同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)優(yōu)化方法

吳星昂，王業(yè)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(gòu)模式分配下，配電網(wǎng)的輸出穩(wěn)定性和負(fù)載均衡性容易受到三相不平衡的影響，導(dǎo)致配電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定。為提升配電網(wǎng)的負(fù)載均衡性，需要構(gòu)建配電網(wǎng)三線不平衡的優(yōu)化調(diào)節(jié)模型，結(jié)合配電網(wǎng)的輸出參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化控制，建立同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)優(yōu)化模型，采用參數(shù)的自適應(yīng)尋優(yōu)方法，進(jìn)行同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的輸出轉(zhuǎn)換控制[1]，研究同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)優(yōu)化方法，在優(yōu)化配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中具有重要意義[2]。文中提出基于同構(gòu)模式分配的配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)優(yōu)化方法。構(gòu)建同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡控制約束參數(shù)模型，然后通過分析電壓電流初始行波特征分布進(jìn)行配電網(wǎng)饋線三相不平衡的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制，結(jié)合電壓電流行波極性轉(zhuǎn)換控制方法，實(shí)現(xiàn)同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)優(yōu)化。最后進(jìn)行仿真測試分析，展示了文中方法在提高配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)能力方面的優(yōu)越性能。

1 三相不平衡控制及負(fù)載均衡調(diào)度

1.1 三相不平衡控制約束參數(shù)模型

為實(shí)現(xiàn)同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)，構(gòu)建同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡控制約束參數(shù)模型[3-5]，采用諧波擾動調(diào)節(jié)方法進(jìn)行配電網(wǎng)饋線的負(fù)荷均衡調(diào)度，假設(shè)W={w1,w2,…,wk}表示同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線輸出的負(fù)荷端電壓，用三元組(V,D,p)表示配電網(wǎng)饋線的負(fù)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(jié)點(diǎn)，D:V×V→R+表示線路L2 發(fā)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(shè)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(diǎn)的穩(wěn)態(tài)功率譜密度集合，且A∩B=φ。

通過上述設(shè)計(jì)，建立同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相穩(wěn)態(tài)輸出模型，結(jié)合系統(tǒng)潮流方向確定三相不平衡的饋線方向[6]，得到電源側(cè)繼電器控制斷路的檢驗(yàn)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(jù)上述分析，分析單相單電源配電網(wǎng)饋線系統(tǒng)拓?fù)鋱D模型，如圖1 所示。

圖1 單相單電源配電網(wǎng)饋線系統(tǒng)拓?fù)鋱D模型

根據(jù)圖1 所示的單相單電源配電網(wǎng)饋線系統(tǒng)拓?fù)鋱D模型結(jié)構(gòu)，得到同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡穩(wěn)態(tài)特征量為TC，擴(kuò)頻倍數(shù)為N。給定同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線的干擾項(xiàng)n(t)為均值為零、方差為σ2的高斯白噪聲，用s()t表示同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡輸出穩(wěn)態(tài)電壓，j(t)為窄帶干擾信號，據(jù)此構(gòu)建同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的約束參數(shù)模型[7-9]，如式（2）所示。

根據(jù)配電網(wǎng)饋線三相不平衡的約束參數(shù)模型，結(jié)合參數(shù)尋優(yōu)方法，進(jìn)行同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)[10]。

1.2 負(fù)荷均衡調(diào)度

采用諧波擾動調(diào)節(jié)方法進(jìn)行配電網(wǎng)饋線的負(fù)荷均衡調(diào)度，建立同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相穩(wěn)態(tài)輸出模型[11]，配電網(wǎng)饋線三相穩(wěn)態(tài)分布序列為r(n)=r(nΔt),n=0,1,2,…,N-1，當(dāng)初始行波也來自于電源端，得到副本相關(guān)序列n=0,1,2,…,M-1，在混合雙饋入系統(tǒng)中，得到配電網(wǎng)饋線三相的小擾動表示為，建立混合雙饋調(diào)節(jié)模型，結(jié)合電流變換方法，進(jìn)行三相不平衡均衡配置，得到：

其中：

當(dāng)ρ=0，得到Δf=nRb(n為整數(shù))，采用諧波放大方式，系統(tǒng)側(cè)與用戶側(cè)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(wǎng)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(wǎng)饋線的穩(wěn)態(tài)功率，d(t)=±1 表示系統(tǒng)側(cè)諧波源的振蕩幅值，c(t)=±1，表示擴(kuò)頻碼，根據(jù)輸出電壓對均衡調(diào)度電網(wǎng)負(fù)荷，結(jié)合并聯(lián)虛擬導(dǎo)納控制方法，進(jìn)行三相不平衡調(diào)節(jié)優(yōu)化。

2 三相不平衡調(diào)節(jié)優(yōu)化

2.1 輸出平衡穩(wěn)態(tài)控制

在上述構(gòu)建同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡控制約束參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，建立同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相穩(wěn)態(tài)輸出模型，通過分析電壓電流初始行波特征分布進(jìn)行配電網(wǎng)饋線三相不平衡的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制[13]，得到比例-重復(fù)控制的離散域分布可以表示為：

考慮離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù),采用分段擬合的方式，得到配電網(wǎng)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(tǒng)的參數(shù)為：

分別對r1(n)和r2(n)進(jìn)行(N-1)/2 點(diǎn)的傅里葉變換[14]，得到并聯(lián)虛擬導(dǎo)納離散頻譜分布為：

基于比例-重復(fù)控制的方法[15]，得到配電網(wǎng)饋線三相不平衡初始電壓電流行波調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)饋線三相不平衡初始電壓電流行波調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖

2.2 三相不平衡調(diào)節(jié)

通過分析電壓電流初始行波特征分布[16]進(jìn)行配電網(wǎng)饋線三相不平衡的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制，構(gòu)建配電網(wǎng)饋線的輸出平衡穩(wěn)態(tài)控制律，配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)的測度為：

在繼電器電流參考方向，得到配電網(wǎng)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(nèi)，得到配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)的控制約束參量為：

其中，ΛE是配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)的最優(yōu)參數(shù)估計(jì)值，分別為矩陣F和G的非零特征值。根據(jù)控制約束參量對繼電器電流參考方向的輸出負(fù)載進(jìn)行均衡調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)饋線三相不平衡優(yōu)化調(diào)節(jié)。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證文中方法在實(shí)現(xiàn)同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)中的應(yīng)用性能[17-19]，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。設(shè)定配電網(wǎng)饋線零序電納為1.38 S，電源的短路容量為200 MVA，配電網(wǎng)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(guān)參數(shù)設(shè)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(jù)上述參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)仿真測試，得到三相電流輸出如圖3所示。

圖3 同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相電流輸出

分析圖3 得知，采用文中方法進(jìn)行配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)，電流輸出的穩(wěn)定性較好，測試采用不同方法進(jìn)行同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)輸出，得到對比結(jié)果如圖4 所示。

分析圖4 得知，采用文中方法進(jìn)行同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)的輸出穩(wěn)定性較好。測試負(fù)載均衡性，得到對比結(jié)果見表1。

分析表1 得知，文中方法進(jìn)行配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)的輸出穩(wěn)定性較好，在40 次測試下的負(fù)載均衡性達(dá)到了99.5%，負(fù)載均衡控制能力較強(qiáng)，提高了配電網(wǎng)的輸出穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

圖4 同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡調(diào)節(jié)輸出對比

表1 負(fù)載均衡性對比測試

建立同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)優(yōu)化模型，采用參數(shù)的自適應(yīng)尋優(yōu)方法，進(jìn)行同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的輸出轉(zhuǎn)換控制，文中提出基于同構(gòu)模式分配的配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)優(yōu)化方法。采用諧波擾動調(diào)節(jié)方法進(jìn)行配電網(wǎng)饋線的負(fù)荷均衡調(diào)度，建立同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相穩(wěn)態(tài)輸出模型，結(jié)合系統(tǒng)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(jìn)行配電網(wǎng)饋線三相不平衡的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制，結(jié)合電壓電流行波極性轉(zhuǎn)換控制方法，實(shí)現(xiàn)同構(gòu)模式分配下配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)優(yōu)化。分析得知，文中方法進(jìn)行配電網(wǎng)饋線三相不平衡的調(diào)節(jié)的輸出穩(wěn)定性較好，負(fù)載均衡控制能力較強(qiáng)，提高了配電網(wǎng)的輸出穩(wěn)定性。