亢志鵬 高全成 張治國 韓智剛 蔡會會

（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司 2.南京德軟信息科技發(fā)展有限公司）

基于“解耦迭加”策略的中低壓配電網(wǎng)三相不平衡優(yōu)化方法研究

亢志鵬1高全成1張治國1韓智剛1蔡會會2

（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司 2.南京德軟信息科技發(fā)展有限公司）

本文針對中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的三相不平衡問題進(jìn)行研究，分析了三相不平衡問題優(yōu)化的傳統(tǒng)方案，提出了將三相有功與無功、低壓臺區(qū)與線路進(jìn)行解耦迭加的優(yōu)化方法，統(tǒng)籌全局，實現(xiàn)對中低壓配電網(wǎng)的三相不平衡問題的優(yōu)化。

解耦迭加；低壓電網(wǎng)；三相不平衡；優(yōu)化

0 引言

當(dāng)前，隨著科技的進(jìn)步，對電力的需求日趨旺盛，并且對電能質(zhì)量的要求也越來越高，電能質(zhì)量的好壞直接影響到科技和社會的進(jìn)步，直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行和人民生活秩序的穩(wěn)定。

雖然，為保障供給優(yōu)質(zhì)電量，電力部門從發(fā)電到輸電做出了許多改進(jìn)和努力，但是，中低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量提高一直需要做出更進(jìn)一步的努力。這一方面是由于中低壓配電網(wǎng)在最初的規(guī)劃設(shè)計時，存在一定的不足，導(dǎo)致配電線路長、負(fù)載重，影響了中低壓電網(wǎng)供應(yīng)電能的質(zhì)量，另一方面，隨著科技的進(jìn)步，電氣設(shè)備的增多，用電錯峰不明顯，導(dǎo)致了單相負(fù)載超出可以承受的范圍，從而造成了電能質(zhì)量的不穩(wěn)定?？傮w而言，中低壓電網(wǎng)電能質(zhì)量的不穩(wěn)定，主要體現(xiàn)為三相負(fù)荷不平衡、低電壓等情況，引起了電路損耗的增加。

為此，本文針對中低壓配電網(wǎng)的三相不平衡問題展開研究，對前人實施的優(yōu)化方法進(jìn)行創(chuàng)新，探索更為有效的優(yōu)化三相不平衡的方法。

1 傳統(tǒng)中低壓電網(wǎng)三相不平衡優(yōu)化方法介紹

中低壓電網(wǎng)的三相不平衡問題，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，原因更加復(fù)雜化，同時影響也更為普遍化。針對該問題的研究，成為國內(nèi)外電網(wǎng)運(yùn)行管理部門的主要方向之一。尤其是在國外，日本、馬來西亞、新加坡等國家還專門設(shè)立了電能質(zhì)量管理研究中心，多年來做了大量工作解決三相不平衡問題。在這方面，我國也做了大量的工作，希望通過優(yōu)化三相不平衡問題，降低電能質(zhì)量問題對經(jīng)濟(jì)和社會的影響。以下是我國在優(yōu)化三相不平衡問題方面采用的一些常用方法的總結(jié)。

三相不平衡問題的優(yōu)化，傳統(tǒng)方式是采用人工優(yōu)化，分為兩種模式：人工負(fù)荷換相，費(fèi)時費(fèi)力，停電時間長，少供多損。這種方式主要是人為進(jìn)行開關(guān)的換相操作，由于是帶電作業(yè)，風(fēng)險性比較大，容易出現(xiàn)操作失誤。另外，該種模式不能適應(yīng)負(fù)荷多變的特征，實時性較差，效果不明顯，且主要解決三相有功電流不平衡的問題。因此人工優(yōu)化方式已經(jīng)不再適用于越來越龐大的現(xiàn)代低壓配電網(wǎng)的技術(shù)要求。

三相不平衡自動優(yōu)化方法隨著技術(shù)的進(jìn)步和電力系統(tǒng)的需求應(yīng)運(yùn)而生。目前，常用的三相不平衡自動優(yōu)化方法根據(jù)優(yōu)化對象的不同，分為臺區(qū)模式和線路模式兩種。

臺區(qū)模式主要通過調(diào)節(jié)無功、加消弧線圈的方式，還有采用電力電子（如SVG）主動發(fā)生與電網(wǎng)負(fù)序電流相抵消的電流，從而實現(xiàn)了對無功能電流的優(yōu)化，但是該種方法主要存在以下問題：通過調(diào)節(jié)無功的方式進(jìn)行補(bǔ)償時經(jīng)常出現(xiàn)諧波放大等問題，使補(bǔ)償效果不佳；同時，電力電子的造價成本比較高，維護(hù)也比較復(fù)雜，使用時有一定的限制。

線路模式，主要通過臺區(qū)智能終端和線路自動換相開關(guān)方式，線路自動換相開關(guān)采集節(jié)點數(shù)據(jù)，匯聚到臺區(qū)智能終端，由臺區(qū)智能終端優(yōu)化決策，下發(fā)控制指令給線路自動換相開關(guān)操作換相，該種方法在操作上相對比較簡單，同時安裝維護(hù)成本較低，對實現(xiàn)三相不平衡優(yōu)化的可操作性比較強(qiáng)。但是使用該種操作方法，會因為線路換相開關(guān)操作周期1～5s，甚至更長時間，造成用戶停電，因此只能進(jìn)行較長周期條件下的負(fù)荷換相、三相不平衡優(yōu)化；線路換相開關(guān)安裝節(jié)點選取和臺區(qū)智能終端控制策略存在一定的技術(shù)難度，容易造成效果不佳和運(yùn)維難度高的困局。

目前，臺區(qū)模式和線路模式均廣泛或較廣泛應(yīng)用于低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于各自為政，缺乏全局統(tǒng)籌優(yōu)化，容易出現(xiàn)如設(shè)備動作震蕩、優(yōu)化效果欠佳的不良現(xiàn)象。

基于此，為了更好地實現(xiàn)三相不平衡的優(yōu)化，本文設(shè)想將臺區(qū)模式與線路模式相結(jié)合，各取所長，實現(xiàn)中低壓線路三相不平衡問題的綜合優(yōu)化，從而實現(xiàn)電能質(zhì)量的全方位提升。通過研究，探索出能實現(xiàn)該優(yōu)化目標(biāo)的解耦迭加的優(yōu)化方法。

2 基于解耦迭加策略的配電網(wǎng)三相不平衡優(yōu)化方法介紹

通過對影響中低壓配電網(wǎng)電能質(zhì)量的因素分析可知，電網(wǎng)的負(fù)荷不穩(wěn)定會造成單相或者多相的電壓、電流不穩(wěn)定，從而引起三相不平衡問題或者低（過）電壓的情況。在優(yōu)化三相不平衡的問題上，涉及到有功與無功的優(yōu)化問題，而且二者聯(lián)系緊密，相互影響。于是在考慮進(jìn)行三相不平衡優(yōu)化時，將二者單獨優(yōu)化，能夠更加有效地實現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)。

另外，由于中低壓配電網(wǎng)的三相不平衡最終會導(dǎo)致用戶端電壓不穩(wěn)定，所以先進(jìn)行低壓線路三相不平衡優(yōu)化，再進(jìn)行臺區(qū)三相不平衡優(yōu)化，能夠從配電網(wǎng)系統(tǒng)的全局實現(xiàn)優(yōu)化三相不平衡的問題。

總體可以概括為以下兩個方面：

1）將有功三相不平衡和無功三相不平衡調(diào)整進(jìn)行解耦迭加，先有功后無功；

2）將低壓線路三相有功不平衡和臺區(qū)三相有功不平衡進(jìn)行解耦迭加，先低壓線路后臺區(qū)就地。

因為中低壓配電網(wǎng)的三相不平衡最終是導(dǎo)致用戶端電壓不穩(wěn)定，所以需要先進(jìn)行低壓線路三相不平衡優(yōu)化，再進(jìn)行臺區(qū)就地三相不平衡優(yōu)化；另外，由于低壓配電網(wǎng)的分布比較廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且設(shè)備繁多，采用傳統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化模型尋優(yōu)的可行性較小，而且還考慮到優(yōu)化效率和盡可能減少設(shè)備動作的次數(shù)，鑒于此，先進(jìn)行三相有功不平衡優(yōu)化，后進(jìn)行三相無功不平衡優(yōu)化以提高優(yōu)化效率；另外，由于中低壓配電網(wǎng)的用戶負(fù)荷是動態(tài)變化的，所以為了確保中低壓配電網(wǎng)的三相不平衡能夠得到更為準(zhǔn)確的優(yōu)化，則需要對臺區(qū)和低壓線路實施實時優(yōu)化，從而實現(xiàn)對三相不平衡問題的優(yōu)化。

3 基于解耦迭加策略的配電網(wǎng)三相不平衡優(yōu)化方法優(yōu)勢分析

本文提出的基于解耦迭加策略的配電網(wǎng)三相不平衡優(yōu)化分析方法，相較于傳統(tǒng)的優(yōu)化方法而言，能夠從全局出發(fā)，實現(xiàn)對中低壓配電網(wǎng)包括低壓線路和低壓臺區(qū)的三相不平衡優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)優(yōu)化方法相互獨立，互不干涉的不足。另外，本文提出的優(yōu)化方法將有功和無功優(yōu)化、臺區(qū)與線路優(yōu)化進(jìn)行解耦迭加，可以有效實現(xiàn)三相不平衡優(yōu)化的規(guī)模效應(yīng)，降低優(yōu)化成本。

4 結(jié)束語

本文提出的優(yōu)化方法，實現(xiàn)了對中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的、整體的、優(yōu)質(zhì)的、更高投入產(chǎn)出比的三相不平衡優(yōu)化，達(dá)到最佳優(yōu)化目標(biāo)，具有重要的理論和實踐意義。

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2017-02-08）