關于配電網安全管理問題及如何改進研究

【摘 要】隨著我國對配電網安全工作的重視程度越來越大，很多科研機構也逐漸開始加強配電網安全建設工作，如何構建及完善電網安全管理系統無疑成為了科研工作者的重要工作之一。基于以上背景，本文介紹了配電網安全管理中常見的三相不平衡問題，并針對三相不平衡問題提出了改進措施，希望能為我國配電網安全管理事業起到一定的參考作用。

【關鍵詞】配電網；安全管理；改進；三相不平衡

關于配網電安全管理工作中的三相不平衡問題，國內外已經研究出較多的解決方案和改進措施。這些方法可大致分為：負載補償、配網重構和三相平衡優化換相策略等。

1.負載補償技術

負載補償是通過在網絡中增加補償裝置對三相間負載進行補償從而減小三相電流不平衡度。通過增設負載補償裝置構成補償網絡將三相不平衡系統轉變成三相平衡系統，目前主要通過無功補償裝置來實現。有研究以有功損耗最小為目標函數，采用枚舉的方法求得電容器投切方案，從而達到補償配電網功率因數和降低三相電流不平衡度的效果，并基于 ANN 測量分析法（ADALINE 模型和 LMS 學習機制）的無功補償電容器的最佳優化布置方案，其模型具有較高的諧波采樣精度和算法快速收斂的特點。此外，國外還有學者提出了只投切電容器的實用控制算法的無功補償模型，以配電網的年度網損費用和無功補償設備的年平均投資費用最小為目標函數，并采用粒子群算法進行求解。

但是因為無功補償設備存在運行損耗大、響應速度慢、難以連續調控而且很容易和電網發生諧振等不利因素，在一定程度上限制了無功補償設備的應用。如今，伴隨著電力電子技術在無功補償設備領域中的應用，越來越多控制靈活、安全性高的無功補償設備出現在人們的視野，這些設備可以很好的吸收或發出無功電流，從而提升功率因數、穩定系統電壓。比如靜止無功補償器（SVC）、配電側的靜止無功發生器（D-STARCOM）和有源電力濾波器 APF等。例如，采用并聯的比例諧振 PR 控制器對配網不同頻率諧波分量進行跟蹤控制，實現了補償電流零穩態誤差的跟蹤，改進了 D-STATCOM指令電流的檢測方法，提出了新自適應檢測模型，以尋求最佳的動態性能。負載補償雖能較好地解決配電網的三相不平衡問題，但是存在設備一次投入成本大、運行維護成本高、投入運行時間長、易與電網發生諧振和增加電網諧波等缺點。

2.配網重構

配網重構是指在電網滿足網絡輻射狀拓撲架構和網絡節點電壓、線路電流符合安全運行允許范圍等基本條件下，通過網絡中的聯絡開關來改變配網的結構和網絡參數，來達到網損最小化和負載平衡化等效果。根據以往國內外相關的研究文獻中可歸納為以下幾種方法。經驗法：綜合以往電網工作人員的工作經驗所整理出來的網絡聯絡開關投切方案使配電網的網損最小與負載平衡。專家系統法：根據調度經驗法則與參閱相關文獻，建立一套規則類知識庫的專家系統并自我推理出可靠的策略。模糊理論法：由于網損最小化與負載平衡化是一個多判別準則問題，而判別準則往往沒有絕對性結果，因此利用將網絡聯絡開關組合和目標函數分別模糊化并求出其歸屬函數，再加以模糊理論評估出最優策略。優化算法：利用優化算法的二進制或整數編碼方式表示出配電系統的聯絡開關組合向量，再通過優化算法循環迭代搜尋最佳的開關組合，因為優化算法能有效地處理多組合、多約束的問題，因此此類方法的研究最多。其他方法：判定樹狀法、圖形導向法等。

配網重構雖然不用增加新的設備投入并且以電網運行的經濟性為優化目標函數，通過求解網絡中聯絡開關的不同組合，能在一定程度上改善配網三相不平衡的運行狀況。但是由于其目標函數并不是以網絡三相電流或負載平衡為主要目標，同時受網絡中可用的分段開關數目的限制，因而開關重置后網絡很難達到三相平衡，其效果有限，然而配網重構能夠極大地改善網絡的潮流分布，改善節點壓降，提高供電的穩定性。

3.三相平衡優化換相策略

我們知道配電網中配電變壓器和饋線三相不平衡的原因歸根結底是配電的線路的負荷不平衡造成的，如果我們能將網絡中負荷較重相饋線上的負荷和配電變壓器的負荷按照某一科學安全的方法將其切換到負荷較輕的相上，則能很好地平衡網絡中的負荷。因為居民用電具有很強的規律性和季節性，只要采用一次換相策略就能在很長的時間內保證網絡負荷的相對平衡，所以三相平衡優化換相策略是一種直接高效和低成本的網絡負荷平衡方法。通過對不平衡的配電變壓器或者饋線進行換相，能有效地均勻分配網絡中的負載，從而在源頭上解決三相不平衡問題，并能在不增設新的設備只利用既有線路的條件下滿足未來負荷增長需求，配網的原有運行架構也不會改變，可謂是一舉多得方法。

三相平衡優化換相策略的目標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，并通過優化算法進行求解出配電變壓器和饋線的最佳相位連接方案。在以前由于配電網的詳細負荷數據和網絡參數難以獲取加之配電網三相不平衡通常不是緊急情況，所以配電變壓器負載換相通常在配電網維護和恢復期間憑借工作人員的經驗采用試錯法進行，而這種方法是勞動密集型的、費時的、次佳的。在配網運行的十幾年和配變監測系統的逐步完善后，現在配網已經記錄保存了大量詳細的生產數據，它詳細地記錄了配電網在各個時刻的運行狀態和設備狀態等。隨著計算機技術水平的提高，利用現代計算機技術和優化算法我們已經可以從這些數據中提取分析和預測配網運行期間網絡的各個電氣狀態，并通過優化算法得到配電網最佳的運行模式。

采用專家系統法來推理出配電網中配電變壓器最優換相策略，旨在減少中性線電流。但專家系統因其知識獲取困難和非魯棒的特性使其很難推理出最優的換相方案，且算法執行時間較長。本文從配網重構的角度對三相平衡優化換相策略進行分析，并通過利用饋線的分段開關將負載平均分配在主饋線上，考慮到實際情況中很難有大數量的分段開關用于負載的重新分配，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解，能夠很大程度上提升三相配電系統的平衡效應；但是，免疫算法后期種群差異小會導致后期進化非常緩慢，因此只能靠變異來保證種群的多樣性，很容易在變異過程中造成優勢個體的丟失。三相平衡優化換相策略雖能在不改變網絡拓撲結構和增加設備投入的情況下改善網絡的三相不平衡和減少網絡損耗，但是也正是因為其不改變網絡拓撲結構而不能有效地改善配網的潮流分布，無法將配網網絡損耗中的技術性損耗減少到最少。

4.結語

現階段，我國對配電網安全管理工作越來越重視，尤其是針對三相不平衡問題，傳統電網安全管理方式已然不能適應當前的需要。基于此，將先進技術應用到配電網安全管理系統的設計工作中來無疑是勢在必行的。本文詳細分析了配電網安全管理問題及改進措施，通過應用負載補償、配網重構和三相平衡優化換相策略等改進措施到配電網安全管理工作中來，不但可以充分達成安全管理的各項任務指標，并同時還實現了配電網安全管理工作的智能化與高效化。

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