CN108667051A - 遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，属于电力供配电技术领域，控制系统实现各相电流与其平均值比较；如果各相电流与平均值相差较小(小于5％)，则认为配电区域三相平衡；控制系统随机或指定任一相电源为后续接入单相负载供电。如一相或两相电流与平均值相差较大(大于5％)，则认为配电区域三相不平衡；控制系统根据三相电流具体情况，选择确定后续将要投入供电相别，为后续接入单相负载供电；本发明摒弃Zegbee这种近距离传输方式，采用传输线传递信息，保证系统控制可靠性，同时根据当前负载状况，决定后续要接入的供电相，可有效实现以三相平衡为目标的负荷调整，实现供配电系统三相平衡，提高系统运行经济性、稳定性。

Description

遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法

技术领域

本发明属于电力供配电技术领域，具体涉及遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法。

背景技术

整个电力系统运行过程中，配用电系统并不能保证其三相负荷之间的对称与平衡，其结果是，根据对称分量法，电力系统中将会流过负序电流。不对称运行所产生的负序电流将对发电系统产生十分不利的影响，危及电力系统的运行稳定，影响供配电系统的经济运行，因此，保持电力系统的对称与平衡运行十分必要。

专利申请号CN201610305897.8的“一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法”公开了一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法，该方法是采用台区控制器收集配电变压器低压侧的三相电流数据、出线漏电保护开关负荷数据、用户用电负荷数据以及换相开关的电流、相位数据，进行分析计算，得出各出线的不平衡度数值，当发现不平衡度大于设定的限值，且不平衡度维持时间超过设定的调整时间时，给出最优的“不平衡调节方法”，自动遥控换相开关，进行负荷调节，完成各出线三相负荷再分配，使各出线三相负荷处于基本平衡的状态，以此达到低压线路的三相负荷平衡状态，但该发明存在以下问题：

1、负荷调节的时候用电负载的掉电问题。因为负荷的不平衡，控制器设想通过调节负载供电相使低压侧三相平衡，实现负荷再分配，按照所述方案其结果必然会出现用电负载的掉电后的再接入问题，影响负载的正常运行；

2、该专利分析低压配电侧负荷情况，确定供电的相，但实际情况是，负荷的接入具有随机性，将要接入的负荷的大小、性质、接入的时刻等对控制系统而言是未知的，实际工作中只能按照当前各相负荷大小决定后续要投入的供电相；

3、Zegbee系统的传输距离有限、传输的可靠性难以保证。供电系统一直以来以其高可靠性要求让大众认知，自然其控制系统的可靠性是供电系统能够可靠供电的先决条件，Zegbee系统的传输距离极其有限，传输的可靠性难以保证，致使本发明专利的实用性、可靠性大打则扣。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，旨在实现以三相平衡为目标的负荷调整分配控制，尽最大努力实现电力供配电系统运行的三相平衡。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，包括如下步骤：

1)检测配电网络向负荷区提供的a、b、c三相负荷电流分别为I_a、I_b、I_c，则三相负荷电流的平均值I_av＝(I_a+I_b+I_c)/3，实现各相负荷电流与其平均值进行比较；

2)计算各相电流与三相电流平均值之间的偏差|ε_x|，其中ε_x＝(I_x-I_av)/I_av，x∈a、b、c，ε_a+ε_b+ε_c＝0，ε_a、ε_b、ε_c分别为a、b、c三相电流与平均值I_av之间的偏差；设置控制门槛值ε₀，当|ε_x|＜ε₀，则各相负荷电流与三相电流平均值相等，认定配电系统三相负载平衡；当|ε_x|＞ε₀，认定配电区域三相负荷不平衡；

3)在配电系统三相平衡情况下，控制系统随机或指定任一相电源为后续接入的单相负载供电；在配电区域三相负荷不平衡情况下，控制系统根据三相负荷电流的具体情况，选择确定后续将要投入供电的相别，由相别选择器完成相别选择，为后续接入的单相负载供电。

所述的门槛值ε₀＝5％。

在步骤3)中，在配电区域三相负荷不平衡情况下，对a相，分析三相负载的不平衡状况，三相电流之间的偏差关系有如下表：

若|ε_a|＞ε₀，ε_a＞0，有如下关系：

若|ε_a|＞ε₀，ε_a＜0，有如下关系：

检测与控制单元，根据三相电流的检测结果，经过上表所示的分析与判断，确定后续要开放供电选相，发送选择控制信号给相别选择控制器，使相别选择控制器完成相别选择，确定后续将给单相负载供电的相别，后续接入的单相负载由所选择的相别进行供电，从而动态地实现供配电系统负荷的三相平衡控制。

所述的相别选择控制器包括控制代码输入转换单元、控制信息放大驱动单元、相别选择单元和相别锁定单元，控制代码输入转换单元接收由检测与控制单元发来的控制信号，获取即将要开放的相别信号，向控制信息放大驱动单元传递；控制信息放大驱动单元输入端是否接受当前信号，取决于相别锁定单元传递过来的信号，若相别锁定单元传递的信号是本组电路已经工作，也就是本组输出已经有电流信号，控制信息放大驱动单元的输入端被该信号封锁；否则控制信息放大驱动单元的输入端开放，接受控制代码输入转换单元传递过来的信号；控制信息放大驱动单元将接受到的开放供电的相别信号进行放大，驱动后接的相别选择单元中相应相别的静止功率开关，接通相应的相别，后接的负载将由该相别供电。

所述的相别选择控制器完成相别选择的过程如下：

1)如果本相别选择控制器已经工作，即已经选择了某一相别给单相负载供电，该相别选择控制器被状态锁定，忽略当前控制指令，仍由之前已经选择的相别继续给负载供电；

2)如果本相别选择控制器尚未工作，即所接负载尚未投入运行，相别选择控制器接受当前指令，并通过相别选择控制器的控制信号放大驱动单元将命令信息进行放大，以驱动静止功率开关，通过接受的控制代码确定输出静止开关开通，接通指定相的电源，使输出端所接单相负载可以接收到系统指定相别的电源供电；

3)相别选择控制器借助于电流传感器一直监视着负载电流的大小，并用于相别选择控制器的供电状态锁定，只要负载电流不为零，该相别选择控制器的相别锁定状态一直保持。

有益效果：与现有技术相比，本发明的遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，摒弃Zegbee这种近距离信息传输方式，采用传输线传递控制信息，保证系统控制的可靠性，同时根据当前负载的状况，决定后续要接入的供电相，可以有效地实现以三相平衡为目标的负荷调整控制，实现电力供配电系统运行的三相平衡，提高供配电系统运行的经济性、稳定性。

附图说明

图1是遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制装置的结构示意图；

图2是相别选择控制器的配置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明做进一步的说明。

遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，其方案如下：

1、检测配电网络向负荷区提供的三相负荷电流，检测系统获得三相负荷电流的平均值，控制系统实现各相负荷电流与其平均值进行比较；

2、如果各相负荷电流与三相负荷电流平均值相差较小(一般定义为小于5％)，则认为配电区域三相负荷平衡；在配电系统三相平衡情况下，控制系统随机或指定任一相电源为后续接入的单相负载供电；

3、如果有一相或两相负荷电流与三相负荷电流平均值相差较大(一般定义为大于5％)，则认为配电区域三相负荷不平衡；控制系统根据三相负荷电流的具体情况，选择确定后续将要投入供电的相别，由相别选择器完成相别选择，为后续接入的单相负载供电；

4、检测、控制系统持续不断地检测配电网络三相负荷电流、判断三相平衡情况、决定后续投入供电相别，给相别选择器发送控制信号，相别选择器完成相别选择，后续接入单相负载由所选择的相别供电；一旦负荷分支投入运行，即单相负荷已经投入，相别选择器将进行供电状态保持。

一、遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制装置的设置

实际供配电系统中，各负载的功率大小不一，功率因数也不同，为保证供配电系统平衡运行而按规则分配负荷无法实现，致使供配电系统总是处于不平衡运行状态。然而，在供配电系统的运行过程中，考虑到负载的实际运行工况，其现实的情况是，负载主要以感性负载为主，彼此之间除了各负载本身的需求而产生的功率大小有比较大的差别外，其负载功率因数角的差异不会太大。如果出现某些负载的功率因数太低，实际运行时配电系统均对此负载有提升功率因数的要求，实际负载的功率因数也必然获得提升，从而满足配电系统要求，因此，以下讨论主要针对负载功率的大小不一而导致供配电系统运行三相不平衡的解决方案，以实现供配电系统负荷的平衡控制。

同时，供配电系统中，系统正常链接的负载有单相负载，也有三相负载，但因三相负载本身就已经具备三相对称特性，故本案不予特别讨论，以下讨论仅主要针对单相负载。系统中所需要链接的三相负载可根据其实际系统的自身需求，适时接入或者断开供配电系统。

本发明所研究的供配电系统如图1所示，在不同的负荷区域接有数量和功率不等的单相负载，这些单相负载的运行与控制都取决于自身要求或者人为的要求，接入或者断开电网无明确有序的规律，具有随机性。

图1中，表示供配电线路为三相线，rF_s、rK_s表示第r个负荷区的第s个单相负载F及输出开关K，r＝1:p，s＝1:n，m，l，表示对应当前单相负载的相别选择控制器，xC_y表示第x个负荷区的第y个分支的相别选择控制器的编号。控制与检测单元与相别选择控制器连接，完成相别选择，后续接入的单相负载由相别选择控制器所选择的相别进行供电。

从具体单位接入电网的低压侧作为观测点，通过电流互感器与检测与控制单元相连，检测与控制单元获得三相负载电流的具体数值，进行分析判断之后，决定并产生后续单相负载待接入的相别控制指令信号。该相别控制指令信号通过传输线向后续所有负荷区的相别选择控制器发布，各相别选择控制器根据当前自身的具体工作情况选择是否接受并执行相别控制指令信号。若该相别选择控制器后接负载已经投入工作，则相别控制指令信号被忽略，继续为所接负载供电；若该相别选择控制器后接负载没有投入工作，则相别控制指令信号被接受执行，经放大后驱动静止功率开关，使输出端所接单相负载可以接受到系统指定相别的电源供电。如果此时单相负载没有接入，则该相别选择控制器一直被检测与控制单元控制，并根据本配电区域其它单相负载的接入情况，决定随时更换所选择的供电相别；如果此时单相负载立即接入，相别选择控制器自带的相别锁定控制电路将锁定该相别选择控制器的输出选择，直至本负载断电退出运行为止。

二、遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制的原理

图1中，配电网络向负荷区提供的三相电流被检测与控制单元的检测装置所检测，分别为：I_a、I_b、I_c，检测与控制单元得到三相电流平均值I_av及其各相电流与三相电流平均值之间的偏差：

I_av＝(I_a+I_b+I_c)/3

ε_x＝(I_x-I_av)/I_av，x∈a、b、c

有：ε_a+ε_b+ε_c＝0

ε_a、ε_b、ε_c分别为a、b、c三相电流与平均值I_av之间的偏差。

1、配电系统平衡状态下单相负载的接入控制

设置控制门槛值ε₀(根据供电系统要求设置，一般设置为5％)，当：|ε_x|＜ε₀，x∈a、b、c，视当前各相负荷电流与三相电流平均值相等，认定配电系统三相负载平衡(注：三相是否对称，取决于各相负载的功率因数角是否相等)。

在三相平衡的情况下，检测与控制单元发出指令，使各负荷区的所有相别选择控制器均开放A相(B或C，由人为决定，或者按负荷区依次开放A相、B相或C相)，下一时刻需要接入到供配电系统的单相负载将由A相供电。只要有一支单相负载接入，且该单相负载的功率足够大，便破坏了当前三相平衡的状态，进入到配电系统的不平衡状态。

2、配电系统不平衡状态下单相负载的接入控制

如果|ε_x|＞ε₀，x属于a、b、c之一，则当前电流与三相电流平均值有偏差，至于是大于、还是小于三相电流平均值要视ε_x的符号来决定。分析三相负载可能出现的不平衡状况，三相电流之间的偏差关系有如下表。

以a相为例，若|ε_a|＞ε₀，ε_a＞0，有如下关系：

若|ε_a|＞ε₀，ε_a＜0，有如下关系：

检测与控制单元，根据三相电流的检测结果，经过上表所示的分析与判断，确定后续要开放供电的相别，发送选择控制信号给相别选择控制器，使相别选择控制器完成相别选择，确定后续将给单相负载供电的相别，后续接入的单相负载由所选择的相别进行供电。

系统在不断地进行着之前所述的检测、比较过程，并将相别控制信号发送至相别选择控制器，确定后续供电的相别，从而动态地实现供配电系统负荷的三相平衡控制。

三、相别选择控制器构成与原理

本发明的检测与控制单元，检测配电系统三相电流，根据检测结果分析与判断，确定后续要开放供电的相别，发送相别选择控制信号给检测点之后的相别选择控制器。检测与控制单元送出的相别选择指令到达相别选择控制器之后，相别选择控制器需要完成以下工作：

1)如果本相别选择控制器已经工作，即已经选择了某一相别给单相负载供电，该相别选择控制器被状态锁定，忽略当前控制指令，仍由之前已经选择的相别继续给负载供电。

2)如果本相别选择控制器尚未工作，即所接负载尚未投入运行，相别选择控制器接受当前指令，并通过相别选择控制器的控制信号放大驱动单元将命令信息进行放大，以驱动静止功率开关，通过接受的控制代码确定输出静止开关开通，接通指定相的电源，使输出端所接单相负载可以接受到系统指定相别的电源供电。

从相别选择控制器对负载开放某供电相别，到该相别给对应负载供电，之间不是立即完成的，此时，相别选择控制器只是给即将被供电的负载提供了一个供电选择，至于届时本相负载是否被刚才所选相别供电，取决于本配电区域其他负载的投入运行情况，也就是说，只要该负载没有接入，其相别选择控制器就会一直被检测与控制单元控制，并根据本配电区域其他负载的接入情况，决定随时更换所选择的供电相别。

一旦本相别的负载接入，相别选择控制器自带的相别锁定单元控制电路将锁定该相别选择控制器的输出选择，直至本负载断电退出运行为止。

相别锁定单元借助于检测到的所接运行负载的电流信号，形成有、无负载电流的状态信号，用于封锁相别选择控制器输入端的输入命令信息。若无负载电流，相别选择控制器将随时接受检测与控制单元来的控制信号，经过控制信号放大驱动单元决定后续静态开关开放的相别；若有负载电流，相别锁定单元封锁相别选择控制器输入端的输入命令信息，相别选择控制器之前所接受的命令信息经过相别选择控制器的控制信号放大驱动单元将命令信息进行放大，以持续驱动静止功率开关，保持当前工作的相别。

相别选择控制器构成如图2所示。相别选择控制器由控制代码输入转换单元、控制信息放大驱动单元、相别选择单元、相别锁定单元组成。控制代码输入转换单元接受由检测与控制单元发来的控制信号，获取即将要开放的相别信号，向控制信息放大驱动单元传递；控制信息放大驱动单元输入端是否接受当前信号，取决于相别锁定单元传递过来的信号，若相别锁定单元传递的信号是本组电路已经工作，也就是本组输出已经有电流信号，控制信息放大驱动单元的输入端被该信号封锁；否则控制信息放大驱动单元的输入端开放，接受控制代码输入转换单元传递过来的信号。控制信息放大驱动单元将接受到的开放供电的相别信号进行放大，驱动后接的相别选择单元中相应相别的静止功率开关，接通相应的相别，后接的负载将由该相别供电。

3)相别选择控制器借助于电流传感器一直监视着负载电流的大小，并用于相别选择控制器的供电状态锁定，只要负载电流不为零，该相别选择控制器的相别锁定状态一直保持。

Claims (5)

1.遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)检测配电网络向负荷区提供的a、b、c三相负荷电流分别为I_a、I_b、I_c，则三相负荷电流的平均值I_av＝(I_a+I_b+I_c)/3，实现各相负荷电流与其平均值进行比较；

2)计算各相电流与三相电流平均值之间的偏差|ε_x|，其中ε_x＝(I_x-I_av)/I_av，x∈a、b、c，ε_a+ε_b+ε_c＝0，ε_a、ε_b、ε_c分别为a、b、c三相电流与平均值I_av之间的偏差；设置控制门槛值ε₀，当|ε_x|＜ε₀，则各相负荷电流与三相电流平均值相等，认定配电系统三相负载平衡；当|ε_x|＞ε₀，认定配电区域三相负荷不平衡；

3)在配电系统三相平衡情况下，控制系统随机或指定任一相电源为后续接入的单相负载供电；在配电区域三相负荷不平衡情况下，控制系统根据三相负荷电流的具体情况，选择确定后续将要投入供电的相别，由相别选择器完成相别选择，为后续接入的单相负载供电。

2.根据权利要求1所述的遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，其特征在于，所述的门槛值ε₀＝5％。

3.根据权利要求1所述的遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，其特征在于，在步骤3)中，在配电区域三相负荷不平衡情况下，对a相，分析三相负载的不平衡状况，三相电流之间的偏差关系有如下表：

若|ε_a|＞ε₀，ε_a＞0，有如下关系：

若|ε_a|＞ε₀，ε_a＜0，有如下关系：

检测与控制单元，根据三相电流的检测结果，经过上表所示的分析与判断，确定后续要开放供电选相，发送选择控制信号给相别选择控制器，使相别选择控制器完成相别选择，确定后续将给单相负载供电的相别，后续接入的单相负载由所选择的相别进行供电，从而动态地实现供配电系统负荷的三相平衡控制。

4.根据权利要求3所述的遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，其特征在于，所述的相别选择控制器包括控制代码输入转换单元、控制信息放大驱动单元、相别选择单元和相别锁定单元，控制代码输入转换单元接受由检测与控制单元发来的控制信号，获取即将要开放的相别信号，向控制信息放大驱动单元传递；控制信息放大驱动单元输入端是否接受当前信号，取决于相别锁定单元传递过来的信号，若相别锁定单元传递的信号是本组电路已经工作，也就是本组输出已经有电流信号，控制信息放大驱动单元的输入端被该信号封锁；否则控制信息放大驱动单元的输入端开放，接受控制代码输入转换单元传递过来的信号；控制信息放大驱动单元将接收到的开放供电的相别信号进行放大，驱动后接的相别选择单元中相应相别的静止功率开关，接通相应的相别，后接的负载将由该相别供电。

5.根据权利要求4所述的遵循三相平衡的单相负荷调整分配控制方法，其特征在于，所述的相别选择控制器完成相别选择的过程如下：

1)如果本相别选择控制器已经工作，即已经选择了某一相别给单相负载供电，该相别选择控制器被状态锁定，忽略当前控制指令，仍由之前已经选择的相别继续给负载供电；

2)如果本相别选择控制器尚未工作，即所接负载尚未投入运行，相别选择控制器接受当前指令，并通过相别选择控制器的控制信号放大驱动单元将命令信息进行放大，以驱动静止功率开关，通过接受的控制代码确定输出静止开关开通，接通指定相的电源，使输出端所接单相负载可以接收到系统指定相别的电源供电；

3)相别选择控制器借助于电流传感器一直监视着负载电流的大小，并用于相别选择控制器的供电状态锁定，只要负载电流不为零，该相别选择控制器的相别锁定状态一直保持。