CN103337867A - 一种低压负荷在线调相装置及其调相方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压负荷在线调相装置及其调相方法。本发明对配电台区的用户用电负荷的相序状态组合进行优化选择，然后通过可控开关将用户用电负荷在A、B、C三相之间随意切换，从而使配电台区三相负荷达到平衡。低压负荷在线调相装置充分融合了机械开关和电力电子开关两种器件的优点，既能实现电压和电流过零无缝切换的功能，又可保证对低压电网和用户用电负荷无冲击，保障供电可靠性和电压质量。低压负荷在线调相装置保证配电台区三相负荷不平衡度达到最小，在此同时使开关的切换次数最少，提高低压负荷在线调相装置的使用寿命。低压负荷在线调相装置除可以具备三相负荷调整功能外，适当选择兼具过流、过压等故障保护，漏电保护功能。

Description

一种低压负荷在线调相装置及其调相方法

技术领域

本发明涉及低压配电网三相负荷不平衡治理领域，具体涉及一种低压负荷在线调相装置及其调相方法。

背景技术

农村地域广阔、电力用户众多且较分散，农村配电台区低压线路较长，且存在大量的时空分布很不平衡的单相用电负荷，导致低压电网都存在着不同程度的三相负荷不平衡问题。三相电流不相等使中性线上存在不平衡电流，造成配电变压器和低压线路损耗增加，配电变压器实际出力降低，并容易造成重负荷相上的用户电压偏低，无法满足农村居民的正常生产与生活用电需求。如何进行三相负荷不平衡治理使低压电网三相负荷不平衡度最小，减少电能损耗，提高低压电网电压质量和经济运行水平是目前急需解决的问题。

通过采用三相不平衡管理措施尽管在一定程度上能够降低配电台区三相负荷不平衡的严重程度，但由于用电负荷的随机性和不确定性，而三相负荷不平衡情况的发生具有较强的实时性，依靠人工无法根据实际负荷不平衡状况进行在线频繁调整，且在一定程度上存在安全隐患，离线调整低压线路各相上的负荷分配就会不可避免地影响对用户的供电可靠性。目前部分农村地区采用在配变低压侧进行相间无功补偿的方式调整三相负荷不平衡状况，但该方式只能在一定程度上调整配变自身问题，而不能够解决低压线路的三相负荷不平衡情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低压负荷在线调相装置，另一目的是提供一种低压负荷在线调相装置的调相方法，本发明提供的智能型低压负荷在线调相装置依据配变低压侧各相负荷大小与三相负荷不平衡度监测判断情况，进行开关多路相间切换，实现低压负荷在线调相，在不影响供电可靠性的情况下使配变低压侧三相负荷自动达到平衡分配，实现在线治理低压电网三相负荷不平衡。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明一种低压负荷在线调相装置，其改进之处在于，所述装置包括开关阵列、辅助回路、三相接线柱、负荷选择开关和处理器；所述开关阵列和辅助回路分别与处理器连接；所述三相接线柱分别与所述开关阵列中的三相开关对应连接；所述辅助回路分别与负荷选择开关和三相接线柱连接。

其中，所述开关阵列由n（n为连接用户用电负荷的负荷出线数目）个相同的开关单元组成，每个开关单元均连接有负荷出线；所述每个开关单元包括A、B、C相三个单相可控开关；每个单相可控开关根据控制命令进行断开和闭合，在电力系统正常运行时，只有一个单相可控开关处于闭合状态。

其中，所述单相可控开关可采用接触器、微型断路器或永磁断路器类型可控开关。

其中，所述辅助回路用于在负荷进行切换时提供临时的过渡通道，包括并联的过渡回路I和过渡回路II；所述过渡回路I和过渡回路II均由相序选择开关和晶闸管单元串联组成；所述晶闸管单元由上、下反并联的晶闸管组成。

其中，所述相序选择开关采用三个单相可控开关或者可控的三工位开关。

其中，所述三相接线柱为A、B、C三相接线柱，用于将n个开关单元的各相连接线进行汇集，所述A、B、C三相接线柱分别对应与A、B、C三相低压分支线或台区配变主干线连接。

其中，所述负荷选择开关是由n（n为连接用户负荷的负荷出线数目）个单相可控开关组成的选择开关，用于在负荷进行相序切换时将辅助回路和负荷连接起来，在电力系统正常运行时，只有一个单相可控开关处于闭合状态。

其中，所述处理器用于控制n个开关单元中的单相可控开关的投切，与配变终端控制器进行通信；

所述处理器控制n个开关单元中的单相开关的进行负荷换相包括下述步骤：

（1）配变终端控制器实时监测配变低压侧A、B、C三相电流，分析配变低压侧三相电流不平衡度；

（2）配变终端控制器在连续监测到配变低压侧三相电流不平衡度超标，配变终端控制器采集所述低压负荷在线调相装置n条负荷出线的电流和相序状态，通过智能优化算法（智能优化算法为遗传算法）得到使配变低压侧三相电流不平衡度最小的开关相位状态矩阵指令；

（3）配变终端控制器将开关相位状态矩阵指令发送给处理器，处理器得到开关相位状态矩阵指令后，根据控制命令触发辅助回路上的晶闸管单元中的晶闸管的通断和控制各开关单元的单相可控开关（可控开关指即可以根据控制命令单独的进行断开和闭合操作）的投切。

其中，所述装置包括两种安装配置方式：

①用于三相低压分支线所带用户用电负荷调相：所述装置安装在三相分支线的末端，用户用电负荷分组连接在所述装置的n条负荷出线上；

②用于单相分支线的整条线路的负荷调相：所述装置安装在单相分支线的首端，且开关阵列中只有一个开关单元，将整条分支线上的负荷在A、B、C三相之间任意切换。

本发明基于另一目的提供的一种低压负荷在线调相装置的调相方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

<1>处理器接到将第i条负荷出线上的低压用户负荷从A相切换到B相或C相的转换控制命令后，将负荷选择开关的第i个单相可控开关、过渡回路I的A相可控开关和过渡回路II的B相或C相可控开关同时闭合；其中i=1、2、...n；

<2>待负荷选择开关的第i个单相可控开关、过渡回路I的A相可控开关和过渡回路II的B相或C相可控开关完全闭合后，检测第i条负荷出线的电压是否过零：如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电压是否过零；如果过零则转入步骤<3>；

<3>给过渡回路I的反并联的晶闸管触发导通信号，触发过渡回路I的上晶闸管正半周期导通，下晶闸管负半周期导通；

<4>待过渡回路I上的晶闸管稳定导通后，检测第i条负荷出线的电流是否过零：如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电流是否零；如果过零则转入步骤<5>；

<5>控制第i个开关单元的A相可控开关断开；

<6>待第i个开关单元的A相可控开关断开后，检测第i条负荷出线的电压是否过零，如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电压是否过零；如果过零则转入步骤<7>；

<7>继续给过渡回路I的上、下晶闸管触发脉冲到四分之一个周波，之后拆除过渡回路I路的上、下晶闸管的脉冲，延迟四分之一个周波后，给过渡回路II的上、下晶闸管触发脉冲；

<8>过渡回路II的上、下晶闸管稳定导通后，检测第i条负荷出线的电压是否过零，如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电压是否过零；如果过零则转入步骤<9>；

<9>控制第i个开关单元的B相或C相可控开关闭合；

<10>第i个开关单元的B相或C相可控开关稳定接通后，拆除过渡回路II的上、下晶闸管触发脉冲；

<11>过渡回路II的上、下晶闸管触完成关断后，将负荷选择开关的第i个单相可控开关、过渡回路I的A相可控开关和过渡回路II的B相或C相可控开关都断开。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、智能型低压负荷在线调相装置是在现代通信技术、自动控制技术、电力电子技术的基础上，利用智能优化算法对配电台区用户用电负荷的相序状态组合进行优化选择，然后通过可控开关将用户用电负荷在A、B、C三相之间随意切换，从而使配电台区三相负荷达到平衡。智能型低压负荷在线调相装置充分融合了机械开关和电力电子开关两种器件的优点，既能实现电压和电流过零无缝切换的功能，又可保证对低压电网和用户用电负荷无冲击，保障供电可靠性和电压质量。智能型低压负荷在线调相装置利用智能优化算法可以保证低压台区三相负荷不平衡度达到最小，在此同时使开关的切换次数最少，可以提高智能型低压负荷在线调相装置的使用寿命。智能型低压负荷在线调相装置除可以具备三相负荷调整功能外，还可以适当选择兼具过流、过压等故障保护，漏电保护等功能。

2、本发明可以实现电压过零导通和电流过零关断的在线无弧负荷调相，调相过程对负荷无冲击，保持供电连续性，确保低压配电网供电可靠性和供电质量。

3、本发明的智能型低压负荷在线调相装置包括用于三相低压分支线所带负荷的精细调相和用于单相分支线的整条支路上的负荷调相两种安装配置方式，可以实现用户用电负荷在A、B、C三相之间任意切换。

4、本发明设计的智能型低压负荷在线调相装置所需开关和晶闸管少，可节约投资。

附图说明

图1是本发明提供的智能型低压负荷在线调相装置结构图；

图2是本发明提供的智能型低压负荷在线调相装置电气接线方式图；

图3是本发明提供的智能型低压负荷在线调相装置安装配置方式1的结构图；

图4是本发明提供的智能型低压负荷在线调相装置安装配置方式2的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明主要针对目前农村低压三相负荷不平衡治理难的问题现状，充分利用先进的通信技术、自动控制技术和电力电子技术，给出智能型低压负荷在线调相装置的设计，本发明设计的智能型低压负荷在线调相装置可依据配变低压侧各相负荷大小与三相负荷不平衡度监测判断情况，进行开关多路相间切换，实现低压负荷在线调相，在不影响供电可靠性的情况下使配变低压侧三相负荷自动达到平衡分配，实现在线治理低压电网三相负荷不平衡。智能型低压负荷在线调相装置是在现代通信技术、自动控制技术、电力电子技术的基础上，利用智能优化算法对配电台区各用户用电负荷的相序状态组合进行优化选择，然后通过智能型开关将用户用电负荷在A、B、C三相之间随意切换，从而使配电台区三相负荷达到平衡。

本发明的智能型低压负荷在线调相装置的结构图和电气接线图分别如图1和图2所示，由开关阵列，辅助回路，A、B、C三相接线柱，负荷选择开关和处理器五部分组成。所述开关阵列和辅助回路分别与处理器连接；所述三相接线柱分别与所述开关阵列中的三相开关对应连接；所述辅助回路分别与负荷选择开关和三相接线柱连接。各部分的组成和功能具体说明如下：

（一）开关阵列：开关阵列是智能型低压负荷在线调相装置的主要组成部分，它由n（n为连接用户负荷的负荷出线数目）个相同的开关单元组成，构成了智能型低压负荷在线调相装置的主回路。每个开关单元对应一条负荷出线，可以连接一户或几户低压用电负荷或整条低压分支线，为所连接的低压用户用电负荷提供电流通路。每个开关单元的结构如图1所示，它含有A、B、C相三个单相可控开关，每个单相可控开关都是独立可控的，即可以根据控制命令单独的进行断开和闭合操作，正常运行时只有一个单相可控开关处于闭合状态，因而可以通过处理器命令将每个开关单元连接的用户用电负荷在A、B、C三相之间任意切换。每个单相可控开关可选用单相的接触器或微型断路器或永磁智能断路器等类型可控开关。

（二）辅助回路：智能型低压负荷在线调相装置的辅助回路由两条过渡回路并联组成，分别为过渡回路I和过渡回路II。具体组成方式见图2所示，每条过渡回路由一个可控的相序选择开关和晶闸管单元串联组成，相序选择开关可选用三个单相可控开关或者可控的三工位开关。晶闸管单元为一对反并联的晶闸管TU和TL；辅助回路主要是在负荷进行相序切换时提供临时的过渡通道。

（三）A、B、C三相接线柱。A、B、C三相接线柱的作用是将n个开关单元的各相连接线进行汇集，然后各自分别对应与A、B、C三相低压分支线或主干线相连。

（四）负荷选择开关：负荷选择开关是n个单相可控开关组成的选择开关，主要是在负荷进行相序切换时将辅助回路和负荷连接起来，运行时只有一个单相可控开关处于关闭状态。

（五）处理器：智能型低压负荷在线调相装置的处理器是整个装置的核心部分，它负责控制各个智能开关单元中的单相可控开关的合理投切。通过与台区配变终端控制器进行通信，台区配变终端控制器可以实时监测配变低压侧A、B、C三相电流，分析配变低压侧三相电流不平衡度；在连续监测到配变低压侧三相电流不平衡度超标，配变终端控制器采集智能型低压负荷在线调相装置各负荷出线的电流和相序状态，通过智能优化算法得到使配变低压侧三相电流不平衡度最小的开关相位状态矩阵指令。然后配变终端控制器将开关相位状态矩阵指令发送给智能型低压负荷在线调相装置的处理器，智能型低压负荷在线调相装置的处理器得到开关相位状态矩阵指令后，根据控制命令合理的触发辅助回路上的晶闸管的通断和控制各智能开关单元的单相控制开关的投切，而使台区三相不平衡度最小。

本发明的智能型低压负荷在线调相装置可以有两种安装配置方式：一种是用于三相低压分支线所带负荷的精细调相，如图3所示，此时智能型低压负荷在线调相装置安装在三相低压分支线的末端，用户用电负荷分组接在智能型低压负荷在线调相装置的各负荷出线上；另一种是用于单相分支线的整条线路上的负荷调相，如图4所示，此时智能型低压负荷在线调相装置安装在单相分支线的首端，且它的开关阵列中只需要一个开关单元，可以将整条分支线上的负荷在A、B、C三相之间任意切换。

实施例

本发明的智能型低压负荷在线调相装置可将各条出线上的低压用户负荷在A、B、C三相之间随意切换，但是各条出线上的低压用户负荷的切换不能并行处理。本发明还提供低压负荷在线调相装置的调相方法，对于第i条负荷出线上的低压用户负荷，将其从A相切换到B相的具体切换流程如下：

<1>处理器接到将第i条负荷出线上的低压用户负荷从A相切换到B相的转换控制命令后，将负荷选择开关的第i个单相可控开关、过渡回路I的A相可控开关和过渡回路II的B相可控开关同时闭合；其中i=1、2、...n；

<2>待负荷选择开关的第i个单相可控开关、过渡回路I的A相可控开关和过渡回路II的B相可控完全闭合后，检测第i条负荷出线的电压是否过零：如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电压是否过零；如果过零则转入步骤<3>；

<3>给过渡回路I的反并联的晶闸管触发导通信号，触发过渡回路I的上晶闸管正半周期导通，下晶闸管负半周期导通；

<4>待过渡回路I上的晶闸管稳定导通后，检测第i条负荷出线的电流是否过零：如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电流是否过零；如果过零则转入步骤<5>；

<5>控制第i个开关单元的A相开可控关断开；

<6>待第i个开关单元的A相可控开关断开后，检测第i条负荷出线的电压是否过零，如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电压是否过零；如果过零则转入步骤<7>；

<7>继续给过渡回路I的上、下晶闸管触发脉冲到四分之一个周波，之后拆除过渡回路I路的上、下晶闸管的脉冲，延迟四分之一个周波后，给过渡回路II的上、下晶闸管触发脉冲；

<8>过渡回路II的上、下晶闸管稳定导通后，检测第i条负荷出线的电压是否过零，如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电压是否过零；如果过零则转入步骤<9>；

<9>控制第i个开关单元的B相可控开关闭合；

<10>第i个开关单元的B相可控开关稳定接通后，拆除过渡回路II的上、下晶闸管触发脉冲；

<11>过渡回路II的上、下晶闸管触完成关断后，将负荷选择开关的第i个单相可控开关、过渡回路I的A相可控开关和过渡回路II的B相可控开关都断开。

本发明提供了智能型低压负荷在线调相装置及其调相方法，根据本发明设计的智能型低压负荷在线调相装置可实现在线调整低压负荷的相序，有效解决农村低压配电网三相负荷不平衡问题。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种低压负荷在线调相装置，其特征在于，所述装置包括开关阵列、辅助回路、三相接线柱、负荷选择开关和处理器；所述开关阵列和辅助回路分别与处理器连接；所述三相接线柱分别与所述开关阵列中的三相开关对应连接；所述辅助回路分别与负荷选择开关和三相接线柱连接。

2.如权利要求1所述的低压负荷在线调相装置，其特征在于，所述开关阵列由n个相同的开关单元组成，每个开关单元均连接有负荷出线；所述每个开关单元包括A、B、C相三个单相可控开关；每个单相可控开关根据控制命令进行断开和闭合，在电力系统正常运行时，只有一个单相可控开关处于闭合状态。

3.如权利要求2所述的低压负荷在线调相装置，其特征在于，所述单相可控开关采用接触器、微型断路器或永磁断路器类型可控开关。

4.如权利要求1所述的低压负荷在线调相装置，其特征在于，所述辅助回路用于在负荷进行切换时提供临时的过渡通道，包括并联的过渡回路I和过渡回路II；所述过渡回路I和过渡回路II均由相序选择开关和晶闸管单元串联组成；所述晶闸管单元由上、下反并联的晶闸管组成。

5.如权利要求4所述的低压负荷在线调相装置，其特征在于，所述相序选择开关采用三个单相可控开关或者可控的三工位开关。

6.如权利要求1所述的低压负荷在线调相装置，其特征在于，所述三相接线柱为A、B、C三相接线柱，用于将n个开关单元的各相连接线进行汇集，所述A、B、C三相接线柱分别对应与A、B、C三相低压分支线或台区配变主干线连接。

7.如权利要求1所述的低压负荷在线调相装置，其特征在于，所述负荷选择开关是由n个单相可控开关组成的选择开关，用于在负荷进行相序切换时将辅助回路和负荷连接起来，在电力系统正常运行时，只有一个单相可控开关处于闭合状态。

8.如权利要求1所述的低压负荷在线调相装置，其特征在于，所述处理器用于控制n个开关单元中的单相可控开关的投切，与配变终端控制器进行通信；

所述处理器控制n个开关单元中的单相开关的进行负荷换相包括下述步骤：

（1）配变终端控制器实时监测配变低压侧A、B、C三相电流，分析配变低压侧三相电流不平衡度；

（2）配变终端控制器在连续监测到配变低压侧三相电流不平衡度超标，配变终端控制器采集所述低压负荷在线调相装置n条负荷出线的电流和相序状态，通过智能优化算法得到使配变低压侧三相电流不平衡度最小的开关相位状态矩阵指令；

（3）配变终端控制器将开关相位状态矩阵指令发送给处理器，处理器得到开关相位状态矩阵指令后，根据控制命令触发辅助回路上的晶闸管单元中的晶闸管的通断和控制各开关单元的单相可控开关的投切。

9.如权利要求1-8中任一项所述的低压负荷在线调相装置，其特征在于，所述装置包括两种安装配置方式：

①用于三相低压分支线所带用户用电负荷调相：所述装置安装在三相分支线的末端，用户用电负荷分组连接在所述装置的n条负荷出线上；

②用于单相分支线的整条线路的负荷调相：所述装置安装在单相分支线的首端，且开关阵列中只有一个开关单元，将整条分支线上的负荷在A、B、C三相之间任意切换。

10.一种低压负荷在线调相装置的调相方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

<1>处理器接到将第i条负荷出线上的低压用户负荷从A相切换到B相或C相的转换控制命令后，将负荷选择开关的第i个单相可控开关、过渡回路I的A相可控开关和过渡回路II的B相或C相可控开关同时闭合；其中i=1、2、...n；

<2>待负荷选择开关的第i个单相可控开关、过渡回路I的A相可控开关和过渡回路II的B相或C相可控开关完全闭合后，检测第i条负荷出线的电压是否过零：如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电压是否过零；如果过零则转入步骤<3>；

<3>给过渡回路I的反并联的晶闸管触发导通信号，触发过渡回路I的上晶闸管正半周期导通，下晶闸管负半周期导通；

<4>待过渡回路I上的晶闸管稳定导通后，检测第i条负荷出线的电流是否过零：如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电流是否零；如果过零则转入步骤<5>；

<5>控制第i个开关单元的A相可控开关断开；

<6>待第i个开关单元的A相可控开关断开后，检测第i条负荷出线的电压是否过零，如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电压是否过零；如果过零则转入步骤<7>；

<7>继续给过渡回路I的上、下晶闸管触发脉冲到四分之一个周波，之后拆除过渡回路I路的上、下晶闸管的脉冲，延迟四分之一个周波后，给过渡回路II的上、下晶闸管触发脉冲；

<8>过渡回路II的上、下晶闸管稳定导通后，检测第i条负荷出线的电压是否过零，如果不是过零，则继续检测第i条负荷出线的电压是否过零；如果过零则转入步骤<9>；

<9>控制第i个开关单元的B相或C相可控开关闭合；

<10>第i个开关单元的B相或C相可控开关稳定接通后，拆除过渡回路II的上、下晶闸管触发脉冲；

<11>过渡回路II的上、下晶闸管触完成关断后，将负荷选择开关的第i个单相可控开关、过渡回路I的A相可控开关和过渡回路II的B相或C相可控开关都断开。

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