表示三相電流不平衡度，I_A、I_B、I_C分別為采樣得到的A、B、C三相電流值，I_ave表示三相平均電流，其計算公式為；

I_ave＝(I_A+I_B+I_C)/3

將三相電流不平衡度UN_I與設(shè)定的三相電流不平衡度閾值UN_th進行比較，若超出閾值，則三相電流不平衡超限次數(shù)N加1并執(zhí)行步驟3，若未超出三相電流不平衡度閾值UN_th，則等待固定的時間t₀繼續(xù)執(zhí)行步驟2；

步驟3、比較三相電流不平衡超限次數(shù)N與超限次數(shù)閾值N_th的大小，若三相電流不平衡超限次數(shù)N超出超限次數(shù)閾值N_th，則執(zhí)行步驟4，若未超出，則等待固定的時間t₀執(zhí)行步驟2；

步驟4、主控器的處理單元讀取存儲單元中的所有負(fù)荷前幾天的電流數(shù)據(jù)，對前幾天的同一時間點的數(shù)據(jù)取算數(shù)平均值，作為近期該負(fù)荷的特征電流曲線；

步驟5、對所有負(fù)荷的特征電流曲線進行歸一化處理，將數(shù)據(jù)映射到[0,1]范圍內(nèi)，然后采用模糊C均值聚類方法對負(fù)荷進行分類，將所有的負(fù)荷根據(jù)其特征電流曲線的不同變化規(guī)律分為不同的類，同一類負(fù)荷代表其電流曲線變化規(guī)律相似，對每一類負(fù)荷執(zhí)行步驟6；

步驟6、在同一類負(fù)荷內(nèi)，對所有的開關(guān)狀態(tài)進行0-1編碼，開關(guān)閉合相是A相則為[1,0,0]^T，開關(guān)閉合相是B相則為[0,1,0]^T，開關(guān)閉合相是C相則為[0,0,1]^T，假設(shè)開關(guān)個數(shù)為n，則負(fù)荷開關(guān)的狀態(tài)可以表示為一個3×n的元素值為0或1的矩陣，隨機產(chǎn)生開關(guān)狀態(tài)的初始矩陣，設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為支路電流不平衡度最小而且開關(guān)動作次數(shù)最少，采用差分進化算法尋找開關(guān)的最優(yōu)狀態(tài)；

步驟7、根據(jù)計算出的最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)，將其與實際開關(guān)狀態(tài)進行比較，確定需要進行換相操作的開關(guān)，主控器通過通信將換相指令及換相相別下發(fā)給換相開關(guān)；

步驟8、需要進行換相操作的換相開關(guān)接收到主控器的換相指令，控制單元控制開關(guān)單元執(zhí)行相應(yīng)的相位切換操作；

所述步驟5中的模糊C均值聚類方法包括以下步驟：

步驟⑴、設(shè)定聚類數(shù)c，迭代閾值Δ和最大迭代次數(shù)；

步驟⑵、用0～1之間的隨機數(shù)初始化一個隸屬度矩陣U，使所有隸屬度的和為1：

式中，u_ij為隸屬度矩陣U中第i組第j個元素，n為每組元素個數(shù)；

步驟⑶、根據(jù)U計算聚類中心矩陣C，其計算方法為：

式中，c_i為聚類中心矩陣C中第i組的聚類中心，x_j為第j個樣本值；

步驟⑷、計算目標(biāo)函數(shù)J，其計算方法為：

式中，d_ij＝||c_i-x_j||為第j個數(shù)據(jù)到第i個聚類中心的歐幾里得距離；

步驟⑸、比較目標(biāo)函數(shù)的值與上一次迭代計算得到的目標(biāo)函數(shù)值，若改變量小于設(shè)定的閾值或者達到最大迭代次數(shù)，則停止迭代，輸出最后計算得到的隸屬度矩陣，轉(zhuǎn)步驟⑺，否則轉(zhuǎn)步驟⑹；

步驟⑹、計算新的隸屬度矩陣U′，其計算方法為：

式中，u′_ij為新的隸屬度矩陣U′的元素，返回步驟⑶進行新的迭代；

步驟⑺、根據(jù)得到的隸屬度矩陣，選擇最大隸屬度值作為所屬類別；

所述步驟6中的差分進化算法包括以下步驟：

步驟⑴、初始化：確定變異算子F₀、交叉算子CR和最大進化代數(shù)G_m，確定適應(yīng)度函數(shù)W；

步驟⑵、隨機產(chǎn)生初始種群X₀，進化代數(shù)G＝1；

步驟⑶、計算初始種群中每個個體的適應(yīng)度值W₀；

步驟⑷、判斷進化代數(shù)G是否達到最大進化代數(shù)G_m；若是，則進化終止，將此時的最佳個體作為解輸出；若否，繼續(xù)步驟⑸；

步驟⑸、選取三個隨機父代進行變異和交叉操作，對邊界條件進行處理，得到臨時種群X_G1；

步驟⑹、對臨時種群X_G1進行評價，計算臨時種群中的適應(yīng)度值W_G1；

步驟⑺、對臨時種群和當(dāng)代種群進行選擇操作，得到新種群X_G；

步驟⑻、進化代數(shù)G加1，轉(zhuǎn)步驟⑷。