一种基于贪心算法的实时分配配网三相负荷平衡的调度策略

摘要

一种基于贪心算法的实时分配配网三相负荷平衡的调度策略。提供了一种实时分配配网三相负荷平衡的调度策略，为步骤：(1)、建立一个长度等于配网中从机切换装置个数的数组Z；(2)、实时在线检测每相总电流Ia_ph、Ib_ph、Ic_ph的大小和从机切换装置下各个用户负荷的电流大小；(3)、判断ε的大小；(4)、以单调递增的方式将分别接在A,B,C三相的用户负荷进行排序并分别存入到链表a,b,c中，等。与传统的算法相比，使用贪心算法可以更快的找到相应的调度方案，并能在线同时控制多台从机，使配网三相不平衡度在短时间内迅速下降，以此来应对配网用电负荷的时变性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种实时分配配网三相负荷平衡的调度策略，是一种治理配网三相不平衡的调度策略。

背景技术

配电网中存在大量的单相负荷，由于单相负荷分布的不均衡和投入不同时性,使得三相负荷不平衡成为低压电网运行维护中一个比较突出的问题。三相负荷不平衡将增加电网损耗，使配电网中重载相的供电电压质量大大下降，造成配网变压器的出力降低，电能转化效率下降。

配电网的三相负荷平衡工作已经受到了电力部门越来越多的关注和重视，但受到现有技术水平和测量仪器的限制，低压三相负荷的平衡工作仍然只停留在定期测试和根据经验通过人工离线调整负荷相序调整负荷，调整效果不佳而且需要停电影响用户供电的可靠性。相比之下三相无损耗平衡负荷装置(如专利名称“三相平衡自动调节装置”申请号“201510513019.0”的中国专利，利用机械原理和电量的测量自动控制原理，设计了一种三相平衡自动调节装置，通过本发明装置可以方便的进行负荷的自动调整和手动调整，)拥有在线实时调节的优势，增强了供电可靠性和大大降低配变、低压线路损耗，提高供电质量及设备利用率，减少电网建设投资，值得未来在配网中大力推广。

然而目前三相无损耗平衡负荷装置主机调度部分和从机切换部分的调度算法依然发展缓慢，无法同时其切换多台从机，由于配电台区用电负荷具有时变性特点，目前的调度算法无法实现在三相负荷不平衡度超限的情况下对用电负荷相序进行及时的调整，存在调度周期过长的问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种实时分配配网三相负荷平衡的调度策略，使用贪心算法快速的找到相应的调度方案，同时控制多台从机，使配网三相不平衡度迅速下降，达到降低线损，提高经济效益的作用。

本发明的技术方案是：包括如下步骤：

(1)、建立一个长度等于配网中从机切换装置个数的数组Z，数组Z中每一个值记录对应的从机切换装置是否在本次切换中命令动作，将数组的值初始化为0，当命令动作时数组中相应的值置为1；并且创建一个空字典actions，用来存放每次切换过程所要动作的从机编号；最后创建整数n，初始化赋值0，用以记录切换次数；

(2)、实时在线检测每相总电流I_{a_ph}、I_{b_ph}、I_{c_ph}的大小和从机切换装置下各个用户负荷的电流大小，通过检测每相总电流的值计算得到三相平衡时各相电流的平均值并以此计算此时的不平衡度

其中I_{a_ph}、I_{b_ph}、I_{c_ph}分别是A、B、C各相的总电流，

I_av是各相电流的平均值，

I_max是三相电路中最大的电流值；

(3)、判断ε的大小：如果ε＞15％，进入步骤(4)，如果ε≤15％，返回步骤(2)；

(4)、以单调递增的方式将分别接在A,B,C三相的用户负荷进行排序并分别存入到链表a,b,c中；

(5)、选择当前电流最大相中的用户负荷；

(6)、如果没有满足步骤(5)的用户负荷，主机调度部分向字典actions中已经保存的用户负荷对应的从机发出切换动作命令，并跳转至步骤(11)，如果找到满足步骤(5)的用户负荷，则进入步骤(7)；

(7)、数组Z中将满足步骤(5)的用户负荷对应从机切换装置相应的数值置1，整数n自增1，最后将该从机编号加入字典actions中，并将其对应的键值赋值为当前最小电流相；

(8)、将所选用户负荷从对应电流相的用户负荷链表中删除，添加到电流最小相的用户负荷链表中，更新全线三相负荷平衡用户相别联系关系图，并更新各相电流的大小以及I_max，I_min的值；

(9)、判断所选用户负荷添加到电流最小相后三相不平衡度ε’大小，如果ε’＞15％，则循环以上步骤(3)至步骤(8)的操作流程，如果ε’≤15％，则主机调度部分向字典actions中的用户负荷对应的从机发出切换动作命令；

(10)、将数组Z中的各项数值重新置0，记录切换次数的整数n重新赋值0，将字典actions清空；

(11)、间隔1～5分钟后，从步骤(2)重新开始下一轮操作。

所述步骤(5)中选择电流最大相中的用户负荷满足以下条件：①负荷电流最接近②用户负荷在数组Z中相应数值为0，③该用户负荷电流与三相最小电流I_min之和小于三相最大电流I_max与该用户负荷电流之差。

所述步骤(5)中通过for语句从最大电流相的链表的尾部循环遍历最大电流相用户负荷，最终选择出符合条件的用户负荷。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种实时分配配网三相负荷平衡的调度策略，为三相无损耗平衡负荷装置中主机调度部分和从机切换部分完成主从控制提供了实现方案。与传统的算法相比，使用贪心算法可以更快的找到相应的调度方案，并能在线同时控制多台从机，使配网三相不平衡度在短时间内迅速下降，以此来应对配网用电负荷的时变性。同时该调度策略每次切换过程单台从机装置只能切换一次，防止了从机装置频繁切换，保证了切换过程的安全性，为供电可靠性提供了保障，最终实现了降低线损，提高经济效益的作用。

附图说明

图1是本发明实施例中用户相别初始连接关系图，

图2是本发明实施例中各相用户负荷电流值列表图，

图3是本发明实施例中用户相别更新后的连接关系图，

图4是本发明实施例中用户相别最终切换后的连接关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作具体说明。

本发明是一种基于贪心算法的实时分配配网三相负荷平衡的调度策略，将计算机科学领域的贪心算法应用到电力配网三相负荷平衡的调度策略中，借鉴贪心算法的思想，把降低配网三相负荷不平衡度的问题分解成求在三相无损耗平衡负荷装置从机切换部分只动作一次的前提下，如何能得到最小三相负荷不平衡度的子问题，通过求该子问题的最优解，一步步逼近求得全系统配网三相负荷平衡的整体调度策略。主要包括以下步骤：

(1)、建立一个长度等于配网中从机切换装置个数的数组Z，数组Z中每一个值记录对应的从机切换装置是否在本次切换中命令动作，将数组的值初始化为0，当命令动作时数组中相应的值置为1；并且创建一个空字典actions，用来存放每次切换过程所要动作的从机编号；最后创建整数n，初始化赋值0，用以记录切换次数；

(2)、实时在线检测每相总电流I_{a_ph}，I_{b_ph}，I_{c_ph}的大小和从机切换装置下各个用户负荷的电流大小，三相总电流通过安装在变压器二次侧出口侧的电流互感器检测，电流模拟信号传递给主机调度部分的控制板的转化成电流数字信号给主机，各个用户的负荷电流是通过串联在线路中的电流霍尔传感器获得，从机通过电力载波模块传递给主机，主机的电流采样周期仅为100ms，从而实现实时检测。

通过检测每相总电流的值计算得到三相平衡时各相电流的平均值并以此计算此时的不平衡度

其中I_{a_ph}、I_{b_ph}、I_{c_ph}分别是A、B、C各相的总电流，

I_av是各相电流的平均值，即平衡时各相的总电流，

I_max是三相电路中最大的电流值；

(3)、判断ε的大小：如果ε＞15％，进入步骤(4)，如果ε≤15％，返回步骤(2)；

(4)、以单调递增的方式将分别接在A,B,C三相的用户负荷进行排序并分别存入到链表a,b,c中；

(5)、通过for语句循环遍历选择符合以下条件的当前电流最大相中的用户负荷：负荷电流最接近用户负荷在数组Z中相应数值为0，同时还要满足该用户负荷电流与三相最小电流I_min之和小于三相最大电流I_max与该用户负荷电流之差，以上三个条件可以在三相无损耗平衡负荷装置从机切换部分只动作一次的前提下，使得三相负荷不平衡度的最小，体现了贪心算法局部最优的思想，并且防止多次切换从机装置，保证了供电的可靠性和安全性；

(6)、如果没有满足步骤(5)中的用户负荷，主机调度部分向字典actions中已经保存的用户负荷对应的从机发出切换动作命令，并跳转至步骤(11)，如果找到满足步骤(5)中的用户负荷，则进入步骤(7)，由于负荷电流是在链表中升序排列，最先找到满足条件的用户负荷就是当前的最优解，以防同一台从机装置在一次切换工程中来回切换；

(7)、数组Z中将该用户负荷对应从机切换装置相应的数值置1，整数n自增1，最后将该从机编号加入字典actions中，并将其对应的键值赋值为当前最小电流相；

(8)、将所选用户负荷从对应电流相的用户负荷链表中删除，添加到电流最小相的用户负荷链表中(即该用户负荷将切换至电流最小相)，更新全线三相负荷平衡用户相别联系关系图，并更新各相电流的大小以及I_max，I_min的值，在没有真正切换的情况下，预测切换后各相电流的大小，以此更新此时的I_max，I_min的值，以此更新此时的I_max，I_min的值，为找下一个从机切换对象提供依据；

(9)、判断预切换后三相不平衡度ε大小，如果ε＞15％，则循环以上步骤(3)至步骤(8)的操作流程，如果ε≤15％，则主机调度部分向字典actions中的用户负荷对应的从机发出切换动作命令；

(10)、将数组Z中的各项数值重新置0，记录切换次数的整数n重新赋值0，将字典actions清空。

(11)、间隔1～5分钟后，从步骤(2)重新开始下一轮操作。

实施例

以图1的用户相别连接关系和各用户负荷的电流(如图2所示)举例，

(1)、创建长度为7的数组A(对应7台从机)，数组A中每一个值记录对应的从机切换装置是否在本次切换中命令动作，将数组的值初始化为0，当命令动作时数组中相应的值置为1，此时数组A为[0,0,0,0,0,0,0]。并且创建一个空字典actions，用来存放每次切换过程所要动作的从机编号,此时链表actions为{}。

(2)、测得的三相总电流分别为，I_{a_ph}＝8+4+2＝14A，I_{b_ph}＝2+3＝5A，I_{c_ph}＝2+1＝3A，通过每相总电流的值计算得到三相平衡时各相电流的平均值此时A相电流最大I_max＝14A，以此可计算此时的不平衡度

(3)、此时的ε＞15％，进入步骤(4)；

(4)、以单调递增的方式将分别接在A,B,C三相的用户负荷进行排序并分别存入到链表a,b,c中，通过数据结构将用户相别联系关系图数据化。在此时中链表a储存的是：7，6，1。链表b储存的是：5，2。链表c储存的是：4，3。

(5)、此时最大电流相是A相，从链表a尾部遍历，用户负荷6的负荷电流4最接近且该用户负荷在数组Z中相应数值为0，4+3＜14-4，所以选择用户负荷6作为切换对象。

(6)、将用户负荷6加入字典actions，当前最小电流相为C相，所要此时actions为{(6:C)},数组Z中将该用户负荷对应从机切换装置相应的数值置1，整数n自增1，此时数组Z为[0,0,0,0,0,1,0]

(7)、更新链表a,b,c存储的用户负荷编号，链表a更新为：7,1。链表b更新为：5，2。链表c更新为：6，3，4。更新全线三相负荷平衡用户相别联系关系图，如图3所示，此时最大电流相依然为A相，其值更新为I_max＝10A，最小电流相变为B相，其值更新为I_min＝2+3＝5A,

(8)、此时的不平衡度为需要循环以上步骤。

(9)链表a为：7,1。链表b为：5，2。链表c为：6，3，4。

选择条件不变。

此时最大电流相是A相，从链表a尾部遍历，A相用户负荷用户负荷7,1同时满足，可是用户负荷1不满足“该用户负荷电流与三相最小电流I_min之和小于三相最大电流I_max与该用户负荷电流之差”5+8＞10-8，所以选择用户负荷7作为切换对象，加入字典actions，当前最小电流相为B相，所要此时actions为{(6:C)，(7:B)},数组A中将该用户负荷对应从机切换装置相应的数值置1，整数n自增1，此时数组A为[0,0,0,0,0,1,1]

更新链表a,b,c存储的用户负荷编号，链表a更新为：1。链表b更新为：5，2，7。链表c更新为：6，3，4。此时最大电流相依然为A相，其值更新为I_max＝8A，最小电流相变为B相，其值更新为I_min＝2+3+2＝7A,

此时的不平衡度为主机调度部分向字典actions中的用户负荷6和用户负荷7对应的从机6和7发出各自相应的切换动作命令(即用户负荷6从A相切至C相，用户负荷7从A相切至B相)，切换后三相用户相别联系关系如图4所示。

(10)、将数组A里的各项数值重新置0，记录切换次数的整数n重新赋值0，将字典actions清空。

(11)、间隔1～5分钟后，从步骤(2)重新开始下一轮切换操作。以此实现实时控制配网三相负荷平衡，达到减小线损，提高经济效益的目的。