基于“解耦迭加”策略的中低压配电网三相不平衡优化方法研究

亢志鹏 高全成 张治国 韩智刚 蔡会会

（1.国网冀北电力有限公司 2.南京德软信息科技发展有限公司）

基于“解耦迭加”策略的中低压配电网三相不平衡优化方法研究

亢志鹏1高全成1张治国1韩智刚1蔡会会2

（1.国网冀北电力有限公司 2.南京德软信息科技发展有限公司）

本文针对中低压配电网系统中出现的三相不平衡问题进行研究，分析了三相不平衡问题优化的传统方案，提出了将三相有功与无功、低压台区与线路进行解耦迭加的优化方法，统筹全局，实现对中低压配电网的三相不平衡问题的优化。

解耦迭加；低压电网；三相不平衡；优化

0 引言

当前，随着科技的进步，对电力的需求日趋旺盛，并且对电能质量的要求也越来越高，电能质量的好坏直接影响到科技和社会的进步，直接关系到经济的正常运行和人民生活秩序的稳定。

虽然，为保障供给优质电量，电力部门从发电到输电做出了许多改进和努力，但是，中低压配电网的电能质量提高一直需要做出更进一步的努力。这一方面是由于中低压配电网在最初的规划设计时，存在一定的不足，导致配电线路长、负载重，影响了中低压电网供应电能的质量，另一方面，随着科技的进步，电气设备的增多，用电错峰不明显，导致了单相负载超出可以承受的范围，从而造成了电能质量的不稳定。总体而言，中低压电网电能质量的不稳定，主要体现为三相负荷不平衡、低电压等情况，引起了电路损耗的增加。

为此，本文针对中低压配电网的三相不平衡问题展开研究，对前人实施的优化方法进行创新，探索更为有效的优化三相不平衡的方法。

1 传统中低压电网三相不平衡优化方法介绍

中低压电网的三相不平衡问题，随着电力系统的发展，原因更加复杂化，同时影响也更为普遍化。针对该问题的研究，成为国内外电网运行管理部门的主要方向之一。尤其是在国外，日本、马来西亚、新加坡等国家还专门设立了电能质量管理研究中心，多年来做了大量工作解决三相不平衡问题。在这方面，我国也做了大量的工作，希望通过优化三相不平衡问题，降低电能质量问题对经济和社会的影响。以下是我国在优化三相不平衡问题方面采用的一些常用方法的总结。

三相不平衡问题的优化，传统方式是采用人工优化，分为两种模式：人工负荷换相，费时费力，停电时间长，少供多损。这种方式主要是人为进行开关的换相操作，由于是带电作业，风险性比较大，容易出现操作失误。另外，该种模式不能适应负荷多变的特征，实时性较差，效果不明显，且主要解决三相有功电流不平衡的问题。因此人工优化方式已经不再适用于越来越庞大的现代低压配电网的技术要求。

三相不平衡自动优化方法随着技术的进步和电力系统的需求应运而生。目前，常用的三相不平衡自动优化方法根据优化对象的不同，分为台区模式和线路模式两种。

台区模式主要通过调节无功、加消弧线圈的方式，还有采用电力电子（如SVG）主动发生与电网负序电流相抵消的电流，从而实现了对无功能电流的优化，但是该种方法主要存在以下问题：通过调节无功的方式进行补偿时经常出现谐波放大等问题，使补偿效果不佳；同时，电力电子的造价成本比较高，维护也比较复杂，使用时有一定的限制。

线路模式，主要通过台区智能终端和线路自动换相开关方式，线路自动换相开关采集节点数据，汇聚到台区智能终端，由台区智能终端优化决策，下发控制指令给线路自动换相开关操作换相，该种方法在操作上相对比较简单，同时安装维护成本较低，对实现三相不平衡优化的可操作性比较强。但是使用该种操作方法，会因为线路换相开关操作周期1～5s，甚至更长时间，造成用户停电，因此只能进行较长周期条件下的负荷换相、三相不平衡优化；线路换相开关安装节点选取和台区智能终端控制策略存在一定的技术难度，容易造成效果不佳和运维难度高的困局。

目前，台区模式和线路模式均广泛或较广泛应用于低压配电网系统中，由于各自为政，缺乏全局统筹优化，容易出现如设备动作震荡、优化效果欠佳的不良现象。

基于此，为了更好地实现三相不平衡的优化，本文设想将台区模式与线路模式相结合，各取所长，实现中低压线路三相不平衡问题的综合优化，从而实现电能质量的全方位提升。通过研究，探索出能实现该优化目标的解耦迭加的优化方法。

2 基于解耦迭加策略的配电网三相不平衡优化方法介绍

通过对影响中低压配电网电能质量的因素分析可知，电网的负荷不稳定会造成单相或者多相的电压、电流不稳定，从而引起三相不平衡问题或者低（过）电压的情况。在优化三相不平衡的问题上，涉及到有功与无功的优化问题，而且二者联系紧密，相互影响。于是在考虑进行三相不平衡优化时，将二者单独优化，能够更加有效地实现优化目标。

另外，由于中低压配电网的三相不平衡最终会导致用户端电压不稳定，所以先进行低压线路三相不平衡优化，再进行台区三相不平衡优化，能够从配电网系统的全局实现优化三相不平衡的问题。

总体可以概括为以下两个方面：

1）将有功三相不平衡和无功三相不平衡调整进行解耦迭加，先有功后无功；

2）将低压线路三相有功不平衡和台区三相有功不平衡进行解耦迭加，先低压线路后台区就地。

因为中低压配电网的三相不平衡最终是导致用户端电压不稳定，所以需要先进行低压线路三相不平衡优化，再进行台区就地三相不平衡优化；另外，由于低压配电网的分布比较广、结构复杂且设备繁多，采用传统的多目标优化模型寻优的可行性较小，而且还考虑到优化效率和尽可能减少设备动作的次数，鉴于此，先进行三相有功不平衡优化，后进行三相无功不平衡优化以提高优化效率；另外，由于中低压配电网的用户负荷是动态变化的，所以为了确保中低压配电网的三相不平衡能够得到更为准确的优化，则需要对台区和低压线路实施实时优化，从而实现对三相不平衡问题的优化。

3 基于解耦迭加策略的配电网三相不平衡优化方法优势分析

本文提出的基于解耦迭加策略的配电网三相不平衡优化分析方法，相较于传统的优化方法而言，能够从全局出发，实现对中低压配电网包括低压线路和低压台区的三相不平衡优化，克服了传统优化方法相互独立，互不干涉的不足。另外，本文提出的优化方法将有功和无功优化、台区与线路优化进行解耦迭加，可以有效实现三相不平衡优化的规模效应，降低优化成本。

4 结束语

本文提出的优化方法，实现了对中低压配电网系统的、整体的、优质的、更高投入产出比的三相不平衡优化，达到最佳优化目标，具有重要的理论和实践意义。

[1] 翁军美，徐发林，李淑芳，等. 松阳配电网技术降损方法研究与应用[J]. 科技创新导报，2014（29）：34.

[2]傅军栋，喻勇，刘晶. 低压配电网三相不平衡节能算法研究[J]. 华东交通大学学报，2014（3）：21.

[3]马旭冰. 低压配电网降损辅助决策系统的研究[D]. 郑州：郑州大学，2012.

2017-02-08）