CN108879738A - 一种三相不平衡调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相不平衡调节系统，包括：至少一个充电桩，用于给电动车充电；配电变压器，用于给居民用电负载和至少一个充电桩单相供电；控制模块，用于在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取电能，并补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。本发明还公开了一种三相不平衡调节方法。本发明能够保证配电变压器三相电的平衡使用，保证用电的安全可靠。

Description

一种三相不平衡调节系统及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种三相不平衡调节系统及方法。

背景技术

目前我国新能源汽车在迅猛发展，全国各地住建委均出台了新建小区停车位按一定比例预留或是安装充电桩的要求，老旧小区也要求按一定比例进行充电桩的安装和配电设计。

小区配电为三相电，但实际实用新能源汽车更多是交流单相电在为汽车充电。在这种背景下，各居民小区会出现这样的情况，当充电桩给居民新能源汽车充电时，由于充电桩使用的不均衡性，导致小区配电变压器出现三相不平衡问题，导致小区配电变压器某一相或是某两相出现过载的情况，从而引起台区变压器过热跳闸保护，引起小区停电的事故。

另外还有一种情况，原本小区的配电变压器没有考虑新增新能源车充电功率这部分，当充电桩给新能源车充电与用户用电高峰期叠加时，变压器会因为过载而热保护引起小区的停电事故。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种三相不平衡调节系统及方法，能够保证配电变压器三相电的平衡使用，保证用电的安全可靠。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种三相不平衡调节系统，包括：

至少一个充电桩，用于给电动车充电；

配电变压器，用于给居民用电负载和至少一个充电桩单相供电；

控制模块，用于在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取电能，并补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。

在一个优选地实施方式中，所述控制模块具体包括：

储能单元，用于储存电能；

双向AC/DC模组，用于在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取交流电，并将获取的交流电并转换为直流电存储在所述储能单元中，同时将所述储能单元中存储的直流电转换为交流电，并将转换的交流电补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。

在另一个优选地实施方式中，所述控制模块具体包括：

储能单元，用于储存电能；

充电设备，用于在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取交流电，并将获取的交流电并转换为直流电存储在所述储能单元中；

双向AC/DC模组，用于将所述储能单元中存储的直流电转换为交流电，并将转换的交流电补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。

进一步地，所述控制模块还用于在实现三相用电平衡后，若检测到相线用电过载，则向过载相线供电的充电桩发送控制信号，以控制所述充电桩的充电状态。

进一步地，所述控制模块具体用于在检测到相线用电过载时，判断所述配电变压器是否满负荷工作，若所述配电变压器未满负荷工作，则向过载相线供电的充电桩发送控制信号，使充电桩限流充电；若所述配电变压器满负荷工作，则向过载相线供电的充电桩发送控制信号，使充电桩停止充电。

进一步地，所述配电变压器还用于给至少一个充电桩三相供电；

所述控制模块还用于实时检测居民用电量，在检测到居民用电量达到所述配电变压器的预设负荷值时，根据所述居民用电量控制充电桩逐步降低充电功率；在检测到居民用电量达到所述配电变压器的满载负荷时，控制充电桩停止充电；在检测到居民用电量降至所述配电变压器的满载负荷以下时，控制充电桩恢复充电并根据所述居民用电量逐步提高充电功率。

进一步地，所述双向AC/DC模组还用于在检测到整体用电量低于第一预设值时，将所述配电变压器输出的交流电转换为直流电存储在所述储能单元；在检测到整体用电量高于第二预设值时，将所述储能单元中存储的直流电转换为交流电，并结合所述配电变压器进行供电。

进一步地，所述控制模块还包括：

DC/DC变换模组，用于扩宽所述双向AC/DC模组转换的直流电的电压范围并存储到所述储能单元中。

进一步地，所述双向AC/DC模组还用于根据整体用电情况，对用电产生的无功和谐波进行补偿。

另一方面，本发明提供一种三相不平衡调节方法，能够应用于上述三相不平衡调节系统中，所述方法包括：

配电变压器给居民用电负载和至少一个充电桩供电；

对于单相供电的充电桩，控制模块在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取电能，并补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡；

对于单相供电或三相供电的充电桩，所述控制模块根据居民用电量控制所述充电桩的充电状态。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

在配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取电能，并补偿到用电量大的相线上，保证三相用电平衡，防止由于三相不平衡导致配电变压器过热保护或烧毁，从而保证用电安全可靠；在用电过载或小区用电高峰时，对充电桩的充电状态进行控制和调节，在保证居民用电的基础上，满足充电桩的充电需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的三相不平衡调节系统的一种结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的三相不平衡调节系统的另一种结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的三相不平衡调节系统的又一种结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的三相不平衡调节方法的一种流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种三相不平衡调节系统，参见图1，包括：

至少一个充电桩1，用于给电动车充电；

配电变压器2，用于给居民用电负载和至少一个充电桩1单相供电；

控制模块3，用于在检测到所述配电变压器2的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取电能，并补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。

需要说明的是，配电变压器的输出侧与居民用电负载、每个充电桩连接，用于给居民用电负载、每个充电桩供电。控制模块与配电变压器的输出侧连接，用于实时检测和控制小区内用电功率的分配情况以及各单相电的功率运行情况。其中，充电桩可以是交流充电桩，也可以是直流充电桩。

控制模块获取配电变压器电流电压信息可以直接通过配电变压器已有测试设备通过通讯获取，或者是增加电流互感器获取。控制模块获取居民用电实时电压电流信息也可以从原有测量设备上获取或者通过增加电流互感器获取。

控制模块对小区内用电功率进行综合评估，实时分析配电变压器是否存在三相用电不平衡的情况。其中，三相用电是否平衡是根据三相电流大小来判断的，若三相电流大小一致，则判定为三相平衡，若三相电流大小不一致，则判定为三相不平衡。控制模块若检测出配电变压器的三相用电不平衡，则根据配电变压器的三相用电情况，自动进行三相不平衡的补偿，让配电变压器三相功率平衡，以避免因为小区内用电不平衡导致变压器过热保护或是过热烧毁，进而导致小区停电事故。

在一个优选地实施例中，如图1所示，所述控制模块3具体包括：

储能单元31，用于储存电能；

双向AC/DC模组32，用于在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取交流电，并将获取的交流电并转换为直流电存储在所述储能单元中，同时将所述储能单元中存储的直流电转换为交流电，并将转换的交流电补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。

需要说明的是，若配电变压器的三相用电不平衡，则控制模块启动双向AC/DC模组工作来达到三相用电平衡。双向AC/DC模组从三相用电少的一相或两相抽取能量，经过AC/DC转换将能量存储在储能单元中，同时把储能单元中的能量再经过DC/AC逆变到另一相或是两相负荷用电量大的相线上，供负荷大的一相或两相的负载用电，从而达到三相用电基本平衡的状态。

在另一个优选地实施例中，如图2所示，所述控制模块3具体包括：

储能单元31，用于储存电能；

充电设备33，用于在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取交流电，并将获取的交流电并转换为直流电存储在所述储能单元中；

双向AC/DC模组32，用于将所述储能单元中存储的直流电转换为交流电，并将转换的交流电补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。

需要说明的是，在本实施方式中，设置一个专用的充电设备来给储能单元充电，即在三相用电不平衡时，从三相用电少的一相或两相抽取能量，经过充电设备的AC/DC转换将能量存储在储能单元中，而双向AC/DC模组只需把储能单元中的能量经过DC/AC逆变到另一相或是两相负荷用电量大的相线上，从而方便双向AC/DC模组连续进行三相不平衡调节，同时使用专用的充电设备来充电可以有效减少双向AC/DC的额定功率。

进一步地，所述控制模块还用于在实现三相用电平衡后，若检测到相线用电过载，则向过载相线供电的充电桩发送控制信号，以控制所述充电桩的充电状态。

需要说明的是，控制模块对小区内用电功率进行综合评估，在双向AC/DC模组启用的情况下，还是存在某一相或是两相用电有过载情况，则主动发出相应控制信号给对应挂在过载相线上的充电桩，使充电桩根据控制信号调整充电状态。其中，控制模块可智能判断每个相线所对应的充电桩，例如控制模块向每个充电桩发送控制其通或断的信号，然后检查哪个相线上的电流变化与充电桩的通断一致；或者，在将充电桩固定安装到某一相线时，将充电桩的唯一标识码与其对应的相线记录在控制模块上，以供控制模块直接查询获取。

其中，控制模块获取各充电桩的实时数据信息通过通讯来实现，控制模块与充电桩的通讯方式包括但不限于：光纤网络、485、CAN、GPRS、电力载波通信等。

具体地，所述控制模块具体用于在检测到相线用电过载时，判断所述配电变压器是否满负荷工作，若所述配电变压器未满负荷工作，则向过载相线供电的充电桩发送控制信号，使充电桩限流充电；若所述配电变压器满负荷工作，则向过载相线供电的充电桩发送控制信号，使充电桩停止充电。

需要说明的是，根据配电变压器的负荷状态来调整充电桩的充电状态。若配电变压器还未满负荷工作，由于多个充电桩同时大功率工作导致相线用电过载，控制模块向过载相线对应的充电桩发送控制信号，使对应的充电桩降低输出功率以限流工作，充电桩在限流工作后虽然充电时间延长，但可以保证小区居民用电和电动车充电的同时进行，并保证配电变压器整体不过载。若配电变压器满负荷工作，则切断过载相线对应的充电桩的充电任务，从而保证小区用电的连续性。

进一步地，所述配电变压器还用于给至少一个充电桩三相供电；

所述控制模块还用于实时检测居民用电量，在检测到居民用电量达到所述配电变压器的预设负荷值时，根据所述居民用电量控制充电桩逐步降低充电功率；在检测到居民用电量达到所述配电变压器的满载负荷时，控制充电桩停止充电；在检测到居民用电量降至所述配电变压器的满载负荷以下时，控制充电桩恢复充电并根据所述居民用电量逐步提高充电功率。

需要说明的是，配电变压器适用于单相供电的充电桩，也适用于三相供电的充电桩。其中，对于三相供电的充电桩无需进行三相不平衡的补偿，但仍需根据小区用电量调动用电负荷。对于单相供电或三相供电的充电桩，小区配电变压器本身容量较小，当小区处于用电高峰期时，若小区居民用电量接近配电变压器的满负荷，则控制模块向各个充电桩发送控制信号，控制各个充电桩降低输出功率仍保证继续充电，若小区居民用电量达到配电变压器的满负荷，则控制模块向各个充电桩发送控制信号，控制各个充电桩暂时切断充电任务。在小区用电高峰过后，控制模块自动根据小区配电变压器的用电情况通知各充电桩逐步提高充电功率，即根据当时小区居民用电降低量且根据当前充电桩挂网充电数量来逐步提高充电功率，达到既能使充电桩充电又同时满足小区的基本用电需求。本实施例能够保证小区居民用电高峰期的连续性供电。

进一步地，所述双向AC/DC模组还用于在检测到整体用电量低于第一预设值时，将所述配电变压器输出的交流电转换为直流电存储在所述储能单元；在检测到整体用电量高于第二预设值时，将所述储能单元中存储的直流电转换为交流电，并结合所述配电变压器进行供电。

需要说明的是，控制模块中的储能单元实现小区的削峰填谷的电力应用，在夜间用电低谷时，利用控制模块将电能存储在储能单元中，在白天用电高峰期间，由控制模块把储能单元中的电能逆变出去，配合配电变压器一起向小区居民和充电桩供电，由于储能单元中电能是在用电低谷时存储的，成本低，因此在用电高峰供电时，优先使用储能单元中存储的电能。本实施例能够实现配电变压器在用电高峰期间的扩容。

进一步地，如图3所示，所述控制模块3还包括：

DC/DC变换模组34，用于扩宽所述双向AC/DC模组转换的直流电的电压范围并存储到所述储能单元中。

需要说明的是，DC/DC变换模组连接在双向AC/DC模组和储能单元之间，对双向AC/DC模组转换的直流电进行转换，以便适应更宽电压范围的直流储能单元。其中，储能单元可以是电池组、超级电容或是电解电容等目前已知的储能元器件。

进一步地，所述双向AC/DC模组还用于根据整体用电情况，对用电产生的无功和谐波进行补偿。

需要说明的是，双向AC/DC模组同时具有补偿谐波、无功和三相不平衡功能。双向AC/DC模组根据小区配电使用情况，自动补偿小区用电产生的无功和谐波，具体为：实时测量居民小区负载电流信息，通过算法分析其中的无功大小和谐波次数及大小，然后根据实时测到的无功和谐波，通过控制电力电子电路产生大小相等，方向与负载中的无功和谐波相反方向的无功和谐波，注入到电网中，来抵消小区居民用电负荷或是充电桩产生的无功和谐波。

本实施例能够结合配电变压器的电压电流信息、分布在各单相电上的充电桩的用电信息，判断配电变压器的三相用电不平衡度，综合进行不平衡的补偿，并在小区配电变压器容量有限的情况下，达到有限保证居民用电，其次满足电动车的充电需求，同时满足配电变压器三相功率平衡和不过载使用，保证了用电的安全可靠性。

实施例二

相应地，本发明还提供一种三相不平衡调节方法，能够应用于上述三相不平衡调节系统中，如图4所示，所述方法包括：

S1、配电变压器给居民用电负载和至少一个充电桩供电；

S2、对于单相供电的充电桩，控制模块在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取电能，并补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡；

S3、对于单相供电或三相供电的充电桩，所述控制模块根据居民用电量控制所述充电桩的充电状态。

本实施例能够结合配电变压器的电压电流信息、分布在各单相电上的充电桩的用电信息，判断配电变压器的三相用电不平衡度，综合进行不平衡的补偿，并在小区配电变压器容量有限的情况下，达到有限保证居民用电，其次满足电动车的充电需求，同时满足配电变压器三相功率平衡和不过载使用，保证了用电的安全可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三相不平衡调节系统，其特征在于，包括：

至少一个充电桩，用于给电动车充电；

配电变压器，用于给居民用电负载和至少一个充电桩单相供电；

控制模块，用于在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取电能，并补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。

2.如权利要求1所述的三相不平衡调节系统，其特征在于，所述控制模块具体包括：

储能单元，用于储存电能；

双向AC/DC模组，用于在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取交流电，并将获取的交流电并转换为直流电存储在所述储能单元中，同时将所述储能单元中存储的直流电转换为交流电，并将转换的交流电补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。

3.如权利要求1所述的三相不平衡调节系统，其特征在于，所述控制模块具体包括：

储能单元，用于储存电能；

充电设备，用于在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取交流电，并将获取的交流电并转换为直流电存储在所述储能单元中；

双向AC/DC模组，用于将所述储能单元中存储的直流电转换为交流电，并将转换的交流电补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡。

4.如权利要求1所述的三相不平衡调节系统，其特征在于，所述控制模块还用于在实现三相用电平衡后，若检测到相线用电过载，则向过载相线供电的充电桩发送控制信号，以控制所述充电桩的充电状态。

5.如权利要求4所述的三相不平衡调节系统，其特征在于，所述控制模块具体用于在检测到相线用电过载时，判断所述配电变压器是否满负荷工作，若所述配电变压器未满负荷工作，则向过载相线供电的充电桩发送控制信号，使充电桩限流充电；若所述配电变压器满负荷工作，则向过载相线供电的充电桩发送控制信号，使充电桩停止充电。

6.如权利要求1所述的三相不平衡调节系统，其特征在于，所述配电变压器还用于给至少一个充电桩三相供电；

所述控制模块还用于实时检测居民用电量，在检测到居民用电量达到所述配电变压器的预设负荷值时，根据所述居民用电量控制充电桩逐步降低充电功率；在检测到居民用电量达到所述配电变压器的满载负荷时，控制充电桩停止充电；在检测到居民用电量降至所述配电变压器的满载负荷以下时，控制充电桩恢复充电并根据所述居民用电量逐步提高充电功率。

7.如权利要求2所述的三相不平衡调节系统，其特征在于，所述双向AC/DC模组还用于在检测到整体用电量低于第一预设值时，将所述配电变压器输出的交流电转换为直流电存储在所述储能单元；在检测到整体用电量高于第二预设值时，将所述储能单元中存储的直流电转换为交流电，并结合所述配电变压器进行供电。

8.如权利要求2所述的三相不平衡调节系统，其特征在于，所述控制模块还包括：

DC/DC变换模组，用于扩宽所述双向AC/DC模组转换的直流电的电压范围并存储到所述储能单元中。

9.如权利要求2所述的三相不平衡调节系统，其特征在于，所述双向AC/DC模组还用于根据整体用电情况，对用电产生的无功和谐波进行补偿。

10.一种三相不平衡调节方法，应用于如权利要求1至9任一项所述的三相不平衡调节系统中，其特征在于，所述方法包括：

配电变压器给居民用电负载和至少一个充电桩供电；

对于单相供电的充电桩，控制模块在检测到所述配电变压器的三相用电不平衡时，从用电量小的相线上获取电能，并补偿到用电量大的相线上，实现三相用电平衡；

对于单相供电或三相供电的充电桩，所述控制模块根据居民用电量控制所述充电桩的充电状态。