CN104852396B - 一种用于低压配电网的电力负载均衡方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低压配电网的电力负载均衡方法及其装置，所述方法是实时监测用电终端的负载在低压配电网的三相线上的分配状况，当用电终端的负载在三相线上分配不均匀并导致三相负载不平衡时，自动调整用电终端的负载在低压配电网三相问的分配，使用电终端的负载均匀分配在三相线上，实现低压配电网的三相负载平衡。所述装置包括换相装置和控制主站，换相装置设置在用户端，用电终端通过换相装置接入低压配电网；控制主站用于动态控制换相装置的接入相别，使用电终端的负载均匀分配在低压配电网的三相线上。本发明在供电持续的情况下使接入低压配电网的负载重新分配在各相，实现低压配电网三相负载平衡，有效降低线损，改善供电质量。

Description

一种用于低压配电网的电力负载均衡方法及其装置

技术领域

本发明涉及低压配电网三相负载均衡技术，尤其涉及一种用于低压配电网三相负载动态调整的实现低压配电网三相负载均衡的用于低压配电网的电力负载均衡方法，及用于实现该方法的一种用于低压配电网的电力负均衡装置，本发明属于低压配电网配电技术领域。

背景技术

众所周知，低压配电网的三相电流不平衡一直都困扰供电单位的主要问题之一，低压配网的安全与可靠性直接影响着电力用户的生产与生活，也影响电力部门配网供电设备的安全与自身经济效益。低压配电网的配电变压器的负载一般由三相负载与单相负载混合组成，居民用电均为单相负载，配网比较复杂，尤其大量单相负载接入低压配电网的配电系统，并且负载大小不同和用电时间不同，所以，电网中三相间的不平衡电流是客观存在的，并且这种用电不平衡状况无规律性，也无法事先预知。导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡，使配网三相电流更加地不平衡，随之造成不少故障，如在用电高峰期变压器单相负载过大而导致烧坏，单相负载过大导致三相过度的不平衡、零线故障增加、大片区域性“群烧”现象时有发生，因此，解决低压配网三相不平衡问题势在必行、尤为重要。这不仅增加线路损耗和配变损耗，还会造成线路三相电压的不平衡，而三相负载不平衡运行对低压配电网有很大影响，对电能质量和供电质量有着严重的影响，同时也会加快配变设施的老化，减少配电变压器的出力情况。

由上述可知，用电系统的三相负载不平衡对变压器、电气设备以及用电系统的危害和影响是十分严重的，尤其是对电力能源的充分有效利用构成极大的障碍。在电力供应紧缺的今天，解决用电系统的三相不平衡问题已经是迫在眉睫的任务了。

国、内外对低压配电网三相负载不平衡的问题均进行了深入的研究。如国外使用先进电子技术把不平衡的三相电流经过交流→直流→交流的一系列变换，然后得到稳压，稳频、稳相的交流电，相当于一台三相电动机拖动一台三相发电机，虽然可消除相应电网的不平衡电流，但成本高、价格昂贵，谐波污染比较严重，目前还仅适用于某些特殊小范围。在国内有用单相电容器分相无功补偿系统对负载进行补偿，可以将无功电流部分补偿掉，而对于不对称的有功电流部分却无能为力，有时可以使三相电流的向量不对称，零线上仍有相当的电流流过，又因单相负载变化随机性很大，中性点位移仍然突出，效果不够理想。因此供电部门常常只能采用人工分线的方式进行负载调整，从而影响持续供电。

发明内容

针对现有技术中存在的诸多缺点和不足，本发明目的是提供一种用于低压配电网的可以实时变换用电终端接入相别的低压配电网电力负载均衡方法。用电终端通过换相装置接入低压配电网的其中一相，换相装置内置有相别切换模块、通信模块和采集模块，采集模块用于采集用电终端的电流、电压、功率等负载信息；控制主站内置有数据处理模块和通信模块，数据处理模块用于计算处理来自用电终端的负载信息，计算接入低压配电网的每一相的总负载信息、相平均总负载息及低压配电网的三相负载不平衡度，获取从总负载信息大的相别切换到总负载信息小的相别的相别对和需要进行相别切换的用电终端。换相装置的通信模块和控制主站的通信模块进行通信连接，实现换相装置和控制主站间的数据传输。换相装置根据收到的控制主站发送的相别切换信号，实时进行接入低压配电网的用电终端的接入相别的切换，使接入低压配电网的用电终端的负载尽可能均匀地分配在低压配电网的三相线上，实现低压配电网三相负载平衡，有效降低线损，改善供电质量。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是提供一种用于低压配电网的电力负载均衡方法，其设计要点于，包括以下步骤：

步骤1，采集接入低压配电网的各个用电终端的负载信息；

步骤2，根据所述用电终端的负载信息计算低压配电网的每一相的总负载信息及低压配电网的三相负载不平衡度；

步骤3，若低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，则执行步骤7；若不小于平衡阈值，则执行步骤4；

步骤4，确定低压配电网的相间需要进行相负载调整的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；所述相别对由总负载信息大的相别和总负载信息小的相别构成；

步骤5，在所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端中选择用电终端，且所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；

步骤6，把所选择的用电终端的接入相别由当前接入相别切换到所述相别对的总负载信息小的相别；若在采样周期内，则执行步骤2，若采样周期结束，则执行步骤7；

步骤7，根据设定的采样周期执行步骤1进行下一次采样。

在应用中，本发明还有如下进一步优选的技术方案。

进一步地，所述步骤4具体包括：

经计算确定低压配电网的相间需要进行相负载调整的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；所述相别对由总负载信息大于相平均总负载信息的相别和总负载信息小于相平均总负载信息的相别构成，所述调整量值为相平均总负载信息与所述相别对的总负载信息小的相别的总负载信息的差值及所述相别对的总负载信息大的相别的总负载信息与相平均总负载信息的差值中的最小值。

进一步地，所述步骤5具体包括：

用电终端排序子步，根据用电终端的负载信息对所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端进行排序；

用电终端选定子步，按序选择用电终端，使所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，且所选择的用电终端的数量较小。

进一步地，还包括预处理步，用于在步骤4执行之前进行如下预操作：

多个负载信息大的用电终端若集中接入低压配电网的其中一相或二相，则计算确定从该接入相别切换到目标接入相别的相别对和连接在该接入相别上的需要进行接入相别切换的所述负载信息大的用电终端，以使该负载信息大的用电终端尽可能均匀地分配在低压配电网的每一相。

进一步地，所述负载信息包括相别及该相的电流和功率中的一种或两种。

本发明还提供一种用于实现上述电力负载均衡方法的用于低压配电网的电力负载均衡装置。

所述用于低压配电网的电力负载均衡装置，其设计要点在于，包括以下模块：

采集模块，采集接入低压配电网的各个用电终端的负载信息；

相负载计算模块，根据所述用电终端的负载信息计算低压配电网的每一相的总负载信息及低压配电网的三相负载不平衡度；

平衡判断模块，若低压配电网的三相总负载不平衡度小于平衡阈值，则执行采样触发模块；若不小于平衡阈值，则执行相别对确定模块；

相别对确定模块，确定低压配电网的相间需要进行相负载调整的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；所述相别对由低压配电网的总负载信息大的相别和总负载信息小的相别构成；

用电终端确定模块，在所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端中选择用电终端，且所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；

换相模块，把所选择的用电终端的接入相别由当前接入相别切换到所述相别对的总负载信息小的相别；若在采样周期内，则执行相负载计算模块，若采样周期结束，则执行采样触发模块；

采样触发模块，根据设定的采样周期触发采集模块进行下一次采样。

本发明装置在应用中，还有如下进一步优选的技术方案。

进一步地，所述相别对确定模块具体完成以下操作：

用于确定低压配电网的相间需要进行相负载调整的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；所述相别对由总负载信息大于相平均总负载信息的相别和总负载信息小于相平均总负载信息的相别构成，所述调整量值为相平均总负载信息与所述相别对的总负载信息小的相别的总负载信息的差值及所述相别对的总负载信息大的相别的总负载信息与相平均总负载信息的差值中的最小值。

进一步地，所述用电终端确定模块具体包括：

用电终端排序子模块，根据用电终端的负载信息对所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端进行排序；

用电终端选择子模块，按序选择经排序操作的用电终端，使所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，且所选择的用电终端的数量较小。

进一步地，所述用于低压配电网的电力负载均衡装置还包括预处理模块，用于在相别对确定模块执行前进行如下预操作：

多个负载信息大的用电终端若集中接入低压配电网的其中一相或二相，则计算确定从该接入相别切换到目标接入相别的相别对和连接在该接入相别上的需要进行接入相别切换的所述负载信息大的用电终端，以使该负载信息大的用电终端尽可能均匀地分配在低压配电网的每一相。

进一步地，所述负载信息包括相别及该相的电流和功率中的一种或两种。

本发明在实施时，换相装置的输入端和低压配电网的三相电力线相连接，输出端用于向用电终端供电，即在任意时刻用电终端通过换相装置至多只接入到低压配电网的一相。换相装置通过通信信道和控制主站建立通信连接，用于实现换相装置和控制主站间的数据传输。换相装置内置的或外置的用于采集电流、电压、功率等负载信息的采集模块采集用电终端的负载信息，并把所采集的包含有接入相别信息的负载信息发送到控制主站，控制主站的数据处理模块根据所接收的负载信息计算确定总负载信息大的相别上的需要进行接入相别切换的用电终端和所述用电终端从当前相别切换到总负载信息小的目标相别的相别切换信号，并把相别切换信号发送到对应的用电终端的换相装置，换相装置根据所接收的相别切换信号对用电终端的接入相别进行切换，重新分配用电终端接入低压配电网的相负载，以使接入低压配电网的用电终端的负载尽可能均匀地分配在低压配电网的三相线上，使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，实现低压配电网的三相负载平衡。采用IGBT或IGCT等全开型高速开关电子器件构成的换相装置的换相模块，实现相别切换过程中向用电终端不间断供电。

有益效果

实现三相负载均衡，提高低压配电网的供电质量，通过采集接入低压配电网的各个用电终端的负载信息，并根据所述负载信息经计算确定总负载信息大的相别上需要相别切换的用电终端及所述用电终端的目标接入相别，将所述用电终端的接入相别切换到所述目标接入相别，重新分配用电终端在低压配电网的相负载，以使接入低压配电网的用电终端的负载尽可能均匀地分配在低压配电网的三相线上，实现低压配电网的三相负载平衡，提高低压配电网的供电质量。

实时调整相负载大小，保持三相负载平衡，通过周期性地采集、处理各个用电终端的负载信息，并把总负载信息大的相别上的部分用电终端的接入相别切换到总负载信息小的相别上，确保低压配电网三相负载均衡。

自动进行相间负载调整，实现低压配电网的三相负载平衡，无需人工参与，确保低压配电网的三相负载平衡及较高的供电质量。

接入相别切换中确保持续供电，通过采用IGBT或IGCT等全开型高速开关电子器件构成的换相装置，实现在相别切换过程中，向用电终端不间断供电，确保用电设备正常运转。

附图说明

图1本发明方法的控制流程图。

图2本发明装置的结构原理框图。

图3本发明方法基于的一种硬件连接原理图。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。

(1)本发明方法实施基于的硬件配置

本发明的方法在实施中基于的一种硬件设备连接原理图，如图2和图3所示，包括控制主站、换相装置和通信信道，换相装置通过通信信道和控制主站建立通信连接，用于实现换相装置和控制主站间的数据传输。所述通信信道为电力载波通信信道，因此，不需要专门布置通信线路，可以减少无线通信带来的信号间干扰，提高通信质量；也可以采用无线或其它有线通信方式，通信方式均为现有技术，在此将不再详述。

换向装置，内置有由三组固态开关构成的换相模块；固态开关由晶闸管、IGBT或IGCT等全开型固态开关器件构成，三组固态开关的一端分别和换相装置的三个接线输入端电连接，三个接线输入端用于和低压配电网的三相线电连接；三组固态开关的另一端和换向装置的单相输出端电连接，单向输出端和用电终端(可以是一居民用户、一用电需求，也可以一用电设备)电连接，用于向用电终端供电，即所述换向装置为三相输入、单相输出装置，任意时刻所述三组固态开关中至多有且只有一组固态开关导通，使用电终端接入低压配电网的其中一相上，用于切换用电终端接入低压配电网的接入相别，实现用电终端接入低压配电网的接入相别的切换。固态开关的开关速度快(开关时间毫秒级甚至微秒级)，确保在相别切换过程中向用电终端持续供电。

控制主站为包含有运算器、控制器、通信模块的数据处理装置，其具有运算和通信功能，用于数据运算处理，控制各个换相装置所连接的用电终端接入低压配电网的接入相别，使用电终端的负载尽可能地均匀地分布在低压配电网的三相线上。控制主站可以是单片机、PC机或服务器。

设置在用电端的换相装置内置的采集模块(或外置的，如电能表)，用于采集经换相装置向用电终端提供的电流、电压、功率等负载信息，并把所采集的负载信息通过通信信道发送到控制主站；控制主站对接收的负载信息进行运算处理，获得用电终端接入低压配电网的每一相的总负载信息和接入低压配电网的三相负载不平衡度。当低压配电网的三相负载不平衡(即低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值)时，控制主站经计算处理生成与用电终端电连接的换相装置的相别切换信号，并将所述相别切换信号发送到与其相对应的换相装置。换相装置根据所接收的相别切换信号进行相别切换，用电终端接入低压配电网的接入相别由一相别切换到另一相别，各用电终端的负载尽可能均匀地分配在低压配电网的三相线上，以使低压配电网的三相负载平衡。

低压配电网指连接在配电变压器低压侧输出端的用于向用电终端(用户)供电的供电线路，一般包括主干线路和支干线路，低压配电网的电力输送采用三相四线制，即三条相线和一条中性线。用电终端通过换相装置接入到低压配电网，控制主站通过换相装置控制用电终端接入低压配电网的接入相别，使用电终端的负载尽可能地均匀地分配在低压配电网的三相线上，实现低压配网的三相负载平衡。控制主站若只控制某条支干线路上的换相装置，则只实现该支干路的三相负载平衡。如图3所示，A、B、C三相及中性线L表示低压配电网(配电变压器低压侧)的供电线路，用于向供电服务区(如小区、村庄或楼宇等)输送电力。用电终端分别通过换向装置接入到低压配电网的A、B、C三相上，换向装置向用电终端提供单相供电，并根据控制主站的相别切换信号，实时切换用电终端接入到低压配电网的接入相别，使用电终端的负载尽可能均匀地分配在低压配电网的A、B、C的三相线上，以实现用电终端接入的低压配电网(或配电变压器)的三相负载平衡。

低压配电网的三相负载不可能做到绝对的平衡，本文中提及的低压配电网的三相负载平衡是指低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡度阈值，平衡度阈值可以采用国家标准，如，取值15％。

三相负载不平衡度计算方法有多种，在本实施方式中采用负载信息最大的相别与负载信息最小的相别的负载信息的差值与负载信息最大的相别的负载信息的商，即三相负载不平衡度＝(负载信息最大的相别-负载信息最小的相别)/负载信息最大的相别*100％。

(2)电力负载均衡方法

低压配电网的三相负载不平衡，主要是由接入低压配电网的用电终端的负载在低压配电网三相间分配不均引起的，不平衡度随负载的变化而动态变化，无规律可循。本发明通过实时监测接入低压配电网的用电终端的负载在低压配电网的三相线上的分布状况，当前述三相线上分布的用电终端的负载不均匀并导致三相负载不平衡度大小平衡阈值时，自动调整接入低压配电网的用电终端的负载在低压配电网三相间的分配，以使用电终端的负载较均匀地分配在低压配电网的三相，实现低压配电网的三相负载平衡。

为此，本发明的一种用于低压配电网的电力负载均衡方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1，数据采集，采集模块采集接入低压配电网的各个用电终端的负载信息。所述采集模块分布在各个用电终端，分别监测各个用电终端的负载信息；采集模块和换相装置电连接，换相装置把采集模块采集的负载信息发送到控制主站。采集模块可以是电流变送器、电压变压器、功率变送器(如电能表)中的一种，也可以是多种。采集模块可以和换相装置相集成，也可以分离设置。上述用电终端的负载信息指包括该用电终端接入低压配电网的接入相别以及该用电终端的电流负载，也可以是接入相别及该用电终端功率负载。下文中提及的用电终端的负载信息若未作特别说明则均指电流负载。

S2，数据存储，控制主站接收换相装置发送的各个用电终端的负载信息，并更新存储在控制主站的各个用电终端的负载信息；存储的用电终端的负载信息包括换相装置编号、用户名、电流负载、功率负载、接入相别、电压、采样时间等字段。

相负载计算，控制主站的处理模块根据所存储的负载信息计算接入低压配电网的每一相的总负载信息(如低压配电网的A相的总负载信息、B相的总负载信息、C相的总负载信息)、各相的相平均总负载信息(即A相、B相、C相的三相的总负载之和的算术平均值)及接入低压配电网的三相负载不平衡度，其计算公式为，三相负载不平衡度＝(负载信息最大的相别-负载信息最小的相别)/负载信息最大的相别*100％。

S3，负载平衡度判断，控制主站的处理模块根据上述低压配电网的三相负载不平衡度、设定的平衡阈值对该低压配电网的三相负载平衡与否进行判断，若接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，即低压配电网的三相负载平衡，则执行S7步；否则(即不小于平衡阈值)，低压配电网的三相负载不平衡，则执行S4步。平衡阈值可以采用国家标准，如15％。

S4，相别对确定，控制主站的处理模块根据预先设定的平衡算法，经计算确定低压配电网的相间需要进行相负载调整的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值。所述相别对由总负载信息大的相别和总负载信息小的相别构成，即所述相别对包括总负载信息大的源相别和总负载信息小的目标相别，可以标记为(源相别，目标相别)。为减少数据处理的复杂度，作为一种优选地，所述相别对由总负载信息大于相平均总负载信息的相别和总负载信息小于相平均总负载信息的相别构成；所述调整量值为相平均总负载信息与所述相别对的总负载信息小的相别的总负载信息的差值，在此记为第一差值，或调整量值为所述相别对的总负载信息大的相别的总负载信息与相平均总负载信息的差值，在此记为第二差值，或调整量值为所述第一差值和每二差值中的最小值，以使需要进行相别切换的用电终端的换相装置的数量较少。当所述相别对的总负载信息大的相别的总负载信息与相平均总负载信息之差大于第一差值时，调整量值选取第一差值；否则选取第二差值作为调整量值。这样可以避免把负载信息大的相别上的用电终端的负载调整的过多，从而导致新的三相负载不平衡，造成需要相别切换的与用电终端电连接的换相装置数量过多。

S5，用电终端确定，针对所述相别对，在所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端中选择用电终端，使所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值。上述的“用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当”是指，当在总负载信息大的相别上选定的用电终端的接入相别进行接入相别切换后，低压配电网的三相线上较均匀地分布用电终端的负载，使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，即实现在低压配电网的三相负载平衡。

为了减少进行相别切换的用电终端的数量，减少相别切换对低压配电网的可能的不良影响，还可以采用以下方法确定需要进行相别切换的用电终端。

用电终端排序，控制主站的处理模块根据用电终端的负载信息对所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端进行排序，采用降序(也可以升序)排序，得到总负载信息大的相别上的用电终端有序表；所述用电终端有序表从上向下所记录的用电终端的负载信息依次减小。

用电终端选定，控制主站的处理模块从所述用电终端有序表中，从上向下按序选择一个或多个用电终端，使所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值。这样操作所选择的用电终端的数量较小，可以减少需要相别切换的换相装置的数量，降低由于相别切换操作对低压配电网的可能的扰动影响。

控制主站的处理模块把包含目标接入相别的相别切换信号发送到所选择的用电终端对应的换相装置，所述目标接入相别为所述相别对的总负载信息小的相别。

S6，接入相别切换，把所选择的用电终端的相别由当前接入相别切换到所述相别对的总负载信息小的目标接入相别。换相装置根据所接收的相别切换信号把用电终端接入低压配电网的接入相别由当前相别切换到指定的目标接入相别，相别切换成功后，控制主机更新所存储的进行相别切换的用电终端的记录值；若在采样周期内，则执行S2，若采样周期结束，则执行S7。

S7，触发下一次采样，根据设定的采样周期执行步骤1进行下一次采样，并重复步骤1-步骤6，对接入低压配电网的用电终端的负载在低压配电网三相线上的分布情况进行实时监测。当用电终端的负载在该低压配电网的三相线上分布不均匀并导致三相负载不平衡度不小于平衡阈值时，控制主站根据上述的平衡控制策略通过换相装置自动动态调整用电终端的负载在低压配电网三相间的分配，以使用电终端的负载均匀分配在低压配电网的三相，实现低压配电网的三相负载平衡。

其中，在负载平衡度判断(S3)步之前，若负载信息最大的几个用电终端的负载在低压配电网的三相线上分布不均时，可以对负载信息最大的几个用电终端的接入相别进行以下预处理：

多个负载信息大的用电终端若集中接入低压配电网的其中一相或二相，如A相上，则计算确定从该相别(A相)切换到目标相别(B和C相)的相别对(A→B，A→C两个相别对)和连接在该相别(A相)上的需要相别切换的上述负载信息大的用电终端，以使上述负载信息大的用电终端尽可能均匀地分配在低压配电网的三相线(A、B、C相)上，使每一相线上都有负载信息大的用电终端。当多个负载信息大的用电终端和低压配电网同时断开后，对低压配电网负载平衡产生的不良影响小，使低压配电网三相负载仍有较好的平衡度，不至于产生较严重的负载不平衡。所述负载信息大的用电终端是指连接在低压配电网某一相上的一个或几个该用电终端若同时断开时，会使低压配电网的产生较严重的三相负载不平衡。

(3)电力负载均衡装置

为了使用电终端接入的低压配电网的三相负载平衡，本发明的一种用于实现上述电力负载均衡方法的适用于低压配电网的电力负载均衡装置，如图2和图3所示，其包括控制主站、换相装置和通信信道，所述换相装置通过通信信道和控制主站建立通信连接，用于实现换相装置和控制主站间的数据传输，所述通信信道为电力载波通信信道，不需要专门布置通信线路，可以节省通信电缆，又能减少无线通信带来的信号干扰，提高通信质量；也可以采用无线或其它有线通信方式，通信方式均为现有技术。

本发明的一种适用于低压配电网的电力负载均衡装置，具体包括采集模块、第一通信模块、换相模块、存储模块、相负载计算模块、负载平衡判断模块、相别对确定模块、用电终端确定模块、第二通信模块和采样触发模块。所述采集模块、第一通信模块、换相模块内置于换相装置，分布在用户端，和用电终端电连接，用于向用电终端供电，及切换用电终端接入低压配电网的接入相别。所述存储模块、相负载计算模块、负载平衡判断模块、相别对确定模块、用电终端确定模块、第二通信模块和采样触发模块内置于控制主站，设置在控制端，用于对换相装置的接入相别进行控制切换；其中，所述相负载计算模块、负载平衡判断模块、相别对确定模块、用电终端确定模块和采样触发模块构成控制主站的处理模块。上述电力负载均衡装置的各个构成模块分别如下详述。

采集模块，用于采集接入低压配电网的各个用电终端的负载信息。采集模块为电流变送器、电压变压器、功率变送器(如电能表)中的一种，也可以是多种。采集模块分布在各个用电端，其和第一通信模块电连接。采集模块可以和换相装置相集成，也可以分离设置。

第一通信模块，内置于换相装置，换相装置通过第一通信模块把采集模块采集的用电终端的负载信息发送到控制主站。所述负载信息包括该用电终端接入低压配电网的接入相别以及该用电终端的电流负载，也可以是接入相别及该用电终端功率负载。下文中提及的用电终端的负载信息若未作特别说明则均指电流负载信息，简称电流负载。。

存储模块，由存储介质构成，如硬盘、FLASH芯片等，用于存储控制主站所接收的分布在用电端的各个换相装置发送的用电终端的负载信息，存储模块中存储的用电终端的信息包括换相装置(用电终端)编号、用户名、电流负载、功率负载、接入相别、电压、采样时间等记录。

相负载计算模块，用于根据所存储的用电终端的负载信息计算低压配电网的每一相的总负载信息(如低压配电网的A相的总负载信息、B相的总负载信息、C相的总负载信息)、各相的相平均总负载信息(即A相、B相、C相的三相的总负载之和的算术平均值)及接入低压配电网的三相负载不平衡度。

负载平衡判断模块，根据低压配电网的三相负载不平衡度及设置的平衡阈值对该低压配电网的三相负载平衡与否进行判断；若低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，则执行采样触发模块；若不小于平衡阈值，则执行相别对确定模块。

相别对确定模块，用于确定低压配电网的两相间需要进行相负载调整的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；所述相别对由总负载信息大的相别和总负载信息小的相别构成。

用电终端确定模块，在所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端中选择用电终端，使所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值。该模块，还包括以下子模块。

用电终端排序子模块，控制主站的处理模块根据用电终端的负载信息对所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端进行排序，采用降序(也可以升序)排序，得到总负载信息大的相别上的用电终端有序表；所述用电终端有序表从上向下所记录的用电终端的负载信息依次减小；

用电终端选定子模块，控制主站的处理模块从用电终端有序表中，从上向下按序选择一个或多个用电终端，使所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值。这样操作所选择的用电终端的数量较小，可以减少需要进行相别切换的换相装置数量，降低由于相别切换操作对低压配电网的扰动影响。

第二通信模块，用于接收换相装置发送的采集模块所采集的用电终端的负载信息，用于把包含有目标接入相别的相别切换信号发送到对应的换相装置，所述目标接入相别为所述相别对的总负载信息小的相别。

换相模块，用于把所选择的用电终端的接入相别由当前接入相别切换到相别切换信号对应的目标接入相别；若在采样周期内，则执行相负载计算模块，若采样周期结束，则执行采样触发模块。换相模块由三组固态开关构成；固态开关由晶闸管、IGBT或IGCT等固态开关器件构成，三组固态开关的一端分别和换相装置的三个接线输入端电连接，三个接线输入端用于和低压配电网的三相线电连接；三组固态开关的另一端和换向装置的单相输出端电连接，单向输出端和用电终端电连接，任意时刻所述三组固态开关中至多有且只有一组固态开关导通，用于切换用电终端接入低压配电网的接入相别，实现用电终端接入低压配电网的相别切换。固态开关的开关速度快(开关时间毫秒级甚至微秒级)，确保在相别切换过程中向用电终端持续供电。

采样触发模块，根据设定的采样周期循环触发采集模块进行下一次采样。对接入低压配电网的用电终端的负载在低压配电网三相线上的分布情况进行实时监测。当用电终端的负载在该低压配电网的三相线上分布不均匀并导致三相负载不平衡度不小于平衡阈值时，控制主站根据设定的控制平衡策略通过换相装置自动调整用电终端的负载在低压配电网三相间的分配，以使用电终端的负载均匀分配在低压配电网的三相，实现低压配电网的三相负载平衡。

为了使本领域技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面以一个实例为例对上述发明方法做进一步说明。本例中的负载信息为相别及该相的电流负载(也可以是相别及该相的功率负载)。为了描述方便，本例中选取10个用电终端为例，各个用电终端分别通过换相装置接入低压配电网，各个用电终端的接入相别、电流负载及低压配电网每一相的总负载信息如下表1所示。

用电终端	A相	B相	C相
				1	10
2		18
				3			5
4	7
				5	17
6		17
				7			3
8	5
				9		30
10			8
				相总负载	39	65	16

表1

表1显示，用电终端接入后，低压配电网的A、B、C三相每一相的总负载分别为39、65、16个单位值，用电终端接入的总负载为120(39+65+16)个单位值，其中B相的总负载是C相的4倍多，三相负载平不平衡度为75.5％。由于多个负载信息大(30、17、18，17)的用电终端集中接入低压配电网的B相，C相上无负载信息大的用电终端。控制主站在进行计算处理前，先进行预处理，使负载电流大的用电终端尽可能均匀地分布在低压配电网的三相，控制主站的处理模块根据用电终端的电流负载及各相的总电流负载，经运算处理获得负载电流大的用电终端9的接入相别需要由当前的B相切换到作为目标接入相别的C相，形成用于相别切换的相别对，记为9(B，C)，表示用电终端9的接入相别从当前接入相别(B相)切换到目标接入相别(C相)。控制主站把包含有目标接入相别(C相)的相别切换信号发送到对应的用电终端9的换相装置，用电终端9的换相装置根据接收的相别切换信号把用电终端9的接入相别由当前的B相切换到C相；这样处理后，负载信息大的用电终端已较均匀地分配在低压配电网的A、B、C三相，如下表2所示。

用电终端	A相	B相	C相
				1	10
2		18
				3			5
4	7
				5	17
6		17
				7			3
8	5
				9		0	30
10			8
				相总负载	39	35	46

表2

用电终端9的接入相别由B相切换到C相后，低压配电网的A、B、C三相每一相的总负载分别为39、35、46个单位值，显然C相的总负载远大于B相的总负载，低压配电网的三相负载不平衡度为23.9％。控制主站经计算处理，确定低压配电网的C相、B相两相间需要进行相负载调整的相别对，标记为(C，B)，表示把低压配电网的C相的部分负载转移到B上；以及所述两相别间需要调整的负载信息的调整量值6(C相总电流负载46-相平均电流负载40)个单位值。对总负载信息大的C相的用电终端根据其负载信息进行降序排序操作得到C相的用电终端有序表，在所述C相的用电终端有序表中从上向下按序选择用电终端，使所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值的相当，即所选择的用电终端的接入相别调整后，低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值。则用电终端3最匹配，标记为3(C，B)，表示用电终端3从当前接入相别C相切换到目标接入相别B相，控制主站把包含有目标接入相别(B相)的相别切换信号发送到用电终端3的换相装置，用电终端3的换相装置根据所接收的相别切换信号把用电终端接入低压配电网相别由当前的C相切换到B相，低压配电网的三相负载不平衡度为5.9％，达到平衡要求，如下表3所示。

用电终端	A相	B相	C相
				1	10
2		18
				3		5	0
4	7
				5	17
6		17

7			3
				8	5
9		0	30
				10			8
相总负载	39	40	41

表3

本发明在实施时，换相装置的输入端和低压配电网的三相电力线相连接，输出端用于向用电终端供电，即在任意时刻用电终端通过换相装置至多只接入到低压配电网的一相。换相装置通过通信信道和控制主站建立通信连接，用于实现换相装置和控制主站间的数据传输。换相装置内置的或外置的用于采集电流、电压、功率等负载信息的采集模块采集用电终端的负载信息，并把所采集的包含有接入相别信息的负载信息发送到控制主站，控制主站的数据处理模块根据所接收的负载信息计算确定总负载信息大的相别上的需要进行接入相别切换的用电终端和所述用电终端从当前相别切换到总负载信息小的目标相别的相别切换信号，并把相别切换信号发送到对应的用电终端的换相装置，换相装置根据所接收的相别切换信号对用电终端的接入相别进行切换，重新分配用电终端接入低压配电网的相负载，以使接入低压配电网的用电终端的负载尽可能的均匀地分配在低压配电网的三相线上，使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，实现低压配电网的三相负载平衡。采用IGBT或IGCT等全开型高速开关电子器件构成的换相装置，实现相别切换过程中向用电终端不间断供电。

和现有技术相比，本发明具有如下技术进步性。

1)实现三相负载均衡，提高低压配电网的供电质量，通过采集接入低压配电网的各个用电终端的负载信息，并根据所述负载信息经计算确定总负载信息大的相别上需要相别切换的用电终端及所述用电终端的目标接入相别，将所述用电终端的接入相别切换到所述目标接入相别，重新分配用电终端在低压配电网的相负载，以使接入低压配电网的用电终端的负载尽可能均匀地分配在低压配电网的三相线上，实现低压配电网的三相负载平衡，提高低压配电网的供电质量。

2)实时调整相负载大小，保持三相负载平衡，通过周期性地采集、处理各个用电终端的负载信息，并把总负载信息大的相别上的部分用电终端的接入相别切换到总负载信息小的相别上，确保低压配电网三相负载均衡。

3)自动进行相间负载调整，实现低压配电网的三相负载平衡，无需人工参与，确保低压配电网的三相负载平衡及较高的供电质量。

4)接入相别切换中确保持续供电，通过采用IGBT或IGCT等全开型高速开关电子器件构成的换相装置，实现在相别切换过程中，向用电终端不间断供电，确保用电设备正常运转。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于低压配电网的电力负载均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集接入低压配电网的各个用电终端的负载信息；

步骤2，根据所述用电终端的负载信息计算低压配电网的每一相的总负载信息及低压配电网的三相负载不平衡度；

步骤3，若低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，则执行步骤7；

若不小于平衡阈值，则执行步骤4；

步骤4，确定低压配电网的相间需要进行相负载调整的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；所述相别对由总负载信息大的相别和总负载信息小的相别构成；

步骤5，在所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端中选择用电终端，且所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；

步骤6，把所选择的用电终端的接入相别由当前接入相别切换到所述相别对的总负载信息小的相别；若在采样周期内，则执行步骤2，若采样周期结束，则执行步骤7；

步骤7，根据设定的采样周期执行步骤1进行下一次采样。

2.根据权利要求1所述的一种用于低压配电网的电力负载均衡方法，其特征在于：

所述步骤4具体为，经计算确定低压配电网的相间需要进行相负载调整的的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；所述相别对由总负载信息大于相平均总负载信息的相别和总负载信息小于相平均总负载信息的相别构成，所述调整量值为相平均总负载信息与所述相别对的总负载信息小的相别的总负载信息的差值或者所述相别对的总负载信息大的相别的总负载信息与相平均总负载信息的差值。

3.根据权利要求1所述的一种用于低压配电网的电力负载均衡方法，其特征在于：

所述步骤5具体包括，

用电终端排序子步，根据用电终端的负载信息对所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端进行排序；

用电终端选定子步，按序选择用电终端，使所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，且所选择的用电终端的数量较小。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种用于低压配电网的电力负载均衡方法，其特征在于，还包括预处理步，用于在步骤4执行之前进行如下预操作：多个负载信息大的用电终端若集中接入低压配电网的其中一相或二相，则计算确定从该接入相别切换到目标接入相别的相别对和连接在该接入相别上的需要进行接入相别切换的所述负载信息大的用电终端，以使该负载信息大的用电终端分配在低压配电网的每一相。

5.根据权利要求4所述的一种用于低压配电网的电力负载均衡方法，其特征在于：所述负载信息包括相别及该相的电流和功率中的一种或两种。

6.一种用于低压配电网的电力负载均衡装置，其特征在于，包括

采集模块，采集接入低压配电网的各个用电终端的负载信息；

相负载计算模块，根据所述用电终端的负载信息计算低压配电网的每一相的总负载信息及低压配电网的三相负载不平衡度；

平衡判断模块，若低压配电网的三相总负载不平衡度小于平衡阈值，则执行采样触发模块；若不小于平衡阈值，则执行相别对确定模块；

相别对确定模块，确定低压配电网的相间需要进行相负载调整的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；所述相别对由总负载信息大的相别和总负载信息小的相别构成；

用电终端确定模块，在所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端中选择用电终端，且所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；

换相模块，把所选择的用电终端的接入相别由当前接入相别切换到所述相别对的总负载信息小的相别；若在采样周期内，则执行相负载计算模块，

若采样周期结束，则执行采样触发模块；

采样触发模块，根据设定的采样周期触发采集模块进行下一次采样。

7.根据权利要求6所述的一种用于低压配电网的电力负载均衡装置，其特征在于：

所述相别对确定模块，用于确定低压配电网的相间需要进行相负载调整的相别对和所述相别对的两相别之间需要调整的负载信息的调整量值，以使低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值；所述相别对由总负载信息大于相平均总负载信息的相别和总负载信息小于相平均总负载信息的相别构成，所述调整量值为相平均总负载信息与所述相别对的总负载信息小的相别的总负载信息的差值或者所述相别对的总负载信息大的相别的总负载信息与相平均总负载信息的差值。

8.根据权利要求6所述的一种用于低压配电网的电力负载均衡装置，其特征在于：所述用电终端确定模块具体包括，

用电终端排序子模块，根据用电终端的负载信息对所述相别对的总负载信息大的相别上的用电终端进行排序；

用电终端选择子模块，按序选择用电终端，使所选择的用电终端的负载信息之和与所述调整量值相当，以使接入低压配电网的三相负载不平衡度小于平衡阈值，且所选择的用电终端的数量较小。

9.根据权利要求6-8任一权利要求所述的一种用于低压配电网的电力负载均衡装置，其特征在于，还包括预处理模块，用于在相别对确定模块执行前进行如下预操作：多个负载信息大的用电终端若集中接入低压配电网的其中一相或二相，则计算确定从该接入相别切换到目标接入相别的相别对和连接在该接入相别上的需要进行接入相别切换的所述负载信息大的用电终端，以使该负载信息大的用电终端分配在低压配电网的每一相。

10.根据权利要求9所述的一种用于低压配电网的电力负载均衡装置，其特征在于：所述负载信息包括相别及该相的电流和功率中的一种或两种。