基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡策略方法技术

本发明专利技术提供一种基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡策略方法，该策略首先获取各智能用电设备功率、电流、电压等用电信息，通过用电电压曲线和台区变压器电压曲线的相似性判别智能可调控设备的相别，从而获得电力系统的拓扑结构，分析其实时三相不平衡特性，离线构建可调控设备各种工作模式下的用电特性曲线；最后根据可调控设备的用户指令需求，采用人工智能算法优化可调控用电设备的实时工作指令，降低局部电网的三相不平衡度，可应用于智能园区、智能楼宇、智能电网等多个应用场景，在满足用户需求的前提下降低线路损耗，提高电网运行效益以及安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡策略方法
本专利技术属于智能电网、人工智能
，特别涉及一种基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡策略方法。
技术介绍
我国低压配电网普遍采用三相四线制接线方式，由于用户侧多为单相负载，且用电具有很强随机性，台区内极易出现三相不平衡。三相不平衡不仅会引起变压器可用容量减小、资产寿命缩短、线路损耗增加等问题，而且会造成电能质量下降，降低用户满意度。目前国内外针对三相不平衡问题，通常采用以下解决方案：(1)在变压器低压侧安装无功补偿装置，对三相不对称负荷进行调补，以降低三相不平衡度。但是这种方法设备投入成本大、维护成本高且三相不平衡治理易受用户侧用电模式和用电习惯影响，无法解决补偿装置下游的三相不平衡问题，不能从根本上解决三相不平衡问题，治理效果不好；(2)在低压线路配置适量的低压负荷在线换相开关，自动调整用电负荷相序，以实现三相负荷平均分配。但是这种方法如何根据低压线路拓扑结构在线路合理位置配置适量的换相开关较为困难，维护运行成本高；(3)依靠人工经验采用试错法离线调整用电负荷接入相序，尽量使三相负荷达到平衡状态，离线调整后治理效果具有概率性，不能实现实时平衡，效果有限。鉴于当前国家电力系统向智能化自动化的泛在电力物联网发展的总趋势，发展智能家居用电调控以面对日益复杂的用电需求是必由方向，随着智能电表及用电信息采集系统的推广普及，电网公司积累了海量台区变压器监测数据和用户用电数据，基于此背景，通过智能电表进行大数据分析开展台区变压器三相不平衡治理切实可行，并且具有强烈的需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于充分利用泛在电力物联网对用户用电信息的实时监控、收集与分析能力，充分利用用户的用电量、用电时长与拓扑结构等信息，提供一种解决电力系统三相不平衡问题的方法。针对上述技术问题，本专利技术提出一种基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡策略方法，该策略包括如下步骤：步骤1、对电力系统的智能用电设备进行分类；将电力系统的智能用电设备分为不可调整类负荷和可调整类负荷，并将全部所述不可调整类负荷整体视为电力系统的一个不可调整的大三相用户；所述不可调整类负荷指设备启动时间不存在调整裕度的用电设备，所述可调整类负荷指用电设备启动时间存在调整裕度，并且调整设备启停时刻不会影响用户舒适度的用电设备；步骤2、对用户用电信息进行采集；利用用户用电信息采集系统，对电力系统内各台区变压器及其所属用户的用电数据进行采集；所述用电数据包括台区变压器电压数据、智能电表电压数据和智能用电设备的负荷曲线；步骤3、获取电力系统内各台区的各相拓扑结构；利用步骤2提取到的所述台区变压器及其所属用户的智能电表电压数据，分别计算所述电表电压数据与所述台区变压器的A相、B相和C相电压数据之间的相关系数，与所述电表电压数据的相关系数最大的相位则是所述用户的电表相序，从而获取电力系统内各台区各相拓扑结构；所述电表电压数据与所述台区变压器的A相、B相和C相电压数据之间的相关系数r的计算表达式如下所示：式中，是Xi样本的平均值；Xi是电表电压数据中的第i个数据；是Yi样本的平均值；Yi是台区变压器A相、B相或者C相电压数据中的第i个数据；步骤4、用户用电特性分析；步骤41、利用从所述用户用电信息采集系统得到的所述智能用电设备的负荷曲线，离线构建所述智能用电设备在不同工作模式下的用电特性曲线；步骤42、利用所述电力系统各台区各相拓扑结构，计算电力系统各台区A相、B相和C相的负荷曲线；步骤43、对电力系统三相不平衡度进行计算；步骤5、制定电力系统的三相平衡控制策略；基于人工智能算法，制定电力系统的三相平衡控制策略；步骤6、对电力系统进行优化控制；步骤61、重新确定所述智能用电设备开启时刻；以步骤5得到的所述三相平衡控制策略重新确定所述智能用电设备开启时刻，得到理想的所述智能用电设备开启时刻，将开启时刻从小到大排序，分别为{t1,t2,…tC,…tn}，所述理想智能用电设备开启时刻即不考虑智能用电设备实际应用场景及用户偏好设置的优化策略；步骤62、电力系统最优控制判据；与电力系统内各智能厂商APP交互，得到住户设置的智能用电设备偏好工作时间段，以影响度Yx为判断依据，对所述理想的所述智能用电设备开启时刻{t1,t2,…tC,…tn}进行调整，得到优化后的智能用电设备开启时刻为：{t′1,t′2,…t′C,…t′n}；影响度Yx计算表达式如下：步骤63、电力系统优化控制；将优化后的用电设备工作指令发送给可调控单相智能用电设备供货商的网络/云端数据库；生成当日电力系统内参与优化的可调整类智能用电设备的开启顺序，从而完成基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡调整。优选的，所述三相不平衡度采用电力系统各相瞬时电流进行计算；优选的，所述步骤43包括以下具体步骤：步骤431、计算各相实时不平衡度gk；对于三相对称电源供电的三相四线制配电系统，各相实时不平衡度gk可以表示为：式中，iA、iB、iC为A、B、C三相瞬时电流值；为瞬时三相平均电流值；步骤432、计算电力系统实时三相不平衡度；对于电力系统内任意用电信息采样时刻点，以时刻点A、B、C三相中负荷不平衡度最大相作为此时的实时三相不平衡度g，则电力系统实时三相不平衡度可表示为：g＝max(gA、gB、gC)步骤433、构建分析周期内电力系统的实时三相不平衡度矩阵；计及一个典型周期，则在一个分析周期内电力系统的实时三相不平衡度矩阵为：g＝[g1g2…gy]式中，g1表示第1个采样点的A、B、C三相中负荷不平衡度；gy表示第y个采样点的A、B、C三相中负荷不平衡度。步骤434、计算采样周期T内，A、B、C各相平均不平衡度；在采样周期T内，A、B、C各相平均不平衡度为：式中，GA、GB、Gc分别表示采样周期T内A、B、C三相负荷平均不平衡度；giA、giB、giC分别为第i个采样点采样的A、B、C三相的实时不平衡度；y为采样周期T内的采样点个数。优选的，步骤5中所述人工智能算法为基于启发式全局优化的人工智能算法。优选的，所述步骤5中的三相平衡控制策略包括以下具体实施步骤：步骤51、控制策略初始化；步骤511、随机分配控制变量并初始化；将一天分为m个时间段，将n个智能用电设备开启的时刻按照随机分配的原则分配在m个时间段中，将每个时间段内智能用电设备开启的时刻看做相同，都在一个时间点开启，即第i个时间段中的智能用电设备开启的时刻都在第i个时间点。用n个生物代表n个智能用电设备，智能用电设备开启的时刻就是生物所处的坐标点，以电力系统三相不平衡度为优化变量，将生物坐标点设置为是以时间和实时三相不平衡度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡策略方法，其特征在于，其包括如下步骤：/n步骤1、对电力系统的智能用电设备进行分类；/n将电力系统的智能用电设备分为不可调整类负荷和可调整类负荷，并将全部所述不可调整类负荷整体视为电力系统的一个不可调整的大三相用户；/n所述不可调整类负荷指设备启动时间不存在调整裕度的用电设备，所述可调整类负荷指用电设备启动时间存在调整裕度，并且调整设备启动时刻不会影响用户舒适度的用电设备；/n步骤2、对用户用电信息进行采集；/n利用用户用电信息采集系统，对电力系统内各台区变压器及其所属用户的用电数据进行采集；所述用电数据包括台区变压器电压数据、智能电表电压数据和智能用电设备的负荷曲线；/n步骤3、获取电力系统内各台区的各相拓扑结构；/n利用步骤2提取到的所述台区变压器及其所属用户的智能电表电压数据，分别计算所述电表电压数据与所述台区变压器的A相、B相和C相电压数据之间的相关系数，与所述电表电压数据的相关系数最大的相位则是所述用户的电表相序，从而获取电力系统内各台区各相拓扑结构；/n所述电表电压数据与所述台区变压器的A相、B相和C相电压数据之间的相关系数r的计算表达式如下所示：/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡策略方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤1、对电力系统的智能用电设备进行分类；
将电力系统的智能用电设备分为不可调整类负荷和可调整类负荷，并将全部所述不可调整类负荷整体视为电力系统的一个不可调整的大三相用户；
所述不可调整类负荷指设备启动时间不存在调整裕度的用电设备，所述可调整类负荷指用电设备启动时间存在调整裕度，并且调整设备启动时刻不会影响用户舒适度的用电设备；
步骤2、对用户用电信息进行采集；
利用用户用电信息采集系统，对电力系统内各台区变压器及其所属用户的用电数据进行采集；所述用电数据包括台区变压器电压数据、智能电表电压数据和智能用电设备的负荷曲线；
步骤3、获取电力系统内各台区的各相拓扑结构；
利用步骤2提取到的所述台区变压器及其所属用户的智能电表电压数据，分别计算所述电表电压数据与所述台区变压器的A相、B相和C相电压数据之间的相关系数，与所述电表电压数据的相关系数最大的相位则是所述用户的电表相序，从而获取电力系统内各台区各相拓扑结构；
所述电表电压数据与所述台区变压器的A相、B相和C相电压数据之间的相关系数r的计算表达式如下所示：



式中，是Xi的平均值；Xi是电表电压数据中的第i个数据；是Yi的平均值；Yi是台区变压器A相、B相或者C相电压数据中的第i个数据；
步骤4、用户用电特性分析；
步骤41、利用从所述用户用电信息采集系统得到的所述智能用电设备的负荷曲线，离线构建所述智能用电设备在不同工作模式下的用电特性曲线；
步骤42、利用所述电力系统各台区各相拓扑结构，计算电力系统A相、B相和C相的负荷曲线；
步骤43、对电力系统三相不平衡度进行计算；
步骤5、制定电力系统的三相平衡控制策略；
基于人工智能算法，制定电力系统的三相平衡控制策略；
步骤6、对电力系统进行优化控制；
步骤61、重新确定所述智能用电设备开启时刻；
以步骤5得到的所述三相平衡控制策略重新确定所述电力系统的智能用电设备的开启时刻，得到理想的所述智能用电设备开启时刻，并将所述开启时刻从小到大排序为{t1，t2，…tC，…tn}；
步骤62、电力系统最优控制判据；
与电力系统内智能厂商APP交互，得到住户设置的智能用电设备偏好工作时间段，以影响度Yx为判断依据，对所述理想的智能用电设备开启时刻进行调整，得到优化后的智能用电设备开启时刻为{t′1，t′2，…t′C，…t′n}；
影响度Yx计算表达式如下：



步骤63、电力系统三相平衡优化控制；
将优化后的用电设备工作指令发送给可调控所述智能用电设备供货商的网络/云端数据库；生成当日电力系统参与优化的可调整类智能用电设备的开启顺序，从而完成基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡调整。


2.根据权利要求1所述的基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡策略方法，其特征在于，步骤43中所述的三相不平衡度采用各相瞬时电流值计算电力系统实时三相不平衡度。


3.根据权利要求1所述的基于用电设备智能网络调控物联网的电力三相平衡策略方法，其特征在于，所述步骤43包括以下具体步骤：
步骤431、计算各相实时不平衡度gk；
对于三相对称电源供电的三相四线制配电系统，各相实时不平衡度gk可以表示为：






式中，iA、iB、iC为A相、B相、C相瞬时电流值；为A相、B相、C相瞬时电流的平均值；
步骤432、计算电力系统实时三相不平衡度；
对于电力系统内任意用电信息采样时刻点，以时刻点A相、B相、C相中负荷不平衡度最大的相作为此采样时刻点的实时三相不平衡度g，则电力系统实时三相不平衡度可表示为：
g＝max(gA、gB、gC)
步骤433、构建分析周期内电力系统的三相不平衡度矩阵；
在一个分析周期T内电力系统的三相不平衡度矩阵为：
g＝[g1g2…gy]
式中，g1表示第1个采样点的A、B、C三相负荷不平衡度；gy表示第y个采样点的A、B、C三相负荷不平衡度；y为采样周期T内的采样点个数；
步骤434、计算采样周期T内，电力系统内各台区A相、B相、C相的平均不平衡度；
在采样周期T内，A相、B相、C相的平均不平衡度为：



式中，GA、GB、Gc分别表示采样周期T内A相、B相、C相负荷平均不平衡度；giA、gi...

【专利技术属性】
技术研发人员：皇甫成，梁吉，汪鸿，范荻，陈建华，李博彤，王丰，谢欢，罗婧，徐洁，刘苗，秦亮，刘开培，王晶，
申请(专利权)人：国网冀北电力有限公司电力科学研究院，国网冀北电力有限公司，武汉大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11