CN110445155B - 一种智能换相开关、系统、方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种智能换相开关、系统、方法及电子设备，主控开关实时采集变压器出口处A、B、C三相电流值，各换相开关实时采集各自所处相别的电流值；主控开关计算三相电流的不平衡度值，当计算得到的三相电流的不平衡度值超过所设置的阈值时，主控开关采集各个换相开关的电流值，并根据改进差分进化算法进行换相策略寻优；主控开关根据换相寻优策略向各个换相开关发出换相指令；各个换相开关依据主控开关的换相指令，控制双向可控硅与磁保持继电器的开断，实现快速换相；本公开采用改进型差分进化算法，初始值用贪心算法产生，大大减小了换相开关的最优换相调整问题的维数，避免造成“维数灾”，实用性强。

Description

一种智能换相开关、系统、方法及电子设备

技术领域

本公开涉及电力工程技术领域，特别涉及一种智能换相开关、系统、方法及电子设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

电力系统的规模不断扩大，使得对电力系统的设计要求也是越来越高。在低压配电网方面，三相负荷不平衡是影响其电能质量的重要因素。对变压器而言，三相负荷不平衡会造成其运行状态的不平衡，致使变压器的负载以及空载损耗增大，进而使其输出容量难以达到其额定值；对电力设备而言，严重的三相负荷不对称会导致中性点电位偏移，造成线路压降和功率损失加剧，不平衡的电压输入电机设备后，会引起电机输出功率减小，电动机效率降低；三相负荷的不平衡同样也会引起线路损耗的增大，而且电流不平衡度越大线路损耗就越大。低压配电网中三相负荷不平衡问题已成为人们研究的热点。目前一些学者针对这一热点问题进行了一系列的研究，提出了一些解决方案。

有些学者基于补偿的原理，提出应用三相负荷不对称自动调整及无功补偿装置，抵消掉负荷的负序和零序电流，最终变压器只输出正序电流，实现变压器的对称平衡运行。由于实际工程中零序与负序的电流难以检测，且该装置实现复杂，成本较高，不能从根本上解决三相不平衡的问题；有些学者提出根据用户的类型、用户的性质均衡分配负载到A、B、C三相上，以及做到三相负载的三级平衡。这些方法精确度低且不稳定，很难达到整个配电台区的三相平衡度的要求。上述方法都没有从根本上解决三相负荷不平衡的问题。要想使得配电网的三相电流达到最大限度的平衡，目前最有效的方法是三相智能换相开关。它是根据电网中用电负荷的变化情况合理的改变某些单相负荷的相序，实现负荷在给定条件下完成A、B、C三相之间的切换。

在智能换相开关的设计方面，有些学者提出采用模糊C均值聚类算法，法对负荷进行分类，然后根据分类结果分别采用差分进化算法选择最优换相策略。根据换相策略，换相开关控制继电器完成换相动作，对三相负荷平衡度进行调整。软件方面由于模糊C均值聚类算法本身存在对聚类中心比较敏感的缺点，人为设定聚类数目，使得算法容易陷入局部最优；硬件方面，单纯采用继电器完成相序切换，换相时间长，换相过程容易产生火花。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种智能换相开关、系统、方法及电子设备，软件方面采用改进型差分进化算法进行换相策略的寻优，硬件方面采用双向可控硅与磁保持继电器配合实现快速切换。与其他换相开关的设计方法相比，软件方面该算法不仅省去了对负荷分类的时间，并且采用贪心算法产生的解作为差分算法的初始解，避免了“维数灾”，提高了算法的收敛度，进而提高了整个系统的时效性；硬件方面采用三端双向可控硅(TRIAC)与机械开关相配合的方案，断电时间在几个毫秒以内，可以实现快速切换，而且控制电路简单，更加稳定可靠。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供了一种智能换相开关；

一种智能换相开关，包括控制器、电压采样模块、电流采样模块、相序识别模块和主电路模块，所述电压采样模块和电流采样模块用于实时采集换相开关所在相别的电压值和电流值并传输给控制器，所述相序识别模块用于实时判断换相开关所在相别并传输给控制器；

所述主电路模块包括与变压器三相输出端分别连接的三个双向可控硅以及双向可控硅控制电路，所述双向可控硅均并联有磁保持继电器，所述控制器用于存储并输出采集到的换相开关所在相别及所在相别的电压和电流值，并根据接收到的指令直接控制磁保持继电器的通断和利用双向可控硅控制电路控制双向可控硅的通断，通过双向可控硅和磁保持继电器的交替通断实现三相不平衡时的换相。

作为可能的一些实现方式，还包括过零比较电路模块，所述过零比较电路模块的输入端与电流采样模块的电流采样端连接，输出端与控制器连接。

作为可能的一些实现方式，还包括有人机交互模块，所述人机交互模块与主电路模块和电压采样模块和电流采样模块连接。

作为可能的一些实现方式，还包括通信模块，所述换相开关通过通信模块与其他电子设备通信连接。

作为进一步的限定，所述其他电子设备为计算机、后台服务器或者移动智能终端。

第二方面，本公开提供了一种智能换相开关系统；

一种智能换相开关系统，包括主控开关和多个换相开关，所述换相开关利用本公开所述的智能换相开关；所述主控开关用于实时采集变压器出口处A、B、C三相电流值并计算三相电流的不平衡度值，多个换相开关实时采集各自所处相别的电流值，当主控开关计算得到的三相电流的不平衡度值超过所预设阈值时，主控开关采集各个换相开关的电流值，并根据采集到的电流值向各个换相开关发出换相指令，各个换相开关根据换相指令控制双向可控硅与磁保持继电器的开断，实现快速换相。

作为可能的一些实现方式，还包括终端处理器，所述终端处理器分别与主控开关和各个换相开关通信连接，用于实时接收主控开关的控制指令、三相电流值、各换相开关的相别及电压和电流值、各换相开关的换相动作情况等换相信息，通过终端处理器能够实现主控开关和各个换相开关的远程控制。

第三方面，本公开提供了一种智能换相方法；

一种智能换相方法，利用本公开所述的智能换相开关系统，步骤如下：

(1)主控开关实时采集变压器出口处A、B、C三相电流值，各换相开关实时采集各自所处相别的电流值；

(2)主控开关计算三相电流的不平衡度值，当计算得到的三相电流的不平衡度值超过所设置的阈值时，主控开关采集各个换相开关的电流值，并根据改进差分进化算法进行换相策略寻优；

(3)主控开关根据换相寻优策略向各个换相开关发出换相指令；

(4)各个换相开关依据主控开关的换相指令，控制双向可控硅与磁保持继电器的开断，实现快速换相。

作为可能的一些实现方式，所述步骤(1)中，各换相开关实时识别各自所处的相别并传输给主控开关。

作为可能的一些实现方式，所述步骤(2)中，三相电流的不平衡度的计算方式为：

δ_I＝(I_max-I_min)/I_av×100％

I_av＝(I_A+I_B+I_C)/3

其中，I_A、I_B、I_C分别是A、B、C三相电流的值，I_max、I_min、I_av分别是三相电流的最大值、最小值与平均值。

作为可能的一些实现方式，所述步骤(2)中，将计算得到的三相电流的不平衡度值与所设置的平衡度阈值进行比较，超过阈值时，不平衡度超限次数加一，超限次数达到次数阈值时，主控开关采集各个换相开关的电流值，并根据改进差分进化算法进行换相策略寻优；

作为可能的一些实现方式，所述步骤(2)中，改进差分进化算法包括负荷换相的模型构建、模型初始化、变异、交叉和选择过程。

作为进一步的限定，以三相电流不平衡度最小与换相次数最少为目标函数进行负荷换相的模型构建；

进一步的，所述三相电流不平衡度的优先级高于换相次数的优先级，在三相电流不平衡度和换相次数无法达到最优时，优先保证三相电流不平衡度最小。

作为进一步的限定，利用贪婪算法对建立的负荷换相模型进行模型初始化。

作为可能的一些实现方式，所述步骤(4)中，双向可控硅与磁保持继电器开断控制具体为：导通时，先导通双向可控硅，再导通磁保持继电器，延迟一段时间接着关断通双向可控硅；关断时，先导通通双向可控硅接着关断磁保持继电器再关断双向可控硅。

第四方面，本公开提供了一种电子设备，包括本公开所述的智能换相开关。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)本公开在软件方面采用改进型差分进化算法，初始值用贪心算法产生，大大减小了换相开关的最优换相调整问题的维数，避免造成“维数灾”，实用性强。

(2)本公开在硬件方面经过双向可控硅与磁保持继电器配合，断电时间在几个毫秒以内，可以实现快速切换，既克服了单使用机械开关产生的断电时间长以及在分与合时易产生电火花的问题，又减少了单使用双向可控硅时产生的导通损耗，且控制电路简单可靠。

(3)本公开总体上原理简单、清楚，易于工程实现。

附图说明

图1为本公开实施例1所述的智能换相开关的整体结构示意图图。

图2为本公开实施例1所述的智能换相开关的整体硬件电路图。

图3为本公开实施例1所述的智能换相开关的双向可控硅控制电路图。

图4为本公开实施例1所述的智能换相开关的相别识别电路图。

图5为本公开实施例2所述的智能换相系统的结构示意图。

图6为本公开实施例3所述的智能换相方法流程图。

图7为本公开实施例3所述的智能换相方法的改进差分进化算法仿真波形图。

图8为本公开实施例3所述的实际换相切换时的波形图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：

如图1-4所示，本公开实施例1提供了一种智能换相开关，包括微控制器MCU、电压采样模块、电流采样模块、相序识别模块和主电路模块，所述电压采样模块和电流采样模块用于实时采集换相开关所在相别的电压值和电流值并传输给控制器，所述相序识别模块用于实时判断换相开关所在相别并传输给控制器；

所述主电路模块包括与变压器三相输出端分别连接的三个双向可控硅以及双向可控硅控制电路，所述双向可控硅均并联有磁保持继电器，所述控制器用于存储并输出采集到的换相开关所在相别及所在相别的电压和电流值，并根据接收到的指令直接控制磁保持继电器的通断和利用双向可控硅控制电路控制双向可控硅的通断，通过双向可控硅和磁保持继电器的交替通断实现三相不平衡时的换相。

还包括过零比较电路模块，所述过零比较电路模块的输入端与电流采样模块的电流采样端连接，输出端与控制器连接。

还包括有人机交互模块，所述人机交互模块与主电路模块和电压采样模块和电流采样模块连接。

还包括通信模块，所述其他电子设备为计算机、后台服务器或者移动智能终端。

下面对主电路模块、双向可控硅控制电路和相序判别电路作详细分析：

(1)主电路模块

如图2所示，所述主电路模块采用双向可控硅作为固态开关，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且具有反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等优点。利用它可实现快速切换的目的，切换过程的断电时间可以达到几个毫秒之内，满足日常用户供电要求。采用磁保持继电器作为机械开关，与固态开关进行配合使用：导通时，先导通固态开关，再导通机械开关延迟一段时间接着关断固态开关；关断时，先导通固态开关接着关断机械开关再关断固态开关。经过以上配合，既克服了单使用机械开关产生的断电时间长以及在分合时易产生电火花的问题，实现快速切换的目的，又减少了单使用双向可控硅时产生的导通损耗，其中双向可控硅通过双向可控硅控制电路进行控制。

(2)双向可控硅控制电路(以A相为例)

双向可控硅的控制电路如图3所示，双向可控硅的一个优点是，控制电路简单，双向可控硅采用过零触发方式。图中U1为光电耦合双向可控硅驱动器，属于光电耦合器的一种，用来驱动双向可控硅并且起到隔离的作用，R1为触发限流电阻。电容C1与电阻R6配合防止过高的dI/dt导致双向可控硅误导通，提高抗干扰能力。PF1-PF3是微控制器三个管脚，分别控制每一相的双向可控硅，Q1与Q2两个三极管相互配合起到硬件互锁的作用。正常情况下只有PF1为低电平，PF2、PF3为高电平时才能使A相导通，其他相关断。为了防止PF2或PF3由于外界干扰而变成低电平使得A相与其他相同时导通发生相间短路故障，需要加入Q1与Q2组成的互锁电路。当PF2或PF3至少有一个低电平时，Q1才会饱和导通，进而将Q2的基极电平拉高，Q2不能导通，从而防止短路的发生。B相与C相控制电路设计与之类似，这里不再赘述。

(3)相序判别电路

相序判别电路如图4所示，该电路主要由三极管和发光二级管组成，PoA、PoB和PoC作为输出信号连接微控制器的三个管脚，PiA、PiB和PiC作为输入信号是从各自的相序BCR控制电路取出的信号，如图3中A相BCR控制电路中的PiA。

图4左侧U2-4为光电耦合器，目的是从主电路上取每一相的电压信号，当某一相存在电压信号时，光电耦合器输出高电平信号，将此信号与PiA-PiC一起作为与门的输入，当输入的两个信号同时为高电平时，与门输出为高电平信号，即可判断主电路与控制电路配合得当，可防止控制电路或主电路的失灵而引起相序判别失误，当某一相导通时与门输出一个高电平信号，引起该相的相别判别电路中的三极管导通，发光二极管发光，同时输出给微控制器一个高电平信号，微控制器记录好已导通的相别，并传递给主控开关，为后面的换相操作提供依据。

实施例2：

如图5所示，本公开实施例2提供了一种智能换相开关系统，包括主控开关和多个换相开关，所述换相开关利用本公开所述的智能换相开关；所述主控开关用于实时采集变压器出口处A、B、C三相电流值并计算三相电流的不平衡度值，多个换相开关实时采集各自所处相别的电流值，当主控开关计算得到的三相电流的不平衡度值超过所预设阈值时，主控开关采集各个换相开关的电流值，并根据采集到的电流值向各个换相开关发出换相指令，各个换相开关根据换相指令控制双向可控硅与磁保持继电器的开断，实现快速换相。

还包括终端处理器，所述终端处理器分别与主控开关和各个换相开关通信连接，用于实时接收主控开关的控制指令、三相电流值、各换相开关的相别及电压和电流值、各换相开关的换相动作情况等换相信息，通过终端处理器能够实现主控开关和各个换相开关的远程控制。

实施例3：

如图6-8所示，本公开实施例3提供了一种智能换相方法，利用实施例2所述的智能换相系统，步骤如下：

(1)主控开关向各个换相开关发出指令以及接受它们的反馈信息，各个换相开关接收主控开关的指令，并向主控开关反馈电流大小及其所处的相别信息；

(2)主控开关实时采集变压器出口处A、B、C三相电流值，各换相开关实时采集自己所处相别的电流值；

(3)主控开关计算三相电流的不平衡度值；

(4)将步骤(3)得到的三相电流的不平衡度值与所设置的平衡度阈值进行比较，超过阈值时，执行步骤(5)，否则返回执行步骤(2)；

(5)不平衡度超限次数加一，超限次数达到次数阈值时，执行步骤(6)，否则执行步骤(2)；

(6)主控开关收集各个换相开关的电流值，按照改进差分进化算法进行换相策略寻优；

(7)主控开关按照换相寻优策略向各个换相开关发出换相指令；

(8)各个换相开关依据主控开关的换相指令，控制双向可控硅与磁保持继电器开断，实现快速切换，换相结束。

整体换相流程图如图6所示，其中，步骤(6)中，基于改进型差分进化算法进行换相策略寻优的原理为：

差分进化算法(Differential Evolution，以下简称DE)于1997年由Rainer Storn和Kenneth Price在遗传算法等进化思想的基础上提出的，本质是一种多目标(连续变量)优化算法(MOEAs)，用于求解多维空间中整体最优解。DE通过随机产生初始种群，以种群中每个个体的适应度值为选择标准，主要包括变异、交叉和选择三个步骤。

本实施例改进算法的思想是采用贪心算法调整初始数据的产生方法，使得初始数据最大可能的向最优值靠近，同时对问题进行将维处理，进而让算法的收敛速度进一步加快，从而提高算法的可靠性。算法步骤如下：

(1)负荷换相的数学模型

(i＝1,2,3,…,Np)表示为第i个换相开关检测到的电流的大小；IAX表示所有换相开关所监测到的电流所组成的1×Np维向量，PX_i表示第i个换相开关所在的相别，若在A相则为[1 0 0]，在B相则为[0 1 0]，C相则为[0 0 1]；PX为所有换相开关所在相别所组成的Np×3维矩阵。设换相寻优的目标函数为三相电流不平衡度UN％与换相次数HN最小，则数学模型为：

其中三相不平衡度UN％可由公式(2)得出，换相次数HN可由计算所得的PX与计算之前的PX⁽⁰⁾进行比较得出。

(2)初始化

在应用差分进化算法之前，我们需要提供一个初始值，传统的DE的初始化是随机产生Mp个解(即个体)，然而在本实施例所讨论的问题中每一个解都是Np×3维的，如果按照传统DE则需要随机产生Mp×Np×3的解空间，显然加大了算法的计算量与计算时间，在这采用贪心算法得到DE的初始值，虽然每代种群只产生1个个体，但是每个个体包含Np×3维的基因，根据基因的多样性，仅仅对个体的基因进行变异与交叉操作，仍然可以保留DE算法的优越性，而且可以减少每次迭代的解的维数与计算量。

贪心算法(又称贪婪算法)是指，在对问题求解时总是做出在当前看来是最好的选择，也就是说不从整体上考虑，它所做出的是在某种意义上的局部最优解。

其中采用贪心算法产生初始值的具体操作过程如下：

a)将向量IAX中的每个元素按照值得大小进行降序排序。

b)把排序后的第一个元素分到A相，第二个元素分到B相，第三个元素分到C相，…，第3i+1个元素分到A相，第3i+2个元素分到B相，第3i+3个元素分到C相，重复分配直到分配完毕，进而得到一个新的PX。经过以上两个步骤之后，三相电流的不平衡度UN％达到尽可能的最优值。

c)将所得到的PX与算法之前的PX⁽⁰⁾进行比较，按照换相次数HN最少的原则对以上步骤得到的PX在三个相序间进行切换。在此只是将A、B、C的编号改变，而不改变其电流值的大小，从而得到最终的PX作为DE的初始值，该值可以使得三相不平衡度UN％与换相次数HN尽可能的达到最优值。

在此处运用贪心算法产生的近似最优解作为DE的初始值，大大提高了DE的收敛速度，使得整个系统的计算时间得到很好的优化，同时该算法易于实际工程应用。

(3)变异操作

DE通过随机选取初始种群中的两个不同的个体，将其向量差缩放后与待变异个体进行向量合成，变异操作按照公式如下进行：

其中

表示第g代种群中的第di个“个体”，F为缩放因子，为了避免出现早熟现象，增加具有自适应变异的算子，具体F可由以下公式产生：

其中，F₀为变异算子一般在[0，2]之间选择，通常取0.5；G_m是最大进化代数；G表示当前进化代数。

在此对变异操作进行改进，

表示第di代种群中的个体第di个“基因”。得到的解XG_next_1(Np×3维矩阵)为[0，1]的随机数，需要对其每一行进行二值化处理来满足数学模型中的限定条件。基本思想是寻找每一行中最大的数，将其置为1，若最大的数有重复则随机选择其中一个置1，该行的其余数置为0。

(4)交叉操作

为了增加新种群的多样性，引入了交叉操作，根据新生成的个体

按照交叉策略使新旧个体互相交换部分代码，从而形成新的个体，交叉操作按照如下公式进行：

其中，CR∈[0，1]为交叉概率，j_rand为[1,2,…,D]的随机数。

是第g代种群通过变异产生的中间体

在此对交叉操作进行改进，

是第g代种群通过变异产生的中间体的基因，将得到的结果按照以上变异操作提到的二值化处理思想对其进行处理，进而完成交叉操作。

(5)选择操作

为了决定

是否可以成为第g+1代种群中的个体，将

与

按照适应度值进行比较，选择其中的最优值，选择操作具体按照以下公式来选择进入下一代种群的个体：

不过由于目标函数要求UN％与HN都要达到最优值，在某些特殊情况下，必须要分清他们之间的优先级：此处UN％的优先级要高于HN的优先级。在某些情况下可以为了让UN％达到指定条件以下而使得HN较高，而不能为了HN达到最优却让UN％达不到要求。这一点是现有技术中经常忽略掉的，现有技术中大多采用UN％与HN之和最小(即min{UN％+HN})作为最优值，这样可能会使三相不平衡度很难达到要求。

利用MATLAB对改进型差分进化算法进行仿真验证：

某台区设有一套智能换相开关，包括1个主控开关，16个分换相开关，各分换相开关都检测其所在相别的单相电流。某一时刻各分换相开关检测到的电流数据如表1所示，表中提供的数据有分换相开关的编号及其所检测的电流的大小、功率因数(PF)以及所在的相别。

表1台区换相开关检测的电流数据：

本发明采用MATLAB根据以上数据按照前面提到的改进型差分进化算法步骤：建立数学模型、初始化、变异、交叉和选择，对改进型差分进化算法进行仿真验证，其中对变异和交叉步骤中提到的二值化处理步骤作详细介绍，结合变异步骤具体处理过程如下：

1)求取XG_next_1每一行的最大值rowmax及其所在列的标号order；

2)将每一行的第order列的数值置为1，其余为0，得到新的矩阵equ_mat；

3)对equ_mat矩阵的每个元素对应的行向左求和，得到矩阵equ_sum，其每一行的最后1列的数值代表该行最大的值的个数，目的是得到生成随机数的范围；

4)生成随机矩阵jud_mat＝rand(Np,1)，rand表示随机生成[0,1]的随机数，目的是解决某一行中最大值不止一个的情形，随机选取1个；

5)将jud_mat的每个元素与equ_sum每一行的最后一列元素相乘所得再转化成矩阵形式，之后再与equ_sum的每个元素比较即可求得每一行中最大值所在的列max_col；

最后将XG_next_1每一行的第max_col列所在的值置为1，其余值置为0，即可最终完成变异操作的二值化处理。交叉操作的二值化处理与之类似。

图7是改进型差分进化算法的优化过程中目标函数值(UN％与HN)的变化曲线，其中横坐标是进化代数，纵坐标是目标函数值，由图中可以看出随着进化代数的增加，目标函数值逐渐减少，直到达到最小值为止(进化10000代以内)。同时可以看出该算法大大减小了换相开关的最优换相调整问题的维数，避免造成“维数灾”，实用性强，便于在工程上应用，同时又提高了算法的收敛速度，系统的时效性与可靠性得到很大的提高。

本实施例搭建实际电路对硬件环节进行测试：

按照实施例1和实施例2所提到的硬件设计环节，搭建好硬件电路，以A相与B相之间的切换为例编写换相开关MCU的控制逻辑，初始化A相导通，B相截止。延时1s后先触发导通A相可控硅，后关断A相继电器，再打开过零检测信号接通通道，检测到负载电流自然过零后，随即MCU延时5ms，然后封锁A相可控硅的触发脉冲，接着延时7ms触发B相可控硅(即在A相可控硅在第10ms电流过零自关断后再延时2ms，防止可控硅的反向阻断恢复过程)，再使B相继电器导通，延时10ms后封锁B相可控硅的触发脉冲，即可完成A相到B相的切换。理论上切换的断电时间为2ms，实际的切换波形如图8所示，图中深蓝色曲线为从电流互感器取出的负载电流信号并将其转化成电压信号后的波形，考虑到实际操作的误差，断电时间为2.222ms。验证了该硬件电路方案的可行性。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能换相方法，其特征在于，步骤如下：

(1)主控开关实时采集变压器出口处A、B、C三相电流值，各换相开关实时采集各自所处相别的电流值；

(2)主控开关计算三相电流的不平衡度值，当计算得到的三相电流的不平衡度值超过所设置的阈值时，主控开关采集各个换相开关的电流值，并根据改进差分进化算法进行换相策略寻优；

(3)主控开关根据换相寻优策略向各个换相开关发出换相指令；

(4)各个换相开关依据主控开关的换相指令，控制双向可控硅与磁保持继电器的开断，实现快速换相；

所述步骤(2)中，改进差分进化算法包括负荷换相的模型构建、模型初始化、变异、交叉和选择过程；

以三相电流不平衡度最小与换相次数最少为目标函数进行负荷换相的模型构建；

所述三相电流不平衡度的优先级高于换相次数的优先级，在三相电流不平衡度和换相次数无法达到最优时，优先保证三相电流不平衡度最小；

利用贪婪算法对建立的负荷换相模型进行模型初始化，具体操作过程如下：

a)将向量IAX中的每个元素按照值得大小进行降序排序；

b)把排序后的第一个元素分到A相，第二个元素分到B相，第三个元素分到C相，…，第3i+1个元素分到A相，第3i+2个元素分到B相，第3i+3个元素分到C相，重复分配直到分配完毕，进而得到一个新的PX；经过以上两个步骤之后，三相电流的不平衡度UN％达到尽可能的最优值；

c)将所得到的PX与算法之前的PX⁽⁰⁾进行比较，按照换相次数HN最少的原则对以上步骤得到的PX在三个相序间进行切换；将A、B、C的编号改变，而不改变其电流值的大小，从而得到最终的PX作为DE的初始值，使得三相不平衡度UN％与换相次数HN尽可能的达到最优值；

其中，(i＝1,2,3,…,Np)表示为第i个换相开关检测到的电流的大小；IAX表示所有换相开关所监测到的电流所组成的1×Np维向量；PX_i表示第i个换相开关所在的相别，若在A相则为[1 0 0]，在B相则为[0 1 0]，C相则为[0 0 1]；PX为所有换相开关所在相别所组成的Np×3维矩阵；

设换相寻优的目标函数为三相电流不平衡度UN％与换相次数HN最小，则数学模型为：

其中，换相次数HN可由计算所得的PX与计算之前的PX⁽⁰⁾进行比较得出；

所述步骤(2)中，三相电流的不平衡度的计算方式为：

δ_I＝(I_max-I_min)/I_av×100％

I_av＝(I_A+I_B+I_C)/3

其中，I_A、I_B、I_C分别是A、B、C三相电流的值，I_max、I_min、I_av分别是三相电流的最大值、最小值与平均值；

所述步骤(2)中，将计算得到的三相电流的不平衡度值与所设置的平衡度阈值进行比较，超过阈值时，不平衡度超限次数加一，超限次数达到次数阈值时，主控开关采集各个换相开关的电流值，并根据改进差分进化算法进行换相策略寻优。

2.如权利要求1所述的智能换相方法，其特征在于，采用了一种智能换相开关；

所述智能换相开关包括控制器、电压采样模块、电流采样模块、相序识别模块和主电路模块，所述电压采样模块和电流采样模块用于实时采集换相开关所在相别的电压值和电流值并实时传输给控制器，所述相序识别模块用于实时判断换相开关所在相别并传输给控制器；

所述主电路模块包括与变压器三相输出端分别连接的三个双向可控硅以及双向可控硅控制电路，所述双向可控硅均并联有磁保持继电器，所述控制器用于存储并输出采集到的换相开关所在相别及所在相别的电压和电流值，并根据接收到的指令直接控制磁保持继电器的通断和利用双向可控硅控制电路控制双向可控硅的通断，通过双向可控硅和磁保持继电器的交替通断实现三相不平衡时的换相；

所述主电路模块将所述双向可控硅作为固态开关，将所述磁保持继电器作为机械开关，所述机械开关与所述固态开关配合使用，导通时，先导通固态开关，再导通机械开关延迟一段时间接着关断固态开关，关断时，先导通固态开关接着关断机械开关再关断固态开关；

所述相序识别模块通过光电耦合器进行主电路模块信号的输入与输出，并判断主电路模块和控制器之间的配合关系。

3.如权利要求2所述的智能换相方法，其特征在于，主控开关和多个所述智能换相开关构成智能换相系统；所述主控开关用于实时采集变压器出口处A、B、C三相电流值并计算三相电流的不平衡度值；多个换相开关实时采集各自所处相别的电流值，当主控开关计算得到的三相电流的不平衡度值超过所预设阈值时，主控开关采集各个换相开关的电流值，并根据采集到的电流值向各个换相开关发出换相指令，各个换相开关根据换相指令控制双向可控硅与磁保持继电器的开断，实现快速换相。

4.如权利要求1所述的智能换相方法，其特征在于，所述步骤(1)中，各换相开关还实时识别各自所处的相别并传输给主控开关。

5.如权利要求1所述的智能换相方法，其特征在于，所述步骤(4)中，双向可控硅与磁保持继电器开断控制具体为：导通时，先导通双向可控硅，再导通磁保持继电器，延迟一段时间接着关断双向可控硅；关断时，先导通双向可控硅接着关断磁保持继电器再关断双向可控硅。

6.一种电子设备，其特征在于，包括采用了权利要求1中所述的智能换相方法的智能换相开关。

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