CN105790290A - 一种低压台区配变二次侧不平衡调整系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压台区配变二次侧不平衡调整系统，包括三个电流互感器，系统主站，一个或多个系统从站；所述系统主站由电流信号采集单元、信号预处理单元、中央处理单元、存储单元、指令生成单元以及第一通讯单元构成；所述一个或多个系统从站的内部结构相同，均由负荷切换单元，驱动单元，信号处理单元，以及第二通讯单元构成；该系统通过电力载波通讯的方式建立台区数据交互网络，系统主站实时监测配变二次侧的三相电流值，计算三相不平衡度，当其超出标准的要求时，主站向各从站发送负荷切换指令，使各从站的接入负荷进行适当的相线切换，将重载相负荷转移到轻载相上，从而降低配变二次侧的三相不平衡度，减小台区配变的零线电流。

Description

一种低压台区配变二次侧不平衡调整系统

技术领域

本发明涉及低压电网电力电子技术领域，尤其涉及一种低压台区配变二次侧不平衡调整系统。

背景技术

农网改造中,采取了诸如将配电变压器设置在负荷中心、缩短供电半径、选用较大截面积导线等措施，极大地改善了农村低压电网状况，构建了一个良好的电网“硬件”。

农网改造及“同网同价”实施后，大量的大功率家用电器进入寻常百姓家，造成单相负荷激增，三相负荷不平衡的问题越来越严重，导致电网运行状况变差。三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路的电压降，降低用户的电压质量，影响用户的生产、生活用电；三相电流不平衡度较大时，产生的零序电流非常大，有时甚至会烧断系统零线，使负荷中性点向负荷大的相移动，负荷大的相电压降低了，负荷小的相电压则会升高，若升高后的电压大大超过低压电器的额定电压，则会造成用户大量家用电器烧毁的事故；三相负荷不平衡，使变压器和低压电网损耗增大，会导致变压器和线路因发热严重而烧毁，一方面增大供电成本，另一方面停电检修会造成长时间停电，降低了供电可靠性，影响了供电企业的经济效益。

目前国内解决低压配网三相负荷不平衡这一问题，通常是采用人工切换单相负荷供电相的方式，但是这种方法存在着一定的局限性。一方面，由于负荷变化频繁，需要经常切换调整，增加了人力成本；另一方面，人工切换需要配置负荷监测设备，以确保负荷换相的正确性，且换相时需要先对负荷停电再进行操作，负荷的停电时间往往要超过30分钟，严重影响了用户的正常用电。

本发明针对上述情况，设计了一种低压台区配变二次侧不平衡调整系统，该系统具有电力载波通信的能力，可在配电台区内建立数据交互网络。系统实时监控台区变压器二次侧三相负荷的电流值，并计算三相不平衡度的实时值，当变压器二次侧的三相不平衡度超出标准的要求时，系统主站可通过电力载波通信向各系统从站发送指令，各系统从站接收到主站的指令后，进行适当的负荷相线切换，使调整之后变压器二次侧的三相不平衡度降低，变压器二次侧零线电流减小。切换过程中，单相负荷的失电时间由开关的切换时间决定，可控制在10毫秒以内（据GB/T30137-2013，10毫秒以内的电压跌落不认为是电压终端），不影响一般家用电器的正常使用,因此可以认为负荷切换过程无断电。在低压电网中，通过低压台区配变二次侧不平衡调整系统对台变二次侧的三相不平衡进行调整是一种成本低廉且直接有效的方式，具有很高的可行性和较高的经济效益。

发明内容

本发明的目的是为低压台区的配电变压器二次侧不平衡电流提供一种自动调整系统，该系统通过电力载波通讯的方式建立台区数据交互网络，系统主站可实时监测配变二次侧的三相电流值，计算并存储三相不平衡度的实时值，当不平衡度超出标准的要求时，主站向各从站发送负荷切换指令，使各从站的接入负荷进行适当的相线切换，将重载相负荷转移到轻载相上，从而降低台区配变二次侧的三相不平衡度，减小台区配变的零线电流。切换过程中，单相负荷的失电时间由开关的切换时间决定，可控制在10毫秒以内（据GB/T30137-2013，10毫秒以内的电压跌落不认为是电压终端），不影响一般家用电器的正常使用,因此可以认为负荷切换过程无断电，且在开关的相线切换过程中，对负荷的冲击电流为零，保证了负荷安全可靠地运行。

本发明具体通过如下技术手段实现其发明目的：一种低压台区配变二次侧不平衡调整系统，包括三个电流互感器，系统主站，一个或多个系统从站；所述系统主站由电流信号采集单元、信号预处理单元、中央处理单元、存储单元、指令生成单元以及第一通讯单元构成；所述一个或多个系统从站的内部结构相同，均由负荷切换单元，驱动单元，信号处理单元，以及第二通讯单元构成；所述系统主站安装于靠近台区配电变压器二次侧出线口的位置，所述系统从站安装于台区负荷相对集中的位置，所述系统主站的第一通讯单元和所述系统从站的第二通讯单元之间进行远程数据通讯，建立起台区的数据交互网络；所述三个电流互感器安装于台区配电变压器的二次侧A、B、C三相交流出线口，检测三相交流出线的实时电流值，并将检测的电流信号传送至所述系统主站的所述电流信号采集单元；所述系统从站的出线端接入一定数量的负荷，进线端与配电系统的三相交流电A、B、C及零线N连接。

所述电流信号采集单元将接收到的电流信号传送给所述信号预处理单元，经过阻抗变换、功率放大、电平转换、滤波、校正等一系列处理之后，把信号传送给所述中央处理单元进行分析计算，当计算出的三相不平衡度超过设定数值时，所述中央处理单元将进行一系列的控制决策分析，根据所述第一通讯单元接收到的多个所述系统从站的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线等情况，选择最优系统从站、选择最优动作开关、确定最优开关动作时序、以及计算调整之后三相不平衡度，并将当前计算值与所述存储单元的历史记录进行比较，当计算得出的调整后三相不平衡度减小时，所述中央处理单元发出控制信号，输出给所述指令生成单元，并通过所述第一通讯单元向所述第二通讯单元发出指令，指定最优系统从站根据指令选择动作开关，按照指令中的动作时序进行负荷换相；所述第二通讯单元接收到指令后，将其发送至所述信号处理单元，进行功率放大，电平转换，信号调理，信号隔离等一系列处理，再将生成的开关量信号传送至所述驱动单元，转换为适合开关动作的触发脉冲信号，驱动所述负荷切换单元相应的开关动作，进行负荷换相；所述信号处理单元将所述负荷切换单元的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线等情况发送给所述第二通讯单元，并通过数据交互传递给所述第一通讯单元，再传送至所述中央处理单元。

作为本发明的可选实施方式：所述系统主站的第一通讯单元和所述系统从站的第二通讯单元之间进行远程数据通讯，通信的方式为电力载波通信，电力载波通信是利用低压配电线作为信息传输媒介进行数据传输的一种特殊通信方式，该技术的最大优势是可依托电力线网络，不需要重新布线，具有施工、运行成本低等特点。

作为本发明的可选实施方式：所述系统从站的负荷切换单元由负荷切换模块和多个负荷接入模块组成；所述负荷接入模块由四个可控开关组成，用于负荷的长期稳定接入；所述负荷切换模块由三个快速开关和三个可控开关组成，用于负荷的换相过渡；快速开关元件反应快，动作迅速，导通时的触发脉冲时间可精确控制到毫秒级，可以实现负荷切换时间控制在10毫秒以内，不影响一般家用电器的正常使用，因此可以认为负荷切换过程无断电，且在开关的相线切换过程中，对负荷的冲击电流为零，保证了负荷安全可靠地运行。

作为本发明的可选实施方式：所述可控开关元件均为磁保持继电器，磁保持继电器具有体积小，适合PCB安装；功耗低，负载能力强；安全可靠，使用寿命长等特点，可以降低负荷投切时的能量损耗，保证整个回路的使用寿命。

作为本发明的可选实施方式：所述快速开关元件为IGBT，IGBT是全控型电压驱动半导体开关，其开通和关断均可控制，驱动功率小、饱和压降低，可以在更高的频率下工作，因此负荷切换过程的控制精度更高。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1）该系统可实时监控低压台区配电变压器二次侧电网三相电流值，计算并存储不平衡度的实时值。

2）当台区配变不平衡度或变压器零线电流超出标准的要求时，系统主站向各系统从站发送负荷切换指令，使各从站的接入负荷进行适当的相线切换，将重载相负荷转移到轻载相上，从而降低台区配变二次侧的三相不平衡度，减小台区配变的零线电流，降低变压器损耗，达到节能降损的目的。

3）切换过程中，单相负荷的失电时间由开关的切换时间决定，可控制在10毫秒以内（据GB/T30137-2013，10毫秒以内的电压跌落不认为是电压终端），不影响一般家用电器的正常使用,因此可以认为负荷切换过程无断电。

4）在快速开关的相线切换过程中，对负荷的冲击电流为零。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的低压台区配变二次侧不平衡调整系统的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的低压台区配变二次侧不平衡调整系统包括三个电流互感器CT1、CT2、CT3，系统主站，系统从站1和系统从站2。所述系统主站由电流信号采集单元、信号预处理单元、中央处理单元、存储单元、指令生成单元以及通讯单元0构成；所述系统从站1由负荷切换单元1，驱动单元1，信号处理单元1，以及通讯单元1构成；所述系统从站2由负荷切换单元2，驱动单元2，信号处理单元2，以及通讯单元2构成；所述系统从站1和所述系统从站2的内部结构相同。所述系统主站安装于靠近台区配电变压器二次侧出线口的位置，所述系统从站安装于台区负荷相对集中的位置，所述系统主站的通讯单元0和所述系统从站1的通讯单元1及所述系统从站2的通讯单元2之间进行远程数据通讯，建立起台区的数据交互网络；所述三个电流互感器CT1、CT2、CT3安装于台区配电变压器的二次侧A、B、C三相交流出线口，检测变压器三相交流出线的实时电流值，并将检测的电流信号传送至所述系统主站的所述电流信号采集单元；所述系统从站1的出线端接入6路负荷：负荷1、负荷2、负荷3、负荷4、负荷5、负荷6，进线端与配电系统的三相交流电A、B、C及零线N连接；所述系统从站2的出线端接入6路负荷：负荷7、负荷8、负荷9、负荷10、负荷11、负荷12，进线端与配电系统的三相交流电A、B、C及零线N连接。

所述电流信号采集单元将接收到的三相交流电流信号传送给所述信号预处理单元，经过阻抗变换、功率放大、电平转换、滤波、校正等一系列处理之后，把信号传送给所述中央处理单元进行分析计算，计算出的三相不平衡度超过设定数值时，所述中央处理单元将进行一系列的控制决策分析，根据所述第一通讯单元接收到的多个所述系统从站的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线等情况，选择最优系统从站、选择最优动作开关、确定最优开关动作时序、以及计算调整之后三相不平衡度，并将当前计算值与所述存储单元的历史记录进行比较，当计算得出的调整后三相不平衡度减小时，所述中央处理单元发出控制信号，输出给所述指令生成单元，并通过所述通讯单元0向所述通讯单元1和所述通讯单元2发出指令，指定最优系统从站根据指令选择动作开关，按照指令中的动作时序进行负荷换相；所述通讯单元1接收到指令后，将其发送至所述信号处理单元1，进行功率放大，电平转换，信号调理，信号隔离等一系列处理，再将生成的开关量信号传送至所述驱动单元1，转换为适合开关动作的触发脉冲信号，驱动所述负荷切换单元1相应的开关动作，进行负荷换相；所述信号处理单元1将所述负荷切换单元1的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线等情况发送给所述通讯单元1，并通过数据交互传递给所述通讯单元0，再传送至所述中央处理单元。所述通讯单元2接收到指令后，将其发送至所述信号处理单元2，进行功率放大，电平转换，信号调理，信号隔离等一系列处理，再将生成的开关量信号传送至所述驱动单元2，转换为适合开关动作的触发脉冲信号，驱动所述负荷切换单元2相应的开关动作，进行负荷换相；所述信号处理单元2将所述负荷切换单元2的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线等情况发送给所述通讯单元2，并通过数据交互传递给所述通讯单元0，再传送至所述中央处理单元。

本实施例的工作原理如下：假设低压台区的12路负荷，大小分别为：负荷1=60A，负荷2=30A，负荷3=50A，负荷4=10A，负荷5=10A，负荷6=10A，负荷7=80A，负荷8=20A，负荷9=70A，负荷10=30A，负荷11=20A，负荷12=10A；负荷1、负荷2、负荷7、负荷8接入A相，负荷3、负荷4、负荷9、负荷10接入B相，负荷5、负荷6、负荷11、负荷12接入C相；此时台区配电变压器的二次侧电流分别为A相190A，B相160A，C相50A。

所述电流信号采集单元将接收到的三相交流电流信号传送给所述信号预处理单元，经过阻抗变换、功率放大、电平转换、滤波、校正等一系列处理之后，把信号传送给所述中央处理单元进行分析计算，计算出的三相不平衡度为42.9%，存入系统主站的存储单元，根据国标GB50052相关条款的要求，三相不平衡度应小于15%，因此此时的三相不平衡度不满足标准要求，需要调整。

系统主站的中央处理单元根据通讯单元0接收到的系统从站1和系统从站2的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线等情况，选择将系统从站1的负荷2从A相切换到C相，将系统从站1的负荷4从A相切换到C相，将系统从站2的负荷8从A相切换到C相，将系统从站2的负荷10从A相切换到C相，计算出调整之后三相不平衡度值为5.3%，将当前计算值与所述存储单元的历史记录进行比较，可知计算得出的调整后三相不平衡度减小，此时中央处理单元发出控制信号，输出给指令生成单元，并通过通讯单元0向通讯单元1和通讯单元2发出指令，指定系统从站和系统从站2根据指令选择动作开关，按照指令中的动作时序进行负荷换相；系统从站1的通讯单元1接收到指令后，将其发送至信号处理单元1，进行功率放大，电平转换，信号调理，信号隔离等一系列处理，再将生成的开关量信号传送至驱动单元1，转换为适合开关动作的触发脉冲信号，驱动负荷切换单元1相应的开关动作，将负荷2从A相切换到C相，将负荷4从A相切换到C相；信号处理单元1将负荷切换单元1的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线等情况发送给通讯单元1，并通过数据交互传递给通讯单元0，再传送至系统主站的中央处理单元；系统从站2的通讯单元2接收到指令后，将其发送至信号处理单元2，进行功率放大，电平转换，信号调理，信号隔离等一系列处理，再将生成的开关量信号传送至驱动单元2，转换为适合开关动作的触发脉冲信号，驱动负荷切换单元2相应的开关动作，将负荷8从A相切换到C相，将负荷10从A相切换到C相；信号处理单元2将负荷切换单元2的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线等情况发送给通讯单元2，并通过数据交互传递给通讯单元0，再传送至中央处理单元。此时完成了整个系统的一次调整过程。

调整之后台区变压器二次侧的三相电流分别为A相140A，B相120A，C相140A，三相不平衡度大大降低，变压器零线电流减少，变压器损耗大大减少。

该系统可实时监控低压台区配电变压器二次侧电网三相电流值，计算并存储不平衡度的实时值；当台区配变不平衡度或变压器零线电流超出标准的要求时，系统主站向各系统从站发送负荷切换指令，使各从站的接入负荷进行适当的相线切换，将重载相负荷转移到轻载相上，从而降低台区配变二次侧的三相不平衡度，减小台区配变的零线电流，降低变压器损耗，达到节能降损的目的；切换过程中，单相负荷的失电时间由开关的切换时间决定，可控制在10毫秒以内（据GB/T30137-2013，10毫秒以内的电压跌落不认为是电压终端），不影响一般家用电器的正常使用,因此可以认为负荷切换过程无断电；在快速开关的相线切换过程中，对负荷的冲击电流为零。

Claims (8)

1.一种低压台区配变二次侧不平衡调整系统，包括三个电流互感器，系统主站，一个或多个系统从站；所述系统主站由电流信号采集单元、信号预处理单元、中央处理单元、存储单元、指令生成单元以及第一通讯单元构成；所述一个或多个系统从站的内部结构相同，均由负荷切换单元，驱动单元，信号处理单元，以及第二通讯单元构成；所述系统主站安装于靠近台区配电变压器二次侧出线口的位置，所述系统从站均安装于台区负荷相对集中的位置，所述系统主站的第一通讯单元和所述系统从站的第二通讯单元之间进行远程数据通讯，建立起台区的数据交互网络；所述三个电流互感器安装于台区配电变压器的二次侧A、B、C三相交流出线口，检测三相交流出线的实时电流值，并将检测的电流信号传送至所述系统主站的所述电流信号采集单元；所述系统从站的出线端接入负荷，进线端与配电系统的三相交流电A、B、C及零线N连接。

2.根据权利要求1所述的低压台区配变二次侧不平衡调整系统，其特征在于：所述系统从站的负荷切换单元由负荷切换模块和多个负荷接入模块组成；所述负荷接入模块分别均由四个可控开关组成，用于负荷的长期稳定接入；所述负荷切换模块由三个快速开关和三个可控开关组成，用于负荷的换相过渡；快速开关反应快，动作迅速，导通时的触发脉冲时间可精确控制到毫秒级，可以实现负荷切换时间控制在10毫秒以内，负荷切换过程无断电，且在开关的相线切换过程中，对负荷的冲击电流为零，保证了负荷安全可靠地运行。

3.根据权利要求1所述的低压台区配变二次侧不平衡调整系统，其特征在于：所述系统主站的第一通讯单元和所述系统从站的第二通讯单元之间进行远程数据通讯，通信的方式为电力载波通信。

4.根据权利要求1所述的低压台区配变二次侧不平衡调整系统，其特征在于：所述系统从站的出线端接入负荷的数量大于3。

5.根据权利要求4所述的低压台区配变二次侧不平衡调整系统，其特征在于：上述接入负荷的数量为6。

6.根据权利要求2所述的低压台区配变二次侧不平衡调整系统，其特征在于：所述可控开关均为磁保持继电器。

7.根据权利要求2所述的低压台区配变二次侧不平衡调整系统，其特征在于：所述快速开关均为IGBT。

8.一种根据权利要求1所述的低压台区配变二次侧不平衡调整系统的工作步骤，其特征在于：

（a）、所述电流信号采集单元将接收到的电流信号传送给所述信号预处理单元，经过阻抗变换、功率放大、电平转换、滤波、校正一系列处理之后，把信号传送给所述中央处理单元进行分析计算；

（b）、当计算出的三相不平衡度超过设定数值时，所述中央处理单元将进行一系列的控制决策分析，根据所述第一通讯单元接收到的多个所述系统从站的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线情况，选择最优系统从站、选择最优动作开关、确定最优开关动作时序、以及计算调整之后三相不平衡度，并将当前计算值与所述存储单元的历史记录进行比较;

(c)、当计算得出的调整后三相不平衡度减小时，所述中央处理单元发出控制信号，输出给所述指令生成单元，并通过所述第一通讯单元向所述第二通讯单元发出指令，指定最优系统从站根据指令选择动作开关，按照指令中的动作时序进行负荷换相；所述第二通讯单元接收到指令后，将其发送至所述信号处理单元，进行功率放大，电平转换，信号调理，信号隔离一系列处理，再将生成的开关量信号传送至所述驱动单元，转换为适合开关动作的触发脉冲信号，驱动所述负荷切换单元相应的开关动作，进行负荷换相；所述信号处理单元将所述负荷切换单元的开关动作情况，负荷数量，负荷大小及负荷接入相线情况发送给所述第二通讯单元，并通过数据交互传递给所述第一通讯单元，再传送至所述中央处理单元；

（d）、完成整个系统的一次调整过程。