CN111044893B

CN111044893B - 一种换相开关的负荷响应时间测量系统及方法

Info

Publication number: CN111044893B
Application number: CN201911271449.0A
Authority: CN
Inventors: 罗俊元; 周善有; 唐兴强; 石定中; 黄继盛
Original assignee: Lincang Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co Ltd
Current assignee: Lincang Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co Ltd
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: CN111044893A

Abstract

本发明涉及一种换相开关的负荷响应时间测量系统及方法，属于三相负荷不平衡自动调节装置检测技术领域。该系统包括隔离变压器、第一接触器、上位机控制终端和第二接触器；上位机控制终端包括开关控制模块、检测模块、计算分析模块和结果显示模块。本发明只需要采集三相供电电流就可以测算出换相开关对负荷变动的响应时间，测试方法简单，对硬件要求低，所需测试系统结构简单，成本低，易于推广应用。

Description

一种换相开关的负荷响应时间测量系统及方法

技术领域

本发明属于三相负荷不平衡自动调节装置检测技术领域，具体涉及一种换相开关的负荷响应时间测量系统及方法。

背景技术

低压配电网三相负荷不平衡是一个长期存在的目标问题。三相四线制供电模式是低压配电网常用的供电模式，用户多为单相负荷。无论是城市配电网、居民小区的商业负荷，还是农村电网的照明、水泵、电动机等负荷，都呈现出用电量时空分布大的特点。低压配电网三相负荷的不平衡会导致变压器和线路损耗增加，低压配电网末端的"低压电压"、损坏用电设备等问题。因此在三相四线制低压配电网中适当的位置装设三相不平衡治理装置成为满足电网供电质量、降低网损的必要手段。

目前，市场上的三相负荷不平衡自动调节装置个体差别较大，质量不一，由于自动调节装置安装地点分散，多装于农村，后期维护不方便，因此，在自动调节装置投入使用之前，需要对其进行必要的检测，避免不合格的产品投入安装使用，对整个台区的三相不均衡治理非常重要。负荷响应是三相负荷不平衡自动调节装置的关键指标，它衡量了三相负荷不平衡自动调节装置对负荷变动的响应快速性。由于换相开关工作在交流电环境，并且改变负荷需要的时间以及换相开关从发送指令信号到换相开关动作需要的时间都难以确定，负荷变动的起始点和换相开关动作的起始点难以确定，导致换相开关的响应时间测量难度大。此外，常规方法中负荷变动和换相开关动作采用了不同的时间基准，也使得难以准确测算换相开关的响应时间。目前几乎所有的测试平台都没有测试功能或者无法准确测算出其负荷响应时间。因此如何克服现有技术的不足是目前三相负荷不平衡自动调节装置检测技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种换相开关的负荷响应时间测量系统及方法，本发明通过简单快捷的方式测量出负荷开关的动作响应时间，且该方法采用了同一时间基准，可以更加精确的获得负荷响应时间。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种换相开关的负荷响应时间测量系统，包括隔离变压器、第一接触器、上位机控制终端和第二接触器；

隔离变压器的输入端连接于低压380V台变出口，所述隔离变压器的输出端连接三相四线系统；

第一接触器的三个触头的一端分别并联接入三相四线系统的三相线路中，三个触头的另一端分别与换向开关电连接，换向开关的负载端串联负载；

第二接触器有多个，第二接触器的两个触头一端分别接入三相四线系统的三相线路中的一个、N线，两个触头的另一端串联负载，使得三相四线系统的三相线路和N线之间均连接有负载；

上位机控制终端包括开关控制模块、检测模块、计算分析模块、结果显示模块和负载控制模块；

计算分析模块分别与开关控制模块、检测模块、结果显示模块相连；

开关控制模块与第一接触器、第二接触器相连，用于控制第一接触器和第二接触器的开闭；

检测模块与隔离变压器的输出端处三相四线系统相连，用于采集隔离变压器输出端处三相四线系统的三相电流；

计算分析模块用于根据检测模块采集到的三相电流计算换向开关的负荷响应时间；

结果显示模块用于显示计算分析模块的计算结果；

负载控制模块，分别与换向开关的负载端串联的负载、第二接触器串联的负载相连，用于调整这些负载的大小。

进一步，优选的是，隔离变压器的高压侧的接线组别为三角形、且低压侧的接线组别为星型。

进一步，优选的是，所述的负载均为阻性负载。

进一步，优选的是，第一接触器、第二接触器均设有三个。

一种换相开关的负荷响应时间测量方法，采用上述换相开关的负荷响应时间测量系统，包括如下步骤：

步骤(1)，将换向开关和其三相选相控制器安装好，之后，控制第一接触器和第二接触器关闭；

步骤(2)，在每个上位机控制终端的控制周期内，检测并采集三相四线系统A、B、C三相电流i_a、i_b、i_c；分别将i_a、i_b、i_c带入f(t)函数计算其函数值， f(t)函数为

其中，x＝a、b、c，表示A、B、C三相；运用滑动窗口式数据采样方法对电网三相电流进行采样，窗口大小为M；t为当前控制周期时刻；

步骤(3)，取随机时刻改变某一换向开关的负荷，三相选相控制器会控制换相开关动作，使得换相开关从负荷变动相切换到换相开关目标相；

步骤(4)，在每个上位机控制终端的控制周期内，通过f函数值判断三相四线系统三相电流是否发生震荡，若f函数值满足|f_x(t-1)|<F₀且|f_x(t)|≥F₀，其中， F₀为设定的临界值，则表明电网三相电流发生震荡，即换相开关发生动作，否则，换相开关没有发生动作；当f函数值满足|f_x(t-1)|<F₀且|f_x(t)|≥F₀时，记录该时刻t₀，t₀为负荷变动相的电流变动起始时刻，此后，当f函数值再次满足 |f_x(t-1)|<F₀且|f_x(t)|≥F₀时，记录该时刻t₁，t₁为换相开关目标相的电流变动起始时刻；

计算换相开关的负荷响应时间为t’＝t₁-t₀。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1.本发明只需要采集三相供电电流就可以测算出换相开关对负荷变动的响应时间，测试方法简单，对硬件要求低，所需测试系统结构简单，成本低。

2.换相开关的负荷响应时间仅由电网三相电流测算出来，负荷变动时刻与换相开关的响应时刻都是通过电网三相电流计算获得，因此负荷变动时刻与换相开关的响应时刻具有相同时间基准，可避免由于不同时间基准导致的测量误差，因而负荷响应时间的测算更加准确。

附图说明

图1是本发明换相开关的负荷响应时间测量系统的结构示意图；

其中，1、隔离变压器；2、第一接触器；3、上位机控制终端；4、第二接触器；5、换向开关；6、开关控制模块；7、检测模块；8、计算分析模块；9、结果显示模块；10、负载控制模块；

图2是负载变动时电网三相电流波形；

图3是负载变动时f(t)函数波形；

其中，标号m为负荷变动相f函数值，n换相开关目标相f(t)函数值，t₀为负荷变动相的电流变动起始时刻，t₁为换相开关目标相的电流变动起始时刻，t’ 为换相开关的负荷响应时间。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

如图1所示，

一种换相开关的负荷响应时间测量系统，包括隔离变压器1、第一接触器2、上位机控制终端3和第二接触器4；

隔离变压器1的输入端连接于低压380V台变出口，所述隔离变压器1的输出端连接三相四线系统；

第一接触器2的三个触头的一端分别并联接入三相四线系统的三相线路中，三个触头的另一端分别与待检测三相负荷不平衡自动调节装置中的换向开关5 电连接，换向开关5的负载端串联负载；

第二接触器4有多个，第二接触器4的两个触头一端分别接入三相四线系统的三相线路中的一个、N线，两个触头的另一端串联负载，使得三相四线系统的三相线路和N线之间均连接有负载；

上位机控制终端3包括开关控制模块6、检测模块7、计算分析模块8、结果显示模块9和负载控制模块10；

计算分析模块8分别与开关控制模块6、检测模块7、结果显示模块9相连；

开关控制模块6与第一接触器2、第二接触器4相连，用于控制第一接触器 2和第二接触器4的开闭；

检测模块7与隔离变压器1的输出端处三相四线系统相连，用于采集隔离变压器1输出端处三相四线系统的三相电流；

计算分析模块8用于根据检测模块7采集到的三相电流计算换向开关5的负荷响应时间；

结果显示模块9用于显示计算分析模块8的计算结果；

负载控制模块10，分别与换向开关5的负载端串联的负载、第二接触器4 串联的负载相连，用于调整这些负载的大小。

其中，隔离变压器1的高压侧的接线组别为三角形、且低压侧的接线组别为星型。

所述的负载均为阻性负载。

第一接触器2设有三个。

一种换相开关的负荷响应时间测量方法，采用上述换相开关的负荷响应时间测量系统，搭建好测量系统后，改变换相开关的负载，检测电网三相电流，将三相电流值带入f函数，通过f函数获得电流突变时间，计算三相负荷不平衡自动调节装置中换向开关的负荷响应时间；其中，三相负荷不平衡自动调节装置包括3个换向开关及其三相选相控制器；

主要包括如下步骤：

其中，x＝a、b、c，表示A、B、C三相；运用滑动窗口式数据采样方法对电网三相电流进行采样，窗口大小为M，即电网周期(电网周期为0.02秒)内的采样次数，与控制器的采样频率有关；t为当前控制周期时刻；

步骤(4)，在每个上位机控制终端的控制周期内，通过f函数值判断三相四线系统三相电流是否发生震荡，若f函数值满足|f_x(t-1)|＜F₀且|f_x(t)|≥F₀，其中， F₀为设定的临界值，则表明电网三相电流发生震荡，即换相开关发生动作，否则，换相开关没有发生动作；当f函数值满足|f_x(t-1)|＜F₀且|f_x(t)|≥F₀时，记录该时刻t₀，t₀为负荷变动相的电流变动起始时刻，此后，当f函数值再次满足 |f_x(t-1)|＜F₀且|f_x(t)|≥F₀时，记录该时刻t₁，t₁为换相开关目标相的电流变动起始时刻；

计算换相开关的负荷响应时间为t’＝t₁-t₀。

本实施例中三相负荷不平衡自动调节装置即为待测装置，包括三个换相开关及其三相选相控制器。

应用实例

如图1搭建换相开关的负荷响应时间测量系统。隔离变压器的输入端连接于低压380V台变出口，隔离变压器的高压侧的接线组别为三角形、且低压侧的接线组别为星型，隔离变压器的输出端连接三相四线系统；设置三相负载Z1、 Z2、Z3、Z4、Z5和Z6都为纯阻性负载，在本实例中，设置Z1＝6欧，Z2＝3欧， Z3＝2欧，Z4＝2欧，Z5＝3欧，Z6＝6欧，换相开关K1打到C相，K2打到B相， K3打到A相。

在每个上位机控制终端的控制周期内，检测电网三相电流，分别代入f函数计算函数值，当测试系统运行时间大于0.02秒后，通过f函数值判断换相开关是否发生动作。

在某时刻，通过上位机将Z1突然调为4欧，三相选相控制器控制换向开关发生动作，换相开关动作K1打到C相，K2打到A相，K3打到B相，电网A 相电流和B相电流会依次出现两次震荡，通过f函数检测出A相电流开始震荡时刻t₀＝23ms和B相电流开始震荡时刻t₁＝35.5ms，计算t₀时刻与t₁时刻之间的时间差t’＝t₁-t₀，即为换相开关的负荷响应时间t’＝t₁-t₀＝12.5ms。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种换相开关的负荷响应时间测量系统，其特征在于，包括隔离变压器(1)、第一接触器(2)、上位机控制终端(3)和第二接触器(4)；

隔离变压器(1)的输入端连接于低压380V台变出口，所述隔离变压器(1)的输出端连接三相四线系统；

第一接触器(2)的三个触头的一端分别并联接入三相四线系统的三相线路中，三个触头的另一端分别与待检测三相负荷不平衡自动调节装置中的换向开关(5)电连接，换向开关(5)的负载端串联负载；

第二接触器(4)有多个，第二接触器(4)的两个触头一端分别接入三相四线系统的三相线路中的一个、N线，两个触头的另一端串联负载，使得三相四线系统的三相线路和N线之间均连接有负载；

上位机控制终端(3)包括开关控制模块(6)、检测模块(7)、计算分析模块(8)、结果显示模块(9)和负载控制模块(10)；

计算分析模块(8)分别与开关控制模块(6)、检测模块(7)、结果显示模块(9)相连；

开关控制模块(6)与第一接触器(2)、第二接触器(4)相连，用于控制第一接触器(2)和第二接触器(4)的开闭；

检测模块(7)与隔离变压器(1)的输出端处三相四线系统相连，用于采集隔离变压器(1)输出端处三相四线系统的三相电流；

计算分析模块(8)用于根据检测模块(7)采集到的三相电流计算换向开关(5)的负荷响应时间；

结果显示模块(9)用于显示计算分析模块(8)的计算结果；

负载控制模块(10)，分别与换向开关(5)的负载端串联的负载、第二接触器(4)串联的负载相连，用于调整这些负载的大小。

2.根据权利要求1所述的换相开关的负荷响应时间测量系统，其特征在于，隔离变压器(1)的高压侧的接线组别为三角形、且低压侧的接线组别为星型。

3.根据权利要求1所述的换相开关的负荷响应时间测量系统，其特征在于，所述的负载均为阻性负载。

4.根据权利要求1所述的换相开关的负荷响应时间测量系统，其特征在于，第一接触器(2)、第二接触器(4)均设有三个。

5.一种换相开关的负荷响应时间测量方法，采用权利要求1～4任意一项所述的换相开关的负荷响应时间测量系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(2)，在每个上位机控制终端的控制周期内，检测并采集三相四线系统A、B、C三相电流i_a、i_b、i_c；分别将i_a、i_b、i_c带入f函数计算其函数值，f函数为

步骤(3)，取随机时刻改变某一相负载的大小，三相选相控制器会控制换相开关动作，使得换相开关从负荷变动相切换到换相开关目标相；

步骤(4)，在每个上位机控制终端的控制周期内，通过f函数值判断三相四线系统三相电流是否发生震荡，若f函数值满足|f_x(t-1)|<F₀且|f_x(t)|≥F₀，其中，F₀为设定的临界值，则表明电网三相电流发生震荡，即换相开关发生动作，否则，换相开关没有发生动作；当f函数值满足|f_x(t-1)|<F₀且|f_x(t)|≥F₀时，记录该时刻t₀，t₀为负荷变动相的电流变动起始时刻，此后，当f函数值再次满足|f_x(t-1)|<F₀且|f_x(t)|≥F₀时，记录该时刻t₁，t₁为换相开关目标相的电流变动起始时刻；

计算换相开关的负荷响应时间为t’＝t₁-t₀。