[發明專利]基于單相用戶功率特性的低壓配電網三相平衡方法

有效

• 申請號: 202010062092.1
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111244978B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 范荻;王豐;鄧春;謝歡;汪鴻;皇甫成;陳建華;李博彤;秦亮;劉開培;羅婧;徐潔;王晶
• 申請（專利權）人: 國網冀北電力有限公司電力科學研究院;國網冀北電力有限公司;武漢大學;國家電網有限公司
• 主分類號: H02J3/26
• 分類號: H02J3/26;H02J3/48
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 韓燕

本發明提供一種基于單相用戶功率特性的低壓配電網三相平衡方法，其包括：步驟一獲得低壓配電網n個用戶的總日負荷矩陣P，對總日負荷矩陣P進行歸一化處理，獲得標準化總用戶日負荷矩陣D；步驟二根據標準化總用戶日負荷矩陣D，應用模糊分類方法對用戶進行分類；步驟三使用用戶負荷功率為指標計算三相不平衡度；步驟四基于用戶分類對三相不平衡度進行非線性整數優化治理。本發明適用于降低單相用戶較多的場合，利用用戶分類給出了用戶的改接線方案，無需增加功率補償裝置及換相開關，因此本方法的經濟性好，且易于實現，具有較高的性價比。

技術領域

本發明屬于電力電網技術領域，特別涉及一種基于單相用戶功率特性的低壓配電網三相平衡方法。

背景技術

由于電力系統配電網用戶側多采用的接線方式是三相四線制，且存在大量時空分布不均的單相負載，并且由于配電網中電力消耗增長不可控性、用戶用電的隨機性和不同時性，導致三相不平衡問題突出，對配電網絡造成了很大的線路損耗和峰谷差，三相不平衡是配電網中長期存在的嚴重問題。

在電力系統中，低壓配電網中三相不平衡過大將使電力系統有如下缺點：(1)將導致電力系統中電能質量下降，電路中重載相一側的相電壓大幅降低，輕載相一側電壓大幅上升，過電壓損壞用戶設備，嚴重影響用戶電器設備性能和用戶的正常用電；(2)線損的急劇增加，線損的急劇增加，中低壓配電網線損主要是由于三相負荷不平衡造成的，根本是相之間的電流不平衡，與三相平衡狀態相比，損耗高達6倍(架空線)或9倍(電纜線)，占整個供配電網線路損耗的50％-60％；(3)三相負載不平衡會增加變壓器的空載損耗和負載損耗，其中空載損耗是固定的，負載損耗與電流的平方成正比，總損耗較大；(4)會在電路中產生零序電流，變壓器鐵芯會產生零序磁場，油箱壁或其他金屬零件會形成回路，導致元件溫度上升，變壓器使用壽命縮短；(5)使電動機產生負序磁場導致電動機輸出功率減少，同時增加其溫升，而且高端電器儀表的精度也將受到三相不平衡電流分解的負序電流和零序電流的影響，三相不平衡還會導致中性線電流超載，都極不利于電力系統的穩定、安全運行。所以如何快速降低電力系統三相不平衡度，是保證配電網安全穩定運行時的研究重點。

目前，在治理三相不平衡的研究中，主要有負載補償、配電重建和交換相序三種主流方法，負載補償指增加容性或感性設備，以此降低網絡中三相電壓不平衡度。但這種方法容易引入諧波，甚至發生共振，不利于維護；配電重建是通過改變網絡結構實現不平衡治理，但是由于網絡中分段開關數目有限，改變后配電網絡很難達到三相平衡，除此之外，并沒有考慮到不可重新接入的重要負荷，改接人工成本巨大，方法可行性較低；相較于前兩種方法，交換相序可以從根本上改善這個問題，既不會影響電網構架也可以提高功率因數，經濟性和有效性十分顯著。但考慮到人工頻繁換相可行性較低，一般配合換相開關輔助，但是換相開關成本及維護費用都相對較高，采用試錯法離線調整用電負荷的接入相序，盡量使三相負荷達到平衡狀態，通常情況下效果較差，如何根據低壓線路的拓撲結構在網絡線路的合理位置安裝適量換相開關是目前研究的難點與熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供能夠實現比以往更加經濟、更加有效的進行低壓配電網的三相不平衡抑制，克服了頻繁換相和裝置維護成本高的缺點，在實際配電網中，一次操作可以實現三相長期平衡。本發明公開了一種基于單相用戶功率特性的低壓配電網三相平衡方法，具體包括以下步驟：

步驟一，通過SCADA系統獲得低壓配電網n個用戶的總日負荷矩陣P，對總日負荷矩陣P進行歸一化處理，獲得標準化總用戶日負荷矩陣D；

步驟二，根據標準化總用戶日負荷矩陣D，應用模糊分類方法對用戶進行分類，具體包括：

S21，確定聚類有效性函數P′(U；c)；

S22，使用FCM聚類算法分別求出c從2到n的隸屬度矩陣U和聚類中心V；

S23，使用聚類有效性函數計算獲得最佳分類數目；