CN111404179B - 一种多功能三相不平衡治理装置及方法 - Google Patents

一种多功能三相不平衡治理装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多功能三相不平衡治理装置及方法，该装置包括集中控制器以及若干个换相开关，集中控制器与若干个换相开关之间通过无线通信模块进行通信，集中控制器实时检测台区变压器的三相负荷参数，集中控制器接收来自其所处台区的换相开关所采集的负载参数，并将检测到的三相负荷参数和接收到的负载参数上传至后台服务器，后台服务器连接至人机交互终端。本发明的方法应用于上述的装置。本发明主要利用现有换相开关为平台，结合电力系统运维工作特点、难点开发一套集三相不平衡治理、线损管理、台区故障定位等功能于一体的装置，可以对配电网进行有效监测，从而实现主动运维，提高精益管理水平及供电可靠。

Description

一种多功能三相不平衡治理装置及方法
【技术领域】
本发明涉及智能电网自动化技术领域，具体的，涉及一种多功能三相不平衡治理装置及应用于该装置的治理方法。
【背景技术】
配电网作为电力网的末端，直接和用户连接，敏锐地反映着敏感用户在安全、优质、经济等方面的要求，也直接决定这些用户的电能质量状况。
400V低压供电方式中一般采取三相四线制供电，变压器出口三相负荷理论上应该达到对称，但是在低压配电网中存在大量的单相负荷，由于单相负荷的分布不均和投入的时间不同时性，使得三相负荷不平衡成为低压配电网运行维护中一个比较突出的问题。
在另一方面，配电变压器台区由于电力线路新旧程度不同，尤其在老城区、城乡结合部、农村等地方，低压供电线路普遍存在着线路错综复杂给低压台区线损管理、故障定位等工作带来非常大不便。目前主要采用人工巡查办法，该方法劳动强度大且效率低下，很难从根本上解决问题。
目前，传统解决三相不平衡的方法是人工停电对三相负荷严重的台区进行单相负荷再分配，这种方法使用率最高，但其人力投入大，需切断用户供电，而且难以长期适应负荷的变化规律。但随着技术的进步，近年来新型的自动治理方式逐步得到应用，主要有电力电子型和换向开关型。
然而，电力电子型三相不平衡治理装置是在加装在台区首端，通过输出补偿电流实现配变出口的三相负荷平衡，这种方式只是将三相不平衡指标提升，线路上负荷大小并未改变，不能从根本上解决实际负荷均匀分配的问题；换相开关型治理装置在线路上装设换相开关，从线路上重新分配负荷，使各相负载处在相对平衡的状态，可以从根本上解决实际负荷均匀分配的问题。目前存在问题是是功能太单一，台区日常运维工作中关注的线损管理、故障定位等功能缺乏，产品性价比不高，因而限制了其广泛应用。
【发明内容】
本发明的主要目的是提供一种同时具备三相不平衡治理、线损治理、故障定位等多种功能的多功能三相不平衡治理装置。
本发明的另一目的是提供一种同时具备三相不平衡治理、线损治理、故障定位等多种功能的多功能三相不平衡治理装置的治理方法。
为了实现上述的主要目的，本发明提供的一种多功能三相不平衡治理装置包括集中控制器以及若干个换相开关，所述集中控制器设置在台区变压器首端，所述换相开关设置在供电线路三相负荷分线处，所述集中控制器与若干个所述换相开关之间通过无线通信模块进行通信，所述集中控制器实时检测台区变压器的三相负荷参数，所述集中控制器接收来自其所处台区的换相开关所采集的负载参数，并将检测到的三相负荷参数和接收到的负载参数上传至后台服务器，所述后台服务器连接至人机交互终端。
进一步的方案是，所述集中控制器包括第一中央处理器、第一电流互感器、第一电压互感器、第一无线通讯模块、计量及线损管理模块，所述第一中央处理器的信号输入端分别与所述第一电流互感器、第一电压互感器电连接，所述第一电流互感器、第一电压互感器连接至台区变压器首端的A、B、C相，所述集中控制器通过第一无线通讯模块与所述换相开关之间进行通信，所述计量及线损管理模块基于所述第一中央处理器所接收的数据信息进行处理分析，并且产生台区线损结果。
更进一步的方案是，所述换相开关包括第二中央处理器、换相开关本体、第二电流互感器、第二电压互感器、第二无线通讯模块、保护及计量模块、开关量采集模块，所述第二中央处理器的输出端连接至所述换相开关本体，所述第二中央处理器的信号输入端通过所述保护及计量模块分别与所述第二电流互感器、第二电压互感器电连接，所述第二电流互感器、所述第二电压互感器连接至供电线路三相负荷分线处的A、B、C相，所述换相开关通过第二无线通讯模块与所述集中控制器之间进行通信，所述开关量采集模块的输出端与所述第二中央处理器的信号输入端电连接。
更进一步的方案是，所述集中控制器还包括电源模块、时钟芯片、存储芯片，所述第一中央处理器分别与所述电源模块、时钟芯片、存储芯片电连接。
更进一步的方案是，所述换相开关还包括电源模块、时钟芯片、存储芯片，所述第二中央处理器分别与所述电源模块、时钟芯片、存储芯片电连接。
由此可见，本发明装置集成度高，实用性强，除了传统的换相开关功能外，还具体线损管理、故障监控、定位功能，并且通过集成计量及线损管理模块，能够及时掌握台区线损情况。
另外，该装置还可以实时监测台区各分支负荷，当回路发生故障时可及时发现，通过通讯模块集成的定位功能，运维人员可迅速找到故障点，从而缩短故障排查时间。
所以，本发明主要利用现有换相开关为平台，结合电力系统运维工作特点、难点开发一套集三相不平衡治理、线损管理、台区故障定位等功能于一体的多功能三相不平衡治理装置，对配电网进行有效监测，从而实现主动运维，提高精益管理水平及供电可靠。
为了实现上述的另一目的，本发明还提供的一种多功能三相不平衡治理装置的治理方法，应用于多功能三相不平衡治理装置，该方法包括在台区变压器首端装设有集中控制器，在供电线路三相负荷分线处装设有换相开关，通过集中控制器实时检测台区变压器三相负荷的大小，并计算三相负荷的不平衡度，判断三相负荷的不平衡度是否超过预设值，若判断结果为是，向相应负荷的换相开关发出切换指令；通过集中控制器与其所处台区的各个换相开关进行实时通讯，各个换相开关将采集到的负载信息通过无线通讯网络传输至集中控制器，集中控制器将从各个支路获取的电力参数与自身采集的台区变压器首端的电压、电流、功率、电量等负荷参数进行比较，且通过计量及线损管理模块计算出台区线损，并且判断台区线损是否超标，如是，则发送告警信息至人机交互终端。
进一步的方案是，通过各个换相开关的开关量采集模块实时监测用户进线开关状态，并将状态信息、位置信息传送给集中控制器，集中控制器通过后台服务器传送至人机交互终端。
更进一步的方案是，当三相负荷的不平衡度超过预设值时，则集中控制器根据逼近算法确定一个最优换相点，通过无线通讯信号控制所选换相开关进行换相，使三相负荷的不平衡度保持在设定的范围内。
由此可见，本发明提供的治理方法除了传统的换相开关功能外，还具体线损管理、故障监控、定位功能，并且通过集成计量及线损管理模块，能够及时掌握台区线损情况。
另外，该方法还可以实时监测台区各分支负荷，当回路发生故障时可及时发现，通过通讯模块集成的定位功能，运维人员可迅速找到故障点，从而缩短故障排查时间。
所以，本发明主要利用现有换相开关为平台，结合电力系统运维工作特点、难点开发一套集三相不平衡治理、线损管理、台区故障定位等功能于一体的多功能三相不平衡治理装置，对配电网进行有效监测，从而实现主动运维，提高精益管理水平及供电可靠。
【附图说明】
图1是本发明一种多功能三相不平衡治理装置实施例的原理图。
图2是本发明一种多功能三相不平衡治理装置实施例中集中控制器的原理图。
图3是本发明一种多功能三相不平衡治理装置实施例中换相开关的原理图。
【具体实施方式】
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限用于本发明。
一种多功能三相不平衡治理装置实施例：
参见图1至图3，本发明的多功能三相不平衡治理装置包括集中控制器以及若干个换相开关，集中控制器设置在台区变压器首端，换相开关设置在供电线路三相负荷分线处，集中控制器与若干个换相开关之间通过无线通信模块进行通信，集中控制器实时检测台区变压器的三相负荷参数，集中控制器接收来自其所处台区的换相开关所采集的负载参数，并将检测到的三相负荷参数和接收到的负载参数上传至后台服务器，后台服务器连接至人机交互终端。
在本实施例中，集中控制器包括第一中央处理器、第一电流互感器、第一电压互感器、第一无线通讯模块、计量及线损管理模块，第一中央处理器的信号输入端分别与第一电流互感器、第一电压互感器电连接，第一电流互感器、第一电压互感器连接至台区变压器首端的A、B、C相，集中控制器通过第一无线通讯模块与换相开关之间进行通信，计量及线损管理模块基于第一中央处理器所接收的数据信息进行处理分析，并且产生台区线损结果。其中，本实施例的计量及线损管理模块可以是计量模块和线损管理模块。
具体的，集中控制器通过计量模块测量本条线路的三相电压、电流、功率与电量，测量值送入第一中央处理器，第一中央处理器在进行电力计量的同时，还实时监控功率不平衡度，制定负荷转换策略，操纵换相开关实施相应的负荷转移，操纵开关投切电容器；集中控制器通过测量线路三相负荷的变化监测，并实时计算记录本条线路的线损值与线损率，操纵换相开关在相间调整负荷，使被控电网动态运行于平衡状态，从而在有效控制配变输出侧三相电流不平衡度同时，最大程度降低线路末端的线损。
在本实施例中，换相开关包括第二中央处理器、换相开关本体、第二电流互感器、第二电压互感器、第二无线通讯模块、保护及计量模块、开关量采集模块，第二中央处理器的输出端连接至换相开关本体，第二中央处理器的信号输入端通过保护及计量模块分别与第二电流互感器、第二电压互感器电连接，第二电流互感器、第二电压互感器连接至供电线路三相负荷分线处的A、B、C相，换相开关通过第二无线通讯模块与集中控制器之间进行通信，开关量采集模块的输出端与第二中央处理器的信号输入端电连接。
其中，换相开关本体包括A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关，A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的输入端分别对应连接A、B、C三相，A相复合开关、B相复合开关和C相复合开关的输出端彼此连接后连接负载。
因此，本装置的集中控制器集成计量及线损管理模块，能掌握台区线损情况；本装置的换相开关集成了开关量采集及保护计量模块，可采集支路负荷同时可采集各用户进线开关状态，当开关异常跳闸时可及时发现故障点；每个开关的无线通讯模块都具有定位功能，能将故障点位置信息第一时间传递给相关人员，从而缩短故障处理时间，大大降低了日常运维工作难度，提升精益运维水平，提升工作效率。
作为优选，无线通讯模块为载波通信、无线网络、GPRS、485/232通讯中的一种。
作为优选，本实施例的第一中央处理器、第二中央处理器可以是微控制单元MCU。
作为优选，本实施例的人机交互终端为具有相应的人机交互界面的PC电脑终端或智能手机终端。在人机交互界面上查询所有受控台区的用电信息、电网运行状态信息、智能计量箱的运行信息，并通过人机交互界面远程控制智能换相开关，实现各种既定动作。
在本实施例中，集中控制器还包括电源模块、时钟芯片、存储芯片，第一中央处理器分别与电源模块、时钟芯片、存储芯片电连接。
在本实施例中，换相开关还包括电源模块、时钟芯片、存储芯片，第二中央处理器分别与电源模块、时钟芯片、存储芯片电连接。
由此可见，本发明装置集成度高，实用性强，除了传统的换相开关功能外，还具体线损管理、故障监控、定位功能，并且通过集成计量及线损管理模块，能够及时掌握台区线损情况。
另外，该装置还可以实时监测台区各分支负荷，当回路发生故障时可及时发现，通过通讯模块集成的定位功能，运维人员可迅速找到故障点，从而缩短故障排查时间。
所以，本发明主要利用现有换相开关为平台，结合电力系统运维工作特点、难点开发一套集三相不平衡治理、线损管理、台区故障定位等功能于一体的多功能三相不平衡治理装置，对配电网进行有效监测，从而实现主动运维，提高精益管理水平及供电可靠。
一种多功能三相不平衡治理装置的治理方法实施例：
本实施例的多功能三相不平衡治理装置的治理方法，应用于上述的多功能三相不平衡治理装置，该方法在对配电台区三相不平衡度进行治理时，首先，在台区变压器首端装设有集中控制器，在供电线路三相负荷分线处装设有换相开关，通过集中控制器实时检测台区变压器三相负荷的大小，并计算三相负荷的不平衡度，判断三相负荷的不平衡度是否超过预设值，若判断结果为是，向相应负荷的换相开关发出切换指令。
进一步的，当三相负荷的不平衡度超过预设值时，则集中控制器根据逼近算法确定一个最优换相点，通过无线通讯信号控制所选换相开关进行换相，使三相负荷的不平衡度保持在设定的范围内。
在本实施例中，通过不断检测台区变压器三相负荷的大小，并计算三相负荷的不平衡度，当不平衡度超过某个设定值(通常为15％)时，集中控制器根据逼近算法优化选择出系统中部分开关，并通过无线通讯信号控制所选换相开关切换到合适的相别上，将部分在重负荷相的负荷切换到负荷较轻的相上运行，使三相负荷的不平衡度保持在设定的范围内。
在本实施例中，根据所述三相电流计算三相电流的不平衡度的公式如式(1)：
其中，ε为配电网低压侧三相电流的不平衡度；Imax和Imin分别表示配电网低压侧最大相电流和最小相电流。
例如，当三相负荷的不平衡度超过预设值时，寻找区域中处在电流最大相并且电流最接近ΔI/2的用户，通过集中控制器向相应负荷的换相开关发出切换指令，用于控制换相开关将电流最大相中最接近ΔI/2的支路切换到电流最小相，其中，ΔI＝Imax-Imin。
在本实施例中，通过电流互感器分别实时检测A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC，集中控制器根据所获取的A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC分析获取A、B、C三相的不平衡度。若A、B、C三相负荷的不平衡度未超出预设不平衡度的阈值，则继续实时获取A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC数据信息。
具体的，通过集中控制器采集配变输出的三相电压、三相电流、相位角、功率因数，进行三相电压不平衡度计算和三相电流不平衡度计算；同时，集中控制器通过无线通讯网络接收来自智能换相开关的相关信息，集中控制器根据接收到的数据信息，通过自身系统的运算，得出下一步换相开关的换相方案，并发送指令给对应的智能换相开关，使其做出规定的换相动作；或者集中控制器通过转发来自服务器的控制指令，实现特定智能换相开关的换相动作。
然后，通过集中控制器与其所处台区的各个换相开关进行实时通讯，各个换相开关将采集到的负载信息通过无线通讯网络传输至集中控制器，集中控制器将从各个支路获取的电力参数与自身采集的台区变压器首端的电压、电流、功率、电量等负荷参数进行比较，且通过计量及线损管理模块计算出台区线损，并且判断台区线损是否超标，如是，则发送告警信息至人机交互终端。
进一步的，通过各个换相开关的开关量采集模块实时监测用户进线开关状态，并将状态信息、位置信息传送给集中控制器，集中控制器通过后台服务器传送至人机交互终端。
具体的，集中控制器实时与各个换相开关通讯，读取各支路电压、电流、功率等，将从各支路获取的电参量与自身采集的台区首端负荷数据进行比较，从而掌握整个台区潮流情况，通过线损管理模块计算出台区线损，及时发现漏窃电等问题，为进一步线损治理、节能降耗提供数据支撑。
在正常运行情况下，本装置一直处于监控状态，当发生过流、过压、缺相、不平衡等保护时能及时发现，另外，通过换相开关的开关量采集模块采集实时监测用户进线断路器状态，换相开关将支路报警信息、故障等信息和位置信息传送给集中控制器，集中控制器通过4G网络传送给后台服务器，可通过手机短信等方式通知运维人员及时处理。并且装置还具有掉电记录保存功能，方便相关工作人员监视、检修。
由此可见，本发明提供的治理方法除了传统的换相开关功能外，还具体线损管理、故障监控、定位功能，并且通过集成计量及线损管理模块，能够及时掌握台区线损情况。
另外，该方法还可以实时监测台区各分支负荷，当回路发生故障时可及时发现，通过通讯模块集成的定位功能，运维人员可迅速找到故障点，从而缩短故障排查时间。
所以，本发明主要利用现有换相开关为平台，结合电力系统运维工作特点、难点开发一套集三相不平衡治理、线损管理、台区故障定位等功能于一体的多功能三相不平衡治理装置，对配电网进行有效监测，从而实现主动运维，提高精益管理水平及供电可靠。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多功能三相不平衡治理装置的治理方法，其特征在于，应用于一种多功能三相不平衡治理装置，该装置包括：
集中控制器以及若干个换相开关，所述集中控制器设置在台区变压器首端，所述换相开关设置在供电线路三相负荷分线处，所述集中控制器与若干个所述换相开关之间通过无线通信模块进行通信，所述集中控制器实时检测台区变压器的三相负荷参数，所述集中控制器接收来自其所处台区的换相开关所采集的负载参数，并将检测到的三相负荷参数和接收到的负载参数上传至后台服务器，所述后台服务器连接至人机交互终端；
所述集中控制器包括第一中央处理器、第一电流互感器、第一电压互感器、第一无线通讯模块、计量及线损管理模块，所述第一中央处理器的信号输入端分别与所述第一电流互感器、第一电压互感器电连接，所述第一电流互感器、第一电压互感器连接至台区变压器首端的A、B、C相，所述集中控制器通过第一无线通讯模块与所述换相开关之间进行通信，所述计量及线损管理模块基于所述第一中央处理器所接收的数据信息进行处理分析，并且产生台区线损结果；
所述换相开关包括第二中央处理器、换相开关本体、第二电流互感器、第二电压互感器、第二无线通讯模块、保护及计量模块、开关量采集模块，所述第二中央处理器的输出端连接至所述换相开关本体，所述第二中央处理器的信号输入端通过所述保护及计量模块分别与所述第二电流互感器、第二电压互感器电连接，所述第二电流互感器、所述第二电压互感器连接至供电线路三相负荷分线处的A、B、C相，所述换相开关通过第二无线通讯模块与所述集中控制器之间进行通信，所述开关量采集模块的输出端与所述第二中央处理器的信号输入端电连接；
该方法包括；
在台区变压器首端装设有集中控制器，在供电线路三相负荷分线处装设有换相开关，通过集中控制器实时检测台区变压器三相负荷的大小，并计算三相负荷的不平衡度，判断三相负荷的不平衡度是否超过预设值，若判断结果为是，向相应负荷的换相开关发出切换指令；
通过不断检测台区变压器三相负荷的大小，并计算三相负荷的不平衡度，当三相负荷的不平衡度超过预设值时，则集中控制器根据逼近算法确定一个最优换相点，通过无线通讯信号控制所选换相开关进行换相，使三相负荷的不平衡度保持在设定的范围内；
其中，根据所述三相电流计算三相电流的不平衡度的公式如式(1)：
其中，ε为配电网低压侧三相电流的不平衡度；Imax和Imin分别表示配电网低压侧最大相电流和最小相电流；
当三相负荷的不平衡度超过预设值时，寻找区域中处在电流最大相并且电流最接近ΔI/2的用户，通过集中控制器向相应负荷的换相开关发出切换指令，用于控制换相开关将电流最大相中最接近ΔI/2的支路切换到电流最小相，其中，ΔI＝Imax-Imin；
通过电流互感器分别实时检测A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC，集中控制器根据所获取的A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC分析获取A、B、C三相的不平衡度；若A、B、C三相负荷的不平衡度未超出预设不平衡度的阈值，则继续实时获取A、B、C三相的总负载电流IA、IB和IC数据信息；
通过集中控制器采集配变输出的三相电压、三相电流、相位角、功率因数，进行三相电压不平衡度计算和三相电流不平衡度计算；同时，集中控制器通过无线通讯网络接收来自智能换相开关的信息，集中控制器根据接收到的数据信息，通过自身系统的运算，得出下一步换相开关的换相方案，并发送指令给对应的智能换相开关，使其做出规定的换相动作；或者集中控制器通过转发来自服务器的控制指令，实现特定智能换相开关的换相动作；
通过集中控制器与其所处台区的各个换相开关进行实时通讯，各个换相开关将采集到的负载信息通过无线通讯网络传输至集中控制器，集中控制器将从各个支路获取的电力参数与自身采集的台区变压器首端的电压、电流、功率、电量的负荷参数进行比较，且通过计量及线损管理模块计算出台区线损，并且判断台区线损是否超标，如是，则发送告警信息至人机交互终端。
2.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：
所述集中控制器还包括电源模块、时钟芯片、存储芯片，所述第一中央处理器分别与所述电源模块、时钟芯片、存储芯片电连接。
3.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：
所述换相开关还包括电源模块、时钟芯片、存储芯片，所述第二中央处理器分别与所述电源模块、时钟芯片、存储芯片电连接。
4.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：
通过各个换相开关的开关量采集模块实时监测用户进线开关状态，并将状态信息、位置信息传送给集中控制器，集中控制器通过后台服务器传送至人机交互终端。
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