同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的調節優化方法

吳星昂，王業凡，高建東，沈 捷，吳晶瑩

（1.浙江華云清潔能源有限公司，浙江杭州 310002；2.浙江電力交易中心有限公司，浙江杭州 310002）

在同構模式分配下，配電網的輸出穩定性和負載均衡性容易受到三相不平衡的影響，導致配電網運行不穩定。為提升配電網的負載均衡性，需要構建配電網三線不平衡的優化調節模型，結合配電網的輸出參數自適應調節進行優化控制，建立同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的調節優化模型，采用參數的自適應尋優方法，進行同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的輸出轉換控制[1]，研究同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的調節優化方法，在優化配電網的拓撲結構中具有重要意義[2]。文中提出基于同構模式分配的配電網饋線三相不平衡的調節優化方法。構建同構模式分配下配電網饋線三相不平衡控制約束參數模型，然后通過分析電壓電流初始行波特征分布進行配電網饋線三相不平衡的自適應調節和優化控制，結合電壓電流行波極性轉換控制方法，實現同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的調節優化。最后進行仿真測試分析，展示了文中方法在提高配電網饋線三相不平衡調節能力方面的優越性能。

1 三相不平衡控制及負載均衡調度

1.1 三相不平衡控制約束參數模型

為實現同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的調節，構建同構模式分配下配電網饋線三相不平衡控制約束參數模型[3-5]，采用諧波擾動調節方法進行配電網饋線的負荷均衡調度，假設W={w1,w2,…,wk}表示同構模式分配下配電網饋線輸出的負荷端電壓，用三元組(V,D,p)表示配電網饋線的負荷特性分布集，V={v1,v2,…,vn-1,vn}表示n個饋線三相不平衡傳輸節點，D:V×V→R+表示線路L2 發生了接地故障下的輸出功率，p:V→R+表示初始電壓電流行波分布。設A?V表示三相工頻電氣特征量分布集合，B?V表示單相接地點的穩態功率譜密度集合，且A∩B=φ。

通過上述設計，建立同構模式分配下配電網饋線三相穩態輸出模型，結合系統潮流方向確定三相不平衡的饋線方向[6]，得到電源側繼電器控制斷路的檢驗方程：

式中，r(t)表示電壓入射波，g(t)表示初始電壓行波。

根據上述分析，分析單相單電源配電網饋線系統拓撲圖模型，如圖1 所示。

圖1 單相單電源配電網饋線系統拓撲圖模型

根據圖1 所示的單相單電源配電網饋線系統拓撲圖模型結構，得到同構模式分配下配電網饋線三相不平衡穩態特征量為TC，擴頻倍數為N。給定同構模式分配下配電網饋線的干擾項n(t)為均值為零、方差為σ2的高斯白噪聲，用s()t表示同構模式分配下配電網饋線三相不平衡輸出穩態電壓，j(t)為窄帶干擾信號，據此構建同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的約束參數模型[7-9]，如式（2）所示。

根據配電網饋線三相不平衡的約束參數模型，結合參數尋優方法，進行同構模式分配下配電網饋線三相不平衡調節[10]。

1.2 負荷均衡調度

采用諧波擾動調節方法進行配電網饋線的負荷均衡調度，建立同構模式分配下配電網饋線三相穩態輸出模型[11]，配電網饋線三相穩態分布序列為r(n)=r(nΔt),n=0,1,2,…,N-1，當初始行波也來自于電源端，得到副本相關序列n=0,1,2,…,M-1，在混合雙饋入系統中，得到配電網饋線三相的小擾動表示為，建立混合雙饋調節模型，結合電流變換方法，進行三相不平衡均衡配置，得到：

其中：

當ρ=0，得到Δf=nRb(n為整數)，采用諧波放大方式，系統側與用戶側諧波源滿足Δf≠nRb時等效諧波源的諧波電流為C、角頻率為2πΔfTB，表示為一組單頻波。采用非高斯性二次篩選搜索方法[12]，得到單相單電源配電網饋線三相不平衡輸出電壓分別表示為：

其中，S、J分別為單相單電源配電網饋線的穩態功率，d(t)=±1 表示系統側諧波源的振蕩幅值，c(t)=±1，表示擴頻碼，根據輸出電壓對均衡調度電網負荷，結合并聯虛擬導納控制方法，進行三相不平衡調節優化。

2 三相不平衡調節優化

2.1 輸出平衡穩態控制

在上述構建同構模式分配下配電網饋線三相不平衡控制約束參數模型的基礎上，建立同構模式分配下配電網饋線三相穩態輸出模型，通過分析電壓電流初始行波特征分布進行配電網饋線三相不平衡的自適應調節和優化控制[13]，得到比例-重復控制的離散域分布可以表示為：

考慮離散系統的穩定性判據,采用分段擬合的方式，得到配電網饋線三相不平衡諧波阻抗為：

盡量減小等效諧波阻抗，改變副本信號序列，得到控制系統的參數為：

分別對r1(n)和r2(n)進行(N-1)/2 點的傅里葉變換[14]，得到并聯虛擬導納離散頻譜分布為：

基于比例-重復控制的方法[15]，得到配電網饋線三相不平衡初始電壓電流行波調節結構圖如圖2所示。

圖2 配電網饋線三相不平衡初始電壓電流行波調節結構圖

2.2 三相不平衡調節

通過分析電壓電流初始行波特征分布[16]進行配電網饋線三相不平衡的自適應調節和優化控制，構建配電網饋線的輸出平衡穩態控制律，配電網饋線三相不平衡調節的測度為：

在繼電器電流參考方向，得到配電網饋線三相輸出的特征采樣率為：

在初始電壓電流的波束帶寬內，得到配電網饋線三相不平衡調節的控制約束參量為：

其中，ΛE是配電網饋線三相不平衡調節的最優參數估計值，分別為矩陣F和G的非零特征值。根據控制約束參量對繼電器電流參考方向的輸出負載進行均衡調節，實現配電網饋線三相不平衡優化調節。

3 仿真實驗與結果分析

為了驗證文中方法在實現同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的調節中的應用性能[17-19]，進行仿真實驗。設定配電網饋線零序電納為1.38 S，電源的短路容量為200 MVA，配電網饋線三相不平衡載波頻率為5 kHz，對輸出功耗的采樣頻率為10 kHz，其他相關參數設定為：fs=1 000 Hz,Tp=0.2 s,f1=150 Hz,f2=250 Hz,σw2=1,r=0.8,θ=0.4π。根據上述參數設定，進行同構模式分配下配電網饋線三相不平衡調節仿真測試，得到三相電流輸出如圖3所示。

圖3 同構模式分配下配電網饋線三相電流輸出

分析圖3 得知，采用文中方法進行配電網饋線三相不平衡的調節，電流輸出的穩定性較好，測試采用不同方法進行同構模式分配下配電網饋線三相不平衡調節輸出，得到對比結果如圖4 所示。

分析圖4 得知，采用文中方法進行同構模式分配下配電網饋線三相不平衡調節的輸出穩定性較好。測試負載均衡性，得到對比結果見表1。

分析表1 得知，文中方法進行配電網饋線三相不平衡調節的輸出穩定性較好，在40 次測試下的負載均衡性達到了99.5%，負載均衡控制能力較強，提高了配電網的輸出穩定性。

4 結束語

圖4 同構模式分配下配電網饋線三相不平衡調節輸出對比

表1 負載均衡性對比測試

建立同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的調節優化模型，采用參數的自適應尋優方法，進行同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的輸出轉換控制，文中提出基于同構模式分配的配電網饋線三相不平衡的調節優化方法。采用諧波擾動調節方法進行配電網饋線的負荷均衡調度，建立同構模式分配下配電網饋線三相穩態輸出模型，結合系統潮流方向確定三相不平衡的饋線方向，通過分析電壓電流初始行波特征分布進行配電網饋線三相不平衡的自適應調節和優化控制，結合電壓電流行波極性轉換控制方法，實現同構模式分配下配電網饋線三相不平衡的調節優化。分析得知，文中方法進行配電網饋線三相不平衡的調節的輸出穩定性較好，負載均衡控制能力較強，提高了配電網的輸出穩定性。