CN108347061A - 三相不平衡治理中的智能定位换相点装置及方法 - Google Patents

三相不平衡治理中的智能定位换相点装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三相不平衡治理中的智能定位换相点装置及方法，包括通过无线通信模块相连接的主控单元和若干个换相开关，所述的主控单元设置在台区变压器的低压输出侧，主控单元的信号输入端连接第一电压互感器，第一电压互感器连接三相，主控单元的信号输入端还连接电流互感器，电流互感器连接三相，所述的换相开关设置在供电线路三相负荷分线处，换相开关的信号输入端连接第二电压互感器，第二电压互感器连接供电线路三相负荷分线处的三相，换相开关的信号输入端还连接负载电流互感器，负载电流互感器设置在供电线路三相负荷分线处的三相上，获取负载电流。本发明结构设计合理，安装使用方便，能够解决台区三相功率不平衡问题。

Description

三相不平衡治理中的智能定位换相点装置及方法
技术领域
本发明涉及一种三相不平衡治理中的智能定位换相点装置及方法，属于低压供电线路功率平衡领域。
背景技术
伴随着经济的飞速发展，大量的单相用电负荷在电网中急剧增加，尤其是民用单相用电负荷的增加更为突出，这类负荷一般通过三相中的一相及中性线接入电网，这种拓扑结构必然会造成各相负荷变化无常，导致大量的公用变压器单相负荷严重超载，配变用户侧电力负荷严重不平衡，影响供电可靠性。
传统的三相不平衡主要靠人工统计各相负荷，然后手动改变负荷接入的相线方式，不但费时费力，而且还严重滞后负荷变化，调整效果并不理想。台区安装换相开关式三相不平衡治理装置，可有效解决台区的三相不平衡问题。但是，目前市场上换相开关的原理是基本一致的，但是换相策略却千差万别，无法在最优换相点执行换相操作，导致换相次数的增加和误动作的产生，长期无效动作势必还会缩短换相开关寿命。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种结构设计合理，安装使用方便，能够有效解决台区三相功率不平衡问题的智能定位换相点装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点装置，包括一个主控单元和若干个换相开关，主控单元和若干个换相开关通过无线通信模块相连接，所述的主控单元设置在台区变压器的低压输出侧，主控单元的信号输入端连接第一电压互感器，第一电压互感器连接A、B、C三相，主控单元的信号输入端还连接电流互感器，电流互感器连接A、B、C三相，所述的换相开关设置在供电线路三相负荷分线处，换相开关的信号输入端连接第二电压互感器，第二电压互感器连接供电线路三相负荷分线处的A、B、C三相，换相开关的信号输入端还连接负载电流互感器，负载电流互感器设置在供电线路三相负荷分线处的A、B、C三相上，获取负载电流。
三相不平衡治理中的智能定位换相点装置结构设计合理，安装使用方便，操作简便，能够有效解决台区三相功率不平衡问题，第一电压互感器和第二电压互感器的设置，能够在检测到某一相电压为零时，那么就可以判定现场配变输出电压异常或主控采集模块出现故障；如果换相开关检测到某一相电压缺失，或超高、超低则会采取相应的保护措施，同时也说明现场出现异常，可能来自线路，可能是换相开关，以此提供一种告警机制，让运维人员能实时监测现场状态，进一步提高设备运行的稳定性。
进一步的优选，换相开关包括ARM控制单元和换相执行单元，ARM控制单元的控制输出端连接换相执行单元，换相执行单元包括A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关，A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的输入端分别对应连接A、B、C三相，A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的输出端彼此连接后连接负载。
进一步的优选，第一电压互感器和第二电压互感器均采用霍尔电压传感器。
进一步的优选，A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的结构相同，均包括一个磁保持继电器、一个功率二极管和一个可控硅模块，所述的功率二极管和可控硅模块串联后与磁保持继电器并联。
所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点方法，包括以下步骤：
(1)通过电流互感器分别实时检测A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC，主控单元根据所获取的A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC分析获取A、B、C三相的不平衡度；
(2)若A、B、C三相的不平衡度未超出预设不平衡度的阈值，则继续实时获取A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC数据信息；若A、B、C三相的不平衡度持续超出预设不平衡度的阈值，则主控单元确定一个最优换相点控制换相开关进行换相；
所述的最优换相点的确定方法为：
a、通过电流互感器分别实时检测A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC，确定当前台区的最大相负载电流Imax，次大相负载电流Imid和最小相负载电流Imin，根据最大相负载电流Imax，次大相负载电流Imid和最小相负载电流Imin获得三相平均电流Iavg；
Iavg＝(Imax+Imid+Imin)/3
b、通过负载电流互感器获取换相开关处的负载电流I1，I2…In，以及换相开关所处的工作相位；
c、根据A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC的大小和换相开关处的负载电流、换相开关所在的工作相位，划分为三个数组Ilmax、Ilmid和Ilmin，其中，Ilmax包含所有工作于最大相的换相开关负载电流，Ilmid包含所有工作于次大相的换相开关负载电流，Ilmin包含所有工作于最小相的换相开关负载电流；
d、根据最优控制目标IA＝IB＝IC＝Iavg的原则，在数组Ilmax中获得最优换相点，即当前工作于最大相的某个换相开关；计算当前最小相所需要的电流Iadd，Iadd＝Iavg-Imin；然后在数组Ilmax中查找一个负载电流值最接近或等于Iadd的换相开关为本次最优换相目标点；
e、主控单元通过无线通信模块将控制指令发往该换相开关，控制该换相开关工作相位转换到当前最小工作相即可。
进一步的优选，若A、B、C三相的不平衡度连续10个采集周期超出预设不平衡度的阈值时，主控单元确定一个最优换相点进行换相。
进一步的优选，不平衡度的阈值由主控开关根据需要设置，默认值为15％。
进一步的优选，完成换相后，主控单元继续采集并分析当前台区变压器三相总负载实时电流不平衡度数据，如若仍然存在超限，则循环执行换相的控制过程，直到不再越限或有效可控负载数量为零时停止控制过程。
本发明所具有的有益效果是：
1、本发明所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点装置及方法通过主控单元、电压互感器和电流互感器的配合，实时跟踪母线信号并分析不平衡度，有效避免发生误动作，保证了用电的稳定性。
2、本发明所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点装置及方法通过无线通信模块连接主控单元与换相开关，省去布线环节，降低运行成本，操作简单。
3、本发明所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点装置及方法为实时控制，一次控制过程仅寻找一个最优换相点，然后重新检测实时不平衡度数据，杜绝因台区数据时变而导致多余换相操作。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明换相执行单元的结构示意图；
图3为本发明的连接示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1-图3所示，本发明所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点装置，其特征在于：包括一个主控单元和若干个换相开关，主控单元和若干个换相开关通过无线通信模块相连接，所述的主控单元设置在台区变压器的低压输出侧，主控单元的信号输入端连接第一电压互感器，第一电压互感器连接A、B、C三相，主控单元的信号输入端还连接电流互感器，电流互感器连接A、B、C三相，所述的换相开关设置在供电线路三相负荷分线处，换相开关的信号输入端连接第二电压互感器，第二电压互感器连接供电线路三相负荷分线处的A、B、C三相，换相开关的信号输入端还连接负载电流互感器，负载电流互感器设置在供电线路三相负荷分线处的A、B、C三相上，获取负载电流。所述的第一电压互感器和第二电压互感器均采用霍尔电压传感器。
所述的换相开关包括ARM控制单元和换相执行单元，ARM控制单元的控制输出端连接换相执行单元，换相执行单元包括A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关，A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的输入端分别对应连接A、B、C三相，A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的输出端彼此连接后连接负载。所述的A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的结构相同，均包括一个磁保持继电器、一个功率二极管和一个可控硅模块，所述的功率二极管和可控硅模块串联后与磁保持继电器并联。
所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点方法，包括以下步骤：
(1)通过电流互感器分别实时检测A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC，主控单元根据所获取的A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC分析获取A、B、C三相的不平衡度；
(2)若A、B、C三相的不平衡度未超出预设不平衡度的阈值，则继续实时获取A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC数据信息；若A、B、C三相的不平衡度持续超出预设不平衡度的阈值，则主控单元确定一个最优换相点控制换相开关进行换相；
其中，当A、B、C三相的不平衡度连续10个采集周期超出预设不平衡度的阈值时，主控单元确定一个最优换相点进行换相，不平衡度的阈值由主控开关根据需要设置，默认值为15％。
所述的最优换相点的确定方法为：
a、通过电流互感器分别实时检测A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC，确定当前台区的最大相负载电流Imax，次大相负载电流Imid和最小相负载电流Imin，根据最大相负载电流Imax，次大相负载电流Imid和最小相负载电流Imin获得三相平均电流Iavg；
Iavg＝(Imax+Imid+Imin)/3
b、通过负载电流互感器获取换相开关处的负载电流I1，I2…In，以及换相开关所处的工作相位；
c、根据A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC的大小和换相开关处的负载电流、换相开关所在的工作相位，划分为三个数组Ilmax、Ilmid和Ilmin，其中，Ilmax包含所有工作于最大相的换相开关负载电流，Ilmid包含所有工作于次大相的换相开关负载电流，Ilmin包含所有工作于最小相的换相开关负载电流；
d、根据最优控制目标IA＝IB＝IC＝Iavg的原则，在数组Ilmax中获得最优换相点，即当前工作于最大相的某个换相开关；计算当前最小相所需要的电流Iadd，Iadd＝Iavg-Imin；然后在数组Ilmax中查找一个负载电流值最接近或等于Iadd的换相开关为本次最优换相目标点；
e、主控单元通过无线通信模块将控制指令发往该换相开关，控制该换相开关工作相位转换到当前最小工作相即可。
完成换相后，主控单元继续采集并分析当前台区变压器三相总负载实时电流不平衡度数据，如若仍然存在超限，则循环执行换相的控制过程，直到不再越限或有效可控负载数量为零时停止控制过程。
本发明结构设计合理，安装使用方便，操作简单，运行成本低，能够有效避免换相开关误动作的产生，杜绝了因数据时变而发生的多余换相操作，有效解决了台区三相功率不平衡问题，具有较强的实用性。
本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种三相不平衡治理中的智能定位换相点装置，其特征在于：包括一个主控单元和若干个换相开关，主控单元和若干个换相开关通过无线通信模块相连接，所述的主控单元设置在台区变压器的低压输出侧，主控单元的信号输入端连接第一电压互感器，第一电压互感器连接A、B、C三相，主控单元的信号输入端还连接电流互感器，电流互感器连接A、B、C三相，所述的换相开关设置在供电线路三相负荷分线处，换相开关的信号输入端连接第二电压互感器，第二电压互感器连接供电线路三相负荷分线处的A、B、C三相，换相开关的信号输入端还连接负载电流互感器，负载电流互感器设置在供电线路三相负荷分线处的A、B、C三相上，获取负载电流。
2.根据权利要求1所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点装置，其特征在于：所述的换相开关包括ARM控制单元和换相执行单元，ARM控制单元的控制输出端连接换相执行单元，换相执行单元包括A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关，A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的输入端分别对应连接A、B、C三相，A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的输出端彼此连接后连接负载。
3.根据权利要求1所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点装置，其特征在于：所述的第一电压互感器和第二电压互感器均采用霍尔电压传感器。
4.根据权利要求2所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点装置及方法，其特征在于：所述的A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的结构相同，均包括一个磁保持继电器、一个功率二极管和一个可控硅模块，所述的功率二极管和可控硅模块串联后与磁保持继电器并联。
5.一种如上述任一权利要求所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)通过电流互感器分别实时检测A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC，主控单元根据所获取的A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC分析获取A、B、C三相的不平衡度；
(2)若A、B、C三相的不平衡度未超出预设不平衡度的阈值，则继续实时获取A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC数据信息；若A、B、C三相的不平衡度持续超出预设不平衡度的阈值，则主控单元确定一个最优换相点控制换相开关进行换相；
所述的最优换相点的确定方法为：
a、通过电流互感器分别实时检测A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC，确定当前台区的最大相负载电流Imax，次大相负载电流Imid和最小相负载电流Imin，根据最大相负载电流Imax，次大相负载电流Imid和最小相负载电流Imin获得三相平均电流Iavg；
Iavg＝(Imax+Imid+Imin)/3
b、通过负载电流互感器获取换相开关处的负载电流I1，I2…In，以及换相开关所处的工作相位；
c、根据A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC的大小和换相开关处的负载电流、换相开关所在的工作相位，划分为三个数组Ilmax、Ilmid和Ilmin，其中，Ilmax包含所有工作于最大相的换相开关负载电流，Ilmid包含所有工作于次大相的换相开关负载电流，Ilmin包含所有工作于最小相的换相开关负载电流；
d、根据最优控制目标IA＝IB＝IC＝Iavg的原则，在数组Ilmax中获得最优换相点，即当前工作于最大相的某个换相开关；计算当前最小相所需要的电流Iadd，Iadd＝Iavg-Imin；然后在数组Ilmax中查找一个负载电流值最接近或等于Iadd的换相开关为本次最优换相目标点；
e、主控单元通过无线通信模块将控制指令发往该换相开关，控制该换相开关工作相位转换到当前最小工作相即可。
6.根据权利要求5所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点方法，其特征在于：若A、B、C三相的不平衡度连续10个采集周期超出预设不平衡度的阈值时，主控单元确定一个最优换相点进行换相。
7.根据权利要求5所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点方法，其特征在于：不平衡度的阈值由主控开关根据需要设置，默认值为15％。
8.根据权利要求5所述的三相不平衡治理中的智能定位换相点方法，其特征在于：完成换相后，主控单元继续采集并分析当前台区变压器三相总负载实时电流不平衡度数据，如若仍然存在超限，则循环执行换相的控制过程，直到不再越限或有效可控负载数量为零时停止控制过程。
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