CN109088420A - 一种低压电网三相负荷不平衡调控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压电网三相负荷不平衡调控系统。低压电网三相负荷不平衡调控系统为分级调控系统，其包括负荷侧调控系统、配变侧调控系统及通讯监控系统；调控系统在接收到三相电流信息，通过智能算法计算最优调整策略后，先通过负荷侧调控系统实现初调，然后通过配变侧调控系统改变电容补偿量以及电容补偿方式实现精细调整。通过自动检测、运算、自动实时切换及功率补偿等方式调整三相不平衡的分级调控系统，有效解决电网中因三相负载不平衡造成的电流和电压不平衡问题，避免人工调整负荷等人工作业带来的工作量及安全事故的发生，实现电网的平衡、稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，涉及一种低压电网三相负荷不平衡调控系统。
背景技术
我国城乡电网主要采用三相四线制配电方式。随着经济的发展, 电力系统内出现了大量的不平衡工业负荷, 如工业交流电弧炉、电力机车等。低压配电网中由于单相负荷的用电不同时性与用电量增长不可控，容易导致配电台区出现三相负荷不平衡现象。根据电力配变监测管理系统的统计数据显示，并经抽样测量校核，60%以上的配电变压器三相不平衡度在50%以上，不平衡现象非常严重，远不能满足《架空配电线路及设备运行规程》的要求，给供电企业和用电客户都带来了很大的影响。这些不平衡负荷不仅增加了线路损耗，而且增加了配电变压器的铜耗、铁损，减少其运行出力，降低运行效率，影响变压器的安全运行，降低供电质量, 给电网及用电设备带来了一定程度的危害。
目前，大部分地区主要采取以下四种方式解决三相不平衡问题：一是将不对称负荷分散接在不同的供电点，以减少集中连接造成不平衡度严重超标的问题。二是使用交叉换相等办法使不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化。三是加大负荷接入点的短路容量，如改变网络或提高供电电压级别提高系统承受不平衡负荷的能力。四是装设平衡装置。在国外主要采用静止无功发生器(SVG)也被称为静止同步补偿器(STATCOM)来治理三相负荷不平衡。但均不能彻底解决三相不平衡问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低压电网三相负荷不平衡调控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：一种低压电网三相负荷不平衡调控系统，低压电网三相负荷不平衡调控系统为分级调控系统，其包括负荷侧调控系统、配变侧调控系统及通讯监控系统；
所述的负荷侧调控系统由换相模块、分析控制模块、信号检测模块及通讯模块构成，信号检测模块安装在负荷侧电网的三相导线上，信号检测模块的二次侧与分析控制模块的输入侧相连接，分析控制模块的通讯回路与通讯模块连接，通讯模块通过无线或有线的方式与通讯监控系统建立连接，分析控制模块的输出侧与换相模块的控制回路相连接，换相模块主回路的输入侧与配电线路的A、B、C三相导线连接，换相模块主回路的输出侧通过导线与单相用电设备的电源回路连接；
所述的换相模块主回路的输入侧设有三个静触头和一个动触头，动触头连接到输出侧，作为L线连接到负荷的电源相线接线端子上，与N相线共同为单相负荷供电，三个静触头分别与配电线路的A、B、C三相导线连接，动触头可根据调相需要在三个静触头之间进行切换，实现单相负荷的L线在A、B、C三相导线之间进行切换；
所述的配变侧调控系统由开关动作模块、电抗器及电容器组、核心控制器、通讯模块及温度监控模块构成，开关动作模块通过导线及断路器并联于配变侧电网的三相导线上，开关动作模块的输出端通过导线与电抗器及电容器组相连接，核心控制器通过导线与开关动作模块的二次控制回路连接，电容器组中设置了多组补偿等级，其投切控制由核心控制器实现，核心控制器与通讯模块连接, 通讯模块通过无线或有线的方式与通讯监控系统建立连接，温度监控模块安装于配变侧调控系统机箱内，用于监测装置内部的温度，控制散热装置的运行；
所述的通讯监控系统由无线或有线通讯模块及监控系统构成，主要负责负荷侧调控系统与配变侧调控系统之间的联络通讯及整个系统运行状况的监控。
作为本发明进一步的方案：所述的配变侧调控系统的核心控制器内设有采样分析模块，采样分析模块主要收集配电变压器出口侧电流、电压信号，并将收集的信号通过通讯模块发送到通讯监控系统。
作为本发明进一步的方案：所述的负荷侧调控系统信号检测模块实时检测负荷侧电网的电流值，并将检测到的电流值传输到分析控制模块，分析控制模块再将信号发送到通讯模块，通讯模块再将信号发送到通讯监控系统，通讯监控系统调根据接收到的配变侧及负荷侧信号，对三相不平衡度进行分析，并采取相应的控制策略。
作为本发明进一步的方案：三相负荷不平衡控制方法为：
采用三相电流不平衡度作为控制的判据，在保证电压合格的范围内，实现三相不平衡负荷动态补偿；
所述的低压电网三相负荷不平衡分级调控系统设置两级的电流不平衡度阈值δL和δH，当负荷侧调控系统将检测到的数据传输到通讯监控系统时，通讯监控系统先计算三相电流不平衡度δ，判断δ是否超过三相不平衡度设定值；
当δ＞δH时，则通讯监控系统调用智能算法计算当前负荷情况下的最优换相策略，并发送换相指令到不同的负荷侧调控系统，切换其供电相序，实施换相策略；
当实施完负荷侧调控系统换相操作后，通讯监控系统再次计算三相电流不平衡度δ，判断δ是否超过三相不平衡度设定值，如δ＜δL，则不需调整。如δH＞δ＞δL时，则启动配变侧调控系统的补偿策略，直至三相不平衡度小于设定值；
当δH＞δ＞δL时，配变侧调控系统通过内部投切策略控制算法自动改变补偿模式，动态调整系统的有功负荷分布，同时补偿无功负荷，直至三相不平衡度小于设定值。
所述的三相电流不平衡度的计算公式为:
；
式中:Iav 为三相电流平均值，从而实现三相负荷不平衡度的调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种低压电网三相负荷不平衡分级调控系统 ，分级调控系统由负荷侧调控系统及配变侧调控系统构成。调控系统在接收到三相电流信息，通过智能算法计算最优调整策略后，先通过负荷侧调控系统实现初调，然后通过配变侧调控系统改变电容补偿量以及电容补偿方式实现精细调整。通过自动检测、运算、自动实时切换及功率补偿等方式调整三相不平衡的分级调控系统，有效解决电网中因三相负载不平衡造成的电流和电压不平衡问题，避免人工调整负荷等人工作业带来的工作量及安全事故的发生，实现电网的平衡、稳定运行。
附图说明
图1为本发明低压电网三相负荷不平衡分级调控系统的工作原理系统图。
图2为本发明低压电网三相负荷不平衡分级调控系统的工作原理框图。
图3为本发明控制策略的工作流程图。
图中： 1. 负荷侧调控系统，2. 动触头，3. 静触头，4. 负荷侧电网，5. N线，6. L线，7. 采样分析模块，8. 配变侧电网，9. 配电变压器，10. 断路器，11. 开关动作模块，12. 配变侧调控系统，13. 电抗器及电容器组,14. 单相用电设备，15.信号检测模块，16.核心控制器，17. 配变侧调控系统通讯模块，18.通讯监控系统，19. 负荷侧调控系统通讯模块，20.分析控制模块，21.换相模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述。
如图1-2所示，本发明低压电网三相负荷不平衡分级调控系统, 该系统由负荷侧调控系统、配变侧调控系统及通讯监控系统等部分组成。负荷侧调控系统安装在低压配电网的终端位置,靠近用电设备侧。配变侧调控系统安装在低压配电网的配电变压器侧。其中,负荷侧调控系统由换相模块、分析控制模块、信号检测模块及通讯模块构成。换相模块可采用磁保持继电器作为动作执行机构，磁保持继电器设有三个静触头和一个动触头，动触头连接到输出侧，作为L线连接到负荷的电源相线接线端子上，与N相线共同为单相负荷供电。三个静触头分别与配电线路的A、B、C三相导线连接，动触头可根据调相需要在三个静触头之间进行切换，实现单相负荷的L线在A、B、C三相导线之间进行切换。信号检测模块可采用电流互感器采集三相电流，其二次侧与分析控制模块的输入侧相连接，将收集的实时电流信号发送给分析控制模块。分析控制模块的输出侧与换相模块的控制回路相连接，分析控制模块的通讯回路与通讯模块连接，通讯模块可采用GPRS与通讯监控系统连接，接收通讯监控系统发来的指令，并将指令传输到分析控制模块，分析控制模块根据收到的信号对换相模块进行控制，实现换相操作。
配变侧调控系统安装在配电变压器的出口侧，由开关动作模块、电抗器及电容器组、核心控制器、通讯模块及温度监控模块等部分构成。开关动作模块可采用IGBT，通过导线及断路器并联于配变侧电网的三相导线上，IGBT的输出端通过导线与电抗器及电容器组相连接，核心控制器通过导线与IGBT的二次控制回路连接，核心控制器内含采样分析模块、投切策略控制算法；电容器组中设置了多组补偿等级，其投切控制由核心控制器实现。温度监控模块安装于配变侧调控系统机箱内，用于监测装置内部的温度，控制散热装置的运行。配变侧调控系统的采样分析模块主要收集配电变压器出口侧电流、电压信号，并将收集的信号通过GPRS发送到通讯监控系统。通讯监控系统调用智能算法，根据接收到的配变侧及负荷侧信号，对三相不平衡度进行分析计算，并采取相应的控制策略。如需对配变侧调控系统进行调整，通讯监控系统发送调整指令到配变侧调控系统的核心控制器，核心控制器根据指令要求控制IGBT，IGBT动作启动电抗器及电容器组，实施补偿调整策略。
如图3所示三相负荷不平衡控制方法:
低压电网三相负荷不平衡分级调控系统两级的电流不平衡度阈值δL和δH可分别设定为5%和25%。当负荷侧调控系统将检测到的数据传输到通讯监控系统时，通讯监控系统先计算三相电流不平衡度δ，判断δ是否超过三相不平衡度设定值。
当δ＞25%时，则通讯监控系统调用智能算法计算当前负荷情况下的最优换相策略，并发送换相指令到不同的负荷侧调控系统，切换其供电相序，实施换相策略。
当实施完负荷侧调控系统换相操作后，通讯监控系统再次计算三相电流不平衡度δ，判断δ是否超过三相不平衡度设定值。如δ＜5%，则不需调整。如25%＞δ＞5%时，则启动配变侧调控系统的补偿策略，直至三相不平衡度小于设定值。
当25%＞δ＞5%时，配变侧调控系统通过内部投切策略控制算法自动改变补偿模式，动态调整系统的有功负荷分布，同时补偿无功负荷。直至三相不平衡度小于设定值。
当δ＜5%，则不需调整。
从而实现三相负荷不平衡度的调整。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种低压电网三相负荷不平衡调控系统，其特征在于：低压电网三相负荷不平衡调控系统为分级调控系统，其包括负荷侧调控系统、配变侧调控系统及通讯监控系统；
所述的负荷侧调控系统由换相模块、分析控制模块、信号检测模块及通讯模块构成，信号检测模块安装在负荷侧电网的三相导线上，信号检测模块的二次侧与分析控制模块的输入侧相连接，分析控制模块的通讯回路与通讯模块连接，通讯模块通过无线或有线的方式与通讯监控系统建立连接，分析控制模块的输出侧与换相模块的控制回路相连接，换相模块主回路的输入侧与配电线路的A、B、C三相导线连接，换相模块主回路的输出侧通过导线与单相用电设备的电源回路连接；
所述的换相模块主回路的输入侧设有三个静触头和一个动触头，动触头连接到输出侧，作为L线连接到负荷的电源相线接线端子上，与N相线共同为单相负荷供电，三个静触头分别与配电线路的A、B、C三相导线连接，动触头可根据调相需要在三个静触头之间进行切换，实现单相负荷的L线在A、B、C三相导线之间进行切换；
所述的配变侧调控系统由开关动作模块、电抗器及电容器组、核心控制器、通讯模块及温度监控模块构成，开关动作模块通过导线及断路器并联于配变侧电网的三相导线上，开关动作模块的输出端通过导线与电抗器及电容器组相连接，核心控制器通过导线与开关动作模块的二次控制回路连接，电容器组中设置了多组补偿等级，其投切控制由核心控制器实现，核心控制器与通讯模块连接, 通讯模块通过无线或有线的方式与通讯监控系统建立连接，温度监控模块安装于配变侧调控系统机箱内，用于监测装置内部的温度，控制散热装置的运行；
所述的通讯监控系统由无线或有线通讯模块及监控系统构成，主要负责负荷侧调控系统与配变侧调控系统之间的联络通讯及整个系统运行状况的监控。
2.如权利要求1所述的一种低压电网三相负荷不平衡调控系统，其特征在于：所述的配变侧调控系统的核心控制器内设有采样分析模块，采样分析模块主要收集配电变压器出口侧电流、电压信号，并将收集的信号通过通讯模块发送到通讯监控系统。
3.如权利要求1所述的一种低压电网三相负荷不平衡调控系统，其特征在于：所述的负荷侧调控系统信号检测模块实时检测负荷侧电网的电流值，并将检测到的电流值传输到分析控制模块，分析控制模块再将信号发送到通讯模块，通讯模块再将信号发送到通讯监控系统，通讯监控系统调根据接收到的配变侧及负荷侧信号，对三相不平衡度进行分析，并采取相应的控制策略。
4.如权利要求3所述的一种低压电网三相负荷不平衡调控系统，其特征在于：三相负荷不平衡控制方法为：
采用三相电流不平衡度作为控制的判据，在保证电压合格的范围内，实现三相不平衡负荷动态补偿；
所述的低压电网三相负荷不平衡分级调控系统设置两级的电流不平衡度阈值δL和δH，当负荷侧调控系统将检测到的数据传输到通讯监控系统时，通讯监控系统先计算三相电流不平衡度δ，判断δ是否超过三相不平衡度设定值；
当δ＞δH时，则通讯监控系统调用智能算法计算当前负荷情况下的最优换相策略，并发送换相指令到不同的负荷侧调控系统，切换其供电相序，实施换相策略；
当实施完负荷侧调控系统换相操作后，通讯监控系统再次计算三相电流不平衡度δ，判断δ是否超过三相不平衡度设定值，如δ＜δL，则不需调整;
如δH＞δ＞δL时，则启动配变侧调控系统的补偿策略，直至三相不平衡度小于设定值；
当δH＞δ＞δL时，配变侧调控系统通过内部投切策略控制算法自动改变补偿模式，动态调整系统的有功负荷分布，同时补偿无功负荷，直至三相不平衡度小于设定值。
5.如权利要求4所述的一种低压电网三相负荷不平衡调控系统，其特征在于：所述的三相电流不平衡度的计算公式为:
；
式中:Iav 为三相电流平均值，从而实现三相负荷不平衡度的调整。
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