一种低压台区末端分相双向自适应调压系统的制作方法

本发明涉及低压配电网电压调节与电能质量控制领域，具体涉及一种低压台区末端分相双向自适应调压系统。

背景技术：

1、随着农村配电网及低压台区供电半径不断延伸，部分末端用户受供电线路距离长、导线截面积较小以及用电负荷集中等因素影响，容易出现末端电压偏低或者波动较大的情况；同时，在分布式光伏接入的台区中，还可能因光伏出力变化出现局部电压升高。现有低压台区电压治理方式主要包括线路改造、增设配电变压器、无功补偿以及在线路末端设置调压装置等。其中，末端调压装置通常根据负荷侧电压与设定上下限之间的关系，通过切换不同变比的调压档位进行升压、旁路或降压，以使负荷侧电压恢复至允许范围。对于三相负荷不均衡的低压线路，还可以采用分相调压方式，使各相根据自身电压状态独立选择调压档位。

2、然而，在低压台区实际运行过程中，负荷侧电压不仅受到调压档位的影响，还会随源侧电压和线路电流同步变化。特别是在长距离、高阻抗线路以及抽水设备、空调、电暖器等负荷频繁启停的场景下，调档前后可能同时出现源侧电压变化或者线路电流变化。若直接根据调档前后的负荷侧电压差判断某一档位的调压效果，则难以区分其中由档位切换产生的电压变化和由线路运行状态自然变化产生的电压变化。例如，执行升压动作的同时源侧电压下降或者用户负荷增加时，实际负荷侧电压可能升高较少，甚至继续降低；反之，当源侧电压自身升高或者部分负荷退出时，又可能使调档后的电压升幅明显增大。因此，仅依据调档前后的电压变化评价调压效果，容易对档位实际作用产生误判。

3、当调压装置根据上述调档结果进行后续档位选择或者自适应调整时，如果未先判断调档前后的运行数据是否具有可比较性，也未将源侧电压及线路电流变化对负荷侧电压的影响从实际调档作用中区分出来，则一次由负荷启停或者源侧波动造成的异常结果可能被错误记录为某一档位的有效或无效响应，并在后续相似工况下重复执行不适宜的升档或降档操作。尤其对于各相独立调压的低压台区，还可能因单相档位选择不合理而进一步扩大各相电压之间的差异。因此，如何在源侧电压、线路电流和负荷侧电压均随运行工况变化的情况下，准确识别一次档位迁移自身产生的实际调压作用，并据此合理调整后续档位迁移路径，是现有低压台区末端自适应调压过程中仍需要解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种低压台区末端分相双向自适应调压系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种低压台区末端分相双向自适应调压系统，包括分别设置于a相、b相和c相线路上的分相调压单元、采集单元以及与分相调压单元和采集单元连接的控制器，分相调压单元具有升压档位、旁路档位和降压档位，各相分相调压单元相互独立地进行档位切换；

4、采集单元分别采集各相分相调压单元输入侧的源侧电压、输出侧的负荷侧电压以及对应相的线路电流；

5、控制器针对各相分别建立无调档基准响应关系；无调档基准响应关系由对应相的分相调压单元保持同一档位且未发生档位切换期间的稳定运行区段形成，用于表征源侧电压变化、线路电流变化与负荷侧电压变化之间的对应关系；

6、当任一相的负荷侧电压触发调压条件时，控制器确定该相由当前档位至目标档位的有向档位迁移；在执行有向档位迁移前形成第一稳定观测数据，在档位切换后形成第二稳定观测数据；第一稳定观测数据和第二稳定观测数据均包括源侧电压、负荷侧电压和线路电流；

7、控制器根据第一稳定观测数据与第二稳定观测数据之间的线路电流变化以及两组稳定观测数据对应的电压稳定状态，判断本次有向档位迁移是否满足动作结果可归因条件；

8、在满足动作结果可归因条件时，控制器根据无调档基准响应关系、源侧电压变化和线路电流变化，确定未执行本次有向档位迁移情况下的负荷侧基准电压；根据第二稳定观测数据中的实际负荷侧电压与负荷侧基准电压之间的偏差，确定本次有向档位迁移的净调压作用；

9、当净调压作用的方向与本次有向档位迁移的调压方向一致，且净调压作用的绝对值达到有效响应阈值时，保持目标档位并形成有效响应记录；

10、当净调压作用的方向与本次有向档位迁移的调压方向不一致，或者净调压作用的绝对值未达到有效响应阈值时，控制对应相恢复至迁移前档位，并将本次有向档位迁移与执行该有向档位迁移时的运行工况关联形成受限迁移记录；运行工况由对应相的源侧电压区间和线路电流区间确定；

11、控制器在后续满足受限迁移记录所关联的运行工况时，排除受限迁移记录对应的有向档位迁移后确定对应相的目标档位。

12、优选的，每一分相调压单元包括自耦调压变压器、档位切换电路和旁路电路；

13、自耦调压变压器具有不同变比的调压抽头；档位切换电路分别与调压抽头连接，根据控制器输出的档位控制信号选择对应的调压抽头，以形成升压档位或降压档位；

14、旁路电路跨接于分相调压单元的输入侧与输出侧之间，并在旁路档位下导通；

15、采集单元包括源侧电压采样点、负荷侧电压采样点和线路电流采样点；源侧电压采样点和负荷侧电压采样点分别设置于分相调压单元的输入侧和输出侧，线路电流采样点设置于对应相线路上。

16、优选的，控制器将连续采集的源侧电压、负荷侧电压和线路电流按照相同时间长度划分为观测时段，并分别确定各观测时段内源侧电压、负荷侧电压和线路电流的平均值及波动幅度；

17、波动幅度为同一观测时段内对应采集量的最大值与最小值之差；

18、当源侧电压的波动幅度不超过源侧电压稳定阈值、负荷侧电压的波动幅度不超过负荷侧电压稳定阈值，且线路电流的波动幅度不超过电流稳定阈值时，将对应观测时段确定为稳定运行区段；

19、以稳定运行区段内的源侧电压平均值、负荷侧电压平均值和线路电流平均值形成稳定观测数据；

20、在执行有向档位迁移前，由当前档位下的稳定运行区段形成第一稳定观测数据；在档位切换完成后，由首个满足稳定运行区段判定条件的观测时段形成第二稳定观测数据。

21、优选的，控制器取得对应相保持同一档位且未发生档位切换期间按照时间顺序排列的至少三个稳定运行区段，并将时间相邻的两个稳定运行区段组成差分区段组；

22、对于每一差分区段组，以后一稳定运行区段的平均值减去前一稳定运行区段的平均值，分别得到源侧电压变化量、线路电流变化量和负荷侧电压变化量；

23、以源侧电压变化量和线路电流变化量作为输入量，以负荷侧电压变化量作为响应量，确定源侧电压变化系数和线路电流变化系数；

24、源侧电压变化系数和线路电流变化系数使计算得到的负荷侧电压变化量与实测负荷侧电压变化量之间的误差平方和取得最小值；

25、由源侧电压变化系数和线路电流变化系数构成对应相、对应档位下的无调档基准响应关系。

26、优选的，调压条件由目标电压区间的下限电压阈值和上限电压阈值确定；

27、当对应相的负荷侧电压低于下限电压阈值并持续达到电压越限确认时长时，控制器沿升压方向确定目标档位；

28、当对应相的负荷侧电压高于上限电压阈值并持续达到电压越限确认时长时，控制器沿降压方向确定目标档位；

29、当对应相的负荷侧电压处于目标电压区间内时，保持当前档位；

30、沿升压方向或降压方向确定目标档位时，将位于对应调压方向的档位按照相对于当前档位的调压量增量由小至大排列，并将首个对应有向档位迁移未被排除的档位确定为目标档位；

31、当对应调压方向不存在未被排除的有向档位迁移时，保持当前档位。

32、优选的，动作结果可归因条件包括：形成第一稳定观测数据和第二稳定观测数据的观测时段均满足稳定运行区段的判定条件，且第一稳定观测数据与第二稳定观测数据中的线路电流之差的绝对值不超过电流变化限值；

33、当上述任一条件不满足时，将本次有向档位迁移确定为不可归因动作；

34、对于不可归因动作，控制器保持档位切换后的档位直至形成后续稳定观测数据，不根据本次有向档位迁移形成有效响应记录或者受限迁移记录，并根据后续稳定观测数据重新判断是否触发调压条件。

35、优选的，对于满足动作结果可归因条件的有向档位迁移，控制器将第二稳定观测数据中的源侧电压减去第一稳定观测数据中的源侧电压，得到源侧电压变化量；将第二稳定观测数据中的线路电流减去第一稳定观测数据中的线路电流，得到线路电流变化量；

36、将源侧电压变化量与源侧电压变化系数的乘积、线路电流变化量与线路电流变化系数的乘积以及第一稳定观测数据中的负荷侧电压相加，得到未执行本次有向档位迁移情况下的负荷侧基准电压；

37、将第二稳定观测数据中的实际负荷侧电压与负荷侧基准电压之差确定为净调压作用；

38、净调压作用为正时，表示本次有向档位迁移相对于未执行该有向档位迁移的状态产生升压作用；净调压作用为负时，表示本次有向档位迁移相对于未执行该有向档位迁移的状态产生降压作用；

39、各档位分别具有档位额定电压调节量，档位额定电压调节量为对应档位相对于旁路档位在额定输入电压下产生的输出电压变化量；

40、有效响应阈值为迁移前档位与目标档位的档位额定电压调节量之差的绝对值与有效比例系数的乘积，有效比例系数大于0且小于1。

41、优选的，受限迁移记录包括相别、迁移前档位、目标档位以及所关联运行工况的源侧电压区间和线路电流区间；

42、源侧电压区间以形成第一稳定观测数据时的源侧电压为区间中心，以源侧电压工况容差为半宽；线路电流区间以形成第一稳定观测数据时的线路电流为区间中心，以线路电流工况容差为半宽；源侧电压工况容差和线路电流工况容差均为正值；

43、在后续调压过程中，以最近形成的稳定观测数据确定当前运行工况；

44、当待调压相与相别一致、当前档位与迁移前档位一致，且最近形成的稳定观测数据中的源侧电压和线路电流分别落入源侧电压区间和线路电流区间时，确定当前运行工况满足受限迁移记录所关联的运行工况；

45、控制器排除由迁移前档位至目标档位的有向档位迁移，并保留由迁移前档位指向其他在当前运行工况下未被受限迁移记录排除的档位的有向档位迁移。

46、优选的，当连续形成的稳定观测数据均不满足受限迁移记录所关联的运行工况，且持续时间达到恢复观察时长时，控制器将该受限迁移记录对应的有向档位迁移转换为允许验证状态；

47、当后续调压条件再次指向有向档位迁移时，执行验证性档位迁移，并判断验证性档位迁移是否满足动作结果可归因条件；

48、当验证性档位迁移不满足动作结果可归因条件时，控制对应相恢复至验证性档位迁移前的档位，并保留受限迁移记录；

49、当验证性档位迁移满足动作结果可归因条件时，根据无调档基准响应关系确定验证性档位迁移的净调压作用；

50、当净调压作用的方向与验证性档位迁移的调压方向一致，且净调压作用的绝对值达到有效响应阈值时，解除对应的受限迁移记录并形成有效响应记录；

51、当净调压作用的方向与验证性档位迁移的调压方向不一致，或者净调压作用的绝对值未达到有效响应阈值时，控制对应相恢复至验证性档位迁移前的档位，并保留受限迁移记录。

52、优选的，有效响应记录包括对应的有向档位迁移、净调压作用以及形成有效响应记录时的源侧电压区间和线路电流区间；

53、源侧电压区间以形成第一稳定观测数据时的源侧电压为区间中心，以源侧电压工况容差为半宽；线路电流区间以形成第一稳定观测数据时的线路电流为区间中心，以线路电流工况容差为半宽；

54、对于候选有向档位迁移，控制器从源侧电压区间和线路电流区间分别包含最近形成的稳定观测数据中源侧电压和线路电流的有效响应记录中，取得对应的净调压作用；存在两条以上有效响应记录时，以各有效响应记录中的净调压作用的平均值作为候选有效响应；

55、控制器将对应相当前的负荷侧电压与候选有效响应相加，确定迁移至候选目标档位后的候选负荷侧电压；

56、将候选负荷侧电压与其余两相当前的负荷侧电压形成三相候选电压组，并将三相候选电压组中的最大相电压与最小相电压之差确定为相间电压离散量；

57、当相间电压离散量不超过相间电压差限值时，执行候选有向档位迁移；

58、当相间电压离散量超过相间电压差限值时，排除当前候选有向档位迁移，并按照相对于当前档位的调压量增量由小至大的顺序，从相同调压方向的其余候选有向档位迁移中重新确定候选目标档位；

59、当不存在满足当前运行工况且具有有效响应记录的其他候选有向档位迁移时，保持当前档位。

60、综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

61、本技术通过针对a相、b相和c相分别建立无调档基准响应关系，并利用对应相在保持同一档位且未发生档位切换期间形成的稳定运行数据，表征源侧电压变化、线路电流变化与负荷侧电压变化之间的对应关系；在实际执行有向档位迁移后，再结合调档前后的稳定观测数据确定未执行本次档位迁移情况下的负荷侧基准电压，并将实际负荷侧电压与所述负荷侧基准电压进行比较，以获得本次有向档位迁移自身产生的净调压作用，达到将源侧电压自然波动及线路电流变化对负荷侧电压的影响与实际调档作用相区分的效果，减少仅依据调档前后电压差进行判断时将线路自然变化误认为调档效果的情况，提高末端调压动作评价的准确性。

62、通过在计算净调压作用之前，对第一稳定观测数据和第二稳定观测数据所对应的电压稳定状态及线路电流变化进行动作结果可归因判断，当调档前后存在明显负荷变化或者运行状态不具备可比较性时，不根据该次档位迁移形成有效响应记录或受限迁移记录；仅对满足可归因条件的档位迁移进行净调压作用评价，并根据净调压作用的方向及其与有效响应阈值之间的关系决定保持目标档位或者恢复至迁移前档位，达到降低负荷启停、短时扰动以及采集误差对档位评价结果的干扰的效果，避免因一次不可归因的运行变化形成错误的档位响应判断，从而提高分相双向调压控制过程的稳定性和可靠性。

63、通过将净调压作用方向失配或者净调压作用不足的有向档位迁移，与对应相别、迁移前档位、目标档位以及源侧电压区间和线路电流区间形成受限迁移记录，并仅在后续相同运行工况下排除对应的有向档位迁移，而不将目标档位永久限制；在运行工况持续离开原受限范围后，还允许通过验证性档位迁移重新判断是否解除限制，并可进一步利用已有有效响应记录预测候选负荷侧电压，对三相候选电压之间的离散程度进行约束，达到根据不同运行工况动态调整档位迁移路径的效果，减少同类工况下重复执行低效或反向调压动作的情况，同时兼顾各相独立调压与三相电压状态之间的协调性。