分布式電源接入配電網不平衡負荷數據修正系統

白 杰，姚朋輝，張越鋮，雷 霆

（云南電網有限責任公司玉溪供電局，云南玉溪 653100）

配電網中分布式接入電源會導致電流電壓負載不均勻，在運行過程中容易產生大量不平衡負荷的負載數據。負荷不均衡會加大變壓器、線路的消耗，危害供電系統的安全，導致供電系統無法平穩和正常運行。通過對配電網不平衡負荷的數據修正，可以確保電力設備正常運行以及減少備用電力設備容量，降低發電成本，提高經濟效益。

近年來，由于我國對分布式電源接入配電網負荷不均衡現象的普遍關注，國家陸續出臺了相應的電力質量標準，有很多學者對此方面進行了相關研究。文獻[1]提出了一種對分布式電源接入配電網不平衡的優化研究，結合了對分布式光伏和分布式風能輸出功率的研究，建立了城市供電網不平衡無功優化的研究體系，通過退火蟻群算法對模型的計算，實現配電網的無功優化，但此方式過于依賴電力數據數值，在大多數情況下無法完成。文獻[2]利用混沌粒子群技術建立仿真模型，完成對分布式電源接入配電網的優化仿真，但此方法的優化過程受算法的影響，在實際運用中模型的求解過程較復雜。

為了解決配電網不平衡負荷數據修正過程復雜、能耗較高的問題，該文設計了分布式電源接入配電網不平衡負荷數據修正系統。

1 系統硬件設計

該文采用多數字信號處理器以及復雜可編輯邏輯器組成分布式電源接入配電網不平衡負荷數據修正系統的硬件部分。系統硬件結構如圖1 所示。

圖1 系統硬件結構

1.1 多數字信號處理器

該文選用的多數字信號處理器型號為9281-321DF，主體為16 位的微處理芯片作為基本位長，并配有程序操控芯片、程序報警中斷芯片、DMA 合成芯片、時間芯片，字寬為32 位，通過三角載波控制法產生脈沖控制信號，將輸出的補償與輸出電壓和三角載波比較，從而形成脈沖控制信號[3-4]。多數字信號處理器結構如圖2 所示。

圖2 多數字信號處理器結構

觀察圖2 可知，其指令模式采用微程序操控，處理速度快、反應時間短，采用浮點算法，以數據表示成指數形式來實現大數據動態范圍操控[5-6]。

多數字信號處理器的主要功能是記錄分析補償電流，采集負荷電流與負荷電壓，并對采集到的電流負荷與電壓負荷進行DQ 轉換，以此得到負荷電流與負荷電壓的有功功率與無功功率，提取負荷電流中的無功數據，通過DQ 反轉換得到電流基波分量。

提取分布式電源接入配電網交流電荷中的不平衡負荷數據，分析數據得到負荷中電流數據所需補償的電流無功數值，計算總諧波含量，將諧波大小依次排序。將處理后的數據傳輸到多數字信號處理器總控制器中，總控制器根據收集到的信息生成脈沖控制信號，脈沖控制信號控制無源補償模塊與有源補償模塊[7-8]，從而實現配電網不平衡負荷補償。

1.2 復雜可編程邏輯器

該文選用的復雜可編程邏輯器為可重配置型機器，該復雜可編程邏輯器的邏輯分析模塊采用GFR模塊，由排列單元、乘積單元、共享單元以及輸出邏輯單元組成，由PLD 電路控制整體運行。使用SHJU 單元保存模塊數據，其優點為邏輯功能高、系統結構簡單、費用低、可靠性高[9-10]。頻率計量過程如圖3所示。

圖3 頻率計量過程

根據圖3 頻率計量實現邏輯編程，邏輯器包含靜態隨機儲存器以及ISO1289 器件，由全局操控模塊、邏輯分析模塊、輸入輸出模塊以及布線模塊構成[11-12]，并含有時間單元與網絡CHG 單元。

2 系統軟件設計

通過復雜可編程邏輯器設計分布式電源接入配電網不平衡負荷數據檢測軟件以及修正軟件。

2.1 分布式電源接入配電網不平衡負荷數據檢測

針對復雜可編程邏輯器件設計分布式電源接入配電網的不平衡負荷數據監測程序，采用TAKEN 嵌入思想，結合配電網電力系統的參數，建立相位空間點，以V表示相位空間點，進而采集時間序列的樣本，在系統的嵌入數夠大時，對吸引子維數d也存在著確定性映射，設分布式電源接入配電網參數為c，m為相位空間點向量，因此重構的相位空間點也可以描述為：

假設ψ為重構相位空間點第i個時間序列的檢測值，若已知V的值，則可以利用V對ψ進行求解[13-14]。對配電網不平衡負荷數據的檢測是實際檢測的關鍵內容，因此只檢測相位空間點即可。通過檢測尋找最近鄰點與檢測點的規律，根據歐氏距離公式得出吸引子維數d的值。

在配電網檢測電路時，檢測的準確度主要取決于歐氏距離方法定義的最近鄰點的性質。如果最近相位點與最初相位點之間的距離較大，則測量的準確性便下降，反之則測量的準確性提高。但是在配電網測量中，往往由于各種環境因素的影響，導致最近相位點與最初相位點之間的距離增大，所以必須不斷尋求最鄰點以提高測量的準確性。因此可以通過相關度原理選擇符合歐氏距離方法的最鄰點，其具體選擇流程如圖4 所示。

根據圖4 可知，將重構吸引子維數d代入歐氏距離計算方程中，得出V的L個最近鄰點，并計算出中心點Vn，利用計算出的最近鄰點建立V與Vn的關系為：

在計算過程中，最近鄰點必須滿足的條件是與二極限值之間不產生交集的交點。不滿足線性回歸方程參數所計算的最近鄰點，要有關聯性條件。因為由運算結果得出了參數矩陣上的值，所以，檢驗值可以表示為：

圖4 選擇流程

其中，u與o為擬合參數。通過上述計算，結合TAKEN 嵌入理論[15]完成對分布式電源接入配電網不平衡負荷數據的檢測。

2.2 分布式電源接入配電網不平衡負荷數據修正

根據上述過程得到分布式電源接入配電網不平衡負荷數據檢驗結果后，運行數據修正程序，利用均方根值獲取數據修正結果為：

其中，h為諧波電流的運行次數，I為配電網電流，n為終端電流。在諧波電流補償過程中，諧波電流的性能影響著補償電流的效率，以內環結合諧波的電流補償效率通過電流的瞬時值來反映，控制器的帶寬可以提高電路系統的性能與穩定性，更好地實現信息修正。根據補償配電網的諧波電流以及無功功率[16]，完成分布式電源接入配電網不平衡負荷數據修正。

3 實驗研究

為了驗證該文提出的分布式電源接入配電網不平衡負荷數據修正系統的實際應用效果，設定實驗，選用的配電網容量為300 kVA，同時內部設定智能電量調節器，分析實驗數據。

在確定配電網負荷不平衡狀態后，利用調節器進行調節，確保數據的綜合利用率。通過對比分析確定電壓數據、電流數據以及無功功率數據，分析配電網內部損耗情況，通過監測管理得到數據信息。圖5 所示為修正前后平均負荷電流。

圖5 修正前后平均負荷電流

根據圖5 可知，在負荷數據修正之前，配電網內部的電流產生了較大的波動，負荷數據存在嚴重的不平衡問題，信息難以準確傳達。在應用該文的修正系統后，很好地解決了負荷數據不平衡問題，波動明顯減小，負荷電流基本能夠穩定運行，配電網內部的變壓器和線路損耗得到明顯減小。

該文設計的系統在確保數據負荷平衡后，補償有功功率，分析補償前后的功率因數，得到的實驗結果如圖6 所示。

圖6 修正前后功率因數

根據圖6 可知，補償后功率因數得到了明顯的提高，在未進行修正補償之前，功率因數為0.7，而補償之后功率因數上升到0.9，用戶的用電質量得到了很好的保證，提高了數據的利用率，在運行過程中雖然也會造成一定的線路損耗，但是與未引入修正系統相比電路損耗明顯降低。

根據電流修正前后的不平衡度判斷配電網運行的穩定性，實驗結果如表1 所示。

根據表1 可知，在未修正之前，配電網運行的不平衡度達到了50%，在運行過程中產生了極大的波動，很容易受到外界干擾，配電網甚至會遭到入侵，而引入該文提出的修正系統后，不平衡度降低到5%，波動明顯降低，系統運行更好。

表1 修正穩定性實驗結果

為進一步深入驗證修正系統的實際效果，選用文獻[1]計及分布式電源接入的三相不平衡配電網無功優化方法和文獻[2]面向分布式電源接入配電網的電力優化模型進行對比實驗，得到的線路損耗結果如表2 所示。

表2 線路損耗量實驗結果

觀察表2 可知，與未引入修正系統相比，三種修正方法都能夠減少運行過程的線路損耗量，但是與兩種對比的修正方法相比，該文設計的修正系統線路損耗量更低，線損量最多降低了100.2 kW·h，計及分布式電源接入修正方法最多降低了68.2 kW·h，電力優化模型修正方法最多降低了58.3 kW·h。由此可知，設計系統的減損能力最強，能很好地降低運行損耗費用。

4 結束語

分布式電源接入配電網的負荷是影響電力系統正常運行的重要因素，該文設計了分布式電源接入配電網不平衡負荷數據修正系統，同時應用多數字信號處理器以及復雜可編輯邏輯器，該文系統改善了配電網不平衡負荷的問題，可以有效提高電力運行的經濟效益，減少電力運行成本，提高居民用電質量。