CN112039096A - 一种三相不平衡电流补偿装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相不平衡电流补偿装置及方法，包括主控单元的三相电流电压采集及转换电路采集并转换配电变压器低压侧的三相电流及电压，根据预设的时间计算配变低压侧三相电流的不平衡度；与预设的不平衡度触发条件进行比较；如果符合获取该配变下各个负载的换相开关的采集的电流电压数据信息，判断各负载侧换相开关的通讯是否获得；如果获得对已经获得的负载侧的相连的三相开关采集的数据进行计算并形成换相调节策略，对相关的换相开关下发控制命令；负载侧的换相开关根据收到的指令进行换相动作。本申请能够有效降低了换相的有效性带来供电安全性问题。

Description

一种三相不平衡电流补偿装置及方法
技术领域
本发明涉及电气领域，具体涉及一种三相不平衡电流补偿装置及方法。
背景技术
三相电流不平衡现象是指三相电流的幅值是不对称的，其产生的原因可归纳为事故性和正常性。前者是指三相电力系统中一相或两相出现故障，导致三相不平衡；后者是指由于大量用户负载是单相负载，且用电具有不同时性，配变系统极易出现三相不平衡，尤其是电气化铁路等负载，其牵引负荷是单相移动且幅值变化频繁的大功率负荷，如果不及时治理，注入电力系统后会产生大量的负序电流，导致三相电流不平衡。传统的补偿措施是配电公司在安装配电设备时根据预测结果，尽量使各相负载对称，从而保证三相电流平衡。但由于用户用电具有不同时性，投入使用的电器难以预测，因此配变系统仍然极易出现三相不平衡。而对于电气化铁路系统，传统方法是合理安排机车及系统机组运行方式来尽量减少负序电流，但是三相不平衡现象仍然较为严重。
现有技术申请号201922231865.X；专利名称为：一种三相不平衡调节装置，公开了一种三相不平衡调节装置，包括设在台区变压器侧的管理终端以及设置在各个负载支路上的换相开关；所述管理终端包括电流互感器、信号采集转换电路、微控制器、液晶显示器和载波通讯模块，换相开关包括电流互感器、信号采集转换电路、单片机、载波通讯模块、驱动电路、永磁电磁铁和三相换相转换机构；电流互感器采集负载支路的电流信号通过与之连接的信号采集转换电路送入单片机，单片机通过与之相连的载波通讯模块以电力线载波方式将电流数据发送给管理终端；单片机通过载波通讯模块接收管理终端的换相命令，单片机控制驱动电路驱动永磁电磁铁，永磁电磁铁控制三相换相机构实现换相动作。存在的问题是：换相开关与管理端的通讯缺失时无法动作，降低了换相的有效性带来供电安全性问题。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
针对上述技术问题，本发明提供一种三相不平衡电流补偿装置。
2.技术方案：
一种三相不平衡电流补偿装置，包括设置在配电变压器低压侧的主控单元和负载侧的换相开关；其特征在于：所述主控单元包括控制配电侧通断的总开关、三相电流电压采集及转换电路、主控制器、无线通讯模块；所述总开关的控制电路、三相电流电压采集及转换电路、以及无线通讯模块均与主控制器相连；所述主控单元通过无线通讯模块实现与换相开关的通讯；所述换相开关包括负载侧三相电流电压互感器及其信号转换电路、单片机、通讯模块、控制三相换相投切转换的投切控制装置、通讯信号检测电路以及时钟电路；负载侧三相电流电压互感器采集负载支路的电流电压信号并通过与之连接的信号采集转换电路传输入单片机，单片机通过与之相连的通讯模块将电流电压数据发送给主控单元；单片机通过通讯模块接收主控单元的换相命令并驱动控制装置实现换相投切动作；通讯信号检测电路的输入端与通讯模块相连；通讯信号检测电路的输出端与单片机的输入端相连；单片机接收根据通讯信号检测电路的输出信号触发时钟电路计时，实现控制装置的换相投切。
进一步地，所述通讯单元为过485信接口或者无线或者电力载波模块。
一种三相不平衡电流补偿方法，包括：
主控侧：主控单元的三相电流电压采集及转换电路采集并转换配电变压器低压侧的三相电流及电压，根据预设的时间计算配变低压侧三相电流的不平衡度；将计算出的配变低压侧三相电流的不平衡度与预设的不平衡度触发条件进行比较；如果符合触发条件，获取该配变下各个负载的换相开关的采集的电流电压数据信息；同时判断各负载侧换相开关的通讯是否获得；如果获得对已经获得的负载侧的相连的三相开关采集的数据进行计算并形成换相调节策略，对相关的换相开关下发控制命令；负载侧的换相开关根据收到的指令进行换相动作。
负载侧：通讯信号检测电路以预设的周期检测是否接收到通讯信号，如果接收到，根据主控单元的遥控信号进行动作；如果没有接收到，则根据本换相开关收集的电流电压数据，计算出该负载的相间的相电压差，根据相电压差调节该换相开关的换相投切动作。
进一步地，主控侧换相策略具体包括以下步骤：
S11:以预设的采集频率，采集配变低压侧的三相电流，并计算出其平均相电流；采集的相电流与平均相电流之差值，其中数值最大的即为相间最大电流差；根据相间最大电流差带入公式(1)即可得到此时配变低压侧电流的不平衡度
Figure BDA0002652568100000021
Figure BDA0002652568100000022
(1)式中，
Figure BDA0002652568100000023
为相间最大电流差；Iav为平均相电流之差值。
S12：将预设的电流不平衡度阈值与不平衡状态持续的时间长短进行比较，如果大于该阈值和大于预设的持续的时间，则进行以下步骤。
S13:根据各个换相开关的采集的电压电流数据，将换相开关根据与相应的接通的相线分为A、B、C三组；并在每组中根据电流大小的顺序进行由小到大排列，同时将换相开关对应的序号同时进行排列。
S14:根据步骤S11中数据，获取此时配变低压侧的电流最大值、电流最小值、中间值以及对应的相序。
S15:将电流最大值的相序所在组的换相开关最大电流的换相切换到电流最小值所对应的相序所在的组，并计算投切成功后新的电流不平衡度；同时将该最大电流的换相开关从该组中退出，加入电流最小值对应的相序的组；在上述过程中，主控制器将换相指令发送至相应的换相开关；换相开关接收到指令后，执行相应的相位切换操作，并将换相后采集的负载侧电流电压数据传输至主控制器。
S16：判断投切成功后新的电流不平衡度；是否超出阈值，如果是则继续步骤S15直至电流不平衡度低于或等于阈值或者超出预设的换相投切次数。
进一步地，负载侧进行换相的方法具体包括：通讯信号检测电路一预设的时间间隔检测是否收到通讯信息，如果没有发送信号至单片机，单片机发送指令至时钟电路，时钟电路开始触发计时；当时间大于预设的时间时，计算负载侧的三相电压差；如果电压差大于预设的电压差，判断换相开关当前的相位是否在电压最小值，如果是，则换相开关投切至电压最大相。
3.有益效果：
(1)本发明中在换相开关终端采取通讯信号检测电路检测主控侧信号是否能够下发至本换相开关，如果不能，本换相开关能够根据采集的用户侧三相电压进行自行调节换相投切，有效弥补了现有技术中由于通讯信号不稳定产生的问题。
(2)本发明的三相不平衡电流补偿方法，针对本装置提供主控侧换相策略和负载侧的换相策略实现三相负荷自平衡，其适用性广。
附图说明
图1为一种三相不平衡电流补偿装置中换相开关的结构示意图；
图2为一种三相不平衡电流补偿方法的总流程图；
图3为一种三相不平衡电流补偿方法中主控侧换相策略的流程图；
图4为一种三相不平衡电流补偿方法中负载侧进行换相的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明。
如附图1所示，一种三相不平衡电流补偿装置，包括设置在配电变压器低压侧的主控单元和负载侧的换相开关；其特征在于：所述主控单元包括控制配电侧通断的总开关、三相电流电压采集及转换电路、主控制器、无线通讯模块；所述总开关的控制电路、三相电流电压采集及转换电路、以及无线通讯模块均与主控制器相连；所述主控单元通过无线通讯模块实现与换相开关的通讯；所述换相开关包括负载侧三相电流电压互感器及其信号转换电路、单片机、通讯模块、控制三相换相投切转换的投切控制装置、通讯信号检测电路以及时钟电路；负载侧三相电流电压互感器采集负载支路的电流电压信号并通过与之连接的信号采集转换电路传输入单片机，单片机通过与之相连的通讯模块将电流电压数据发送给主控单元；单片机通过通讯模块接收主控单元的换相命令并驱动控制装置实现换相投切动作；通讯信号检测电路的输入端与通讯模块相连；通讯信号检测电路的输出端与单片机的输入端相连；单片机接收根据通讯信号检测电路的输出信号触发时钟电路计时，实现控制装置的换相投切。
进一步地，所述通讯单元为过485信接口或者无线或者电力载波模块。
如附图2至4所示，一种三相不平衡电流补偿方法，包括：
主控侧：主控单元的三相电流电压采集及转换电路采集并转换配电变压器低压侧的三相电流及电压，根据预设的时间计算配变低压侧三相电流的不平衡度；将计算出的配变低压侧三相电流的不平衡度与预设的不平衡度触发条件进行比较；如果符合触发条件，获取该配变下各个负载的换相开关的采集的电流电压数据信息；同时判断各负载侧换相开关的通讯是否获得；如果获得对已经获得的负载侧的相连的三相开关采集的数据进行计算并形成换相调节策略，对相关的换相开关下发控制命令；负载侧的换相开关根据收到的指令进行换相动作。
负载侧：通讯信号检测电路以预设的周期检测是否接收到通讯信号，如果接收到，根据主控单元的遥控信号进行动作；如果没有接收到，则根据本换相开关收集的电流电压数据，计算出该负载的相间的相电压差，根据相电压差调节该换相开关的换相投切动作。
进一步地，主控侧换相策略具体包括以下步骤：
S11:以预设的采集频率，采集配变低压侧的三相电流，并计算出其平均相电流；采集的相电流与平均相电流之差值，其中数值最大的即为相间最大电流差；根据相间最大电流差带入公式(1)即可得到此时配变低压侧电流的不平衡度
Figure BDA0002652568100000041
Figure BDA0002652568100000042
(1)式中，
Figure BDA0002652568100000043
为相间最大电流差；Iav为平均相电流之差值。
S12：将预设的电流不平衡度阈值与不平衡状态持续的时间长短进行比较，如果大于该阈值和大于预设的持续的时间，则进行以下步骤。
S13:根据各个换相开关的采集的电压电流数据，将换相开关根据与相应的接通的相线分为A、B、C三组；并在每组中根据电流大小的顺序进行由小到大排列，同时将换相开关对应的序号同时进行排列。
S14:根据步骤S11中数据，获取此时配变低压侧的电流最大值、电流最小值、中间值以及对应的相序。
S15:将电流最大值的相序所在组的换相开关最大电流的换相切换到电流最小值所对应的相序所在的组，并计算投切成功后新的电流不平衡度；同时将该最大电流的换相开关从该组中退出，加入电流最小值对应的相序的组；在上述过程中，主控制器将换相指令发送至相应的换相开关；换相开关接收到指令后，执行相应的相位切换操作，并将换相后采集的负载侧电流电压数据传输至主控制器。
S16：判断投切成功后新的电流不平衡度；是否超出阈值，如果是则继续步骤S15直至电流不平衡度低于或等于阈值或者超出预设的换相投切次数。
进一步地，负载侧进行换相的方法具体包括：通讯信号检测电路一预设的时间间隔检测是否收到通讯信息，如果没有发送信号至单片机，单片机发送指令至时钟电路，时钟电路开始触发计时；当时间大于预设的时间时，计算负载侧的三相电压差；如果电压差大于预设的电压差，判断换相开关当前的相位是否在电压最小值，如果是，则换相开关投切至电压最大相。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (5)

1.一种三相不平衡电流补偿装置，包括设置在配电变压器低压侧的主控单元和负载侧的换相开关；其特征在于：所述主控单元包括控制配电侧通断的总开关、三相电流电压采集及转换电路、主控制器、无线通讯模块；所述总开关的控制电路、三相电流电压采集及转换电路、以及无线通讯模块均与主控制器相连；所述主控单元通过无线通讯模块实现与换相开关的通讯；所述换相开关包括负载侧三相电流电压互感器及其信号转换电路、单片机、通讯模块、控制三相换相投切转换的投切控制装置、通讯信号检测电路以及时钟电路；负载侧三相电流电压互感器采集负载支路的电流电压信号并通过与之连接的信号采集转换电路传输入单片机，单片机通过与之相连的通讯模块将电流电压数据发送给主控单元；单片机通过通讯模块接收主控单元的换相命令并驱动控制装置实现换相投切动作；通讯信号检测电路的输入端与通讯模块相连；通讯信号检测电路的输出端与单片机的输入端相连；单片机接收根据通讯信号检测电路的输出信号触发时钟电路计时，实现控制装置的换相投切。
2.根据权利要求1所述的一种三相不平衡电流补偿装置，其特征在于：所述通讯单元为过485信接口或者无线或者电力载波模块。
3.一种三相不平衡电流补偿方法，为如权利要求1-2任一权利要求所述的一种三相不平衡电流补偿装置的补偿方法，其特征在于：包括：
主控侧：主控单元的三相电流电压采集及转换电路采集并转换配电变压器低压侧的三相电流及电压，根据预设的时间计算配变低压侧三相电流的不平衡度；将计算出的配变低压侧三相电流的不平衡度与预设的不平衡度触发条件进行比较；如果符合触发条件，获取该配变下各个负载的换相开关的采集的电流电压数据信息；同时判断各负载侧换相开关的通讯是否获得；如果获得对已经获得的负载侧的相连的三相开关采集的数据进行计算并形成换相调节策略，对相关的换相开关下发控制命令；负载侧的换相开关根据收到的指令进行换相动作；
负载侧：通讯信号检测电路以预设的周期检测是否接收到通讯信号，如果接收到，根据主控单元的遥控信号进行动作；如果没有接收到，则根据本换相开关收集的电流电压数据，计算出该负载的相间的相电压差，根据相电压差调节该换相开关的换相投切动作。
4.根据权利要求3所述的一种三相不平衡电流补偿方法，其特征在于：主控侧换相策略具体包括以下步骤：
S11:以预设的采集频率，采集配变低压侧的三相电流，并计算出其平均相电流；采集的相电流与平均相电流之差值，其中数值最大的即为相间最大电流差；根据相间最大电流差带入公式(1)即可得到此时配变低压侧电流的不平衡度
Figure FDA0002652568090000021
Figure FDA0002652568090000022
(1)式中，
Figure FDA0002652568090000023
为相间最大电流差；Iav为平均相电流之差值；
S12：将预设的电流不平衡度阈值与不平衡状态持续的时间长短进行比较，如果大于该阈值和大于预设的持续的时间，则进行以下步骤；
S13:根据各个换相开关的采集的电压电流数据，将换相开关根据与相应的接通的相线分为A、B、C三组；并在每组中根据电流大小的顺序进行由小到大排列，同时将换相开关对应的序号同时进行排列；
S14:根据步骤S11中数据，获取此时配变低压侧的电流最大值、电流最小值、中间值以及对应的相序；
S15:将电流最大值的相序所在组的换相开关最大电流的换相切换到电流最小值所对应的相序所在的组，并计算投切成功后新的电流不平衡度；同时将该最大电流的换相开关从该组中退出，加入电流最小值对应的相序的组；在上述过程中，主控制器将换相指令发送至相应的换相开关；换相开关接收到指令后，执行相应的相位切换操作，并将换相后采集的负载侧电流电压数据传输至主控制器；
S16：判断投切成功后新的电流不平衡度；是否超出阈值，如果是则继续步骤S15直至电流不平衡度低于或等于阈值或者超出预设的换相投切次数。
5.根据权利要求3所述的一种三相不平衡电流补偿方法，其特征在于：负载侧进行换相的方法具体包括：通讯信号检测电路一预设的时间间隔检测是否收到通讯信息，如果没有发送信号至单片机，单片机发送指令至时钟电路，时钟电路开始触发计时；当时间大于预设的时间时，计算负载侧的三相电压差；如果电压差大于预设的电压差，判断换相开关当前的相位是否在电压最小值，如果是，则换相开关投切至电压最大相。
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