基于大数据分析的低压台区三相不平衡治理方法

2022-11-25吴胜

通信电源技术 2022年13期

吴胜

（苏州三新供电服务有限公司常熟分公司虞北业务所，江苏常熟 215500）

0 引言

在电力资源覆盖面逐渐扩大的环境下，电力用户对其要求更高，低压配电问题成为电力企业亟待解决的问题[1]。低压配电过程中，三相功率、电压、电流等方面的不均衡问题是导致用户电压偏低的主要原因。不平衡的原因在于用电负荷时空分布不均衡，每个用电用户的单向负荷均具有随机性，无法保证负荷功率相同[2]。在接入电压电流时，中性线上会存在较大的电流，对于母线的损伤较大[3]。除此之外，低压台区三相不平衡现象还会使负荷重载，出现台区变压器线损增加的危害[4]。本文设计了基于大数据分析的低压台区三相不平衡治理方法，为电力企业的经济发展提供建议。

1 低压台区三相不平衡治理方法设计

1.1 度量三相不平衡电压基波分量

不均衡电压、电流基波分量是三相不平衡度量的关键指标[5]。本文将三相不平衡度用负序电压与正序电压的比值来表示，公式为

式中：Ua为电压基波分量；U2为负序电压值；U3为正序电压值；U1为电压的正序分量；χ为相量旋转算子；ε为相角旋转算子；δ为三相不平衡度指标[6]。根据此度量公式，本文绘制出的三相负载等效电路如图1所示。

图1 三相负载等效电路

根据图1，电压的正序分量U1的相角为0°，负序电压值U2的相角为-120°，正序电压值U3的相角为120°[7]。此三相负载等效电路中的电阻R相同，在M=S1=S2=S3时，K与C为负载等效情况。此时，电路中电压相位信息更容易获取。

1.2 基于大数据分析计算三相不平衡周期平滑系数

三相不平衡平滑系数是在历史电流周期数据的基础上，对未来电流进行预测的系数。在度量出三相不平衡电压基波分量之后，利用大数据计算出三相不平衡周期平滑系数，可以有效地调配电压负荷，使电流处于低压平衡的状态[8]。以配电变压器运行1周为1个周期计算，利用大数据分析深度挖掘出此周期下的平滑系数为

式中：Kiγ为第i个时刻的三相负荷平滑系数；γ为初始平滑系数；Iγn为第n个周期下的电流数据预测结果；Iγ为配电变压器负荷的预测电流值；Ki2γ为经过大数据分析之后形成下1周期的平滑系数[9]。当三相含中性线的配电线路中存在零序分量时，线电压的平衡时间为

考虑到三相负载电压相差不多，各个线路的电压大小偏差较小。在Kiγ=Ki2γ时，三相电压处于平衡状态时的有效值偏差较小，可以抑制三相电压不平衡现象。

1.3 构建低压台区三相不平衡补偿模型

为了实现低压台区三相不平衡的高效治理，本文以三相不平衡平滑系数为基础，构建低压台区三相不平衡补偿模型。低压无功补偿主要是对负载两端进行无功补偿，将三相负载同时接入补偿装置中，当一个负载功率偏低时，电路中的功率通过换相的方式将电压与电流平衡，保证三相平衡效果[10]。三相不平衡自动换相简图如图2所示。

图2 三相不平衡自动换相简图

图2中：U0为初始电压；I0为初始电流。本文将换相后的三相不平衡度作为最小目标函数，由此得出补偿模型表达式为

式中：I1、I2为换相过程中的负荷电流。在三相不平衡补偿过程中，配电变压器的低压侧采取不接地的形式，三相负载的电流负荷直接从I1转移至I2，再从I2转移至I0，进而实现不平衡补偿的效果，提高三相不平衡治理水平。

2 实例分析

2.1 台区概况

为了验证本文设计的治理方法是否具有实用价值，本文以S台区为例对上述方法进行实例分析验证。S台区公变容量为320 kVA，供电用户约180户，供电半径约440 m。S台区经常出现变压器低压供电的情况，三相不平衡问题严重，影响了周围居民的正常用电生活。因此，使用本文设计的基于大数据分析的低压台区三相不平衡治理方法，对S台区的相关问题进行治理。本文随机选取全天的10:00 —22:00的配电变压器运行数据，电容器电容投切情况如表1所示。

表1 电容器电容投切情况表

如表1所示，全天10:00 — 22:00的配电变压器运行过程中，发生三相不平衡的动作共7次，分别为10:00、12:00、14:00、16:00、18:00、20:00 以及 22:00。其中，全天中存在有功负荷与无功负荷2种曲线，如图3所示。

图3 负荷曲线

图3中有功负荷曲线的负荷容量在1.3×104～2.8×104kVA的范围内波动，无功负荷曲线的负荷容量在1.0×104～2.2×104kVA的范围内波动。在10:00与21:00处，有功负荷曲线与无功负荷曲线出现融合。也就是说，10:00与21:00处电容补偿量进行了等值融合。由此得出，10:00与21:00时刻的配电变压器损耗与投切次数的关系如图4所示。

根据图4，10:00与21:00时刻的配电变压器损耗量均会随着投切次数的增加而减少。在投切次数为35次时，配电变压器的损耗在1 000～1 500 kVA左右，可以符合电容器配置需求。

2.2 应用结果

在上述条件下，本文选取1 000～8 000 kVA的无功补偿容量。计算出低压台区治理前的三相不平衡度和使用本文设计的基于大数据分析的低压台区三相不平衡治理方法后的三相不平衡度，将二者进行对比，具体应用结果如表2所示。

表2 应用结果

在长时间的低压配电过程中，低压台区的三相不平衡度在42.18%～75.43%的范围内波动，并且随着无功补偿容量的增加，三相不平衡度随之减少。当无功补偿容量为1 000 kVA时，三相不平衡度为75.43%；当无功补偿容量为8 000 kVA时，三相不平衡度为42.18%。无功补偿容量越多，三相不平衡治理效果越好。

使用本文设计的基于大数据分析的低压台区三相不平衡治理方法，对S台区进行综合治理。使用本文设计的治理方法之后，不平衡度大幅度下降。在长时间的低压配电过程中，不平衡度在12.16%～22.61%的范围内波动。当无功补偿容量为1 000 kVA时，三相不平衡度为22.61%；当无功补偿容量为8 000 kVA时，三相不平衡度为12.16%。治理之后的三相不平衡度均在30%以内，低压台区三相不平衡情况可以忽略不计。因此，使用本文设计的治理方法，三相不平衡治理效果较佳，符合本文研究目的。