同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的调节优化方法

吴星昂，王业凡，高建东，沈 捷，吴晶莹

（1.浙江华云清洁能源有限公司，浙江杭州 310002；2.浙江电力交易中心有限公司，浙江杭州 310002）

在同构模式分配下，配电网的输出稳定性和负载均衡性容易受到三相不平衡的影响，导致配电网运行不稳定。为提升配电网的负载均衡性，需要构建配电网三线不平衡的优化调节模型，结合配电网的输出参数自适应调节进行优化控制，建立同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的调节优化模型，采用参数的自适应寻优方法，进行同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的输出转换控制[1]，研究同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的调节优化方法，在优化配电网的拓扑结构中具有重要意义[2]。文中提出基于同构模式分配的配电网馈线三相不平衡的调节优化方法。构建同构模式分配下配电网馈线三相不平衡控制约束参数模型，然后通过分析电压电流初始行波特征分布进行配电网馈线三相不平衡的自适应调节和优化控制，结合电压电流行波极性转换控制方法，实现同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的调节优化。最后进行仿真测试分析，展示了文中方法在提高配电网馈线三相不平衡调节能力方面的优越性能。

1 三相不平衡控制及负载均衡调度

1.1 三相不平衡控制约束参数模型

为实现同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的调节，构建同构模式分配下配电网馈线三相不平衡控制约束参数模型[3-5]，采用谐波扰动调节方法进行配电网馈线的负荷均衡调度，假设W={w1,w2,…,wk}表示同构模式分配下配电网馈线输出的负荷端电压，用三元组(V,D,p)表示配电网馈线的负荷特性分布集，V={v1,v2,…,vn-1,vn}表示n个馈线三相不平衡传输节点，D:V×V→R+表示线路L2 发生了接地故障下的输出功率，p:V→R+表示初始电压电流行波分布。设A⊂V表示三相工频电气特征量分布集合，B⊂V表示单相接地点的稳态功率谱密度集合，且A∩B=φ。

通过上述设计，建立同构模式分配下配电网馈线三相稳态输出模型，结合系统潮流方向确定三相不平衡的馈线方向[6]，得到电源侧继电器控制断路的检验方程：

式中，r(t)表示电压入射波，g(t)表示初始电压行波。

根据上述分析，分析单相单电源配电网馈线系统拓扑图模型，如图1 所示。

图1 单相单电源配电网馈线系统拓扑图模型

根据图1 所示的单相单电源配电网馈线系统拓扑图模型结构，得到同构模式分配下配电网馈线三相不平衡稳态特征量为TC，扩频倍数为N。给定同构模式分配下配电网馈线的干扰项n(t)为均值为零、方差为σ2的高斯白噪声，用s()t表示同构模式分配下配电网馈线三相不平衡输出稳态电压，j(t)为窄带干扰信号，据此构建同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的约束参数模型[7-9]，如式（2）所示。

根据配电网馈线三相不平衡的约束参数模型，结合参数寻优方法，进行同构模式分配下配电网馈线三相不平衡调节[10]。

1.2 负荷均衡调度

采用谐波扰动调节方法进行配电网馈线的负荷均衡调度，建立同构模式分配下配电网馈线三相稳态输出模型[11]，配电网馈线三相稳态分布序列为r(n)=r(nΔt),n=0,1,2,…,N-1，当初始行波也来自于电源端，得到副本相关序列n=0,1,2,…,M-1，在混合双馈入系统中，得到配电网馈线三相的小扰动表示为，建立混合双馈调节模型，结合电流变换方法，进行三相不平衡均衡配置，得到：

其中：

当ρ=0，得到Δf=nRb(n为整数)，采用谐波放大方式，系统侧与用户侧谐波源满足Δf≠nRb时等效谐波源的谐波电流为C、角频率为2πΔfTB，表示为一组单频波。采用非高斯性二次筛选搜索方法[12]，得到单相单电源配电网馈线三相不平衡输出电压分别表示为：

其中，S、J分别为单相单电源配电网馈线的稳态功率，d(t)=±1 表示系统侧谐波源的振荡幅值，c(t)=±1，表示扩频码，根据输出电压对均衡调度电网负荷，结合并联虚拟导纳控制方法，进行三相不平衡调节优化。

2 三相不平衡调节优化

2.1 输出平衡稳态控制

在上述构建同构模式分配下配电网馈线三相不平衡控制约束参数模型的基础上，建立同构模式分配下配电网馈线三相稳态输出模型，通过分析电压电流初始行波特征分布进行配电网馈线三相不平衡的自适应调节和优化控制[13]，得到比例-重复控制的离散域分布可以表示为：

考虑离散系统的稳定性判据,采用分段拟合的方式，得到配电网馈线三相不平衡谐波阻抗为：

尽量减小等效谐波阻抗，改变副本信号序列，得到控制系统的参数为：

分别对r1(n)和r2(n)进行(N-1)/2 点的傅里叶变换[14]，得到并联虚拟导纳离散频谱分布为：

基于比例-重复控制的方法[15]，得到配电网馈线三相不平衡初始电压电流行波调节结构图如图2所示。

图2 配电网馈线三相不平衡初始电压电流行波调节结构图

2.2 三相不平衡调节

通过分析电压电流初始行波特征分布[16]进行配电网馈线三相不平衡的自适应调节和优化控制，构建配电网馈线的输出平衡稳态控制律，配电网馈线三相不平衡调节的测度为：

在继电器电流参考方向，得到配电网馈线三相输出的特征采样率为：

在初始电压电流的波束带宽内，得到配电网馈线三相不平衡调节的控制约束参量为：

其中，ΛE是配电网馈线三相不平衡调节的最优参数估计值，分别为矩阵F和G的非零特征值。根据控制约束参量对继电器电流参考方向的输出负载进行均衡调节，实现配电网馈线三相不平衡优化调节。

3 仿真实验与结果分析

为了验证文中方法在实现同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的调节中的应用性能[17-19]，进行仿真实验。设定配电网馈线零序电纳为1.38 S，电源的短路容量为200 MVA，配电网馈线三相不平衡载波频率为5 kHz，对输出功耗的采样频率为10 kHz，其他相关参数设定为：fs=1 000 Hz,Tp=0.2 s,f1=150 Hz,f2=250 Hz,σw2=1,r=0.8,θ=0.4π。根据上述参数设定，进行同构模式分配下配电网馈线三相不平衡调节仿真测试，得到三相电流输出如图3所示。

图3 同构模式分配下配电网馈线三相电流输出

分析图3 得知，采用文中方法进行配电网馈线三相不平衡的调节，电流输出的稳定性较好，测试采用不同方法进行同构模式分配下配电网馈线三相不平衡调节输出，得到对比结果如图4 所示。

分析图4 得知，采用文中方法进行同构模式分配下配电网馈线三相不平衡调节的输出稳定性较好。测试负载均衡性，得到对比结果见表1。

分析表1 得知，文中方法进行配电网馈线三相不平衡调节的输出稳定性较好，在40 次测试下的负载均衡性达到了99.5%，负载均衡控制能力较强，提高了配电网的输出稳定性。

4 结束语

图4 同构模式分配下配电网馈线三相不平衡调节输出对比

表1 负载均衡性对比测试

建立同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的调节优化模型，采用参数的自适应寻优方法，进行同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的输出转换控制，文中提出基于同构模式分配的配电网馈线三相不平衡的调节优化方法。采用谐波扰动调节方法进行配电网馈线的负荷均衡调度，建立同构模式分配下配电网馈线三相稳态输出模型，结合系统潮流方向确定三相不平衡的馈线方向，通过分析电压电流初始行波特征分布进行配电网馈线三相不平衡的自适应调节和优化控制，结合电压电流行波极性转换控制方法，实现同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的调节优化。分析得知，文中方法进行配电网馈线三相不平衡的调节的输出稳定性较好，负载均衡控制能力较强，提高了配电网的输出稳定性。