CN105207237A - 配网三相负荷不平衡调整控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配网三相负荷不平衡调整控制系统,包括监控子系统、智能配电终端和智能换相开关,监控子系统与智能配电终端之间以及智能配电终端与智能换相开关之间均通过无线通信网络进行数据传输。本发明能够实时采集配电台区中配电变压器及三相四线分支线路和单相负荷的电流、电压信息,通过计算获得配网三相电流的不平衡度,并针对不平衡负荷进行在线调相,将电流较大相别的部分负载转移到电流较小的相别,从而达到调整配网三相负荷不平衡的目的,有效降低线损,改善供电质量。

Description

配网三相负荷不平衡调整控制系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,特别是一种应用于配网的三相负荷不平衡调整系统。
背景技术
配电网是电网中连接主网和面向用户供电的重要组成部分,保证配电网在三相负荷平衡的状态下稳定运行有助于提高电网供电可靠性、系统运行效率以及终端电能质量。然而,配电网中,电力用户多是单相负荷或者是单相与三相负荷混用,负荷的大小与用电时间不可控制,并且由于配电网低压线路较长,这些负荷的使用必然会造成配电网三相负荷不平衡现象的出现,从而使三相电流不相同,配电网中性线上产生不平衡电流,最终导致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,严重时,还会因某相不平衡负荷过大造成相线烧断、开关烧坏甚至配电变压器烧毁现象的发生。因此,电力系统相关规定中对电网的电流不平衡度有着严格的要求。
目前,对于配电网电流三相不平衡的治理方法主要有两种。其一是人工实施,即通过定期对各相负荷数据进行检测、记录以及分析,然后对线路进行有针对性的调整;这种方式存在以下不足:1)费时费力,效率低下,人为调整操作困难,安全得不到保障;2)三相负荷调整滞后不准确,不能适应用户用电的随机性;3)调整时需要断电,这种离线调整线路负荷分配的方式严重影响用户的供电可靠性;4)台区各设备运行的过程中,无法了解实时的运行情况,不能实时在线治理等。另外一种方式是通过在配电网中设置不平衡电流补偿装置,即以有载调容变压器为基础导向,同时具有无功补偿能力,可以很好地解决三相电流不平衡问题;但是由于不平衡电流补偿装置价格较高、自身损耗大、无法解决线损等缺点,不适于应用在低压配电网中。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种适用于低压配电网中的三相负荷不平衡调整控制系统,以实现三相不平衡度的实时计算以及针对不平衡负荷的在线调相,从而达到治理低压配电网三相负荷不平衡的目的,有效降低线损,改善供电质量。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案如下。
配网三相负荷不平衡调整控制系统,包括设置在主站控制室的监控子系统以及设置在配电台区的智能配电终端和智能换相开关;监控子系统用于对各配电台区的智能配电终端采集的信息进行分析,并根据分析结果对各配电台区的用电负荷调整控制;智能配电终端,设置在配电台区的配电箱中,智能配电终端用于采集配电变压器运行状态信息、剩余电流动作保护器运行状态信息、配网各支路用电负荷信息以及配电台区各电气设备的运行状态信息;智能换相开关,设置在配电台区各支路末端的户表箱内并串联连接在户表箱进线与户表之间,用于根据智能配电终端的指令进行换相操作;所述监控子系统与智能配电终端之间以及智能配电终端与智能换相开关之间均通过无线通信网络进行数据传输。
上述配网三相负荷不平衡调整控制系统,所述智能配电终端包括微处理器以及分别与微处理器连接的交流采样单元、开关量模块、本地通讯单元、以太网通信单元、存储模块和电源管理单元;所述交流采样单元用于采集配电台区各支路的电压电流信息以及配电变压器的运行状态信息,并根据微处理器的控制信号控制电气设备的运行状态实现电能质量控制;开关量模块用于采集配电台区开关设备的开关量信号,并根据微处理器的控制信号控制开关设备的投切;本地通讯单元用于与配电台区内各电气设备进行相互通信;以太网通信单元用于通过无线网络分别与监控子系统和智能换相开关进行通信。
上述配网三相负荷不平衡调整控制系统,所述电源管理单元包括电源模块、后备电池以及电池充放电管理模块,所述电源模块分别与本地通信模块和微处理器的电源端连接,后备电池用于为以太网通信单元和微处理器做后备电源使用,电池充放电管理模块用于在微处理器的控制下对后备电池的充放电进行管理。
上述配网三相负荷不平衡调整控制系统,所述智能配电终端还包括与微处理器连接的人机交互模块。
上述配网三相负荷不平衡调整控制系统,所述智能换相开关包括主控模块、无线模块以及自动换相机构,自动换相机构包括三组驱动模块和永磁动触头,其中无线模块与智能配电终端相互通信,无线模块的输出端连接主控模块的输入端,主控模块的输出端连接驱动模块的输入端,驱动模块的输出端连接永磁动触头受控端。
上述配网三相负荷不平衡调整控制系统,所述驱动模块为IGBT过零触发电路,IGBT过零触发电路与主控模块之间设置有光电隔离电路。
上述配网三相负荷不平衡调整控制系统,所述IGBT过零触发电路的输入端还连接有分合闸储能电容,合闸储能电容通过充电模块进行充电。
上述配网三相负荷不平衡调整控制系统,所述智能换相开关还包括手动分合闸操作机构。
上述配网三相负荷不平衡调整控制系统,所述智能换相开关还设置有漏电保护机构,漏电保护机构包括用于采集负载电流、电压和剩余电流的信号采集电路以及信号转换处理电路,信号转换处理电路的输出端连接主控模块的输入端。
上述配网三相负荷不平衡调整控制系统,所述智能换相开关中设置有电子互锁电路和机械三相触头互锁机构。
由于采用了以上技术方案,本发明所取得技术进步如下。
本发明能够实时采集配电台区中配电变压器及三相四线分支线路和单相负荷的电流、电压信息,通过计算获得配网三相电流的不平衡度,并针对不平衡负荷进行在线调相,从而达到调整配网三相负荷不平衡的目的,有效降低了线损,改善了供电质量。本发明中的智能配电终端和智能换相开关具有自诊断及故障处理能力,并通过数字通信将相关信息送往监控子系统,用户可实时监测及查询所有设备的运行,及时了解维护信息,以便早期分析与排除故障,缩短维护停工时间。另外,设备的智能化、数字化,与传统设备的模拟信号相比,从根本上提高了测量与控制的精确度,减少了传送误差,提高了系统的准确性和可靠性,为配网的可靠供电提供了保障。
附图说明
图1为本发明的拓扑图;
图2为本发明所述智能配电终端的原理框图;
图3为本发明所述智能配电终端和智能换相开关在线路中的连接图;
图4为本发明所述智能换相开关的结构框图。
其中:1.智能配电终端,1-1.三相负荷计算分析部分,1-2.配电终端通信部分,2.智能换相开关,2-1.换相开关通信部分,2-2.机械切换开关部分,2-3.开关切换控制电路。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种配网三相负荷不平衡调整控制系统,其拓扑结构如图1所示,主要包括监控子系统、智能配电终端和智能换相开关,监控子系统与智能配电终端之间以及智能配电终端与智能换相开关之间均通过无线通信网络进行数据传输。本发明实现配网三相负荷不平衡调整的原理为:智能配电终端通过采集的数据信息进行分析判断,并结合监控子系统的调控指令,控制智能换相开关动作,将电流较大相别的部分负载转移到电流较小的相别,实现对三相负荷的调整,使配网三相负荷的平衡度随时处于最佳状态。
智能配电终端和智能换相开关设置在配电台区,其中智能换相开关设置在配电台区各支路末端的户表箱内,并串联连接在户表箱进线与户表之间,即每个用户的进线端均设置一个智能换相开关;智能配电终端设置在配电台区的配电箱中,通常状况下,一个配电台区会设置一个智能配电终端;一个智能配电终端与该配电台区内的所有智能换相开关相互通信。监控子系统设置在主站控制室内,对所辖范围内的所有配电台区完成智能配变终端的全覆盖,实现对配电台区用电状况的监控和控制。监控子系统与各配电台区中的智能配电终端之间通过无线通信网络相互通信。
本发明中,监控子系统用于对各配电台区的智能配电终端采集的信息进行分析,并根据分析结果对各配电台区的用电负荷调整控制。监控子系统主要包括工作站、交换机以及打印机等设备,工作站的主控机内嵌装有监控平台软件,监控平台软件主要采用J2EE技术架构、WebLogic、WebSphere、TomCat等中间件技术设计,支持Oracle、SQLServer、SysBase等数据库,该平台采用MVC的设计思想,面向服务的SOA服务架构,是一个稳定、可靠、由先进数据库支撑的多层应用体系,满足配电网运行过程中的数据处理要求。
智能配电终端主要用于采集配电变压器运行状态信息、剩余电流动作保护器运行状态信息、配网各支路用电负荷信息以及配电台区各电气设备的运行状态信息,并将采集的信息通过无线通信网络传输给监控子系统,进行综合分析调控。
智能配电终端包括微处理器以及与微处理器连接的交流采样单元、开关量模块、本地通讯单元、以太网通信单元、存储模块、电源管理单元、人机交互模块、存储模块、以及直流量采集模块,各模块与微处理器之间的连接关系如图2所示,具体如下所述。
其中,微处理器采用主流32位RISC微处理器,Linux嵌入式操作系统,以保证数据转发、终端通信、数据管理等复杂功能的要求。
交流采样单元用于采集配电台区各支路的电压电流信息以及配电变压器的运行状态信息,并根据微处理器的控制信号控制电气设备的运行状态实现电能质量控制;交流采样单元与微处理器之间通过SPI信号线连接,微处理器的控制信号可通过采用秒信号和脉冲信号输出模式。
直流量采集模块用于采集配电台区各电气设备的直流信号,直流量采集模块通过AD信号线连接微处理器。
开关量模块用于采集配电台区开关设备的开关量信号,并根据微处理器的控制信号控制开关设备的投切;开关量模块与微处理器之间通过GPIO信号线连接。开关量信号的采集通过遥控信号获得,开关量控制信号的输出通过遥控电路输出。
本地通讯单元用于与配电台区内各电气设备进行相互通信,主要包括USB接口、232通讯接口、485通讯接口以及红外接口。
以太网通信单元用于通过无线网络分别与监控子系统和智能换相开关进行通信,无线网络可为GPRS、CDMA以及3G等。
存储模块用于对微处理器分析处理后的数据进行存储,存储模块采用FLASH存储器,具有掉电保护功能。微处理器还可通过总线接外部RAM,方便数据处理过程中的读写操作。
人机交互模块用于实现人机交互,人机交互模块包括显示器和操作按键,人机交互模块通过总线与微处理器连接。
电源管理单元包括电源模块、后备电池以及电池充放电管理模块,电源模块分别与本地通信模块和微处理器的电源端连接,后备电池用于为以太网通信单元和微处理器做后备电源使用,电池充放电管理模块用于在微处理器的控制下对后备电池的充放电进行管理。
本发明中的智能配电终端可对配电台区的配电变压器、进出线开关、剩余电流动作保护器、智能电能表等电气设备的运行信息进行监测,除具有配变监测基础功能外,还能够实现变压器保护、用电信息采集(台区总表及居民表)、剩余电流动作保护器监测、漏电保护器监测、负荷管理、电能质量管理、线损分析、分布式电源接入管理、状态监测、环境监测、视频管理、事件及告警处理等功能。
智能换相开关用于根据智能配电终端的指令进行换相操作;其结构如图4所示,包括主控模块、无线模块、485通信模块、分合闸储能电容、手动分合闸操作机构以及自动换相机构;其中无线模块与智能配电终端相互通信,无线模块的输出端连接主控模块的输入端,主控模块的输出端连接驱动模块的输入端,驱动模块的输出端连接永磁动触头受控端;主控模块根据接收到的智能配电终端的调相指令通过自动换相机构完成自动换相作业。
自动换相机构包括三组驱动模块、光电隔离电路和永磁动触头,驱动模块为IGBT过零触发电路,IGBT过零触发电路的输入端还连接有分合闸储能电容,合闸储能电容通过充电模块进行充电;光电隔离电路设置在IGBT过零触发电路与主控模块之间,防止换相过程中的大电流冲击主控模块。为保证在任何时刻只能一副动触头闭合,自动换相机构中还设置了电子互锁电路和机械三相触头互锁机构,从而有效防止了相间短路发生的可能。
分合闸储能电容用于为IGBT过零触发电路提供高电压,其通过充电模块进行充电操作,充电模块的输入端连接AC/DC转换模块,AC/DC转换模块将交流输入电压进行交直流转换后为充电模块和主控模块供电。
为防止由于自动换相机构的损坏而无法实现换相,本发明中,智能换相开关还设置了手动分合闸操作机构。
智能换相开关还设置有漏电保护机构,漏电保护机构包括用于采集负载电流、电压和剩余电流的信号采集电路以及信号转换处理电路,信号转换处理电路的输出端连接主控模块的输入端;主控模块用于根据信号采集电路采集的信号进行分合闸操作。
智能换相开关还能够通过设置在面板上的操作按键进行功能状态设定,并根据主控模块的处理结果进行故障报警,还可通过继电器输出控制信号控制指示灯的亮灭。
本发明中的智能换相开关,在相别切换时电源中断时间在20mS以内,因单相用电的家用电器的控制电路均有滤波与储能电容,20mS以内的瞬间断电不会引起家用电器的复位,因此对供电质量无影响。自动换相机构的驱动模块采用IGBT过零触发电路,具有快速动作的特点,可在电流过零点分闸、电压过零点合闸,有效的延长了智能换相开关的寿命。
本发明用于对配网三相负荷的不平衡度进行调节时,智能配电终端和智能换相开关在配网中的连接方式如图3所示,智能配电终端的三相负荷计算分析部分1-1包括交流采样单元、开关量模块、电源管理单元、人机交互模块、存储模块、直流量采集模块以及微处理器,配电终端通信部分1-2包括本地通讯单元、以太网通信单元;智能换相开关的换相开关通信部分2-1包括无线模块、485通信模块,机械切换开关部分2-2包括手动分合闸操作机构、自动换相机构、分合闸储能电容和漏电保护机构,开关切换控制电路2-3包括主控模块。具体调节方法为:由智能配电终端进行配电台区变压器及三相四线分支线路和单相负荷的电流、电压进行测量,并根据算法计算配网三相电流的不平衡度,当智能配电终端检测到三相电流不平衡的程度达到或超过预定调整值时,根据配网各支路负载电流的大小结合监控子系统发送的调控指令,经数学运算寻求各支路负荷相别的最佳分配方案,智能配电终端根据最佳方案向智能换相开关发送相别调整指令,智能换相开关根据相别调整指令进行负载相别切换,将电流较大相别的部分负载转移到电流较小的相别,使配电变压器及三相四线分支线路的三相电流达到平衡,从而使该配网的三相负荷平衡度随时处于最佳状态。

Claims (10)

1.配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:包括设置在主站控制室的监控子系统以及设置在配电台区的智能配电终端和智能换相开关;监控子系统用于对各配电台区的智能配电终端采集的信息进行分析,并根据分析结果对各配电台区的用电负荷调整控制;智能配电终端,设置在配电台区的配电箱中,智能配电终端用于采集配电变压器运行状态信息、剩余电流动作保护器运行状态信息、配网各支路用电负荷信息以及配电台区各电气设备的运行状态信息;智能换相开关,设置在配电台区各支路末端的户表箱内并串联连接在户表箱进线与户表之间,用于根据智能配电终端的指令进行换相操作;所述监控子系统与智能配电终端之间以及智能配电终端与智能换相开关之间均通过无线通信网络进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:所述智能配电终端包括微处理器以及分别与微处理器连接的交流采样单元、开关量模块、本地通讯单元、以太网通信单元、存储模块和电源管理单元;所述交流采样单元用于采集配电台区各支路的电压电流信息以及配电变压器的运行状态信息,并根据微处理器的控制信号控制电气设备的运行状态实现电能质量控制;开关量模块用于采集配电台区开关设备的开关量信号,并根据微处理器的控制信号控制开关设备的投切;本地通讯单元用于与配电台区内各电气设备进行相互通信;以太网通信单元用于通过无线网络分别与监控子系统和智能换相开关进行通信。
3.根据权利要求2所述的配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:所述电源管理单元包括电源模块、后备电池以及电池充放电管理模块,所述电源模块分别与本地通信模块和微处理器的电源端连接,后备电池用于为以太网通信单元和微处理器做后备电源使用,电池充放电管理模块用于在微处理器的控制下对后备电池的充放电进行管理。
4.根据权利要求2所述的配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:所述智能配电终端还包括与微处理器连接的人机交互模块。
5.根据权利要求1所述的配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:所述智能换相开关包括主控模块、无线模块以及自动换相机构,自动换相机构包括三组驱动模块和永磁动触头,其中无线模块与智能配电终端相互通信,无线模块的输出端连接主控模块的输入端,主控模块的输出端连接驱动模块的输入端,驱动模块的输出端连接永磁动触头受控端。
6.根据权利要求5所述的配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:所述驱动模块为IGBT过零触发电路,IGBT过零触发电路与主控模块之间设置有光电隔离电路。
7.根据权利要求6所述的配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:所述IGBT过零触发电路的输入端还连接有分合闸储能电容,合闸储能电容通过充电模块进行充电。
8.根据权利要求5所述的配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:所述智能换相开关还包括手动分合闸操作机构。
9.根据权利要求5所述的配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:所述智能换相开关还设置有漏电保护机构,漏电保护机构包括用于采集负载电流、电压和剩余电流的信号采集电路以及信号转换处理电路,信号转换处理电路的输出端连接主控模块的输入端。
10.根据权利要求5所述的配网三相负荷不平衡调整控制系统,其特征在于:所述智能换相开关中设置有电子互锁电路和机械三相触头互锁机构。
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