CN112039095A - 一种三相不平衡治理系统及方法 - Google Patents

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CN112039095A CN202010867352.2A CN202010867352A CN112039095A CN 112039095 A CN112039095 A CN 112039095A CN 202010867352 A CN202010867352 A CN 202010867352A CN 112039095 A CN112039095 A CN 112039095A
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Abstract

本发明涉及一种三相不平衡治理系统及方法，数据采集处理模块用于采集三相线路上的第一三相电力数据并对三相线路上的第一三相电力数据进行处理，得到第一平衡电力数据和过零点时刻；无源治理模块用于根据第一平衡电力数据和过零点时刻控制负载侧的换相开关从高负载相无缝切换至低负载相；数据采集处理模块用于采集三相线路上的第二三相电力数据并对三相线路上的第二三相电力数据进行处理，得到第二平衡电力数据；有源治理模块用于根据第二平衡电力数据控制无功补偿装置对对应相进行无功补偿。本发明采用无源和有源相结合的方法对三相不平衡进行治理，使得治理后的电网处理三相平衡状态。

Description

一种三相不平衡治理系统及方法
技术领域
本发明涉及三相不平衡治理领域，具体涉及一种三相不平衡治理系统及方法。
背景技术
三相不平衡是指在电力系统中三相电流(或电压)幅值不一致，且幅值差超过规定范围。电力系统三相不平衡是由于三相负载不平衡以及系统元件三相参数不对称所致。电力系统三相电压平衡的状况是电能质量的主要指标之一。三相不平衡将导致旋转电机附加发热和振动,变压器漏磁增加和局部过热,电网线损增大以及多种保护和自动装置误动等等。所以对电网的三相不平衡治理闲的尤为重要。现有技术中采用有源或无源的方式进行治理，其治理效果不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种三相不平衡治理系统及方法，采用有源和无源相结合的方式对三相不平衡进行治理，可以提高治理效果，保证电网处于三相平衡状态。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种三相不平衡治理系统，包括数据采集处理模块、无源治理模块和有源治理模块，
所述数据采集处理模块，其用于采集三相线路上的第一三相电力数据，并对三相线路上的第一三相电力数据进行处理，得到第一平衡电力数据和过零点时刻；
所述无源治理模块，其用于根据所述第一平衡电力数据和过零点时刻控制负载侧的换相开关从高负载相无缝切换至低负载相，完成三相不平衡无源治理；
所述数据采集处理模块，还用于在完成三相不平衡无源治理后采集三相线路上的第二三相电力数据，并对三相线路上的第二三相电力数据进行处理，得到第二平衡电力数据；
所述有源治理模块，其用于根据所述第二平衡电力数据控制无功补偿装置对对应相进行无功补偿，完成三相不平衡有源治理。
本发明的有益效果是：本发明一种三相不平衡治理系统采用无源和有源相结合的方法对三相不平衡进行治理，通过无源治理模块对三相不平衡进行粗略治理，通过有源治理模块对三相不平衡进行精确治理，使得治理后的电网处理三相平衡状态。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述第一三相电力数据包括第一三相电流数据和第一三相电压数据，所述第一平衡电力数据具体为第一平衡电流数据；所述第二三相电力数据包括第二三相电流数据和第二三相电压数据，所述第二平衡电力数据具体为无功补偿数据。
进一步，所述数据采集处理模块包括霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、第一微处理器和第二微处理器；所述霍尔电流互感器设有三个，三个所述霍尔电流互感器分别对应电连接在三相线路的三相上；所述霍尔电压传感器设有三个，三个所述霍尔电压传感器分别对应电连接在三相线路的三相与零线之间；三个所述霍尔电流互感器和三个所述霍尔电压互感器均与所述第一微处理器电连接；三个所述霍尔电流互感器和三个所述霍尔电压互感器还均与所述第二微处理器电连接。
进一步，所述第一微处理器，其用于对三相线路上的第一三相电流数据进行平均计算，得到所述第一平衡电流数据，还用于对三相线路上的第一三相电压数据进行过零点分析，得到所述过零点数据；
所述第二微处理器，其用于对三相线路上的第二三相电流数据和第二三相电压数据进行综合分析，得到所述无功补偿数据。
进一步，所述无源治理模块，其具体用于根据所述第一平衡电流数据将换相开关在所述过零点时刻从高负载相无缝切换至低负载相。
进一步，所述换相开关包括所述无源治理模块包括第一控制器、三相换相开关和无缝变换器，所述三相换相开关包括A相切换开关KA、B相切换开关KB和C相切换开关KC，所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB和所述C相切换开关KC的一端分别对应连接在三相线路的三相上，所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB和所述C相切换开关KC的另一端连接在一起并与负载电连接；所述无缝变换器包括A相开关Ka、B相开关Kb、C相开关Kc、A相电容Ca、B相电容Cb、C相电容Cc、电感L、第一控制开关K1和第二控制开关K2；所述A相电容Ca的一端连接在三相线路的A相上，所述A相电容Ca的另一端接地，所述B相电容Cb的一端连接在三相线路的B相上，所述B相电容Cb的另一端接地，所述C相电容Cc的一端连接在三相线路的C相上，所述C相电容Cc的另一端接地；所述A相开关Ka、所述B相开关Kb和所述C相开关Kc的一端分别对应连接在三相线路的三相上，所述A相开关Ka、所述B相开关Kb和所述C相开关Kc的另一端电连接在所述电感L的一端上，所述电感L的另一端通过所述第一控制开关K1接地，所述电感L的另一端还通过所述第二控制开关K2连接在所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB和所述C相切换开关KC的公共端上；所述第一控制器的输入端与所述第一微处理器电连接，所述第一控制器的输出端分别与所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB、所述C相切换开关KC、所述A相开关Ka、所述B相开关Kb、所述C相开关Kc、所述第一控制开关K1和所述第二控制开关K2电连接。
采用上述进一步方案的有益效果为：在本发明的换相开关，当电网三相平衡时，A相切换开关KA、B相切换开关KB和C相切换开关KC中一个开关是闭合的，其他两个开关是断开的，第一控制器控制无缝变换器闭锁不工作，无缝变换器内的各开关处于断开状态；当电网三相不平衡时需要将高负载相切换至低负载相，以A相切换至B相为例，第一控制器在电压过零时刻(A相电压过零时刻)控制A相切换开关KA断开；第一控制器还控制第二控制开关K2闭合，同时还控制A相开关Ka、B相开关Kb和C相开关Kc闭合(A相开关Ka、B相开关Kb和C相开关Kc闭合均为半导体开关IGBT)，使得A相开关Ka、B相开关Kb和C相开关Kc的公共连接点的电压平缓上升直至等于B相电压，此时第一控制器控制B相切换开关KB闭合，然后控制第二控制开关S2断开，最后控制A相开关Ka、B相开关Kb和C相开关Kc断开，完成整个平滑不断电换相操作。
进一步，所述有源治理模块包括第二控制器和所述无功补偿装置；所述第二控制器的输入端与所述第二微处理器电连接，所述第二控制器的输出端与所述无功补偿装置电连接。
进一步，所述无功补偿装置包括晶闸管投切电容器、晶闸管控制电抗器、固定电容器、断路器投切电容器、断路器投切电抗器、第一变压器和第二变压器；
所述晶闸管投切电容器、所述晶闸管控制电抗器和所述固定电容器的输出端共连并通过所述第一变压器电连接在三相线路的三相上，所述断路器投切电容器和所述断路器投切电抗器的输出端共连并通过所述第二变压器电连接在三相线路的三相上；所述第二控制器分别与所述所述晶闸管投切电容器和所述晶闸管控制电抗器中的晶闸管电连接，所述第二控制器还分别与所述断路器投切电容器和所述断路器投切电抗器中的断路器电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：当电网所需无功供应较少时，可只控制晶闸管投切电容器、晶闸管控制电抗器和固定电容器对电网进行无功补偿，改善电网的电压分布；当电网中大功率非线性负荷不断增加，导致对电网的无功冲击不断上升时，则还可通过控制断路器投切电容器、断路器投切电抗器对电网电压进行调节，增大对电网电压的调节范围，以进一步改善电网电压分布，从而提高电网电压的稳定性。
基于上述一种三相不平衡治理系统，本发明还提供一种三相不平衡治理方法。
一种三相不平衡治理方法，利用上述所述的三相不平衡治理系统进行治理包括以下步骤，
采集三相线路上的第一三相电力数据，并对三相线路上的第一三相电力数据进行处理，得到第一平衡电力数据和过零点时刻；
根据所述第一平衡电力数据和过零点时刻控制负载侧的换相开关从高负载相无缝切换至低负载相，完成三相不平衡无源治理；
在完成三相不平衡无源治理后采集三相线路上的第二三相电力数据，并对三相线路上的第二三相电力数据进行处理，得到第二平衡电力数据；
根据所述第二平衡电力数据控制无功补偿装置对对应相进行无功补偿，完成三相不平衡有源治理。
本发明的有益效果是：本发明一种三相不平衡治理方法采用无源和有源相结合的方法对三相不平衡进行治理，通过无源治理对三相不平衡进行粗略治理，通过有源治理对三相不平衡进行精确治理，使得治理后的电网处理三相平衡状态。
附图说明
图1为本发明一种三相不平衡治理系统的结构框图；
图2为本发明一种三相不平衡治理系统中无源治理模块的结构示意图；
图3为本发明一种三相不平衡治理系统中有源治理模块的结构示意图；
图4为本发明一种三相不平衡治理方法的流程图。
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，一种三相不平衡治理系统，包括数据采集处理模块、无源治理模块和有源治理模块，
所述数据采集处理模块，其用于采集三相线路上的第一三相电力数据，并对三相线路上的第一三相电力数据进行处理，得到第一平衡电力数据和过零点时刻；
所述无源治理模块，其用于根据所述第一平衡电力数据和过零点时刻控制负载侧的换相开关从高负载相无缝切换至低负载相，完成三相不平衡无源治理；
所述数据采集处理模块，还用于在完成三相不平衡无源治理后采集三相线路上的第二三相电力数据，并对三相线路上的第二三相电力数据进行处理，得到第二平衡电力数据；
所述有源治理模块，其用于根据所述第二平衡电力数据控制无功补偿装置对对应相进行无功补偿，完成三相不平衡有源治理。
本发明一种三相不平衡治理系统采用无源和有源相结合的方法对三相不平衡进行治理，通过无源治理模块对三相不平衡进行粗略治理，通过有源治理模块对三相不平衡进行精确治理，使得治理后的电网处理三相平衡状态。
在本具体实施例中：
优选的，所述第一三相电力数据包括第一三相电流数据和第一三相电压数据，所述第一平衡电力数据具体为第一平衡电流数据；所述第二三相电力数据包括第二三相电流数据和第二三相电压数据，所述第二平衡电力数据具体为无功补偿数据。
优选的，所述数据采集处理模块包括霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、第一微处理器和第二微处理器；所述霍尔电流互感器设有三个，三个所述霍尔电流互感器分别对应电连接在三相线路的三相上；所述霍尔电压传感器设有三个，三个所述霍尔电压传感器分别对应电连接在三相线路的三相与零线之间；三个所述霍尔电流互感器和三个所述霍尔电压互感器均与所述第一微处理器电连接；三个所述霍尔电流互感器和三个所述霍尔电压互感器还均与所述第二微处理器电连接。
优选的，所述第一微处理器，其用于对三相线路上的第一三相电流数据进行平均计算，得到所述第一平衡电流数据，还用于对三相线路上的第一三相电压数据进行过零点分析，得到所述过零点数据；
所述第二微处理器，其用于对三相线路上的第二三相电流数据和第二三相电压数据进行综合分析，得到所述无功补偿数据。
优选的，所述无源治理模块，其具体用于根据所述第一平衡电流数据将换相开关在所述过零点时刻从高负载相无缝切换至低负载相。
优选的，如图2所示，所述换相开关包括所述无源治理模块包括第一控制器、三相换相开关和无缝变换器，所述三相换相开关包括A相切换开关KA、B相切换开关KB和C相切换开关KC，所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB和所述C相切换开关KC的一端分别对应连接在三相线路的三相上，所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB和所述C相切换开关KC的另一端连接在一起并与负载电连接；所述无缝变换器包括A相开关Ka、B相开关Kb、C相开关Kc、A相电容Ca、B相电容Cb、C相电容Cc、电感L、第一控制开关K1和第二控制开关K2；所述A相电容Ca的一端连接在三相线路的A相上，所述A相电容Ca的另一端接地，所述B相电容Cb的一端连接在三相线路的B相上，所述B相电容Cb的另一端接地，所述C相电容Cc的一端连接在三相线路的C相上，所述C相电容Cc的另一端接地；所述A相开关Ka、所述B相开关Kb和所述C相开关Kc的一端分别对应连接在三相线路的三相上，所述A相开关Ka、所述B相开关Kb和所述C相开关Kc的另一端电连接在所述电感L的一端上，所述电感L的另一端通过所述第一控制开关K1接地，所述电感L的另一端还通过所述第二控制开关K2连接在所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB和所述C相切换开关KC的公共端上；所述第一控制器的输入端与所述第一微处理器电连接，所述第一控制器的输出端分别与所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB、所述C相切换开关KC、所述A相开关Ka、所述B相开关Kb、所述C相开关Kc、所述第一控制开关K1和所述第二控制开关K2电连接。
在本发明的换相开关，当电网三相平衡时，A相切换开关KA、B相切换开关KB和C相切换开关KC中一个开关是闭合的，其他两个开关是断开的，第一控制器控制无缝变换器闭锁不工作，无缝变换器内的各开关处于断开状态；当电网三相不平衡时需要将高负载相切换至低负载相，以A相切换至B相为例，第一控制器在电压过零时刻(A相电压过零时刻)控制A相切换开关KA断开；第一控制器还控制第二控制开关K2闭合，同时还控制A相开关Ka、B相开关Kb和C相开关Kc闭合(A相开关Ka、B相开关Kb和C相开关Kc闭合均为半导体开关IGBT)，使得A相开关Ka、B相开关Kb和C相开关Kc的公共连接点的电压平缓上升直至等于B相电压，此时第一控制器控制B相切换开关KB闭合，然后控制第二控制开关S2断开，最后控制A相开关Ka、B相开关Kb和C相开关Kc断开，完成整个平滑不断电换相操作。
优选的，所述有源治理模块包括第二控制器和所述无功补偿装置；所述第二控制器的输入端与所述第二微处理器电连接，所述第二控制器的输出端与所述无功补偿装置电连接。
优选的，如图3所示，所述无功补偿装置包括晶闸管投切电容器、晶闸管控制电抗器、固定电容器、断路器投切电容器、断路器投切电抗器、第一变压器和第二变压器；所述晶闸管投切电容器、所述晶闸管控制电抗器和所述固定电容器的输出端共连并通过所述第一变压器电连接在三相线路的三相上，所述断路器投切电容器和所述断路器投切电抗器的输出端共连并通过所述第二变压器电连接在三相线路的三相上；所述第二控制器分别与所述所述晶闸管投切电容器和所述晶闸管控制电抗器中的晶闸管电连接，所述第二控制器还分别与所述断路器投切电容器和所述断路器投切电抗器中的断路器电连接。
当电网所需无功供应较少时，可只控制晶闸管投切电容器、晶闸管控制电抗器和固定电容器对电网进行无功补偿，改善电网的电压分布；当电网中大功率非线性负荷不断增加，导致对电网的无功冲击不断上升时，则还可通过控制断路器投切电容器、断路器投切电抗器对电网电压进行调节，增大对电网电压的调节范围，以进一步改善电网电压分布，从而提高电网电压的稳定性。
基于上述一种三相不平衡治理系统，本发明还提供一种三相不平衡治理方法。
如图4所示，一种三相不平衡治理方法，利用上述所述的三相不平衡治理系统进行治理包括以下步骤，
采集三相线路上的第一三相电力数据，并对三相线路上的第一三相电力数据进行处理，得到第一平衡电力数据和过零点时刻；
根据所述第一平衡电力数据和过零点时刻控制负载侧的换相开关从高负载相无缝切换至低负载相，完成三相不平衡无源治理；
在完成三相不平衡无源治理后采集三相线路上的第二三相电力数据，并对三相线路上的第二三相电力数据进行处理，得到第二平衡电力数据；
根据所述第二平衡电力数据控制无功补偿装置对对应相进行无功补偿，完成三相不平衡有源治理。
本发明一种三相不平衡治理方法采用无源和有源相结合的方法对三相不平衡进行治理，通过无源治理对三相不平衡进行粗略治理，通过有源治理对三相不平衡进行精确治理，使得治理后的电网处理三相平衡状态。
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 (9)

1.一种三相不平衡治理系统，其特征在于：包括数据采集处理模块、无源治理模块和有源治理模块，
所述数据采集处理模块，其用于采集三相线路上的第一三相电力数据，并对三相线路上的第一三相电力数据进行处理，得到第一平衡电力数据和过零点时刻；
所述无源治理模块，其用于根据所述第一平衡电力数据和过零点时刻控制负载侧的换相开关从高负载相无缝切换至低负载相，完成三相不平衡无源治理；
所述数据采集处理模块，还用于在完成三相不平衡无源治理后采集三相线路上的第二三相电力数据，并对三相线路上的第二三相电力数据进行处理，得到第二平衡电力数据；
所述有源治理模块，其用于根据所述第二平衡电力数据控制无功补偿装置对对应相进行无功补偿，完成三相不平衡有源治理。
2.根据权利要求1所述的三相不平衡治理系统，其特征在于：所述第一三相电力数据包括第一三相电流数据和第一三相电压数据，所述第一平衡电力数据具体为第一平衡电流数据；所述第二三相电力数据包括第二三相电流数据和第二三相电压数据，所述第二平衡电力数据具体为无功补偿数据。
3.根据权利要求2所述的三相不平衡治理系统，其特征在于：所述数据采集处理模块包括霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、第一微处理器和第二微处理器；所述霍尔电流互感器设有三个，三个所述霍尔电流互感器分别对应电连接在三相线路的三相上；所述霍尔电压传感器设有三个，三个所述霍尔电压传感器分别对应电连接在三相线路的三相与零线之间；三个所述霍尔电流互感器和三个所述霍尔电压互感器均与所述第一微处理器电连接；三个所述霍尔电流互感器和三个所述霍尔电压互感器还均与所述第二微处理器电连接。
4.根据权利要求3所述的三相不平衡治理系统，其特征在于：所述第一微处理器，其用于对三相线路上的第一三相电流数据进行平均计算，得到所述第一平衡电流数据，还用于对三相线路上的第一三相电压数据进行过零点分析，得到所述过零点数据；
所述第二微处理器，其用于对三相线路上的第二三相电流数据和第二三相电压数据进行综合分析，得到所述无功补偿数据。
5.根据权利要求3或4所述的三相不平衡治理系统，其特征在于：所述无源治理模块，其具体用于根据所述第一平衡电流数据将换相开关在所述过零点时刻从高负载相无缝切换至低负载相。
6.根据权利要求5所述的三相不平衡治理系统，其特征在于：所述换相开关包括所述无源治理模块包括第一控制器、三相换相开关和无缝变换器，所述三相换相开关包括A相切换开关KA、B相切换开关KB和C相切换开关KC，所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB和所述C相切换开关KC的一端分别对应连接在三相线路的三相上，所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB和所述C相切换开关KC的另一端连接在一起并与负载电连接；所述无缝变换器包括A相开关Ka、B相开关Kb、C相开关Kc、A相电容Ca、B相电容Cb、C相电容Cc、电感L、第一控制开关K1和第二控制开关K2；所述A相电容Ca的一端连接在三相线路的A相上，所述A相电容Ca的另一端接地，所述B相电容Cb的一端连接在三相线路的B相上，所述B相电容Cb的另一端接地，所述C相电容Cc的一端连接在三相线路的C相上，所述C相电容Cc的另一端接地；所述A相开关Ka、所述B相开关Kb和所述C相开关Kc的一端分别对应连接在三相线路的三相上，所述A相开关Ka、所述B相开关Kb和所述C相开关Kc的另一端电连接在所述电感L的一端上，所述电感L的另一端通过所述第一控制开关K1接地，所述电感L的另一端还通过所述第二控制开关K2连接在所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB和所述C相切换开关KC的公共端上；所述第一控制器的输入端与所述第一微处理器电连接，所述第一控制器的输出端分别与所述A相切换开关KA、所述B相切换开关KB、所述C相切换开关KC、所述A相开关Ka、所述B相开关Kb、所述C相开关Kc、所述第一控制开关K1和所述第二控制开关K2电连接。
7.根据权利要求3或4或6所述的三相不平衡治理系统，其特征在于：所述有源治理模块包括第二控制器和所述无功补偿装置；所述第二控制器的输入端与所述第二微处理器电连接，所述第二控制器的输出端与所述无功补偿装置电连接。
8.根据权利要求7所述的三相不平衡治理系统，其特征在于：所述无功补偿装置包括晶闸管投切电容器、晶闸管控制电抗器、固定电容器、断路器投切电容器、断路器投切电抗器、第一变压器和第二变压器；
所述晶闸管投切电容器、所述晶闸管控制电抗器和所述固定电容器的输出端共连并通过所述第一变压器电连接在三相线路的三相上，所述断路器投切电容器和所述断路器投切电抗器的输出端共连并通过所述第二变压器电连接在三相线路的三相上；所述第二控制器分别与所述所述晶闸管投切电容器和所述晶闸管控制电抗器中的晶闸管电连接，所述第二控制器还分别与所述断路器投切电容器和所述断路器投切电抗器中的断路器电连接。
9.一种三相不平衡治理方法，其特征在于：利用上述权利要求1至8任一项所述的三相不平衡治理系统进行治理，包括以下步骤，
采集三相线路上的第一三相电力数据，并对三相线路上的第一三相电力数据进行处理，得到第一平衡电力数据和过零点时刻；
根据所述第一平衡电力数据和过零点时刻控制负载侧的换相开关从高负载相无缝切换至低负载相，完成三相不平衡无源治理；
在完成三相不平衡无源治理后采集三相线路上的第二三相电力数据，并对三相线路上的第二三相电力数据进行处理，得到第二平衡电力数据；
根据所述第二平衡电力数据控制无功补偿装置对对应相进行无功补偿，完成三相不平衡有源治理。
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