CN105633985B - 三相负荷不平衡智能平衡调节方法 - Google Patents

三相负荷不平衡智能平衡调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的三相负荷不平衡智能平衡调节方法，包括以下步骤：S1、设定检测时间间隔和电流不平衡度参考值；S2、检测配变电输出端三相的相电流，检测智能选相开关输出端的负荷电流；S3、根据相电流计算配变电输出端电流不平衡度；S4、在同一时间间隔内，且电流不平衡度大于电流不平衡度参考值，则根据相电流和负荷电流确定负荷调整对象，否则等待下一时间间隔；S5、智能选相开关根据调整对象调节连接在三相四线制供电网络上的相，并返回步骤S2。本发明能够有效的对由有功功率负荷或多个单相负荷引起的三相负荷不平衡进行平衡调节，促使三相四线制供电网络正常、有效的运行，同时还能够防止由于三相负荷不平衡引起的低电压现象。

Description

三相负荷不平衡智能平衡调节方法
技术领域
本发明涉及电力低压配电系统技术领域，尤其涉及一种三相负荷不平衡智能平衡调节方法。
背景技术
低压配电网系统中通常采用三相四线制供电模式，其中三相四线制具体包括：三条线路分别代表A,B,C三相，另一条是中性线N。
通常在三相四线制供电网络中连接着大量的单相负荷，不同的单相负荷可能会连接在不同的相上，且每个单相负荷间也存在着一定的差异，例如由于不同的用电习惯，使得有些单相负荷具有较大的用电量，而有些单相负荷的用电量就较小，也就使得低压三相四线制网络中的三相间存在负荷不平衡的问题。
并且，特别是在城市配电网中，由于存在大量的居民小区、写字楼、照明、水泵、机电等多种类的负荷，其大多数都是单相、不对称、非线性和冲击性的负荷，也造成城市配电网中的负荷情况更加复杂，同时，城市配电网中的这些负荷还是随机变化的，会进一步的使配电系统中产生严重的三相负荷不平衡。
而三相负荷不平衡会导致供电系统三相电压、电流的不平衡，引起电网负序电压和负序电流，影响供电质量，进而增加供电系统线路损耗，降低供电运行的可靠性。特别是在配变电供电区域内严重影响变压器的出力，影响变压器的安全运行。
目前，针对三相负荷不平衡问题，通常采用负荷规划的管理手段或无功功率补偿控制策略来进行不平衡调节。其中，负荷规划管理手段根据实际用电的变化情况无法有效的解决三相负荷不平衡问题；而无功功率补偿控制策略是通过补偿电网的无功功率与改变功率因数来达到三相不平衡的补偿控制策略。这就使得无功补偿控制策略是现阶段大多数厂家用来治理三相不平衡的主要控制策略。
然而，无功补偿控制策略在存在严重的三相负荷不平衡的供电系统中是无法有效的消除三相负荷不平衡的，也就是说，这时利用无功补偿控制策略来对三相负荷不平衡进行调节补偿是无效的。
因此，如何有效地设计一种既能够对严重的三相负荷不平衡进行有效调节，又能够有效的防止出现低电压现象的三相负荷不平衡的平衡调节方法就成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三相负荷不平衡智能平衡调节方法，通过对三相四线制供电网络中每一相上的单相负载进行分别处理，促使三相负荷平衡调节更加的精准、有效。
本发明的一种三相负荷不平衡智能平衡调节方法，包括以下步骤：
S1、设定三相负荷不平衡检测时间间隔和电流不平衡度参考值；
S2、检测三相四线制供电网络配变电输出端三相的相电流，以及检测三相四线制供电网络智能选相开关输出端的负荷电流；
S3、根据相电流计算三相四线制供电网络配变电输出端电流不平衡度；
S4、在同一时间间隔内，且电流不平衡度大于电流不平衡度参考值，则根据相电流和负荷电流确定负荷调整对象，否则等待下一时间间隔后返回步骤S2；
S5、智能选相开关根据调整对象调节连接在三相四线制供电网络上的相，并返回步骤S2。
优选的，步骤S2中，相电流和负荷电流通过多次采样并由加权平均算法计算，具体采用以下公式计算：
或
其中，Ix为相电流，If为负荷电流，N为采样次数，n为第n次采样，Ixn为第n次采样的相电流，Ifn为第n次采样的负荷电流。
优选的，步骤S3中，电流不平衡度采用以下公式计算：
其中，为电流不平衡度，Ip为负序电流，In为正序电流。
优选的，步骤S4中可进一步包括以下步骤：
S41、在同一时间间隔内，判断电流不平衡度大于电流不平衡度参考值，否则等待下一时间间隔后返回步骤S2；
S42、若电流不平衡度大于电流不平衡度参考值，则根据相电流计算配变电输出端三相的相电流平均值；
S43、分别计算配变电输出端三相的相电流与相电流平均值的差，得到配变电输出端三相中的最大电流相和最小电流相；
S44、根据最大电流相上每个智能选相开关输出端对应的负荷电流计算调整电流；
S45、根据调整电流生成调整对象。
进一步优选的，步骤S44中，调整电流采用以下公式计算：
Ci＝|ΔImax-Ii|+|ΔImin+Ii|，(i＝1、2、…….k)；
其中，Ci为调整电流，ΔImax为最大电流相相电流与相电流平均值的差值，ΔImin为最小电流相相电流与相电流平均值的差值，Ii为第i个智能选相开关输出端的负荷电流，k为最大电流相上智能选相开关的个数。
进一步优选的，步骤S45中，当最小的调整电流小于最大电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值和最小电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值的和时，选取该最小的调整电流对应的智能选相开关设为调整对象；否则，将最大电流相上最大的调整电流对应的智能选相开关和最小电流相上最小的调整电流对应的智能选相开关设为调整对象。
本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法具有设计合理、应用方便的优点，能够有效的对由有功功率负荷或多个单相负荷引起的三相负荷不平衡进行平衡调节，促使三相四线制供电网络正常、有效的运行，同时还能够防止由于三相负荷不平衡引起的低电压现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法一个实施例的流程图。
图2是本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法一个实施例步骤S4的流程图。
图3是本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法一个实施例的平衡调节前的连接结构图。
图4是本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法一个实施例的平衡调节后的连接结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3和图4中，图中的各附图标记表示为：L1、L2、L3、L4、L5为智能选相开关。
图1是本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法一个实施例的流程图，图2是本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法一个实施例步骤S4的流程图，图3是本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法一个实施例的平衡调节前的连接结构图，图4是本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法一个实施例的平衡调节后的连接结构图。
如图1所示，本实施例的提供的三相负荷不平衡智能平衡调节方法，包括以下步骤：
S1、设定三相负荷不平衡检测时间间隔和电流不平衡度参考值。
具体的，根据低压配电网系统的要求设置三相负荷不平衡的检测时间，具体可根据不同的系统来进行有针对性的设置，例如，如低压配电系统中单相负荷较少，且较为结构单一的话，则可将检测时间间隔设置的较长，如一周二至三次；而如低压配电系统单相负荷较多时可对应的将检测的时间间隔适应性的缩短，例如一天检测一次，甚至一天检测多次。
同时，三相负荷不平衡的检测时间还可根据工作人员的处理经验进行设置，以使得三相负荷不平衡的调节能够更加符合实际系统的情况，保证平衡调节更加的有效。
电流不平衡度参考值可根据实际系统的情况进行设定，例如国家标准，将电流不平衡度参考值设定为8％。
S2、检测三相四线制供电网络配变电输出端三相的相电流，以及检测三相四线制供电网络智能选相开关输出端的负荷电流。
具体的，对低压配电网系统中采用的三相四线制供电网络中配变电输出端三相的相电流进行检测，以得到A相、B相和C相对应的相电流。
同时，对低压配电网系统中三相四线制供电网络中智能选相开关的输出端的负荷电流进行测量，即三相四线制供电网络中单相负荷的负荷电流。
其中，在检测相电流和负荷电流时，可通过多相电流或负荷电流进行多次采样，并对多次采样后的相电流或负荷电流由加权平均算法计算，以获得一个较为准确的相电流或负荷电流值。
相电流进行加权平均算法采用以下公式计算：
其中，Ix为相电流，N为采样次数，n为第n次采样，Ixn为第n次采样的相电流。
符合电流进行加权平均算法采用以下公式计算：
其中，If为负荷电流，N为采样次数，n为第n次采样，Ifn为第n次采样的负荷电流。
S3、根据相电流计算三相四线制供电网络配变电输出端电流不平衡度。
具体的，根据步骤S2中检测出的相电流来计算配变电输出端的电流不平衡度，该电流不平衡度可具体采用以下公式计算：
其中，为电流不平衡度，Ip为负序电流，In为正序电流。
S4、在同一时间间隔内，且电流不平衡度大于电流不平衡度参考值，则根据相电流和负荷电流确定负荷调整对象，否则等待下一时间间隔后返回步骤S2。
具体的，如果电流不平衡度超过了电流不平衡度参考值，则说明三相四线制供电网络中存在三相负荷不平衡的问题，需要进行平衡调节，以便保证三相四线制供电网络能够更加高效、稳定的工作。
如在同一时间间隔内，电流不平衡度超过了电流不平衡度参考值，则根据测量出的相电流和负荷电流来确定负荷调整对象，以便对三相四线制供电网络中的智能选相开关进行控制，促使三相四线制供电网络每一相上的负荷进行有效的平衡调节。
而如果电流不平衡度未超过电流不平衡度参考值，则说明当前的三相四线制供电网络运行的状态较为合适，并未出现问题，则不需对三相四线制供电网络进行平衡调节，系统进入等待状态，直至下一时间间隔到来，在下一时间间隔内在返回步骤S2，以此来进行下一次的电流不平衡度的比较。
如图2所示，为对步骤S4进一步的说明，其中可将步骤S4进一步分为以下步骤：
S41、在同一时间间隔内，判断电流不平衡度大于电流不平衡度参考值，否则等待下一时间间隔后返回步骤S2。
在步骤S41中，判断在同一时间间隔内，电流不平衡度是否超过了电流不平衡度参考值，如果超过了电流不平衡度参考值，则进入步骤S42，否则等待下一时间间隔的到来，并在下一时间间隔内返回至不好走S2中，以便以实时的三相四线制供电网络运行参数进行电流不平衡度的确定。
S42、若电流不平衡度大于电流不平衡度参考值，则根据相电流计算配变电输出端三相的相电流平均值。
在步骤S42中，由于电流不平衡度大于电流不平衡度参考值，因此说明三相四线制供电网络中存在三相负荷不平衡，需要进行平衡调节。
根据检测出的相电流来计算三相四线制供电网络中三相的相电流的平均值，具体计算公式如下：
其中，Iav为相电流平均值，IA为A相的相电流，IB为B相的相电流，IC为C相的相电流。
S43、分别计算配变电输出端三相的相电流与相电流平均值的差，得到配变电输出端三相中的最大电流相和最小电流相。
根据计算出的相电流平均值来分别与三相的相电流进行求差，以得出三相间的最大电流相和最小电流相。
具体计算公式如下：
ΔIA＝IA-Iav；
ΔIB＝IB-Iav；
ΔIC＝IC-Iav；
其中，ΔIA为A相相电流与相电流平均值的差，ΔIB为B相相电流与相电流平均值的差，ΔIC为C相相电流与相电流平均值的差。
最终，根据计算出的ΔIA、ΔIB、ΔIC来确定三相四线制供电网络中三相间的最大电流相和最小电流相，将最大电流相的相电流与相电流平均值的差记为ΔImax，最小电流相的相电流与相电流平均值的差记为ΔImin。
S44、根据最大电流相上每个智能选相开关输出端对应的负荷电流计算调整电流。
在三相四线制供电网络中的最大电流相上连接的每一个智能选相开关输出端的负荷电流分别与记为ΔImax求差、与ΔImin求和，并将得到的两个值的绝对值求和，以此来算出每个智能选相开关对应的调整电流。
具体的，调整电流可采用以下公式计算：
Ci＝|ΔImax-Ii|+|ΔImin+Ii|，(i＝1、2、……k)；
其中，Ci为调整电流，ΔImax为最大电流相相电流与相电流平均值的差值，ΔImin为最小电流相相电流与相电流平均值的差值，Ii为第i个智能选相开关输出端的负荷电流，k为最大电流相上智能选相开关的个数。
以此来求出k个智能选相开关对应的调整电流。
S45、根据调整电流生成调整对象。
根据求出的最大电流相上对应的k个调整电流来确定进行平衡调节控制的调整对象。
具体的，当最小的调整电流小于最大电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值和最小电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值的和时，选取该最小的调整电流对应的智能选相开关设为调整对象；否则，将最大电流相上最大的调整电流对应的智能选相开关和最小电流相上最小的调整电流对应的智能选相开关设为调整对象。
S5、智能选相开关根据调整对象调节连接在三相四线制供电网络上的相，并返回步骤S2。
具体的，在确定调整对象后，即可将最大电流相上对应的该调整对象调整至三相四线制供电网络中最小电流相上，以此来平衡三相四线制供电网络上的单相负荷。
进一步的，当最小的调整电流小于最大电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值和最小电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值的和时，直接将选定的调整对象切换连接至最小电流相上。
而当最小的调整电流不小于最大电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值和最小电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值的和时，将选定的调整对象进行相别对调，即将最大电流相上的最大的调整电流的智能选相开关切换连接至最小电流相上，同时将最小电流相上最小的调整电流的智能选相开关切换连接至最大电流相上。
最终，在对三相四线制供电网络平衡调节后，将系统再次返回步骤S2中，以便通过对平衡调节后的系统进行再次检测，以便了解平衡调节是否有效的解决了三相负荷不平衡的问题，如平衡调节后的电流不平衡度符合要求，则系统将等待下一次检测间隔的到来，并于下一次检测间隔再次进行三相负荷不平衡检测；而如平衡调节后的电流不平衡度不符合要求，则系统会再次进行平衡调节，以便不断的进行三相负荷不平衡的调节，并最终使其符合要求。
如图3和图4所示，一实施例采用本发明三相负荷不平衡智能平衡调节方法的具体情况为：
如图3所示，本实施例中，配变电输出端三相中A相电流为30A，B相电流为50A，C相电流为70A。
配变电输出端共有5条连接智能选相开关支路的单相负荷，即L1、L2、L3、L4、L5。
其中，L1接在三相四线制供电网络的A相上，负荷电流为30A；
L2接在三相四线制供电网络的B相上，负荷电流为20A；
L3接在三相四线制供电网络的C相上，负荷电流为50A；
L4接在三相四线制供电网络的B相上，负荷电流为30A；
L5接在三相四线制供电网络的C相上，负荷电流为20A。
针对本实施例采用本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法进行平衡调节，计算出最大电流相为C相、最小电流相为A相、L5为调整对象。
如图4所示，将L5对应的自最大电流相C相切换连接至最小电流相A相上。
且，本实施例在平衡调节后，配变电输出端三相中A相电流为50A，B相电流为50A，C相电流为50A，实现了三相四线制供电网络的三相负荷平衡。
通过上述的实施例可知，本实施例采用本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法能够有效的实现三相四线制供电网络的三相负荷平衡调节，同时保证调节的过程更加快捷、有效，并防止了由于三相负荷不平衡引起的低电压现象，保证三相四线制供电网络的安全、稳定的运行。
本发明的三相负荷不平衡智能平衡调节方法具有设计合理、应用方便的优点，能够有效的对由有功功率负荷或多个单相负荷引起的三相负荷不平衡进行平衡调节，促使三相四线制供电网络正常、有效的运行，同时还能够防止由于三相负荷不平衡引起的低电压现象。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种三相负荷不平衡智能平衡调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设定三相负荷不平衡检测时间间隔和电流不平衡度参考值；
S2、检测三相四线制供电网络配变电输出端三相的相电流，以及检测三相四线制供电网络智能选相开关输出端的负荷电流；
S3、根据所述相电流计算三相四线制供电网络配变电输出端电流不平衡度；
S4、在同一所述时间间隔内，且所述电流不平衡度大于所述电流不平衡度参考值，则根据所述相电流和负荷电流确定负荷调整对象，否则等待下一所述时间间隔后返回步骤S2；
S5、所述智能选相开关根据所述负荷调整对象调节连接在三相四线制供电网络上的相，并返回步骤S2，
其中，所述步骤S4中可进一步包括以下步骤：
S41、在同一所述时间间隔内，判断所述电流不平衡度大于所述电流不平衡度参考值，否则等待下一所述时间间隔后返回步骤S2；
S42、若所述电流不平衡度大于所述电流不平衡度参考值，则根据所述相电流计算配变电输出端三相的相电流平均值；
S43、分别计算配变电输出端三相的所述相电流与所述相电流平均值的差，得到配变电输出端三相中的最大电流相和最小电流相；
S44、根据所述最大电流相上每个智能选相开关输出端对应的所述负荷电流计算调整电流；
S45、根据所述调整电流生成所述负荷调整对象，
其中，在所述步骤S44中，所述调整电流采用以下公式计算：
Ci＝|ΔImax-Ii|+|ΔImin+Ii|，(i＝1、2、…….k)；
其中，Ci为调整电流，ΔImax为最大电流相相电流与相电流平均值的差值，ΔImin为最小电流相相电流与相电流平均值的差值，Ii为第i个智能选相开关输出端的负荷电流，k为最大电流相上智能选相开关的个数，
其中，所述步骤S45中，当最小的所述调整电流小于所述最大电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值和最小电流相相电流与相电流平均值的差值的绝对值的和时，选取该最小的所述调整电流对应的智能选相开关设为所述负荷调整对象；否则，将所述最大电流相上最大的所述调整电流对应的智能选相开关和所述最小电流相上最小的所述调整电流对应的智能选相开关设为所述负荷调整对象。
2.根据权利要求1所述的三相负荷不平衡智能平衡调节方法，其特征在于，
所述步骤S2中，相电流和负荷电流通过多次采样并由加权平均算法计算，具体采用以下公式计算：
或
其中，Ix为相电流，If为负荷电流，N为采样次数，n为第n次采样，Ixn为第n次采样的相电流，Ifn为第n次采样的负荷电流。
3.根据权利要求1所述的三相负荷不平衡智能平衡调节方法，其特征在于，
所述步骤S3中，电流不平衡度采用以下公式计算：
<mrow> <mo>&amp;part;</mo> <mi>I</mi> <mi>%</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>|</mo> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mo>;</mo> </mrow>
其中，为电流不平衡度，Ip为负序电流，In为正序电流。
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