方舱供配电三相负载不平衡在线调整简化算法

方舱供配电三相负载不平衡在线调整简化算法
王吉洁，王生栋，祝小康，王运泽，李智强，韩俊杰
（中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏南京210001#
摘要：方舱通信指挥信息系统日趋复杂，各类设备种类和数目繁多，供配电系统多采用AC380V 三相四线制供电方式#采用三相不平衡换相系统，根据电流三相不平衡度工程计算方法，定义了负载编配变换前后的不匹配度，通过取随机数组将负载分配至三相，并根据电流不平衡度和不匹配度控制循环次数，得到符合条件的负载分配方案#采用这种简化算法无需求出最优解，减少了模型分析计算时间，能够快速指导供配电方案设计#
关键词：方舱；供配电；三相不平衡；换相；不匹配度；简化算法
中图分类号:TM726.2文献标志码:A
Algorithm of Online Adjustment and Simplification of Three-phase Load Imbalance in Shelter Power
SupplyandD-str-but-on
WANG Jijie,WANG Shengdong,ZHU Xiaokang,WANG Yunze,LI Zhiqiang,HAN Junjie (Twenty-eighth Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Nanjing210001,China) Abstract:The communication and command information system of the shelter has been becoming more and more com-plex!therewerevarioustypesandnumbersofequipments!thepowersupplyanddistributionsystem mostlyadopted AC 380Vthree-phasefourwireway Three-phaseunbalancedphasechangesystem wasused!andaccordingtotheengineering calculation method of current three-phase unbalanced degree!the mismatching degree before and after load alocation trans­formation was defined Theloadwasdistributedtothree-phasebyusingthemethodofrandomarray Accordingtothecur-rentunbalanceddegreeand mismatchingdegree!andthenumberofcontroledcycles!thequalifiedloadalocationscheme wasobtained Byusingthissimplifiedalgorithm!theoptimalsolutioncouldbeunnecessary Itwasgreatlyreducedthatthe calculationtimeofthemodel!inthemeantime!itguidedthedesignofpowersupplyanddistributionschememorequickly Keywords:shelter!powersupplyanddistribution!three-phaseloadimbalance!phasechange!mismatchingdegree! simplifiedalgorithm
随着方舱通信指挥信息系统的日益复杂化，各类设备种类和数目也不断增加，方舱供配电系统所需要的功率越来越大’一般情况下，当线路所需电流＞60A时，建议采用AC380V三相四线制供电方式％&。

方舱供配电系统三相不平衡的主要原因有两点：1）负载不对称，即负荷没有合理、均匀地分布到各相上，现阶段主要是由负荷分配不均，以及非线性、非对称性和冲击性负荷增多两方面原因引起的）2）线路参数不对称，主要有三相导线长度不相等、导线换位方式不当、三相导线对地电容不相等和各相无功补偿不一致等，由此加剧了配电网三相不平衡程度。

本文主要针对负载分配不均进行建模与分析计算。

方舱供配电系统三相不平衡较为严重时，容易造成如下危害％4&：1）三相不平衡时，中性线电流不为零，相当于增加供电系统线路损耗；2）电站供电状态下，容易引起发电机附加发热与振动，导致电站效率降低；3）对于负载功率较大的设备,其供电质量大大下降，容易损坏设备。

因而,必须降低供配电系统三相负载不平衡度，保障方舱通信指挥信息系统正常供电。

针对负载分配不均的问题，相关学者已进行了研究。

陆俊俊等5采用基于自学习控制系统的三相不平衡换相开关装置，从开关的动作次数和调节性能等方面，求出最优的投切策略，从而实现负荷不平衡的调整；方恒福等6提出了基于向量基因遗传优化算法的求解方法和配电台区三相负荷不平衡实时在线治理控制策略；袁进等运用32分区算法计算三相负荷电流的不平衡度，不平衡度超限后启动最优换相优化模块，采用遗传优化算法，生成最优换相矩阵，将最优换相矩阵数据传递给换相执行模块并进行负荷在线换相。

上述方案相对复杂，且需求出最优解，精度或者迭代次数控制上存在一定冗余。

本文根据电流不平衡度工程计算方法，定义了负载编配变换前后不匹配度，运用取随机数组的方式，将负载分配至三相，并根据电流不平衡度和不匹配度控制循环次数，得到符合条件的负载分配方案。

采
用这种简化算法无需求出最优解，减少了模型分析计算的时间,能够快速指导供配电方案设计。

1原理与设计
在方舱系统供配电方案设计中，存在着大量的三相电源供给单相设备用电的情况。

三相不平衡现象产生的主要原因是系统中的单相负载在时间和空间上的分布不均衡。

具体表现为：同一负载会随着时间的变化开启或关闭，或者以不同的工作模式（对应不同的功耗）运行；不同的设备通过A相、B相、C 相分别进行供电,由于设备种类多样,数目繁多，负载三相分配为非线性离散问题，供配电方案的初始设计无法保证三相负载绝对均衡。

本文建立了三相不平衡换相系统，该系统由主控模块、换相模块、负载和相关电网组成（见图1）。

A相
B相
C相
中性线
图1三相不平衡换相系统
主控模块负责给每个换相模块发送动作指令，指定各换相模块通过具体哪一相给后端负载进行供电，能够实时监测换相模块反馈的输出端相线、电压、电流等信息，通过分析计算得到符合要求的三相平衡供配电平衡方案，从而动态调整负载分配，保证相对均衡。

图2模型流程图
换相模块负责监测后端输出相线电压、电流等信息，反馈给主控模块，并实时接收主控模块指令进行换相动作。

本文采用的三相不平衡度计算方法参考标准为IEEE std936—1987'该标准中对于电压不平衡度计算方法为三相相电压中的最大均方根电压与最小均方根的差值与平均相电压均方根的比值。

由于三相电压的不平衡度是由三相负载不平衡电流引起的，因此可借鉴电压不平衡度的计算方法得到负载电流不平衡度计算公式为：
£=(I m…—I m,n)/I ave X100%[8-9]
式中，-ax是三相电流有效值中的最大值,单位为A) -tn是三相电流有效值中的最小值,单位为A；l ave是三相电流有效值的平均值,单位为A o
2简化模型
对于三相电源供给单相用电的负载，其数目和功率不确定，将"个负载随机分配至A、B、C三相，共有3"种可能的组合。

可将$个负载的电流值组成一个数集，定义为-=%1,-2,…，初始状态可根据负载的额定电流进行计算°将"个设备随机分配至三相上，即将数集I分成3个子集A=[«1, )2,…，)&,8=%1,仇，…，9&,C=%1,<2,…，其中i,j,k)N,0#_i,=#n且7+：+=="。

算法需满足负载电流不平衡度不大于设定值。

当
A、B、C三个子集元素数目或者取值发生变化时，首
先记录变化后的3个子集A、B、C,将子集重新整合并进行分配，得到满足负载电流不平衡度不大于设定值的3个子集A'、>、C'。

定义前后2种状态的不匹配度为&，其数值等于换相装置动作总次数：
(=(A+(C
式中，对于A中元素，判断其是否属于A',若不属于则(A(初始值为0)计数加1,同理可得(8和(C。

模型流程图如图2所示。

3模型验证
某方舱供配电系统初始负载编配变化见表1。

表1负载编配变化表
负载名称电流/A相线变化状态
车顶摄像头023A关闭
海事卫星电话027A
功放136A
卫星适配器011A
8口交换机009A
(续表)负载名称电流/A相线变化状态三层以太网交换机1014A改C相大功率WIFI014A
高清视频会议终端068A
50in大屏091A改C相变频式空调系统11500A
语音网关023B
4G路由器023B
视频会议终端059B
海康高清硬盘录像机023B
调音台(16路)023B
扩音功放091B
车外照明1068B关闭6m电动升降杆082B关闭
变频式空调系统21500B
舱内摄像机1011C
舱内摄像机2011C
自动卫星电视接收天线027C
车载动中通天线055C
多业务光端机1055C
多业务光端机2055C
125W短波电台114C
三层以太网交换机2014C
三层以太网交换机3014C
数字车载台023C
互联互通系统023C
工控机1114C
工控机2114C
19in显示器1023C
19in显示器2023C
19in显示器3023C
19in显示器4023C
19in显示器5023C
条形显示屏009C
高清混合矩阵(16X16)136C
集中控制系统009C
车内功放136C
车外照明2068C关闭10m电动升降杆168C关闭
多功能一体机170C
辅电455C
根据方舱分时使用需求，车顶摄像头、车外照明1和2、6m电动升降杆及10m电动升降杆不需要
一致运行，当上述负载关闭后，&相总电流为1870 A,B相总电流为17.41A,C相电流为16.57A,此时经计算电流不平衡度为12%。

因而需要对某些负载相线进行调整，根据本文提出的简化模型，设置不匹配度为5,电流不平衡度为2%%10&,重新分配后的负载变化为：三层以太网交换机1和50in大屏改为C相供电，其余设备不变。

此时，&相总电流为17.66A,B相总电流为17.41 A,C相电流为17.61A,此时经计算电流不平衡度为1.4%，变相次数为2,满足设定条件。

4结语
本文针对方舱三相交流供配电问题，建立了三相不平衡换相系统，并提出了系统中主控模块核心算法的简化计算模型。

该模型运用取随机数组的方式，将负载分配至三相，并根据电流不平衡度和不匹配度控制循环次数，得到了符合条件的负载分配方案。

本文所建立的简化模型易于实现软件化，实际工程应用无需求出最优解，减少了模型分析计算时间,能够快速指导供配电方案设计。

参考文献
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作者简介：王吉洁(1991-),男，硕士，工程师，主要从事系统集成等方面的研究'
收稿日期=2020-03-27
责任编辑郑练。