【摘 要】隨著我國(guó)對(duì)配電網(wǎng)安全工作的重視程度越來(lái)越大，很多科研機(jī)構(gòu)也逐漸開(kāi)始加強(qiáng)配電網(wǎng)安全建設(shè)工作，如何構(gòu)建及完善電網(wǎng)安全管理系統(tǒng)無(wú)疑成為了科研工作者的重要工作之一。基于以上背景，本文介紹了配電網(wǎng)安全管理中常見(jiàn)的三相不平衡問(wèn)題，并針對(duì)三相不平衡問(wèn)題提出了改進(jìn)措施，希望能為我國(guó)配電網(wǎng)安全管理事業(yè)起到一定的參考作用。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；安全管理；改進(jìn)；三相不平衡

關(guān)于配網(wǎng)電安全管理工作中的三相不平衡問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究出較多的解決方案和改進(jìn)措施。這些方法可大致分為：負(fù)載補(bǔ)償、配網(wǎng)重構(gòu)和三相平衡優(yōu)化換相策略等。

1.負(fù)載補(bǔ)償技術(shù)

負(fù)載補(bǔ)償是通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中增加補(bǔ)償裝置對(duì)三相間負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償從而減小三相電流不平衡度。通過(guò)增設(shè)負(fù)載補(bǔ)償裝置構(gòu)成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)將三相不平衡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成三相平衡系統(tǒng)，目前主要通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。有研究以有功損耗最小為目標(biāo)函數(shù)，采用枚舉的方法求得電容器投切方案，從而達(dá)到補(bǔ)償配電網(wǎng)功率因數(shù)和降低三相電流不平衡度的效果，并基于 ANN 測(cè)量分析法（ADALINE 模型和 LMS 學(xué)習(xí)機(jī)制）的無(wú)功補(bǔ)償電容器的最佳優(yōu)化布置方案，其模型具有較高的諧波采樣精度和算法快速收斂的特點(diǎn)。此外，國(guó)外還有學(xué)者提出了只投切電容器的實(shí)用控制算法的無(wú)功補(bǔ)償模型，以配電網(wǎng)的年度網(wǎng)損費(fèi)用和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的年平均投資費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)，并采用粒子群算法進(jìn)行求解。

但是因?yàn)闊o(wú)功補(bǔ)償設(shè)備存在運(yùn)行損耗大、響應(yīng)速度慢、難以連續(xù)調(diào)控而且很容易和電網(wǎng)發(fā)生諧振等不利因素，在一定程度上限制了無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的應(yīng)用。如今，伴隨著電力電子技術(shù)在無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用，越來(lái)越多控制靈活、安全性高的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備出現(xiàn)在人們的視野，這些設(shè)備可以很好的吸收或發(fā)出無(wú)功電流，從而提升功率因數(shù)、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。比如靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）、配電側(cè)的靜止無(wú)功發(fā)生器（D-STARCOM）和有源電力濾波器 APF等。例如，采用并聯(lián)的比例諧振 PR 控制器對(duì)配網(wǎng)不同頻率諧波分量進(jìn)行跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償電流零穩(wěn)態(tài)誤差的跟蹤，改進(jìn)了 D-STATCOM指令電流的檢測(cè)方法，提出了新自適應(yīng)檢測(cè)模型，以尋求最佳的動(dòng)態(tài)性能。負(fù)載補(bǔ)償雖能較好地解決配電網(wǎng)的三相不平衡問(wèn)題，但是存在設(shè)備一次投入成本大、運(yùn)行維護(hù)成本高、投入運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、易與電網(wǎng)發(fā)生諧振和增加電網(wǎng)諧波等缺點(diǎn)。

2.配網(wǎng)重構(gòu)

配網(wǎng)重構(gòu)是指在電網(wǎng)滿足網(wǎng)絡(luò)輻射狀拓?fù)浼軜?gòu)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓、線路電流符合安全運(yùn)行允許范圍等基本條件下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)來(lái)改變配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，來(lái)達(dá)到網(wǎng)損最小化和負(fù)載平衡化等效果。根據(jù)以往國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究文獻(xiàn)中可歸納為以下幾種方法。經(jīng)驗(yàn)法：綜合以往電網(wǎng)工作人員的工作經(jīng)驗(yàn)所整理出來(lái)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)投切方案使配電網(wǎng)的網(wǎng)損最小與負(fù)載平衡。專(zhuān)家系統(tǒng)法：根據(jù)調(diào)度經(jīng)驗(yàn)法則與參閱相關(guān)文獻(xiàn)，建立一套規(guī)則類(lèi)知識(shí)庫(kù)的專(zhuān)家系統(tǒng)并自我推理出可靠的策略。模糊理論法：由于網(wǎng)損最小化與負(fù)載平衡化是一個(gè)多判別準(zhǔn)則問(wèn)題，而判別準(zhǔn)則往往沒(méi)有絕對(duì)性結(jié)果，因此利用將網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)組合和目標(biāo)函數(shù)分別模糊化并求出其歸屬函數(shù)，再加以模糊理論評(píng)估出最優(yōu)策略。優(yōu)化算法：利用優(yōu)化算法的二進(jìn)制或整數(shù)編碼方式表示出配電系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)組合向量，再通過(guò)優(yōu)化算法循環(huán)迭代搜尋最佳的開(kāi)關(guān)組合，因?yàn)閮?yōu)化算法能有效地處理多組合、多約束的問(wèn)題，因此此類(lèi)方法的研究最多。其他方法：判定樹(shù)狀法、圖形導(dǎo)向法等。

配網(wǎng)重構(gòu)雖然不用增加新的設(shè)備投入并且以電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)求解網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的不同組合，能在一定程度上改善配網(wǎng)三相不平衡的運(yùn)行狀況。但是由于其目標(biāo)函數(shù)并不是以網(wǎng)絡(luò)三相電流或負(fù)載平衡為主要目標(biāo)，同時(shí)受網(wǎng)絡(luò)中可用的分段開(kāi)關(guān)數(shù)目的限制，因而開(kāi)關(guān)重置后網(wǎng)絡(luò)很難達(dá)到三相平衡，其效果有限，然而配網(wǎng)重構(gòu)能夠極大地改善網(wǎng)絡(luò)的潮流分布，改善節(jié)點(diǎn)壓降，提高供電的穩(wěn)定性。

3.三相平衡優(yōu)化換相策略

我們知道配電網(wǎng)中配電變壓器和饋線三相不平衡的原因歸根結(jié)底是配電的線路的負(fù)荷不平衡造成的，如果我們能將網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷較重相饋線上的負(fù)荷和配電變壓器的負(fù)荷按照某一科學(xué)安全的方法將其切換到負(fù)荷較輕的相上，則能很好地平衡網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷。因?yàn)榫用裼秒娋哂泻軓?qiáng)的規(guī)律性和季節(jié)性，只要采用一次換相策略就能在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保證網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的相對(duì)平衡，所以三相平衡優(yōu)化換相策略是一種直接高效和低成本的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷平衡方法。通過(guò)對(duì)不平衡的配電變壓器或者饋線進(jìn)行換相，能有效地均勻分配網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載，從而在源頭上解決三相不平衡問(wèn)題，并能在不增設(shè)新的設(shè)備只利用既有線路的條件下滿足未來(lái)負(fù)荷增長(zhǎng)需求，配網(wǎng)的原有運(yùn)行架構(gòu)也不會(huì)改變，可謂是一舉多得方法。

三相平衡優(yōu)化換相策略的目標(biāo)是平衡三相電流和改善電壓分布、增加配電線路的容量、降低有功損耗，并通過(guò)優(yōu)化算法進(jìn)行求解出配電變壓器和饋線的最佳相位連接方案。在以前由于配電網(wǎng)的詳細(xì)負(fù)荷數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)難以獲取加之配電網(wǎng)三相不平衡通常不是緊急情況，所以配電變壓器負(fù)載換相通常在配電網(wǎng)維護(hù)和恢復(fù)期間憑借工作人員的經(jīng)驗(yàn)采用試錯(cuò)法進(jìn)行，而這種方法是勞動(dòng)密集型的、費(fèi)時(shí)的、次佳的。在配網(wǎng)運(yùn)行的十幾年和配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的逐步完善后，現(xiàn)在配網(wǎng)已經(jīng)記錄保存了大量詳細(xì)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，它詳細(xì)地記錄了配電網(wǎng)在各個(gè)時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的提高，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和優(yōu)化算法我們已經(jīng)可以從這些數(shù)據(jù)中提取分析和預(yù)測(cè)配網(wǎng)運(yùn)行期間網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)電氣狀態(tài)，并通過(guò)優(yōu)化算法得到配電網(wǎng)最佳的運(yùn)行模式。

采用專(zhuān)家系統(tǒng)法來(lái)推理出配電網(wǎng)中配電變壓器最優(yōu)換相策略，旨在減少中性線電流。但專(zhuān)家系統(tǒng)因其知識(shí)獲取困難和非魯棒的特性使其很難推理出最優(yōu)的換相方案，且算法執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)。本文從配網(wǎng)重構(gòu)的角度對(duì)三相平衡優(yōu)化換相策略進(jìn)行分析，并通過(guò)利用饋線的分段開(kāi)關(guān)將負(fù)載平均分配在主饋線上，考慮到實(shí)際情況中很難有大數(shù)量的分段開(kāi)關(guān)用于負(fù)載的重新分配，因此該做法是否可行還在兩可之間。此外，使用免疫算法對(duì)饋線相位排列和配電變壓器饋線相位的換相策略尋求最優(yōu)解，能夠很大程度上提升三相配電系統(tǒng)的平衡效應(yīng)；但是，免疫算法后期種群差異小會(huì)導(dǎo)致后期進(jìn)化非常緩慢，因此只能靠變異來(lái)保證種群的多樣性，很容易在變異過(guò)程中造成優(yōu)勢(shì)個(gè)體的丟失。三相平衡優(yōu)化換相策略雖能在不改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和增加設(shè)備投入的情況下改善網(wǎng)絡(luò)的三相不平衡和減少網(wǎng)絡(luò)損耗，但是也正是因?yàn)槠洳桓淖兙W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而不能有效地改善配網(wǎng)的潮流分布，無(wú)法將配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗中的技術(shù)性損耗減少到最少。

4.結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)配電網(wǎng)安全管理工作越來(lái)越重視，尤其是針對(duì)三相不平衡問(wèn)題，傳統(tǒng)電網(wǎng)安全管理方式已然不能適應(yīng)當(dāng)前的需要?；诖?，將先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到配電網(wǎng)安全管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中來(lái)無(wú)疑是勢(shì)在必行的。本文詳細(xì)分析了配電網(wǎng)安全管理問(wèn)題及改進(jìn)措施，通過(guò)應(yīng)用負(fù)載補(bǔ)償、配網(wǎng)重構(gòu)和三相平衡優(yōu)化換相策略等改進(jìn)措施到配電網(wǎng)安全管理工作中來(lái)，不但可以充分達(dá)成安全管理的各項(xiàng)任務(wù)指標(biāo)，并同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)安全管理工作的智能化與高效化。

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