CN109980661A - 一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，包括有源主控终端、无源换相终端和双模通讯模块，有源主控终端设置在台区变压器低压侧，无源换相终端设置在用户端，有源主控终端和无源换相终端通过双模通讯模块通讯连接；双模通讯模块具体为无线通讯和载波通讯的混合通讯模块。本发明的有源主控终端可以得出最佳有源和无源补偿策略，在保证最佳的补偿效果的前提下，尽量降低有源部分输出或无源部分动作次数。有源部分不仅取代了无源主控单元，同时也协调了有源和无源，不仅安装上更加容易，成本也得到进一步的降低。此外，通过无线和载波通讯，解决了无线通讯因遮挡受限的问题，使得该系统适用的范围更加广泛。
Description
技术领域
本发明涉及低压配电领域，具体涉及一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统。
背景技术
配电网是国民经济和社会发展的重要公共基础设施，随着国家新型城镇化和新农村建设、城乡一体化加快推进，对三相不平衡问题的治理提出了更高的要求。其中，农网配电在该方面的问题尤为突出，用户分散且不均衡，导致部分线路末端低电压，零线电流较大。用户侧电能质量无法得到有效的保证，并且范围在进一步的扩大。因此，对配网不平衡的治理工作显得更加重要。目前，解决低电压配网不平衡问题，通常采用的有源方案和无源方案，具体地，有源方案只针对了配网变压器低压侧集中点进行补偿，从变压器高低压侧监测数据上分析，在一定程度上解决了负荷不平衡的问题和低电压的问题，但对于末端用户而言，效果并非十分明显，且有源运行中自身损耗问题，也给电网系统带来了不小的负担。无源方案可以在末端将大负荷转移到其他轻负荷相上，并且自身功耗也比较低，但使用范围受到通讯方式的限制。因为农网负荷分布较范围广泛、遮挡严重，甚至有可能是在室内，无线通讯受到极大的限制，而有线通讯方案施工难度太大和成本太高一般不会采纳。导致无源换相终端的选点十分有限，当然效果也就不会太理想。总言之，现阶段所采用的有源方案和无源方案一定程度上还不能完全满足用户的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，不仅可以在性能达到最佳效果，成本在一定程度上也会降低，此外也不会受到通讯方式和成本的限制。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，包括有源主控终端、无源换相终端和双模通讯模块，所述有源主控终端设置在台区变压器低压侧，所述无源换相终端设置在用户端，所述有源主控终端和所述无源换相终端通过所述双模通讯模块通讯连接；所述双模通讯模块具体为无线通讯和载波通讯的混合通讯模块；
所述有源主控终端用于，采集台区变压器低压侧的三相电流和三相电压，通过所述双模通讯模块接收来自所述无源换相终端的当前状态数据，对所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压以及所述无源换相终端的当前状态数据进行处理，生成有源补偿指令和无源调度指令，并根据所述有源补偿指令对所述台区变压器低压侧三相进行有源补偿，且将所述无源调度指令通过所述双模通讯模块发送给所述无源换相终端；
所述无源换相终端用于，根据所述无源调度指令对用户负载在三相间进行换相操作。
本发明的有益效果是：本发明一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统包括两部分，一是有源主控终端，二是无源换相终端，两者之间的通讯采用了无线和载波通讯的混合方案。所述有源主控终端可以得出最佳有源和无源补偿策略，在保证最佳的补偿效果的前提下，尽量降低有源部分输出或无源部分动作次数。本发明可以降低有源部分的安装容量，另一方面也延长的无源部分的有效寿命。有源部分不仅取代了无源主控单元，同时也协调了有源和无源，不仅安装上更加容易，成本也得到进一步的降低。此外，通过无线和载波通讯，解决了无线通讯因遮挡受限的问题，使得该系统适用的范围更加广泛。
附图说明
图1为本发明一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统的主电路结构示意图；
图2为本发明一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统的结构框图；
图3为本发明一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统中统一控制模块工作的原理流程图；
图4-1为本发明一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统中双模通讯模块的主机工作流程图；
图4-2为本发明一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统中双模通讯模块的从机工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，包括有源主控终端、无源换相终端和双模通讯模块，所述有源主控终端设置在台区变压器低压侧，所述无源换相终端设置在用户端，所述有源主控终端和所述无源换相终端通过所述双模通讯模块通讯连接；所述双模通讯模块具体为无线通讯和载波通讯(也称PLC通讯)的混合通讯模块；其中，图1中的符号表示所述双模通讯模块中的无线通讯，图1中的电网上的波浪线表示所述双模通讯模块中的载波通讯。
所述有源主控终端用于，采集台区变压器低压侧的三相电流和三相电压，通过所述双模通讯模块接收来自所述无源换相终端的当前状态数据(包括负载电压、负载电流和当前运行相，以及无源换相终端本身的运行状态信息)，对所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压以及所述无源换相终端的当前状态数据进行处理，生成有源补偿指令和无源调度指令，并根据所述有源补偿指令对所述台区变压器低压侧三相进行有源补偿，且将所述无源调度指令通过所述双模通讯模块发送给所述无源换相终端；
所述无源换相终端用于，根据所述无源调度指令对用户负载在三相间进行换相操作。
本发明一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统包括两部分，一是有源主控终端，二是无源换相终端，两者之间的通讯采用了无线和载波通讯的混合方案。所述有源主控终端可以得出最佳有源和无源补偿策略，在保证最佳的补偿效果的前提下，尽量降低有源部分输出或无源部分动作次数。本发明可以降低有源部分的安装容量，另一方面也延长的无源部分的有效寿命。有源部分不仅取代了无源主控单元，同时也协调了有源和无源，不仅安装上更加容易，成本也得到进一步的降低。此外，通过无线和载波通讯，解决了无线通讯因遮挡受限的问题，使得该系统适用的范围更加广泛。
在本具体实施例中：
如图2所示，所述双模通讯模块包括设置在所述有源主控终端上的有源侧双模通讯子模块，以及设置在所述无源换相终端上的且与所述有源侧双模通讯子模块匹配并进行双向通讯的无源侧双模通讯子模块。所述有源主控终端包括采样模块、统一控制模块和有源补偿模块；所述采样模块用于，采集所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压；所述统一控制模块用于，接收所述采用模块采集的所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压，还用于通过所述有源侧双模通讯子模块和所述无源侧双模通讯子模块接收来自所述无源换相终端的当前状态数据，并对所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压以及所述无源换相终端的当前状态数据进行处理，生成有源补偿指令和无源调度指令，并将所述无源调度指令通过所述有源侧双模通讯子模块和所述无源侧双模通讯子模块发送给所述无源换相终端；所述有源补偿模块用于，根据所述有源补偿指令对所述台区变压器低压侧三相进行有源补偿。
在本具体实施例或其他实施例中：
所述有源侧双模通讯子模块包括第一无线发送/接收电路和第一电力载波电路，所述无源侧双模通讯子模块包括第二无线发送/接收电路和第二电力载波电路；所述第一无线发送/接收电路的一个数据发送/接收端与所述统一控制模块上的串口进行通讯连接；所述第二无线发送/接收电路的一个数据发送/接收端与所述无源换相终端上的串口进行通讯连接；所述第一无线发送/接收电路的另一个数据发送/接收端与所述第二无线发送/接收电路的另一个数据发送/接收端之间建立有无线通讯通道；所述第一电力载波电路的一个数据发送/接收端连接在所述统一控制模块的串口上，所述第一电力载波电路的另一个数据发送/接收端连接在所述台区变压器低压侧的工频电网上；所述第二电力载波电路的一个数据发送/接收端连接在所述无源换相终端的串口上，所述第二电力载波电路的另一个数据发送/接收端连接在用户侧的工频电网上。
在本具体实施例或其他实施例中：
所述第一电力载波电路和所述第二电力载波电路均包括加载单元、滤波缓解单元和带宽载波解析单元；所述加载单元用于，将需要发送的通讯数据以高频电压的形式叠加在工频电网上；所述滤波缓解单元用于，对在工频电网上传输的高频电压形式的所述通讯数据通过滤波缓解进行提取；所述带宽载波解析单元用于，基于宽带载波芯片对所述滤波缓解单元提取的高频电压形式的所述通讯数据进行数据解析，还原所述通讯数据；其中，所述通讯数据包括台区变压器低压侧的三相电流和三相电压以及所述无源换相终端的当前状态数据。具体的，PLC通讯方式是利用现有电力线路作为通讯物理通道，将通讯数据以高频电压形式叠加在工频电网上，通过滤波缓解对其进行提取，再用专用宽带载波芯片进行数据解析，还原数据。
在本具体实施例或其他实施例中：
所述有源侧双模通讯子模块和所述无源侧双模通讯子模块采用双模冗余的方法和中继方法进行通讯，使得通讯更加可靠稳定。在无线通讯出现故障或者受到不可抗拒因素导致失效时，自动切换到PLC通讯方式将信号发送出去。同理在在PLC通讯出现故障或者受到不可抗拒因素导致失效时，自动切换到无线通讯方式将信号发送出去。此外，也可以发挥出两种方案布置优势，进一步扩展该系统的应用区域。
在本具体实施例或其他实施例中：
所述有源补偿模块具体为电压型逆变全桥，且所述电压型逆变全桥的直流侧采用电容支撑，稳压的同时，向电网中注入所需的有源补偿电流。
在本具体实施例或其他实施例中：
所述无源换相终端具体为以三相换相开关为拓扑结构的无源换相开关。所述无源换相终端可以将任意一相作为输出相，任何时刻，只会有其中一相的开关导通，另外两相开关断开。具体的切换过程，受到有源主控终端发送的所述无源调度指令的控制。
在本具体实施例或其他实施例中：
所述统一控制模块具体用于，根据所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压提取不平衡数据，并将所述不平衡数据作为所述有源补偿指令；所述有源补偿模块具体用于，根据所述有源补偿指令向所述台区变压器低压侧的电网中注入有源补偿电流；所述统一控制模块还具体用于，分离当前的所述有源补偿电流，并根据分离后的所述有源补偿电流计算三相不平衡度，基于所述三相不平衡度和所述无源换相终端的当前状态数据加载当前无源调度指令以进行迭代模拟切换，得出最佳无源调度指令。
在本发明中具体有：通过采集模块对所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压以及所述无源换相终端的当前状态数据进行采样，通过硬件调理电路送入AD模数转换芯片，并由AD模数转换芯片生成对应的AD数据。统一控制模块将AD数据进行解析的原理如图3所示，首先进入加载AD数据，有源部分直接对三相电流进行提取不平衡数据，作为有源补偿指令。无源调度部分需要将当前的有源补偿电流进行分离后，计算不平衡度，并记录三相中当前最大电流相、最小电流相和平均电流值。接着再加载当前的无源调度指令，迭代模拟切换。具体的，迭代模拟基本原则是最大点流相向最小电流相切换，并且在选择切换相的时候，必须满足切换后，最小点流相与平均电流值最接近。完成一次切换，计算一次不平衡度。如果不平衡度减小，并且调度前的最小电流相在调度后不是最大电流相，则继续调度，直至不满足上述原则，停止调度。最佳调度方案为最后一次符合条件的调度策略。
系统侧的三相不平衡电流，通过离散傅里叶变换(FFT)，提取出三相电流的瞬时有功电流iap、ibp、icp和无功电流iaq、ibq、icq，计算有源补偿指令如下：
其中，α为三相电压空间矢量角，ia *为a相的有源补偿电流，ib *为b相的有源补偿电流，ic *为c相的有源补偿电流，iap为a相的瞬时有功电流，ibp为b相的瞬时有功电流，icp为c相的瞬时有功电流，iaq为a相的无功电流， ibq为b相的无功电流，icq为c相的无功电流；
此外，电流不平衡度的计算公式如下：
其中，φi为电流不平衡度，iavg为三相电流平均值，imax为最大点流相中的电流值。
当前最大电流相是指将所有导通相同相的无源换相终端分为一组，其中电流的无源换相终端所导通的最大电流相作为当前状态下该相的最大电流相。同理，当前最小电流相是指将所有导通相同相的无源换相终端分为一组，其中电流的无源换相终端所导通的最小电流相作为当前状态下该相的最小电流相。无源调度指令是由统一控制模块发出，且控制无源换相终端进行换相的指令；统一控制模块在加载到当前无源调度指令后不直接发送给无源换相终端，而是现在其内部进行迭代模拟切换，以得出最佳无源调度指令，再将最佳的无源调度指令发送给无源换相终端。
在本具体实施例或其他实施例中：
所述有源侧双模通讯子模块和所述无源侧双模通讯子模块采用一主多从的模式进行布局，且所述有源侧双模通讯子模块为主模块，所述无源侧双模通讯子模块为从模块。也就是说，一个所述有源侧双模通讯子模块可以与多个所述无源侧双模通讯子模块之间进行通讯。
每一个无源换相终端所对应的无源侧双模通讯子模块在通讯网络中具有唯一的标识地址，并且满足一主多从的模式。有源侧双模通讯子模块作为主机，主动向各个从机(无源侧双模通讯子模块)发送无源调度指令和要求上传无源换相终端的当前状态数据。所述有源侧双模通讯子模块和所述无源侧双模通讯子模块的具体通讯过程如图4-1和图4-2所示，主机流程中，以主机发送请求开始，选择先配置的通讯方式，可以是无线，也可以是PLC方式，在安装系统时，根据现场情况已经配好。通过该方式将数据发送出去，等待从机应答。接收应答数据方式在两种方式上都可以，超时应答处理机制，通常将数据重发三次，始终无数据应答，做从机通讯故障处理。而从机通讯流程中，开始等待数据接收，接收到数据后，判断是属于本机的数据或者需要中继数据，如果是本机数据直接应答。如果是需要中继的数据，会根据中继配置参数，通过对应的通讯方式，将数据转发出去，并且将接收到的应答数据，通过原通道回复给主机，完成这次数据的中继。如果都不是，直接将接收到的数据丢弃，结束流程。
无源换相终端根据收到的无源调度指令完成换相操作，并实时将该无源换相终端的当前状态数据上报至有源主控终端的统一控制模块。
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)
1.一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：包括有源主控终端、无源换相终端和双模通讯模块，所述有源主控终端设置在台区变压器低压侧，所述无源换相终端设置在用户端，所述有源主控终端和所述无源换相终端通过所述双模通讯模块通讯连接；所述双模通讯模块具体为无线通讯和载波通讯的混合通讯模块；
所述有源主控终端用于，采集台区变压器低压侧的三相电流和三相电压，通过所述双模通讯模块接收来自所述无源换相终端的当前状态数据，对所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压以及所述无源换相终端的当前状态数据进行处理，生成有源补偿指令和无源调度指令，并根据所述有源补偿指令对所述台区变压器低压侧三相进行有源补偿，且将所述无源调度指令通过所述双模通讯模块发送给所述无源换相终端；
所述无源换相终端用于，根据所述无源调度指令对用户负载在三相间进行换相操作。
2.根据权利要求1所述的一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：所述双模通讯模块包括设置在所述有源主控终端上的有源侧双模通讯子模块，以及设置在所述无源换相终端上的且与所述有源侧双模通讯子模块匹配并进行双向通讯的无源侧双模通讯子模块。
3.根据权利要求2所述的一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：所述有源主控终端包括采样模块、统一控制模块和有源补偿模块；
所述采样模块用于，采集所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压；
所述统一控制模块用于，接收所述采用模块采集的所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压，还用于通过所述有源侧双模通讯子模块和所述无源侧双模通讯子模块接收来自所述无源换相终端的当前状态数据，并对所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压以及所述无源换相终端的当前状态数据进行处理，生成有源补偿指令和无源调度指令，并将所述无源调度指令通过所述有源侧双模通讯子模块和所述无源侧双模通讯子模块发送给所述无源换相终端；
所述有源补偿模块用于，根据所述有源补偿指令对所述台区变压器低压侧三相进行有源补偿。
4.根据权利要求3所述的一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：所述有源侧双模通讯子模块包括第一无线发送/接收电路和第一电力载波电路，所述无源侧双模通讯子模块包括第二无线发送/接收电路和第二电力载波电路；
所述第一无线发送/接收电路的一个数据发送/接收端与所述统一控制模块上的串口进行通讯连接；所述第二无线发送/接收电路的一个数据发送/接收端与所述无源换相终端上的串口进行通讯连接；所述第一无线发送/接收电路的另一个数据发送/接收端与所述第二无线发送/接收电路的另一个数据发送/接收端之间建立有无线通讯通道；
所述第一电力载波电路的一个数据发送/接收端连接在所述统一控制模块的串口上，所述第一电力载波电路的另一个数据发送/接收端连接在所述台区变压器低压侧的工频电网上；
所述第二电力载波电路的一个数据发送/接收端连接在所述无源换相终端的串口上，所述第二电力载波电路的另一个数据发送/接收端连接在用户侧的工频电网上。
5.根据权利要求4所述的一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：所述第一电力载波电路和所述第二电力载波电路均包括加载单元、滤波缓解单元和带宽载波解析单元；
所述加载单元用于，将需要发送的通讯数据以高频电压的形式叠加在工频电网上；
所述滤波缓解单元用于，对在工频电网上传输的高频电压形式的所述通讯数据通过滤波缓解进行提取；
所述带宽载波解析单元用于，基于宽带载波芯片对所述滤波缓解单元提取的高频电压形式的所述通讯数据进行数据解析，还原所述通讯数据；
其中，所述通讯数据包括台区变压器低压侧的三相电流和三相电压以及所述无源换相终端的当前状态数据。
6.根据权利要求2至5任一项所述的一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：所述有源侧双模通讯子模块和所述无源侧双模通讯子模块采用双模冗余的方法和中继方法进行通讯。
7.根据权利要求2至5任一项所述的一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：所述有源侧双模通讯子模块和所述无源侧双模通讯子模块采用一主多从的模式进行布局，且所述有源侧双模通讯子模块为主模块，所述无源侧双模通讯子模块为从模块。
8.根据权利要求3至5任一项所述的一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：所述有源补偿模块具体为电压型逆变全桥，且所述电压型逆变全桥的直流侧采用电容支撑。
9.根据权利要求1至5任一项所述的一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：无源换相终端具体为以三相换相开关为拓扑结构的无源换相开关。
10.根据权利要求3至5任一项所述的一种双模通讯的三相综合负荷不平衡自动调节系统，其特征在于：
所述统一控制模块具体用于，根据所述台区变压器低压侧的三相电流和三相电压提取不平衡数据，并将所述不平衡数据作为所述有源补偿指令；
所述有源补偿模块具体用于，根据所述有源补偿指令向所述台区变压器低压侧的电网中注入有源补偿电流；
所述统一控制模块还具体用于，分离当前的所述有源补偿电流，并根据分离后的所述有源补偿电流计算三相不平衡度，基于所述三相不平衡度和所述无源换相终端的当前状态数据加载当前无源调度指令以进行迭代模拟切换，得出最佳无源调度指令。
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