CN107979107A - 一种用于低压配电网的电力负载均衡系统 - 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系统，包括换相装置、控制主站，控制主站根据所接收的用电终端的负载信息进行计算处理，先将负载信息大的用电终端较均匀地调接入低压配电网的各相，再确定总负载信息大的相别上的需要进行相别切换的用电终端和该用电终端的从当前相别切换到总负载信息小的相别的相别切换信号，并发送到对应的换相装置，换相装置根据相别切换信号切换用电终端接入低压配电网的接入相别，重新分配用电终端的负载，使用电终端的负载较均匀的分配在低压配电网的三相上。本发明在供电持续的情况下的调整用电终端的负载在三相间分布，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系统

本申请为申请号为201510229739.4、申请日为2015-05-07、名称为一种适用于低压配电网的电力负载均衡系统的专利申请的分案申请

技术领域

本发明涉及低压配电网的三相负载均衡技术，尤其涉及一种通过动态调整低压配电网三相间负载实现低压配电网的三相负载均衡的电力负载均衡系统，本发明属于低压配电网配电技术领域。

背景技术

众所周知，低压配电网的配电变压器的负荷一般由三相负荷与单相负荷混合组成，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，低压配电网中的三相间的电流不平衡是客观存在的，并且这种用电不平衡状况无规律性，事先也无法预知，是一直困扰供电单位的主要问题之一。低压配电网的三相电流负载不平衡，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。三相四线制供电系统中三相负荷的分配不均匀，负荷的使用不同步、随机性大，造成了配电变压器时刻处在三相负载不平衡运行状态。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，如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老化，减少配电变压器的出力等。

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。因此供电部门只能采用人工分线的方式进行负载调整，并影响正常供电。亟需开发一种可以动态调整低压配电网三相间负载实现低压配电网的三相负载均衡的电力负载均衡系统将低压配电网的三相负载不平衡度控制在合格范围内。

发明内容

针对现有技术中存在的诸多缺点和不足，本发明目的把总负载信息大的相别上的用电终端的负载切换到总负载信息小的相别上，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，有效降低线损，改善供电质量。用电终端的负载从一相别上转移到另一相别上的过程中，持续供电，使用电设备在相别切换过程中，不间断连续运转。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案是提供一种适用于低压配电网的电力负载均衡系统，其设计要点在于：

包括用于向用电终端输送电力的换相装置和用于控制低压配电网三相负载平衡的控制主站，换相装置和控制主站间通过通信信道进行通信连接，用于实现换相装置和控制主站之间的数据传输；

换相装置，其三相输入端用于和低压配电网的三相线分别电连接，单相输出端用于和用电终端电连接，换相装置用于实现用电终端接入低压配电网的接入相别的切换操作，并将用电终端的负载信息发送到控制主站，及接收控制主站发送的相别切换信息；

控制主站根据所接收的用电终端的负载信息进行计算处理，产生需要进行相别切换的用电终端和该用电终端的接入低压配电网的接入相别从当前相别切换到目标相别的相别切换信息，以使低压配电网的三相负载平衡，并把所述相别切换信息发送到与其相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息将用电终端接入低压配电网的接入相别由当前相别切换到所述相别切换信息的目标相别。

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“控制主站根据所接收的用电终端的负载信息进行计算处理”中的“计算处理”具体包括：

相负载计算，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相总负载信息和低压配电网的三相负载不平衡度；

相别切换信息，若低压配电网的三相负载不平衡度大于平衡阈值，则计算确定从总负载信息大的相别切换到总负载信息小的目标相别的相别切换信息以及所述总负载信息大的相别与总负载信息小的相别之间需要调整的负载信息的调整量值；

用电终端确定，在所述总负载信息大的相别上的用电终端中选择需要进行相别切换的用电终端，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。

进一步地，所述相别切换信息步，具体包括：

若低压配电网的三相负载不平衡度大于平衡阈值，则计算确定从总负载信息大的相别切换到总负载信息小的目标相别的相别切换信息以及所述总负载信息大的相别与总负载信息小的相别之间需要调整的负载信息的调整量值；所述相别切换信息指由总负载信息大于相平均总负载信息的相别切换到总负载信息小于相平均总负载信息的目标相别，调整量值为相平均总负载信息与所述相别切换信息的总负载信息小的相别的总负载信息的差值及所述相别切换信息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，所述用电终端确定步，具体还包括：

用电终端排序子步，根据用电终端的负载信息对所述相别切换信息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，在所述相负载计算步之前还包括如下预处理操作：

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，则计算确定从该相别切换到目标相别的相别切换信息和连接在该相别上的需要相别切换的负载信息大的用电终端，以使负载信息大的用电终端均匀分配在低压配电网的每一相。

进一步地，所述换相装置包括：。

采集模块，采集用电终端连接的该换相装置单相输出端输出的负载信息；

处理模块，用于将所采集的负载信息进行处理后通过通信模块发送到控制主站，执行所接收的来自控制主站的相别切换信息，操纵换相模块将该用电终端接入低压配电网的接入相别由当前相别切换到相别切换信息所对应的目标相别；

换相模块，内置三组固态开关，任意时刻至多有且只有一组固态开关导通，用于实现用电终端接入低压配电网的接入相别的切换操作，三组固态开关的一端分别和三个输入端电连接，另一端和单相输出端电连接；

通信模块，用于换相装置和控制主站之间的数据传输，用于接收控制主站发送的相别切换信息，发送该用电终端的负载信息到控制主站。

进一步地，所述控制主站包括：

存储模块，用于存储所接收的各个换相装置发送的用电终端的负载信息；

处理模块，根据存储的各个用电终端的负载信息计算得到该低压配电网的每一相的总负载信息及三相负载不平衡度；若该低压配电网的三相负载不平衡，则根据负载平衡策略计算得到从总负载信息大的相别切换到总负载信息小的目标相别的相别切换信息和所述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平衡；根据相别切换信息的总负载信息大的相别上的各个用电终端的负载信息，经计算选择需要进行相别切换的用电终端，所述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平衡，并把相别切换信息通过通信模块发送到对应的用电终端的换相装置；

通信模块，用于控制主站和换相装置之间的数据传输，用于接收换相装置发送的用电终端的负载信息，向换相装置发送相别切换信息。

进一步地，所述电力负载均衡系统还包括负载监测模块：

所述负载监测模块用于监测低压配电网的三相负载，负载监测模块把所采集的低压配电网的三相负载信息发送到控制主站，控制主站的处理模块根据所接收的低压配电网的三相负载信息计算低压配电网的三相负载不平度，用于验证由所述用电终端的负载信息计算获得的低压配电网三相负载不平度，若两种三相负载不平度的差值大于设定的阈值，则触发负载不平衡异常报警。

进一步地，所述负载信息包括电流和功率中的一种或两种以及相别标识。

进一步地，所述控制主站还包括用于存储接入低压配电网的各个用电终端的负载信息的数据库，所述数据库至少内置有换相装置的唯一标识码、用户名、电流负载、功率负载、相别标识、采样时间字段。

本发明的技术方案在实施时，换相装置的三相输入端和低压配电网的三相电力线电连接，单相输出端和用电终端电连接，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只接入到低压配电网的三相线中的一相。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(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相别切换的用电终端和该用电终端的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息，并把所述相别切换信息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息对用电终端接入低压配电网的接入相别进行切换操作，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，使接入低压配电网的三相负载均衡，实现低压配电网的三相负载平衡，有效降低线损，改善供电质量。

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、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，通过换相装置将该用电终端的接入相别切换到所述目标接入相别，用电终端的负载在低压配电网的三相间进行调整，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，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。

用电终端的负载在低压配电网的三相间自动调整，通过换相装置及控制总站，使电终端的负载在低压配电网的三相间自动调整，无需人工参与，保持低压配电网的三相负载平衡。

接入相别切换过程中不间断连续供电，通过采用IGBT、IGCT等全开型高速开关电子器件构成的换相装置，在相别切换过程中向用电终端不间断供电，保持用电设备持续正常运转。

低压配电网的三相负载平衡，配电变压器、供电线路的损耗减少，使用寿命延长，降低了低压配电网的运营成本。

附图说明

图1本发明系统的原理框图。

图2本发明系统的连接原理图。

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。

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，其中，平衡度阈值可以采用国家标准值，如15％；也可以根据负载平衡要求，自行设定。本文中提及的低压配电网是指由从配电变压器低压侧输出端引出的用于向用电终端(用户)供电的供电线路的总称，一般包括主干线路和支干线路，在本实施方式中不作区分，统称低压配电网。其中，用电终端指一居民用户、一用电需求、一用电设备等，其所需的电力由换相装置输送。

三相负载不平衡度的计算方法有多种，在本实施方式中的计算方式是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％。

本发明的适用于低压配电网的电力负载均衡系统，如图1和图2 所示，包括控制主站、换相装置和通信信道，分布在用户端的多个换相装置通过通信信道和控制主站建立通信连接，实现换相装置和控制主站间的数据传输，用于实现低压配电网支干线的三相负载平衡。

换相装置，为三相输入、单相输出装置，用于将低压配电网的电力输送到各个单相用电终端。换相装置的三相输入端和低压配电网的三相线分别电连接，单相输出端和用电终端电连接，向用电终端供电，换相装置用于实现用电终端接入低压配电网的接入相别的切换操作，使用电终端的负载在低压配电网的三相线间动态转移，均衡三相间的相负载。换相装置将用电终端的负载信息发送到控制主站，及接收控制主站发送的相别切换信息。所述用电终端的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。

多个用电终端，如图2所示，如用电终端1、用电终端2，……，用电终端n-1，用电终端n，分别通过各自的换相装置接入低压配电网的A、B、C三相上，换相装置用于切换用电终端接入低压配电网的接入相别，操作用电终端的负载在低压配套电网的三相间动态转移，以使用电终端的负载尽可能均匀地分布在低压配电网的三相线上，实现低压配电网的三相负载不平度合符要求。负载监测模块，设置在低压配电网的电力供给线上，如配电变压器低压侧的输出端，用于直接监测低压配电网(配电变压器低压侧输出端)的每一相的总负载信息，并把所述每一相的总负载信息发送到控制主站。

控制主站接收换相装置发送的各个用电终端的负载信息及负载监测模块发送的低压配电网的每一相的总负载信息，并根据所接收的负载信息更新存储在控制主站的各个用电终端的负载信息及负载监测模块的测得的低压配电网的每一相的总负载信息；所存储的用电终端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，所存储的低压配电网的每一相的总负载信息包括电流负载、功率负载、相别、电压、采样时间等字段。

控制主站根据所存储的负载监测模块发送的低压配电网的每一相的总负载信息计算该低压配电网的三相负载不平衡度，为了后续表述方便，在此标记为第一三相负载不平衡度。

控制主站根据所存储的换相装置发送的用电终端的负载信息进行计算处理，产生需要进行相别切换的用电终端和该用电终端的接入低压配电网的接入相别从当前相别切换到目标相别的相别切换信息，以使低压配电网的三相负载平衡，并把所述相别切换信息发送到与其相对应的用电终端的换相装置。控制主站的处理模块对所接收的用电终端的负载信息进行解析得到各个用电终端的负载值及接入相别，具体计算处理过程如下所述。

根据控制需要，如希望接入低压配电网的负载信息大的用电终端较均匀地分配在低压配电网的三相线上，避免集中接入某相上的几个负载大的用电终端同时断开，造成低压配电网的三相负载突然出现极度的不平衡，使得中性点发生过大偏移，造成负载信息小的相线的电压升高，供电质量急剧下降，发生“群烧”现象，那么在计算处理开始之前可以进行以下预处理操作。

控制主站的处理模块对接入低压配电网的各个用电终端进行判断，若多个负载信息大的用电终端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)的相别切换信息(A-B，A-C两个相别切换信息)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的一个或几个该用电终端若同时断开时，会破坏低压配电网的负载平衡状态，使低压配电网的产生较严重的三相负载不平衡。若不需要进行上述预处理操作，则可以直接进行如下计算处理，调整低压配电网的三相负载，使三相负载平衡。

首先，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％。所述接入低压配电网的三相负载不平衡度在此标记为第二三相负载不平衡度。

其次，确定相别切换信息，控制主站的处理模块根据第二三相负载不平衡度、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大于平衡阈值，则计算确定从总负载信息大的相别切换到总负载信息小的目标相别的相别切换信息以及所述总负载信息大的相别与总负载信息小的相别之间需要调整的负载信息的调整量值。为减少数据处理的复杂度，作为一种优选地，所述相别切换信息指由总负载信息大于相平均总负载信息的相别切换到总负载信息小于相平均总负载信息的目标相别，调整量值为相平均总负载信息与所述相别切换信息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，或者调整量值为所述相别切换信息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，或调整量值取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。当所述相别切换信息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。

再次，确定需要进行接入相别切换的用电终端，在所述相别切换信息的总负载信息大的相别上的用电终端中选择需要进行相别切换的用电终端，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，当所选择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，以使用电终端的负载尽可能均匀地分布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，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切换信息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；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总负载信息大的相别上的用电终端有序表中，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扰动影响。控制主站的处理模块把包含有目标相别的相别切换信息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息将用电终端接入低压配电网的接入相别由当前相别切换到相别切换信息所对应的目标相别，以使用电终端的负载尽可能均匀地分布在该支干线的三相线上，实现低压配电网三相负载平衡。

控制主站的处理模块用第一三相负载不平衡度来验证低压配电网的第二三相负载不平度，若两种三相负载不平度的差值大于设定的阈值，则触发不平衡异常报警，供相关人员去处理。

其中，所述换相装置包括采集模块、处理模块、换相模块和通信模块，所述采集模块、通信模块、换相模块和处理模块电连接。各个模块具体如下述：

采集模块，用于采集用电终端连接的该换相装置单相输出端输出的负载信息；采集模块可以为电流变送器、电压变压器、功率变送器中的一种，也可以是多种。优选地，所述采集模块集成有电流变送器、电压变压器、功率变送器。

处理模块，内置有包括运算器、控制器的运算单元，用于将采集模块所采集的负载信息进行处理(模数转换)后通过通信模块发送到控制主站，执行所接收的来自控制主站的相别切换信息，操纵换相模块将该用电终端接入低压配电网的接入相别由当前相别切换到相别切换信息所对应的目标相别。

换相模块，内置至少一个换相单元，每个换相单元内置有三组固态开关，任意时刻一个换相单元中至多有且只有一组固态开关导通，用于实现用电终端接入低压配电网的接入相别的切换操作，换相单元的三组固态开关的一端分别和三个输入端电连接，另一端和该换相单元的单相输出端电连接，用于向用电终端供电。所述固态开关由晶闸管、IGBT或IGCT等全开型固态开关器件构成，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。

通信模块，用于换相装置和控制主站之间的数据传输，用于接收控制主站发送的相别切换信息，发送该用电终端的负载信息到控制主站。

其中，所述控制主站包括存储模块、处理模块、通信模块，所述存储模块、通信模块和处理模块电连接。各个模块具体如下述：

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各个换相装置发送的用电终端的负载信息及负载监测模块发送的低压配电网的每一相的总负载信息。

处理模块，内置有处理器，用于对数据进行运算处理；处理模块根据所存储的各个用电终端的负载信息计算得到该低压配电网的每一相的总负载信息、相平均总负载信息及三相负载不平衡度；若该低压配电网的三相负载不平衡，则根据负载平衡策略计算得到从总负载信息大的相别切换总负载信息小的目标相别的相别切换信息和所述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平衡；根据相别切换信息的总负载信息大的相别上的各个用电终端的负载信息，经计算选择需要进行相别切换的用电终端，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平衡，并把相别切换信息通过通信模块发送到对应的用电终端的换相装置。

通信模块，用于控制主站和换相装置之间的通信，用于接收换相装置发送的用电终端的负载信息，向换相装置发送相别切换信息。

本发明的低压配电网的电力负载均衡系统，即可以用于实现低压配电网的三相负载平衡，也可以用于实现低压配电网的某条支线路的三相负载平衡，以降低该支线路的中性线的电流负载，降低线损。当控制主站和低压配电网上的换相装置电连接，并控制换相装置接入低压配电网的接入相别时，使用电终端的负载尽可能均匀地分配在该低压配电网的三相线上，实现该低压配电网的三相负载平衡。当控制主站和低压配电网的某支线路上的换相装置电连接，并仅控制该支线路上的换相装置接入低压配电网的接入相别时，使用电终端的负载尽可能均匀地分配在该支线路的三相线上，用于实现该支线路的三相负载平衡；当低压配电网的各条支线路的三相负载平衡，则低压配电网的三相负载平衡，这样通过支线路的平衡策略，可以使低压配电网的三相负载不平衡度控制在一个远小于国家标准15％的水平，且各条支线路也达到三相负载平衡要求。

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，各个用电终端的用电终端编号、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。

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，三相负载平不平衡为75.5％。由于多个负载信息(30、17、18，17)大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配在低压配电网的三相。控制主站的数据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切换信息，记为9(B，C)，表示用电终端9的接入相别需要从B相上切换到目标相别C相上的相别切换信息；控制主站把包含有目标接入相别(C相)的相别切换信息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尽可能均匀地分配在低压配电网的A、B、C三相，如下表2所示。

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为23.9％。控制主站经计算处理，确定从C相切换到B相相别切换信息，记为(C，B)，即把C相的部分负载转移到B上，以及从C相向B相需要调整的电流负载的调整量值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相上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，从所述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)的相别切换信息，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对应的用电终端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。

表3

本发明的技术方案在实施时，换相装置的三相输入端和低压配电网的三相电力线电连接，单相输出端和用电终端电连接，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只接入到低压配电网的三相线中的一相。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(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相别切换的用电终端和该用电终端的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息，并把所述相别切换信息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息对用电终端接入低压配电网的接入相别进行切换操作，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，使接入低压配电网的三相负载均衡，实现低压配电网的三相负载平衡，有效降低线损，改善供电质量。

和现有技术相比，本发明具有以下技术进步性。

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、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，通过换相装置将该用电终端的接入相别切换到所述目标接入相别，用电终端的负载在低压配电网的三相间进行调整，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，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)用电终端的负载在低压配电网的三相间自动调整，通过换相装置及控制总站，使电终端的负载在低压配电网的三相间自动调整，无需人工参与，保持低压配电网的三相负载平衡。

3)接入相别切换过程中不间断连续供电，通过采用IGBT、IGCT 等全开型高速开关电子器件构成的换相装置，在相别切换过程中向用电终端不间断供电，保持用电设备持续正常运转。

4)低压配电网的三相负载平衡，配电变压器、供电线路的损耗减少，使用寿命延长，降低了低压配电网的运营成本。

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 (7)

1.一种用于低压配电网的电力负载均衡系统，其特征在于：

包括用于向用电终端输送电力的换相装置和用于控制低压配电网三相负载平衡的控制主站，换相装置和控制主站间通过通信信道进行通信连接，用于实现换相装置和控制主站之间的数据传输；

换相装置，其三相输入端用于和低压配电网的三相线分别电连接，单相输出端用于和用电终端电连接，换相装置用于实现用电终端接入低压配电网的接入相别的切换操作，并将用电终端的负载信息发送到控制主站，及接收控制主站发送的相别切换信息；

控制主站根据所接收的用电终端的负载信息进行计算处理，当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时，计算确定从该相别切换到目标相别的相别切换信息和连接在该相别上的需要相别切换的负载信息大的用电终端，以使负载信息大的用电终端均匀分配在低压配电网的每一相；而后计算处理产生需要进行相别切换的用电终端和该用电终端的接入低压配电网的接入相别从当前相别切换到目标相别的相别切换信息，以使低压配电网的三相负载平衡，并把所述相别切换信息发送到与其相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息将用电终端接入低压配电网的接入相别由当前相别切换到所述相别切换信息的目标相别。

2.根据权利要求1所述的电力负载均衡系统，其特征在于，所述控制主站根据所接收的用电终端的负载信息进行计算处理中的计算处理具体还包括：

相负载计算，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相总负载信息和低压配电网的三相负载不平衡度；

相别切换信息，若低压配电网的三相负载不平衡度大于平衡阈值，则计算确定从总负载信息大的相别切换到总负载信息小的目标相别的相别切换信息以及所述总负载信息大的相别与总负载信息小的相别之间需要调整的负载信息的调整量值；

用电终端确定，在所述总负载信息大的相别上的用电终端中选择需要进行相别切换的用电终端，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。

3.根据权利要求2所述的电力负载均衡方法，其特征在于，所述用电终端确定步，具体还包括：

用电终端排序子步，根据用电终端的负载信息对所述相别切换信息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3所述的电力负载均衡系统，其特征在于，所述换相装置包括：

采集模块，采集用电终端连接的该换相装置单相输出端输出的负载信息；

处理模块，用于将所采集的负载信息进行处理后通过通信模块发送到控制主站，执行所接收的来自控制主站的相别切换信息，操纵换相模块将该用电终端接入低压配电网的接入相别由当前相别切换到相别切换信息所对应的目标相别；

换相模块，内置三组固态开关，任意时刻至多有且只有一组固态开关导通，用于实现用电终端接入低压配电网的接入相别的切换操作，三组固态开关的一端分别和三个输入端电连接，另一端和单相输出端电连接；

通信模块，用于换相装置和控制主站之间的数据传输，用于接收控制主站发送的相别切换信息，发送该用电终端的负载信息到控制主站。

5.根据权利要求4所述的控制主站，其特征在于，所述控制主站包括：

存储模块，用于存储所接收的各个换相装置发送的用电终端的负载信息；

处理模块，根据存储的各个用电终端的负载信息计算得到该低压配电网的每一相的总负载信息及三相负载不平衡度；若该低压配电网的三相负载不平衡，则根据负载平衡策略计算得到从总负载信息大的相别切换到总负载信息小的目标相别的相别切换信息和所述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平衡；根据相别切换信息的总负载信息大的相别上的各个用电终端的负载信息，经计算选择需要进行相别切换的用电终端，所述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平衡，并把相别切换信息通过通信模块发送到对应的用电终端的换相装置；

通信模块，用于控制主站和换相装置之间的数据传输，用于接收换相装置发送的用电终端的负载信息，向换相装置发送相别切换信息。

6.根据权利要求5所述的电力负载均衡系统，其特征在于：还包括负载监测模块，用于监测低压配电网的三相负载，负载监测模块把所采集的低压配电网的三相负载信息发送到控制主站，控制主站的处理模块根据所接收的低压配电网的三相负载信息计算低压配电网的三相负载不平度，用于验证由所述用电终端的负载信息计算获得的低压配电网三相负载不平度，若两种三相负载不平度的差值大于设定的阈值，则触发负载不平衡异常报警。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的电力负载均衡系统，其特征在于：所述负载信息包括电流和功率中的一种或两种以及相别标识。