本發(fā)明涉及一種三相不平衡控制方法,具體涉及一種多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開關(guān)控制方法。
背景技術(shù):
在低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中,存在大量的單相、不對稱負(fù)荷,三相負(fù)荷運(yùn)行隨機(jī)變化,這些負(fù)荷會(huì)使配電系統(tǒng)產(chǎn)生三相不平衡,導(dǎo)致供電系統(tǒng)三相電壓、電流的不平衡,產(chǎn)生負(fù)序電壓和負(fù)序電流,降低供電電能質(zhì)量,嚴(yán)重時(shí)影響用戶的正常用電,同時(shí)增加線路及變壓器損耗,降低供電可靠性,甚至?xí)鸫竺娣e停電,中性線燒斷等嚴(yán)重的后果。
三相不平衡治理是為保證電網(wǎng)穩(wěn)定,提高電能質(zhì)量,降低線路損耗的一種重要手段,而利用換相開關(guān)進(jìn)行三相不平衡治理是目前一種主要的調(diào)節(jié)方式。在利用換相開關(guān)進(jìn)行三相不平衡治理的過程中,需要綜合考慮電網(wǎng)運(yùn)行過程中的多種復(fù)雜工況,同時(shí)又要兼顧開關(guān)切換壽命及切換頻率,在保證換相過程不停電,同時(shí)對電網(wǎng)系統(tǒng)無沖擊的前提下,配網(wǎng)三相不平衡治理的應(yīng)用,將大幅提高配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行水平。
最先應(yīng)用于三相不平衡治理的裝置是投切交流接觸器,這是一種傳統(tǒng)的負(fù)載投切方式,由于三相交流電的相位互成120°,對交流接觸器投切控制,理論上不存在最佳操作相位點(diǎn),使得它投入或切除電網(wǎng)時(shí),要產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)的過渡過程,;在切換容性負(fù)載時(shí),由于容性負(fù)載電壓不能瞬變,交流接觸器投切電網(wǎng)時(shí),由于其相位點(diǎn)是隨機(jī)的,所以會(huì)產(chǎn)生幅值很大、頻率很高的浪涌電流。
新型換相開關(guān)三相不平衡治理裝置采用接觸器與晶閘管并聯(lián)使用的方式,結(jié)合接觸器運(yùn)行功耗小和晶閘管開關(guān)速度快的特點(diǎn)。新型換相開關(guān)三相不平衡治理裝置同時(shí)具備了交流接觸器和電力電子投切開關(guān)二者的優(yōu)點(diǎn),換相過程不停電,同時(shí)對系統(tǒng)無沖擊。對于配電網(wǎng)的三相不平衡治理需在片區(qū)內(nèi)安裝多套新型換相開關(guān),因此需要考慮電網(wǎng)運(yùn)行的多種復(fù)雜工況,通過換相開關(guān)的動(dòng)作來調(diào)節(jié)負(fù)載在電網(wǎng)中的分配,達(dá)到三相平衡的目的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對三項(xiàng)不平衡治理裝置的控制策略,本發(fā)明的目的是提供一種多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開關(guān)控制方法,可定期主動(dòng)監(jiān)測負(fù)載情況,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控,不僅考慮到開關(guān)故障情況、開 關(guān)壽命等多種現(xiàn)實(shí)問題,同時(shí)做到了盡量避免大電流換相、盡量避免某一開關(guān)頻繁換相等關(guān)鍵技術(shù),尋求最優(yōu)化開關(guān)動(dòng)作方案,最終使得三相電流達(dá)到平衡。
本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明提供一種多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開關(guān)控制方法,其改進(jìn)之處在于,所述方法包括下述步驟:
步驟1:根據(jù)采樣電流計(jì)算出對應(yīng)的三相電流不平衡度;
步驟2:在三相不平衡開關(guān)接入電網(wǎng)進(jìn)行工作后,控制器根據(jù)設(shè)定的時(shí)間周期,循環(huán)檢測三相電流值及各相電流的不平衡度,若三相電流平衡,則不做任何操作,等待下一次檢測指令;
步驟3:若發(fā)現(xiàn)某相電流不平衡度超過設(shè)定值10%-15%(設(shè)定值可根據(jù)具體需要選定),則控制策略為判斷變壓器負(fù)荷情況,再調(diào)節(jié)三相不平衡開關(guān);
步驟4:進(jìn)入至三相不平衡開關(guān)調(diào)節(jié)過程時(shí),控制器將首先將所有開關(guān)的所有狀態(tài)進(jìn)行排列組合,遍歷全部開關(guān)變換方案,并存儲(chǔ)所有開關(guān)變換方案對應(yīng)的三相電流不平衡度,進(jìn)而進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。
進(jìn)一步地,所述步驟1中,根據(jù)采樣電流計(jì)算出對應(yīng)的三相電流不平衡度的公式如下:
其中:ε為電流不平衡度,
進(jìn)一步地,所述步驟2中,設(shè)定的時(shí)間周期為定時(shí)檢測一次不平衡現(xiàn)象的時(shí)段,如每一小時(shí)檢測一次;當(dāng)某一相不平衡度大于10%就認(rèn)為發(fā)生了電流不平衡。
進(jìn)一步地,所述步驟3中,判斷變壓器負(fù)荷情況包括:
1)若變壓器處于低負(fù)荷運(yùn)行低于變壓器額定負(fù)載的30%,則為低負(fù)荷,則暫時(shí)不做任何操作,等待下一次檢測指令;
2)若變壓器處于中度負(fù)荷狀態(tài):變壓器負(fù)載在其額定負(fù)載的30%-70%之間,則定時(shí)器(此處定時(shí)器為控制器中的定時(shí)器,用于測量不平衡現(xiàn)象持續(xù)的時(shí)間)打開,監(jiān)測一段時(shí)間(可設(shè)定為3分鐘),若在檢測時(shí)間段內(nèi),三相電流回歸平衡狀態(tài),則直接跳回下一次檢測,同時(shí)定時(shí)器歸零;三相不平衡狀態(tài)超時(shí),則控制策略進(jìn)入下一步執(zhí)行調(diào)節(jié)程序;
3)若變壓器處于高負(fù)荷狀態(tài):變壓器負(fù)載大于變壓器額定負(fù)載的70%,則為高負(fù)荷,則執(zhí)行調(diào)節(jié)程序。
進(jìn)一步地,所述步驟4中,多目標(biāo)優(yōu)化包括下述步驟:
<1>在存儲(chǔ)的全部開關(guān)狀態(tài)后,第一步優(yōu)化為去除故障開關(guān)變換方案;
<2>排除大電流變化方案;
<3>比較各剩余方案參與動(dòng)作開關(guān)數(shù)量,確定最優(yōu)化方案。
進(jìn)一步地,所述步驟<1>中,由控制器獲取的數(shù)據(jù),明確故障開關(guān),故障開關(guān)包括:①開關(guān)與控制器通訊不成功;②開關(guān)通訊成功但不能完成換相;③開關(guān)斷開。
進(jìn)一步地,所述步驟<2>中,在電網(wǎng)運(yùn)行中,如果發(fā)現(xiàn)需要?jiǎng)幼鞔箅娏鲹Q相來進(jìn)行三項(xiàng)不平衡調(diào)節(jié),則造成新的三相不平衡現(xiàn)象,并且將大電流切換至另外一相也會(huì)增加目標(biāo)相的負(fù)擔(dān),排除大電流變化方案會(huì)自主回避大電流換相方案;所述大電流變化方案為避免使得目標(biāo)相電流超過導(dǎo)線載流量的方案(如目標(biāo)相導(dǎo)線載流量為100a,未換相時(shí)該相導(dǎo)線上已經(jīng)存在40a左右的電流,而預(yù)換相的開關(guān)則控制著60a的電流,則本策略將主動(dòng)阻止將60a換至40a的目標(biāo)相,以確保線路的安全性)。
進(jìn)一步地,所述步驟<3>中,在三項(xiàng)不平衡調(diào)節(jié)過程中,選擇參與開關(guān)動(dòng)作次數(shù)最少的方案,即最優(yōu)化方案。
進(jìn)一步地,當(dāng)出現(xiàn)無論任何一種方案,都無法將三相電流調(diào)節(jié)平衡或所有開關(guān)全部故障的電網(wǎng)極端運(yùn)行方案時(shí),在所有開關(guān)的排列組合中,自主選擇出最接近平衡的方案進(jìn)行調(diào)節(jié)動(dòng)作;在所有開關(guān)全部發(fā)生故障的情況,在保持所有開關(guān)狀態(tài)不變的情況下,第一時(shí)間向控制器報(bào)警。
與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是:
1)三相不平衡治理:能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)三相不平衡進(jìn)行調(diào)節(jié),使三相支路平均分配負(fù)荷,降低三相不平衡引起的三相負(fù)載及變壓器損耗,提高供電質(zhì)量和供電可靠性,降低用戶投訴率;
2)自主尋求開關(guān)動(dòng)作最少方案:在換相調(diào)節(jié)過程中,參與動(dòng)作的開關(guān)越多,越容易引起電網(wǎng)的不平穩(wěn),因此應(yīng)當(dāng)盡量尋找參與動(dòng)作的開關(guān)數(shù)最少的方案。
3)部分開關(guān)故障不影響工作:換相調(diào)節(jié)過程中,部分開關(guān)發(fā)生故障,控制策略可迅速識別并尋找排除故障開關(guān)動(dòng)作的最優(yōu)方案,保證電流不平衡調(diào)節(jié)正常進(jìn)行,提高供電質(zhì)量;
4)避免大電流變化:三相不平衡調(diào)節(jié)過程中,如大電流換相,會(huì)對目標(biāo)相產(chǎn)生較大沖擊,容易造成新的不平衡,因此應(yīng)避免大電流換相。本策略會(huì)主動(dòng)回避大電流換相動(dòng)作。
附圖說明
圖1是本發(fā)明提供的多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開關(guān)控制方法的流程圖;
圖2是本發(fā)明提供的多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開關(guān)控制策略總體示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實(shí)施方案,以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實(shí)施例僅代表可能的變化。除非明確要求,否則單獨(dú)的組件和功能是可選的,并且操作的順序可以變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個(gè)范圍,以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中,本發(fā)明的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語“發(fā)明”來表示,這僅僅是為了方便,并且如果事實(shí)上公開了超過一個(gè)的發(fā)明,不是要自動(dòng)地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。
本發(fā)明提供一種多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開關(guān)控制方法,針對三項(xiàng)不平衡開關(guān)的控制器進(jìn)行設(shè)計(jì),并由控制器完成控制策略的全部內(nèi)容,包括下述步驟:
步驟1:根據(jù)采樣電流計(jì)算出對應(yīng)的三相電流不平衡度。
步驟2:在三相不平衡開關(guān)接入電網(wǎng)進(jìn)行工作后,控制器根據(jù)設(shè)定的時(shí)間周期,循環(huán)檢測三相電流值及各相電流的不平衡度,若三相電流平衡,則不做任何操作,等待下一次檢測指令;
步驟3:若發(fā)現(xiàn)某相電流不平衡度超過設(shè)定值(設(shè)定值是多大,提供數(shù)據(jù)范圍),則控制策略為判斷變壓器負(fù)荷情況,再調(diào)節(jié)三相不平衡開關(guān);
變壓器符合情況判斷具體為:
1)如變壓器處于低負(fù)荷運(yùn)行,則暫時(shí)不做任何操作,等待下一次檢測;
2)如變壓器處于中度負(fù)荷狀態(tài),則定時(shí)器打開,監(jiān)測一段時(shí)間(時(shí)長預(yù)設(shè)),若在檢測時(shí)間段內(nèi),三相電流回歸平衡狀態(tài),則直接跳回下一次檢測,同時(shí)定時(shí)器歸零;三相不平衡狀態(tài)超時(shí),則控制策略進(jìn)入下一步執(zhí)行調(diào)節(jié)程序;
3、如變壓器處于高負(fù)荷狀態(tài),則調(diào)節(jié)策略立即執(zhí)行。
步驟4:進(jìn)入至三相不平衡開關(guān)調(diào)節(jié)過程時(shí),控制器將首先將所有開關(guān)的所有狀態(tài)進(jìn)行排列組合,遍歷全部開關(guān)變換方案,并存儲(chǔ)所有開關(guān)變換方案對應(yīng)的三相電流不平衡度,進(jìn)而進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,包括:
<1>在存儲(chǔ)的全部開關(guān)狀態(tài)后,第一步優(yōu)化為去除故障開關(guān)動(dòng)作方案。由控制器獲取的數(shù) 據(jù),可明確故障開關(guān)。
<2>第二步優(yōu)化:排除大電流變化方案。在電網(wǎng)運(yùn)行中,如果發(fā)現(xiàn)需要?jiǎng)幼鞔箅娏鲹Q相來進(jìn)行三項(xiàng)不平衡調(diào)節(jié),則造成新的三相不平衡現(xiàn)象,并且將大電流切換至另外一相也會(huì)增加目標(biāo)相的負(fù)擔(dān),排除大電流變化方案會(huì)自主回避大電流換相方案;所述大電流變化方案為避免使得目標(biāo)相電流超過導(dǎo)線載流量的方案(如目標(biāo)相導(dǎo)線載流量為100a,未換相時(shí)該相導(dǎo)線上已經(jīng)存在40a左右的電流,而預(yù)換相的開關(guān)則控制著60a的電流,則本策略將主動(dòng)阻止將60a換至40a的目標(biāo)相,以確保線路的安全性)。
<3>進(jìn)行完前兩項(xiàng)優(yōu)化后,進(jìn)入最終的動(dòng)作開關(guān)數(shù)目選擇優(yōu)化。在三項(xiàng)不平衡調(diào)節(jié)過程中,在一次換相調(diào)節(jié)的方案中,應(yīng)避免過多開關(guān)參與換相動(dòng)作,因?yàn)樵蕉嗟碾娏鲹Q相會(huì)給電網(wǎng)帶來越多的不穩(wěn)定因素,選擇參與動(dòng)作次數(shù)最少的方案,即最優(yōu)化方案。
<4>在電網(wǎng)的復(fù)雜運(yùn)行過程中,還可能出現(xiàn)兩種極端情況,一是無論任何一種方案,都無法將三相電流調(diào)節(jié)平衡;二是所有開關(guān)全部故障。本策略還考慮到這兩種極端情況,針對無法調(diào)節(jié)平衡的情況,本策略會(huì)在所有開關(guān)的排列組合中,自主選擇出最接近平衡的方案進(jìn)行調(diào)節(jié)動(dòng)作;而在所有開關(guān)均發(fā)生故障的情況,本策略會(huì)在保持所有開關(guān)狀態(tài)不變的情況下,第一時(shí)間向控制器報(bào)警。在此需要指出的是,只要不是所有開關(guān)都損壞的極端情況,本策略原則上都能需找到一個(gè)相對合適的調(diào)解方案,同時(shí)在保證不斷電的情況下,給維修開關(guān)一個(gè)緩沖時(shí)間。
本控制策略具體技術(shù)流程圖見圖1,總體示意圖如附圖2所示。
本發(fā)明引入權(quán)重函數(shù),將三相不平衡調(diào)節(jié)的工程實(shí)際問題轉(zhuǎn)換成多目標(biāo)優(yōu)化的數(shù)學(xué)問題,并最終按照優(yōu)化結(jié)果實(shí)施開關(guān)換相動(dòng)作。
權(quán)重函數(shù)是用于比較多種方案的優(yōu)劣性的,比如符合平衡的調(diào)節(jié)方案有很多種,一種是動(dòng)一個(gè)開關(guān)就能調(diào)節(jié)平衡,一種是動(dòng)三個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)平衡,那么我們就應(yīng)選擇動(dòng)一個(gè)開關(guān)的方案。權(quán)重函數(shù)用于評價(jià)方案的優(yōu)劣性,如獲得多個(gè)方案均可將不平衡電流調(diào)節(jié)平衡,那么就需要程序最終決定采用哪個(gè)方案,此時(shí)用到權(quán)重函數(shù)進(jìn)行評價(jià)。權(quán)重函數(shù)根據(jù)各優(yōu)化目標(biāo)占據(jù)的重要程度分配權(quán)重值,優(yōu)化目標(biāo)主要有:1、參與動(dòng)作的開關(guān)數(shù)量;2、需要變換的電流值;3、開關(guān)故障情況等。具體各優(yōu)化目標(biāo)的最終占比應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行不斷調(diào)整,最終確定。權(quán)重函數(shù)公式可設(shè)定為:
f(i)=a%×p(i)+b%×q(i)+c%×m(i)(2)
其中,f代表方案的評價(jià)值,a%為優(yōu)化目標(biāo)1的占比系數(shù),b%為優(yōu)化目標(biāo)2的占比系數(shù),c%為優(yōu)化目標(biāo)3的占比系數(shù),p(i)為參與動(dòng)作的開關(guān)數(shù)量,q(i)代表:如大電流參與變 化,則q加1,m(i)代表:如果故障開關(guān)參與了動(dòng)作,則m加1000。通過權(quán)重函數(shù),最終得到各方案的評價(jià)值,取值最小的,即為最優(yōu)結(jié)果。
以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制,盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換,這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換,均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。