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摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，配电网建设越来越多。随着配电网规模日益壮大，用电负荷不断增加，三相负荷不平衡现象严重影响电网的稳定运行，也增加了配电网的电能损耗。本文研究了配电网三相不平衡对台区线损造成的影响，重点分析了不平衡时变压器的损耗、线路的损耗，给出了不同不平衡度时线路线损的增加幅度，提出针对三相不平衡现象的治理措施。
关键词：配电网；三相不平衡；线损
引言
三相负荷不平衡是由于低压配电网三相负荷不对称造成的，这一现象普遍存在于城市居民楼电采暖群，各负载用户在三相连接中的分配情况并不均匀、使用单相负载额定功率较大以及不到位的平衡管理等诸多因素，导致三相负荷不平衡现象更加普遍，对系统负面影响越来越大。调整用户的接入相序是改善三相负荷不平衡问题最为根本、直接的方法，相对于其他方法，这种调整方法不需要其他投资，兼具可行性与经济性。
1配电网三相不平衡运行危害
配电网三相不平衡时，不平衡电压或电流不平衡会对电力系统和用户造成一系列的危害，主要体现在以下几个方面。（1）引起发电机的附加发热和振动，影响发电机的安全运行和正常出力。（2）当三相负荷不平衡时，会出现配变负载较重相满载甚至过负荷、负载较轻相则有盈余的现象，降低了配变出力，危及配变安全，缩短了配变的正常运行年限。（3）若系统输送总有功和无功大小不变，当三相负载不平衡时，各相线电流不等，这种情况下三相电流平方和大于三相平衡时的值，加之中性线电流不为零，输电线路的损耗将大大增加，降低了配网经济运行水平。（4）增加所带电动机负荷的定子铜损，负序分量产生的制动转矩也将降低电动机的最大转矩和过载能力；对一般居民负荷，重载线路电压水平偏低，轻载线路电压水平较偏高，影响了电器的正常使用。
2三相负荷不平衡在线治理系统
本文低压配电台区在线治理系统，由一个智能换相终端（负责负荷监测与自动换相控制）和若干个换相开关单元（负责执行负荷换相的操作机构）组成。智能换相终端实时监测配变低压出线的三相电流，如果在一定监测周期内配变低压侧三相负荷不平衡度超限，智能换相终端读取配变低压出线和换相开关单元各负荷支路的电流、相序实时数据，进行优化计算，发出最优换相控制指令，各换相开关单元按照换相流程执行换相操作，实现用户负荷相序调整、配电台区三相负荷均衡分配。换相开关单元主电路由三组磁保持继电器和可控硅的并联电路组成。磁保持继电器载流量大而可控硅响应速度快，两者根据负荷相位协调工作使换相开关单元可以在线实时无冲击地快速切换负荷相线，切换过程无需断电。
3负荷实时调度策略
3.1线路调整法
该方法基于Eclipse环境，目标函数是中性线电流，只需要切换用户的相，进而降低系统三相不平衡状况问题。1）种群初始化编码方式使用二进制编码，对一个染色体进行初始化操作后，一个长度基因的染色体可以形成。再初始化一组染色体后，一组染色体随之产生。2）解码平均分配二进制数，一个集表箱由5位表示，当电表箱的数量为999时，二进制代码为4995位，二进制数按照数制法则被转换成十进制数，由于三相电路的原因，十进制数也会被分为三份，然后按照均匀分布和二进制代码，确定电表箱所在相别可以得到确定。
其中：Fi－染色体i的适应度值。N－群组中个体总数。4）交叉运算该步骤在选择运算进行之后，随机选择两个个体作为交叉运算实施对象，在交叉点位置处，两个个体相互交换自身基因码，新的子个体进而产生。5）变异运算该步骤作为遗传算法迭代寻优过程中重要的组成部分，可以防止种群过快过早收敛。
3.2优化算法求解
本文目标函数是一个多目标非线性的函数，可采用遗传算法、微分进化算法、粒子群算法等优化算法进行求解。针对本文低压配电网模型，本文采用简单高效的遗传算法。换相次数尽可能少是优化目标之一，在遗传算法生成初始种群时添加当前相序作为一个个体，可以有效的加快收敛速度和很大程度上避免局部最优问题。采用动态交叉概率和变异概率防止遗传算法早熟。本文求解算法基于Windows平台用C＋＋语言实现，该算法基本在100代以内收敛，迭代1000次约用时150ms，保证换相调度的实时性。该算法运算效率高，计算结果可靠，对硬件性能要求低。
3.3分布式电源接入仿真分析
仿照的αI的定义方法，以DG不平衡度αDG为衡量配电网线路参数不对称程度的指标，其计算方法如式（3）所示：
由图2可知，αI与D呈正相关，即单相分布式电源接入点越接近线路首节点，对电流不平衡度的影响越小；反之，单相DG距离线路首节点越远，导致的电流不平衡程度将越大，因此，将单相DG配置于线路首端可在一定程度上降低其对配电网三相不平衡的影响。将单相DG分别接于主干线1/3、2/3及末端处，即分别接于节点6、12、18，主干线沿线的电流不平衡度如图3所示：由图3可知，当单相DG接于节点6时，由线路首端节点1～6，沿线电流不平衡度逐渐增加，但节点6至线路末端，电流不平衡度几乎为0，即三相平衡程度几乎不受影响；同样的，当单相DG接于节点12时，由线路首端节点1～12，沿线电流不平衡度逐渐增加，但节点12至线路末端，电流不平衡度几乎为0，三相平衡程度几乎不受影响；当单相DG接于线路末端节点18时，由线路首端节点1～18，沿线电流不平衡度逐渐增加，且趋势逐渐加快。
结束语
综上所述，由优化算法求解三相不平衡问题，可以采用目前广泛使用的多种算法得以实现，比如遗传算法、声搜索等。本文应用遗传算法进行迭代寻优，提出了负荷相序调整方案，以应对低压配电网存在的三相不平衡风险。对系统运用“线路调整法”进行调整之后，基本达到了三相负荷平衡状态。
参考文献
［1］胡应宏，王建赜，任佳佳，等．不平衡负载的平衡分量法分解及补偿方法［J］．中国电机工程学报，2012，32（34）：98－104
［2］陆惠斌，徐勇，伍宇翔，等．基于换相技术的三相不平衡治理装置研究［J］．电力电容器与无功补偿，2016，37（6）：64－69
［3］彭春华，陈首昆，于蓉．基于模拟结晶算法的长效三相平衡优化换相策略［J］．中国电机工程学报，2014，34（22）：3760－3767