CN108599203A

CN108599203A - 一种逐级调整负载的三相负荷不平衡调节方法

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Publication number: CN108599203A
Application number: CN201810515305.4A
Authority: CN
Inventors: 李春海; 陈贺; 陈洪雨; 常生强; 孔江涛; 芦斌; 何世鹏; 刘晓龙; 崔振伟; 李永津; 支智勇; 刘朋飞; 刘海涛; 李峥; 安志国; 吴纳磊; 王志辉; 王强; 高胜国; 翟志国
Original assignee: Shijiazhuang Kelin Electric Co Ltd
Current assignee: Shijiazhuang Kelin Electric Co Ltd
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: CN108599203B

Abstract

一种逐级调整负载的三相负荷不平衡调节方法，发明涉及台区变电站供电质量的改善技术，具体涉及从供电线路末段开始，逐级向上调整负载来调节三相负荷不平衡的方法。TTU通过无线或有线与负载建立通信连接，其特征在于包括以下步骤：步骤1、TTU获取变压器下的电网拓扑结构，步骤2、根据电网拓扑结构建立树状结构图，其中，根节点为变压器，分支节点为分支箱，叶子为负载，步骤3、TTU定时从树状结构图的最底层分支节点开始，调节该节点下负荷的三相不平衡；逐级向上进行调整，直至根节点。采用本发明，从供电线路的末段到变压器根部，通过逐级调节配电变压器台区内所有分支线路三相负荷的电流平衡，来实现配电变压器低压侧主回路的三相负荷电流平衡。

Description

一种逐级调整负载的三相负荷不平衡调节方法

技术领域

本发明涉及台区变电站供电质量的改善技术，具体涉及从供电线路末段开始，逐级向上调整负载来调节三相负荷不平衡的方法。

背景技术

中国的低压输电线路多为三相四线制供电网络，随着国民经济水平的提高，电力网负荷急剧加大，特别是冲击性、非线性负荷容量的不断增长，使得电网发生电压波形畸变、电压波动、闪变和三相负荷不平衡等电能质量问题。其中负荷的变化、三相负荷不平衡等问题引起电网负序电压和负序电流，严重影响供电质量，进而增加线路损耗，降低供电可靠性。

目前低压线路供电半径长，分支过多，用电分散，单相负荷和三相动力负荷混搭用电的情况，导致三相负载极度不平衡，线路末端低电压严重。

三相供电线路中，三相负荷的均衡分配，对整个配电网的供电质量、安全运行，以及保证配电设备的可靠性是十分重要的。

为了提升配电台区供电质量，采取换相措施是治理三相电流不平衡的主要方式。随着技术的发展，现多采用定期检测负载情况，控制换相开关动作完成换相，最终达到三相电流平衡。

目前的调节方案，是从变压器根部采集A\B\C相的总电流，调整的对象是变压器主回路三相负荷电流的平衡，采取这种方案，变压器主回路三相负荷电流可以达到平衡，但各支路上还有可能出现不平衡。

如变压器线下有三个供电支路，变压器根部，三相电流分别为：IA=IB=IC=100A，但有可能三个供电支路的电流如下：

第一支路：Ia1=10A，Ib1=50A，Ic1=50A；

第二支路：Ia2=50A，Ib2=10A，Ic2=10A；

第三支路：Ia3=40A，Ib3=40A，Ic3=40A；

整体上看是平衡的，但是每条支部就不一样了，第一支路和第二支路就出现了严重的负荷不平衡。

随着绿色能源的发展，电网上提供电能量的设备，如光伏发电设备越来越多，其输出可占变压器容量的5%，这也是影响供电线路三相不平衡的因素之一。

逆变器并网发电的原理是逆变器的输出电压要高于主网的电压，才能并网。为了保证电网安全，当主网某一相上的电压高于一定的阈值时，该相上的单相逆变器就会处于一种微功率发电状态。

当单相逆变器连接的主网某一相位上的电压达到阈值，不能接收电能量输送时，另外两个相位上的电压有可能比较低，可以接受电能量输入。

中国专利（授权公告号：CN 104092229 B）《分布式台区支路三相负荷电流平衡监控方法及监控装置》公开了调节支回路或再分支回路的技术路线，其实现方式是在每个支回路或再分支回路上设置三相负荷电流平衡主控器，对支回路或再分支回路独立调整。该方案的缺陷是要在每条需要调整的供电线路上都要设置三相负荷电流平衡主控器，当供电线路复杂时实施起来非常困难；每条支路在本地进行调整，没有把变压器下的供电网络作为一个整体来考虑。

另外，目前所有的调节方案，都没有考虑电网上的供电设备对供电线路产生的影响。

发明内容

本申请的目的是提供一种三相不平衡调节方法，从供电线路的末端开始调节，逐级向上，直至变压器根部，通过调节每个分支供电线路的三相不平衡进而达到整个供电线路的平衡。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种逐级调整多种负载的三相负荷不平衡调节方法，TTU通过无线或有线与负载建立通信连接，包括以下步骤：

步骤1、TTU获取变压器下的电网拓扑结构，

步骤2、根据电网拓扑结构建立树状结构图，其中，根节点为变压器，分支节点为分支箱，叶子为负载，

步骤3、TTU定时从最底层的分支节点开始，调节该节点下负荷的三相不平衡；逐级向上进行调整，直至根节点。

分支供电线路上存在两种设备：用电设备和发电设备，本发明中将两种设备都视为负载，即负载包括用电节点和连接发电设备的逆变器，用电节点为电表和/或电表箱。

上述的负载从电能量消耗上分为两种，分别为用电负载和供电负载，用电负载为用电节点（电表或电表箱），供电负载为连接光伏发电设备的单相逆变器和三相逆变器；从功能上也分为两种，分别为可调负载与固定负载，可调负载为安装换相开关的用电节点和具有换相装置的单相逆变器，固定负载为三相逆变器、没有换相开关或换相装置的用电节点和单相逆变器。

从电能量消耗上进行分类的目的是确定电流的取值，用电负载电流取正值，供电负载电流取负值。

可调负载的存在是进行三相不平衡自动调节的基础。

本发明，首先取得变压器下供电网络的拓扑结构，并建立树状结构图，从供电线路的末段开始，将每个分支节点下的供电网络作为一个独立的单元，通过调整线路上可调负载的相位，达到本段线路的三相平衡；遍历树状结构图，向上逐级调整，直至树的根部，即变压器，从而达到整个供电网络的三相平衡。

有益效果：从供电线路的末段到变压器根部，通过逐级调节配电变压器台区内所有分支线路三相负荷的电流平衡，来实现配电变压器低压侧主回路的三相负荷电流平衡；计算三相不平衡时，不仅考虑用电设备的电流消耗，还考虑发电设备的电流输出，调节时，将可调相位的用电设备和发电设备都作为调整对象，真正实现配电变压器低压侧所有分支线路上三相负荷电流的平衡，从而达到最大限度地降低线路损耗，保证供电质量，同时提高配电变压器运行安全性，延长运行寿命。同时，通过调整发电设备的输出相位，可以最大程度发挥绿色能源的效率，保障光伏投资者的利益。

附图说明。

图1是本发明的操作流程示意图，

图2是从中间某分支节点到供电线路末端的电网拓扑图，

图3是图2中分支箱D下分支线路的一种树状结构图，

图4、图5是图2中分支箱D下分支线路的另外两种树状结构图，

图6、图7是根据图2建立的等效树状结构图。

其中，1-26为负载，A、B、C、D为分支节点对应图2中的分支箱，A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、C1、C2、D1、D2为分支节点，对应相应分支箱下的分支线路。

具体实施方式。

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参看图1，本发明有三个步骤：

首先，TTU获取变压器下的电网拓扑结构。

其次，根据电网拓扑结构建立树状结构图。

然后，TTU定时从最底端的分支节点开始，调节该节点下各分支供电线路上负荷的三相不平衡；逐级向上进行调整，直至根节点。

本发明的基础是变压器台区下的电网拓扑结构。

目前有多种技术方案来获取电网的拓扑结构，如本申请人的专利申请《基于一线总线方式的配变台区电网自动识别方法》（申请号：201810440574.9）中提出在负载中加装一线总线设备，利用其设备特点，可以获取变压器下的电网拓扑结构。

为了从供电线路的末段向上遍历处理，本发明根据电网拓扑结构建立树状结构图。

从变压器出来的供电线路，通过第一级分支箱，分成若干分支线路，再通过第二级、第三级等分支箱，形成整个电网，图2显示了电网的拓扑图，分支箱A的上游可以是变压器，也可以是上级分支箱，也可以将A看做是变压器。图中的负载只是示意，实际的数量应远大于图示。

电网的树状结构图，以变压器作为根节点，以分支箱为分支节点，负载为叶子，是最直观的选择。

在供电线路上，负载是末端，是树状结构的叶子。图2中，分支箱D下有两条分支线路，第一条分支线路上有负载20、21等，另一条分支线路上有负载8、9等，为简化图形，这里只表示出8、9、20、21。如果将叶子挂在分支节点下，就会形成图3所示的树状结构图。

由于分支箱D下有两条分支线路，需要分别调节三相不平衡，但根据图3，不能区分分支节点D下的负载属于哪条分支线路。

为解决上述问题，有多种技术方案可以选择，如以下两种：

1、树状结构图中，根节点为变压器，分支节点为分支箱，叶子为负载，树干和树的分支为分支供电线路，叶子根据实际位置挂在树干或树的分支上。该结构中，分支节点下没有叶子节点，叶子节点直接挂在树形结构的分支上，如图4所示。

2、树状结构图中，根节点为变压器，分支节点为分支箱，叶子为负载，在分支箱节点下增加一层分支节点，增加的分支节点代表分支供电线路，叶子挂在增加的分支节点上，如图5所示。由于分支箱D下有两条分支线路，因此增加分支节点D1和D2，负载20、21,8、9分别挂在D1和D2上。

采用以上树形结构图，可以很方便地进行遍历处理。图6和图7，是根据图2，按照上述两种方案得出的树状结构图。

传统的供电线路上，在用电节点上接入的都是消耗电能量的负载。随着绿色能源的发展，提供电能量的设备，如光伏发电设备通过逆变器也接入供电线路。本发明中，将逆变器作为负载考虑，从电能量的角度来看，消耗电能量的负载（用电节点）电流的参考值取正值，提供电能量的负载（逆变器）电流取负值。

用电节点，一般是电表或电表箱。

TTU通过高速电力线载波（HPLC）连接电表箱、电表以及逆变器。

从功能上，负载分为可调负载与固定负载，其中可调负载包括安装换相开关的用电节点、具有换相装置的单相逆变器，固定负载包括三相逆变器、没有换相开关的用电节点、没有换相装置的单相逆变器。

三相逆变器将电能量分别送到三相上，为不可调负载。在单相逆变器的输出端，增加换相开关，为可调负载。

为了保证三相不平衡调整的成功率与精度，可调负载的布局，要以分支线路为单位，每条分支供电线路上的可调负载最大电流的绝对值之和为该分支供电线路峰值电流的20%~50%。

以上是调节三相不平衡的硬件条件，下面具体描述在此基础上调节三相不平衡的实现方法。

TTU轮询所有负载的电流数据，用电节点上的电流取正值，单相逆变器、三相逆变器上的电流取负值，其中三相逆变器分别取三相电流数据。

TTU定时，如每15分钟，从最底层分支箱的分支节点开始，调节该节点下负荷的三相不平衡；逐级向上进行调整，直至根节点。

调整时，首先处理已经获取定时周期内的电流数据，本实施例中，是15分钟内的数据。去掉定各负载电流数据的最大和最小值，取其它数据的平均值为参考值，根据参考值调节三相不平衡。

实施例1，参看图6：

1、找到树状结构图最底层分支箱对应的分支节点D。D下有两条分支，第一个分支上挂有负载叶子20、21等，第二个分支上挂有负载叶子8、9等。

对两个分支线路分别进行调整：选择分支线路下可调负载的相位调整方案，保留6种条件下的最佳方案。

根据每个分支下的最佳方案，选择分支节点D下的最优调整方案，将调整后D下两个分支总的三相电流值进行存储。

如果最底层有多个节点，则分别进行调整，没有前后顺序。

2、向上遍历，找到上层分支节点，本实施例中是B和C。对B和C下的分支分别进行调整，调整方式同上。分支节点B下，有三个分支；分支节点C下，有两个分支。这里需要注意的是，在调整分支节点C下的第二个分支（带有负载6、7的分支）时，将其下面的分支节点D视为固定负载，将已经存储的调整后D下总的三相电流值作为参考值进行调整。D节点下的可调负载只在调节D下的分支时可以调整换相。调整完成后，记录B和C下的三相电流值。

3、向上遍历，找到上层分支节点A，在本实施例中，为根节点。A节点下有四个分支，分别进行调整，完成。同样，A下的两个分支节点B和C也视为固定负载。

实施例2，参看图7，分支节点分为两种，一种是代表分支箱（或变压器）的节点（A、B、C、D），一种是代表分支供电线路的节点（A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、C1、C2、D1、D2）。两种分支节点不在同一层中存在，且代表分支箱的节点与代表负载的叶子处于一层。两种分支节点隔层分布，最底层的分支节点为分支供电线路，根节点为变压器。处理过程是首先调节分支供电线路，然后以分支箱为一个单位，综合调整其下的各分支供电线路，逐层向上，直至变压器。

具体描述如下：

1、找到树状结构图的最底层的分支节点D1和D2（分支箱D下的两个分支供电线路），负载叶子分别挂在两个分支节点下。调整D1和D2的三相不平衡，选择可调负载的相位调整方案，每个分支节点保留6种条件下的最佳方案。

2、向上遍历，找到分支节点D（对应分支箱D），根据D1和D2的最佳相位调整方案，选择该分支箱对应的分支节点下的最优调整方案。将调整后D下两个分支总的三相电流值进行存储。

3、向上遍历，找到分支节点B1、B2、B3、C1、C2（对应分支供电线路）。对B1、B2、B3、C1，处理过程与D1、D2的处理过程一致。对分支节点C2，下面有一个分支节点D，将D视为固定负载，将已经存储的调整后D下总的三相电流值作为参考值进行调整。

4、向上遍历，找到分支节点B、C（对应分支箱B、C），处理过程与分支节点D的处理过程相同。

5、向上遍历，找到分支节点A1、A2、A3、A4（对应分支供电线路），处理过程与上述对应分支供电线路的分支节点的处理过程一致。

6、向上遍历，找到根节点A，根据存储的A1、A2、A3、A4下的最佳方案，确定该分支箱（或变压器）下的最优调整方案。

上述6种条件如下：

分支供电线路的最佳调整方案。

对于某一分支线路，首先取得该分支线路上所有负载的电流参考值，用电节点的电流参考值为正，逆变器的电流参考值为负。

按照负载当前所在相位，计算各相上的电流和，分别为IA、IB、IC，计算三相电流的不平衡度： ((Imax－Imin)/Imax)×100%，式中Imax为IA、IB、IC中的最大值，Imin为IA、IB、IC中的最小值，如果三相电流的不平衡度大于15%，规划该分支线路上满足三相平衡要求的可调负载的换相方案。

传统方式中，如果三相电流的不平衡度小于15%，则不做调整；如果所有调整方案都不能满足三相平衡条件，则不给出换相方案。本发明在实现中也可以采用该方式。

本发明，逐级调节分支供电线路的三相不平衡。首先调节分支供电线路的三相不平衡，给出调节方案，然后根据分支线路的调节方案，调节所属分支箱的三相不平衡，因此，分支供电线路的三相不平衡调节方案不仅影响到分支线路本身，还会影响到所属的上层分支箱。

本实施例中，调节分支供电线路时，不考虑分支供电线路当时是否达到三相平衡，也不考虑换相方案是否可以满足三相平衡，只是给出最佳相位调整方案。所谓最佳，是指可调负载换相后，((Imax－Imin)/Imax)×100%最小。

上述的6种条件，A相重载是指相对其他两相，A相上电流最大；A相中间是指相对其他两相，A相上电流居中；A相轻载是指相对其他两相，A相上电流最小。

分支箱下三相不平衡的调整。

对于一个分支箱（或变压器），各分支供电线路达到三相平衡，分支箱（或变压器）下也会实现三相平衡。但对于分支箱，各分支供电线路不同的换相方案组合之间还存在细微差别。

如一个分支箱下有三条分支供电线路。

第一条支路6种条件下的换相方案：

第二条支路6种条件下的换相方案：

第三条支路6种条件下的换相方案：

对于该分支箱（或变压器），将上述方案进行组合，最多可以有216种组合方案。本实施例中，每条支路有3中不同的换相方案，共有27种组合。

虽然上述方案都能实现整体的三相平衡，但很明显，三相电流分别为95A、98A、99A的方案要优于其他方案。

在上述处理过程中，对每个分支供电线路选择相位调整方案，并保留6种条件下的最佳方案，方案的选择有多种方式，这里不再冗述。

在选择分支箱（或变压器）最优调整方案时，将该分支箱（或变压器）下所有分支供电线路的最佳方案进行组合，分别计算各组合下各相电流之和，选择相差最小的组合为该分支箱下分支供电线路的最优调整方案，按该方案，各可调负载进行换相。

Claims

1.一种逐级调整负载的三相负荷不平衡调节方法，TTU通过无线或有线与负载建立通信连接，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、TTU获取变压器下的电网拓扑结构，

步骤3、TTU定时从树状结构图的最底层分支节点开始，调节该节点下负荷的三相不平衡；逐级向上进行调整，直至根节点。

2.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，所述负载包括用电节点和连接发电设备的逆变器，用电节点为电表和/或电表箱。

3.根据权利要求1或2所述的调节方法，其特征在于，所述负载分为可调负载与固定负载，其中可调负载包括安装换相开关的用电节点、具有换相装置的单相逆变器，固定负载包括三相逆变器、没有换相开关的用电节点、没有换相装置的单相逆变器。

4.根据权利要求3所述的调节方法，其特征在于，步骤3中，TTU轮询所有负载的电流数据，调节时，去掉各负载电流数据的最大和最小值，取其它数据的平均值为参考值，根据参考值调节三相不平衡。

5.根据权利要求4所述的调节方法，其特征在于，用电节点上的电流为正值，单相逆变器、三相逆变器上的电流为负值。

6.根据权利要求3所述的调节方法，其特征在于，调节分支节点及根节点下分支供电线路上负荷的三相不平衡时，该节点下面的分支节点作为固定负载。

7.根据权利要求3所述的调节方法，其特征在于，每条分支供电线路上的可调负载最大电流的绝对值之和为该分支供电线路峰值电流的20%~50%。

8.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，TTU与负载之间通过高速电力线载波（HPLC）建立通信连接。

9.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，步骤2建立的树状结构图中，根节点为变压器，分支节点为分支箱，叶子为负载；在分支箱节点下增加一层分支节点，增加的分支节点代表分支供电线路，叶子挂在增加的分支节点上。