CN207853481U - 一种主动负荷调控装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体公开了一种主动负荷调控装置，其特征在于，所述主动负荷调控装置包括：采集模块，所述采集模块用于实时采集配电线路中的电压信号和电流信号；计算分析模块，所述计算分析模块用于对所述电压信号和电流信号进行计算分析生成控制信号；通信模块，所述通信模块用于将所述控制信号发送至换相开关以对换相开关进行控制。本实用新型还公开了一种主动负荷调控系统。本实用新型提供的主动负荷调控装置解决了现有技术中通过人工调相工作量大的问题，在有效解决三相不平衡的问题的同时，提高了供电的可靠性。

Description

一种主动负荷调控装置及系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种主动负荷调控主动负荷调控装置及主动负荷调控系统。

背景技术

在低压配电网系统中，存在大量单相、不对称、非线性、冲击性负荷，由于早期电网设计规划的不周，以及随着目前新能源光伏发电、电动汽车等飞速发展，导致大量负荷用电集中在某一相或两相，这些不均衡负荷以及新能源光伏、电动汽车充电的大规模应用会使配电系统产生三相不平衡，导致供电系统三相电压、电流的不平衡，引起电网负序电压和负序电流，影响供电质量，进而增加线路损耗，降低电网供电质量。因此低压配电网及农网的三相不平衡问题已成为当前配电系统中亟待解决的问题。

通常情况下，配电网三相不平衡是通过人工调相解决，但这种方式需要先对负荷停电再进行操作，而且人员工作量大，严重影响了对用户的供电可靠性，且不能从根本上解决三相不平衡问题。

因此，如何实现三相负荷不平衡的有效调节成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种主动负荷调控装置及主动负荷调控系统，以解决现有技术中的问题。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种主动负荷调控装置，其中，所述主动负荷调控装置包括：

采集模块，所述采集模块用于实时采集配电线路中的电压信号和电流信号；

计算分析模块，所述计算分析模块用于对所述电压信号和电流信号进行计算分析生成控制信号；

通信模块，所述通信模块用于将所述控制信号发送至换相开关以对换相开关进行控制。

优选地，所述主动负荷调控装置还包括模数转换器，所述模数转换器用于对所述电压信号和所述电流信号进行模数转换，以将模拟电压信号和模拟电流信号转换成数字信号。

优选地，所述主动负荷调控装置还包括存储单元，所述存储单元用于对所述控制信号进行存储。

优选地，所述主动负荷调控装置还包括人机交互界面和ARM，所述人机交互界面和所述ARM连接，所述ARM与所述计算分析模块连接，所述人机交互界面在所述ARM的控制下显示换相开关的控制参数及控制过程。

优选地，所述采集模块包括互感器。

作为本实用新型的第二个方面，提供一种主动负荷调控系统，其中，所述主动负荷调控系统包括前文所述的主动负荷调控装置和换相开关，所述主动负荷调控装置设置在配电变压器出口处，所述换相开关设置在支路集表箱前端，所述主动负荷调控装置和所述换相开关通信连接。

本实用新型提供的主动负荷调控装置，通过采集配电线路中的电压信号和电流信号，并根据电压信号和电流信号进行计算分析，然后根据控制信号对换相开关进行控制，解决了现有技术中通过人工调相工作量大的问题，在有效解决三相不平衡的问题的同时，提高了供电的可靠性。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型提供的主动负荷调控方法的流程图。

图2为本实用新型提供的主动负荷调控装置的结构示意图。

图3为本实用新型提供的主动负荷调控装置的具体实施方式结构示意图。

图4为本实用新型提供的主动负荷调控系统的结构示意图。

图5为本实用新型提供的换相开关的结构示意图。

图6为本实用新型体的主动负荷调控系统的具体实施方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种主动负荷调控方法，其中，如图1所示，所述主动负荷调控方法包括：

S110、实时采集配电线路中的电压信号和电流信号；

S120、对所述电压信号和电流信号进行计算分析生成控制信号；

S130、将所述控制信号发送至换相开关以对换相开关进行控制。

本实用新型提供的主动负荷调控方法，通过采集配电线路中的电压信号和电流信号，并根据电压信号和电流信号进行计算分析，然后根据控制信号对换相开关进行控制，解决了现有技术中通过人工调相工作量大的问题，在有效解决三相不平衡的问题的同时，提高了供电的可靠性。

具体地，所述主动负荷调控方法还包括在所述对所述电压信号和电流信号进行计算分析生成控制信号步骤前进行的：

对所述电压信号和所述电流信号进行模数转换，以将模拟电压信号和模拟电流信号转换成数字信号。

具体地，所述主动负荷调控方法还包括：

对所述控制信号进行存储。

具体地，所述主动负荷调控方法还包括：

显示换相开关的控制参数及控制过程。

作为本实用新型的第二个方面，提供一种主动负荷调控装置，其中，如图2所示，所述主动负荷调控装置100包括：

采集模块110，所述采集模块110用于实时采集配电线路中的电压信号和电流信号；

计算分析模块120，所述计算分析模块120用于对所述电压信号和电流信号进行计算分析生成控制信号；

通信模块130，所述通信模块130用于将所述控制信号发送至换相开关以对换相开关进行控制。

本实用新型提供的主动负荷调控装置，通过采集配电线路中的电压信号和电流信号，并根据电压信号和电流信号进行计算分析，然后根据控制信号对换相开关进行控制，解决了现有技术中通过人工调相工作量大的问题，在有效解决三相不平衡的问题的同时，提高了供电的可靠性。

具体地，如图3所示，所述主动负荷调控装置100还包括模数转换器140，所述模数转换器140用于对所述电压信号和所述电流信号进行模数转换，以将模拟电压信号和模拟电流信号转换成数字信号。

具体地，所述主动负荷调控装置100还包括存储单元150，所述存储单元150用于对所述控制信号进行存储。

具体地，所述主动负荷调控装置100还包括人机交互界面160和ARM170，所述人机交互界面160和所述ARM170连接，所述ARM170与所述计算分析模块120连接，所述人机交互界面160在所述ARM170的控制下显示换相开关的控制参数及控制过程。

优选地，所述计算分析模块120包括数字信号处理器DSP。

优选地，所述采集模块110包括互感器。

优选地，所述通信模块包括远程通讯接口GPRS。

本实用新型提供的主动负荷调控装置，如图3所示，采用DSP+ARM主辅结构，DSP为核心采集控制单元，ARM主要负责通讯及人机交互。

具体地，互感器对配变低压侧三相电压、电流等基本数据进行采样。

具体地，A/D模数转换器将采到的模拟信号转化成数字信号传递给DSP。

DSP对配变低压侧三相电压、电流以及换相开关上传的负荷电流进行处理分析，监测各换相开关状态信息，计算负荷平衡度及分布情况，远程下发换相指令至换相开关；将整个系统运行时的数据、状态传递给ARM用于显示，接收参数设置信息进行相应的控制处理；将重要参数、状态信息传递给存储单元进行存储。

ARM通过485通讯方式与人机界面进行信息交互，通过远程通讯接口与换相开关进行信息交互。

本实用新型提供的主动负荷调控装置能够在不中断用户供电的情况下带负荷智能实时动态调节三相负荷，克服传统依靠电网断电后人工调相来调节三相不平衡的缺点，融合了晶闸管和交流接触器的优点，将晶闸管与接触器并联，采用DSP控制，在投入和切除的瞬间由晶闸管开关承担过零投切，电压过零时投入，电流过零时切除，然后由接触器导通长时间导通运行。由于装置通过晶闸管过零投切，具有无涌流特点，并且导通时间极短，不会引起发热，接触器在吸合和断开瞬间都没有涌流和火花，对电网无冲击。同时，主动负荷调控系统可在用户侧实现就地无功补偿功能，降低配电线路损耗，提高电网电压质量。

作为本实用新型的第三个方面，提供一种主动负荷调控系统，其中，如图4所示，所述主动负荷调控系统10包括前文所述的主动负荷调控装置100和换相开关200，所述主动负荷调控装置100设置在配电变压器出口处，所述换相开关200设置在支路集表箱前端，所述主动负荷调控装置100和所述换相开关200通信连接。

本实用新型提供的主动负荷调控系统，通过采集配电线路中的电压信号和电流信号，并根据电压信号和电流信号进行计算分析，然后根据控制信号对换相开关进行控制，解决了现有技术中通过人工调相工作量大的问题，在有效解决三相不平衡的问题的同时，提高了供电的可靠性。

如图5和图6所示，换相开关200主要由晶闸管、接触器开关、电流互感器组成。

优选地，电流互感器用于采集换相开关所在负荷支路的电流。

具体地，换相开关采用晶闸管与接触器开关并联结构，其中晶闸管采用反并联结构。

在配电网三相不平衡度满足国标要求时，换相开关保持在工作相，工作相接触器开关闭合，晶闸管闭锁；非工作相接触器开关断开，晶闸管闭锁。

在系统三相不平衡度超过国标要求时，换相开关会按照负荷调控终端的指令切换至低负载相，工作过程如下：工作相晶闸管导通，工作相接触器开关断开，工作相晶闸管关断，低负载相晶闸管过零导通，低负载相接触器开关闭合，低负载相晶闸管闭锁。换相过程不停电、无冲击、速度快，且自身功耗低、可靠性高，易于扩展免维护。

本实用新型提供的主动负荷调控系统，由主动负荷调控装置和换相开关两部分组成，负荷调控终端安装在配电变压器出口处，换相开关单独安装在各支路集表箱前端。负荷调控终端实时监测配变低压侧出口三相电流、电压的情况，接收换相开关上传的各负荷电流信息，根据三相电流不平衡度限值判定相关约束条件，如果满足设定条件则执行换相决定，然后通过优化算法进行计算得到各低压负荷在线自动调控的最优调控指令，下发给换相开关，使开关根据控制指令可靠开合动作，在不需要停电的状态下完成各负荷支路不同相序之间的转换，实现三相负荷的自动平衡。

需要说明的是，本实用新型提供的换相开关，能够根据采集用电支路的三相电压以及电流数据，智能判定缺相、低电压、电压过高、负荷过载以及短路等情况。

换相开关根据判定的缺相、低电压、电压过高、负荷过载、短路等故障状态，断开全部晶闸管开关及接触器，切断用户供电回路，保护用电设备，同时将故障编码及故障点经无线通信的方式传送至主动负荷调控装置。

主动负荷调控装置经无线通信接收远程的换相开关的故障编码及故障点，并通过声光报警为配电网管理维护人员提供警示，为实现快速故障判定、故障定位以及故障修复提供保障。

本实用新型提供的主动负荷调控系统具有以下优势：

（1）三相不平衡治理：能够对配电网三相不平衡进行调节，使三相支路平均分配负荷，降低三相不平衡引起的三相负载及变压器损耗，提高供电质量和供电可靠性，降低用户投诉率；

（2）降低新能源、电动汽车充电对电网的影响：完成新能源发电输送功率的自换相，以及新能源与电动汽车充电的自动平衡，减小新能源及电动汽车充电对电网的影响；

（3）不停电切换：采用过零换相技术，换相时间最大10ms，能够避免在负荷投切瞬间产生的较大涌流，避免对用户的用电设备产生影响；

（4）智能缺相保护：对于单相线路故障引起的用户断电，可快速断开故障相，同时系统进行快速计算，并将用户切换至线路电流裕度最大的正常相运行，避免用户断电，提高供电质量；

（5）智能故障定位：可通过主动负荷调控系统判定装置线路断路、短路、过电流等情况，并发送告警型号，实现快速故障定位；

（6）用户侧就地无功补偿：装置具备用户侧就地无功补偿功能，可减少配电线路无功功率输送，降低配电网无功损耗，提高电网电压质量。

（7）节能可靠：采用双相晶闸管并联接触器结构，避免器件长期运行带来的发热问题，将大幅提高配网运行稳定性和安全性，装置自身损耗小，接近零损耗，对环境无电磁污染、无噪声污染；

（8）智能控制免维护：采用高速数字信号处理器（DSP）和阀触发系统，结合先进的控制策略，根据负荷特性实时、智能调节各组换相开关组合，快速平衡负荷，达到最优控制结果；

（9）可扩展可重构：各换相开关与主动负荷调控系统终端通过GPRS无线通讯进行数据交换，根据负荷的增减，对换相开关进行扩展和重构；

（10）安装方式灵活：可适应室内、室外、壁挂、柱上等多种安装方式。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种主动负荷调控装置，其特征在于，所述主动负荷调控装置包括：

采集模块，所述采集模块用于实时采集配电线路中的电压信号和电流信号；

计算分析模块，所述计算分析模块用于对所述电压信号和电流信号进行计算分析生成控制信号；

通信模块，所述通信模块用于将所述控制信号发送至换相开关以对换相开关进行控制。

2.根据权利要求1所述的主动负荷调控装置，其特征在于，所述主动负荷调控装置还包括模数转换器，所述模数转换器用于对所述电压信号和所述电流信号进行模数转换，以将模拟电压信号和模拟电流信号转换成数字信号。

3.根据权利要求2所述的主动负荷调控装置，其特征在于，所述主动负荷调控装置还包括存储单元，所述存储单元用于对所述控制信号进行存储。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的主动负荷调控装置，其特征在于，所述主动负荷调控装置还包括人机交互界面和ARM，所述人机交互界面和所述ARM连接，所述ARM与所述计算分析模块连接，所述人机交互界面在所述ARM的控制下显示换相开关的控制参数及控制过程。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的主动负荷调控装置，其特征在于，所述采集模块包括互感器。

6.一种主动负荷调控系统，其特征在于，所述主动负荷调控系统包括权利要求1至5中任意一项所述的主动负荷调控装置和换相开关，所述主动负荷调控装置设置在配电变压器出口处，所述换相开关设置在支路集表箱前端，所述主动负荷调控装置和所述换相开关通信连接。