CN207368670U - 一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及台区光伏的三相不平衡治理应用的技术领域，更具体地，涉及一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置。包括太阳能板、DC‑DC直流变换器、蓄电池、逆变电路、换相开关、温度及光照检测单元、控制单元、电流传感器等模块。温度及光照检测单元将环境数据输送给控制单元，控制单元对环境数据进行分析处理，控制DC‑DC直流变换器的工作状态，将电能储存在蓄电池中；电流传感器采集三相电流数据并传输给控制单元，控制单元对电流数据进行分析处理，控制换相开关中三相的通断，改变光伏的并网相，从而实现三相不平衡电流的调节。本实用新型充分利用并网光伏，参与配电台区的三相不平衡治理，能实现就地平衡负荷，有效降低三相不平衡度，提高配电变压器负荷承受能力的目的。

Description

一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置

技术领域

本实用新型涉及台区光伏的三相不平衡治理应用的技术领域，更具体地，涉及一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置。

背景技术

低压配电网作为电力系统中的末端环节，连接电网与广大用户，与居民日常生活息息相关。但由于配电网长期以来所存在的网架薄弱及改造资金不足等问题，导致用电水平相对国际先进水平仍有差距。因此，近年来，我国加大了配电网的资金投入和改造力度。2015年，国家发展改革委、国家能源局相继制定了《关于加快配电网建设改造的指导意见》（发改能源〔2015〕1899号）和《配电网建设改造行动计划（2015-2020年）》（国能电力〔2015〕290号），并明确提出将全面加快现代配电网建设，2015—2020年配电网建设改造投资不低于2万亿元。

三相不平衡是衡量电能质量的重要指标之一。近年来，我国配网中的三相不平衡问题愈发严重，成为影响配网运行和供电质量的关键指标。一方面，随着负荷种类、用电量的增加，单相负荷的比例逐步增大；另一方面，越来越多的非线性负荷（例如电热电炉、电力牵引机车、换流装置等）和冲击性的工业用电和民用电等设备直接接入配电网，给电网注入大量负序和谐波电流，从而大大加重配网的不平衡程度。三相负载不平衡对电力系统和用电设备造成的危害极大，一方面将增加线路和配电变压器的有功损耗，使配电变压器运行温度升高，降低配电变压器功率且限制配电变压器负荷承受能力，另一方面，将影响电动机输出功率并使绕组温度升高，产生中性点电压偏移，造成三相电压不对称，严重时会烧毁用户电器。此外，还会加大对周围通信系统的干扰，影响正常通信质量。

鉴于三相不平衡程度过大给电网带来的严重危害，我国制定了相关规程导则对其进行加以控制，Q/GDW 1519-2014《配电网运维规程》中规定：配电变压器的负荷不平衡度应符合：Yyn0接线变压器负荷不平衡度不大于15%，零线电流不大于变压器额定电流的25%；Dyn11接线变压器负荷不平衡度不大于25%，零线电流不大于变压器额定电流的40%。

作为关乎电能质量的关键指标之一，国内外已针对三相不平衡问题的治理展开了相关的研究。目前在治理三相不平衡方面常用的手段和调节装置主要包括换相开关型、电容型以及电力电子型三种。其中，换相开关型调节装置是对部分负荷进行在线自动换相，会造成短时供电中断或闪络，因此治理效果取决于其制造技术；电容型调节装置投资较少，但不能进行动态跟踪平衡，且常伴随无功倒送的现象；电力电子型调节装置可动态实现三相不平衡调整，但投资较大，且控制策略复杂，在实际工程应用中很少投入使用。可见，在三相不平衡治理方面，需要进一步研发出一套兼备良好治理效果与较低资金投入的调节装置。

发明内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置，将配电台区光伏应用于三相不平衡的治理中，在充分利用可再生能源的同时，也有助于分布式户用光伏电源的消纳。通过监测三相电流数据，采用换相技术，调整光伏并网相及并网电流，从而调整配电台区三相电流，并降低其不平衡度，减少线路和配电变压器损耗，提高配电变压器负荷承受能力。

本实用新型的技术方案是：一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置，其中，包括太阳能板、DC-DC直流变换器、蓄电池、逆变电路、换相开关、温度及光照监测单元、控制单元、电流传感器；

太阳能板经DC-DC直流变换器，将电能储存于蓄电池；蓄电池经逆变电路完成DC-AC变换，再通过换相开关将交流电流并入电网；其中，DC-DC直流变换器、逆变电路和换相开关均接收来控制单元的控制信号，而控制单元接收来自温度及光照监测单元和电流传感器的数据。

上述的DC-DC直流变换器串接于太阳能板与蓄电池之间，完成光电转化；

上述的蓄电池经逆变电路完成DC-AC变换后，再通过换相开关，将交流电流并入电网；

上述的控制单元是该装置的核心模块，接收来自温度及光照检测单元和电流传感器的信息，并控制DC-DC直流变换器、逆变电路和换相开关，能够完成两大功能：一方面，控制单元接收来自温度及光照检测单元的环境数据，对环境数据进行分析处理，采用最大功率跟踪算法（MPPT），控制DC-DC直流变换器的工作状态，从而实现太阳能转化效率的最大化，将电能储存在蓄电池中；另一方面，电流传感器采集三相电流数据并传输给控制单元，控制单元对电流数据进行分析处理，根据控制单元内置的控制策略，生成指令，控制逆变电路的工作状态，合成指定并网电流，同时控制换相开关中三相的通断，改变光伏的并网相。

进一步的，所述的控制单元包括输入信号接口、控制信号输出模块、CPU模块、显示模块、电源模块，电源模块与CPU模块连接，CPU模块分别连接输入信号接口、控制信号输出模块、显示模块。所述的输入信号接口包括2个输入接口，2个输入接口分别连接温度及光照监测单元、电流传感器。所述的控制信号输出模块包括3个输出接口，3个输出接口分别连接DC-DC直流变换器、逆变电路、换相开关。

进一步的，所述的控制单元包括两个输入信号接口、三个信号输出模块、CPU模块、显示模块和电源模块；

输入信号接口设有信号输入端和信号输出端，信号输入端即为控制单元的信号输入端，信号输出端与CPU模块的信号输入端相连接；

控制信号输出模块设有信号输入端和信号输出端，信号输入端与CPU模块的信号输出端相连接，信号输出端即为控制单元的信号输出端；

CPU模块设有交互信号端、信号输入端和信号输出端；交互信号端与显示模块的交互信号端相连接；

显示模块设有交互信号端；

电源模块为控制信号输出模块、CPU模块、显示模块提供工作电源。

与现有技术相比，有益效果是：本实用新型充分利用并网光伏，参与配电台区的三相不平衡治理，能实现就地平衡负荷，有效降低三相不平衡度，提高配电变压器负荷承受能力的目的。

附图说明

图1是本实用新型整体示意图。

图2是本实用新型控制单元示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1、2所示，一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置，其中，包括太阳能板1、DC-DC直流变换器2、蓄电池3、逆变电路4、换相开关5、温度及光照监测单元6、控制单元7、电流传感器8；

太阳能板1经DC-DC直流变换器2，将电能储存于蓄电池3；蓄电池3经逆变电路4完成DC-AC变换，再通过换相开关5将交流电流并入电网；其中，DC-DC直流变换器2、逆变电路4和换相开关5均接收来控制单元7的控制信号，而控制单元7接收来自温度及光照监测单元6和电流传感器8的数据。

太阳能板1负责将太阳能转化为电能；DC-DC直流变换器2负责调节光电转化效率；蓄电池3完成电能的储存；逆变电路4完成DC-AC变换的过程并决定生成的补偿电流值；换相开关5决定补偿电流的并网相；温度及光照监测单元6采集周围环境数据，包括温度和光照强度；控制单元7通过对收集到的数据进行分析处理，控制DC-DC直流变换器2、逆变电路4、换相开关5三大模块的工作状态；电流传感器8采集三相电流数据。

本实施例中，控制单元7包括输入信号接口9、控制信号输出模块10、CPU模块11、显示模块12、电源模块13，电源模块13与CPU模块11连接，CPU模块11分别连接输入信号接口9、控制信号输出模块10、显示模块12。输入信号接口9包括2个输入接口，2个输入接口分别连接温度及光照监测单元6、电流传感器8。控制信号输出模块10包括3个输出接口，3个输出接口分别连接DC-DC直流变换器2、逆变电路4、换相开关5。

控制单元7是该装置的核心模块，包括两个控制信号输入端input1、input2及三个控制信号输出端Output1、Output2和Output3，能够完成两大功能：一方面，信号输入端input1接收来自温度及光照检测单元6的环境数据，对环境数据进行分析处理，采用最大功率跟踪算法（MPPT），通过信号输出端Output1控制DC-DC直流变换器2的工作状态，从而实现太阳能转化效率的最大化，将电能储存在蓄电池3中；另一方面，电流传感器8采集三相电流数据并通过信号输入端input2传输给控制单元7，控制单元7对电流数据进行分析处理，根据控制单元内置的控制策略，生成指令，通过信号输出端Output2控制逆变电路4的工作状态，合成指定并网电流，同时通过信号输出端Output3控制换相开关5的通断，控制换相开关中三相的通断，改变光伏的并网相。

控制单元7包括两个输入信号接口a1、a2、三个信号输出模块b1、b2、b3、CPU模块11、显示模块12和电源模块13；输入信号接口a1、a2和信号输出模块b1、b2、b3均设有信号输入端和信号输出端；CPU模块11设有交互信号端、信号输入端和信号输出端；显示模块12设有交互信号端；输入信号接口a1、a2的信号输入端即为控制单元7的控制信号输入端Input1和Input2，输入信号接口a1、a2的信号输出端均与CPU模块11的信号输入端相连接；信号输出模块b1、b2、b3的信号输出端即为控制单元7的控制信号输出端Output1、Output2和Output3，信号输出模块b1、b2、b3的信号输入端口均与CPU模块11的信号输出端口相连接；CPU模块11的交互信号端与显示模块12的交互信号端相连接；电源模块13为信号输出模块b1、b2、b3、CPU模块11、显示模块12提供工作电源。

本实施例中，如图1所示的基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置包括两部分功能电路。第一个功能电路包括太阳能板、DC-DC直流变换器、蓄电池、温度及光照监测单元和控制单元，该电路完成光电转化的过程：太阳能板经DC-DC直流变换器与蓄电池串联，温度及光照检测单元的信号输出端与控制单元的信号输入端Input1相连接，控制单元的信号输出端Output1与DC-DC直流变换模块的信号输入端相连接；第二个功能电路包括蓄电池、逆变电路、换相开关、电流互感器和控制单元，该电路负责合成并网电流并实现三相不平衡电流的调整：蓄电池、逆变电路及换相开关依次串联之后，换相开关的三个输出端与配电变压器低压侧母线A、B、C相分别对应并接，电流互感器串联于配电线路各相，其输出端与控制单元的信号输入端Input2相连接，控制单元的信号输出端Output2和Output3分别与逆变电路的信号输入端及换相开关的信号输入端相连接。

如图2所示的控制单元包括两个输入信号接口、三个信号输出模块、CPU模块、显示模块和电源模块；输入信号接口和信号输出模块设有信号输入端和信号输出端；CPU模块设有交互信号端、信号输入端和信号输出端；显示模块设有交互信号端；输入信号接口的信号输入端即为控制单元的控制信号输入端，输入信号接口的信号输出端与CPU模块的信号输入端相连接；信号输出模块的信号输出端即为控制单元的控制信号输出端，信号输出模块的信号输入端口与CPU模块的信号输出端口相连接；CPU模块的交互信号端与显示模块的交互信号端相连接；电源模块为信号输出模块、CPU模块、显示模块提供工作电源。

使用时，温度及光照检测单元采集到周围的环境数据之后，由输入信号端Input1输送给控制单元，控制单元的CPU对环境数据进行分析处理之后，采用MPPT算法，再由信号输出端Output1将控制信号输送给DC-DC直流变换器，控制其工作状态，动态跟踪光伏的输出功率并及时调整，从而实现光电转化效率的最大化，将电能储存在蓄电池中；另一方面，电流传感器采集三相电流数据后，由Input2输送给控制单元，控制单元的CPU对电流数据进行分析处理之后，根据控制单元内置的控制策略，生成两个控制指令，再分别由信号输出端Output2将控制信号输送给逆变电路，控制其合成指定并网电流，同时由信号输出端Output3将控制信号输送给换相开关，控制换相开关中三相的通断，改变光伏的并网相，从而实现三相不平衡电流的调节。

综上，本实用新型的基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置，以其控制单元为核心，一方面，能够根据温度及光照等环境数据，动态跟踪并实现最大功率输出，提高光电转化的效率，另一方面，能够通过对三相不平衡电流数据的分析，制定出最佳的补偿方案，并利用逆变电路及换相开关，实现对并网电流和并网相的精确把控。该装置在充分利用配电台区光伏的基础上，能够对三相不平衡电流进行有效的补偿和调整，降低三相不平衡度，从而实现减少线路和配电变压器损耗、提高配电变压器负荷承受能力的目的。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置，其特征在于，包括太阳能板（1）、DC-DC直流变换器（2）、蓄电池（3）、逆变电路（4）、换相开关（5）、温度及光照监测单元（6）、控制单元（7）、电流传感器（8）；

太阳能板（1）经DC-DC直流变换器（2），将电能储存于蓄电池（3）；蓄电池（3）经逆变电路（4）完成DC-AC变换，再通过换相开关（5）将交流电流并入电网；其中，DC-DC直流变换器（2）、逆变电路（4）和换相开关（5）均接收来控制单元（7）的控制信号，而控制单元（7）接收来自温度及光照监测单元（6）和电流传感器（8）的数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置，其特征在于：所述的控制单元（7）包括输入信号接口（9）、控制信号输出模块（10）、CPU模块（11）、显示模块（12）、电源模块（13），电源模块（13）与CPU模块（11）连接，CPU模块（11）分别连接输入信号接口（9）、控制信号输出模块（10）、显示模块（12）。

3.根据权利要求2所述的一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置，其特征在于：所述的输入信号接口（9）包括2个输入接口，2个输入接口分别连接温度及光照监测单元（6）、电流传感器（8）。

4.根据权利要求2所述的一种基于光伏换相技术的配电台区不平衡治理装置，其特征在于：所述的控制信号输出模块（10）包括3个输出接口，3个输出接口分别连接DC-DC直流变换器（2）、逆变电路（4）、换相开关（5）。