CN109193669A - 一种配电网智能负荷分配调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网智能负荷分配调节装置，应用于低压配电台区的配变低压侧。后台***通过采集所安装的配变负荷数据计算出相应的负荷切换策略，并通过通讯网络发送给本发明装置，本装置将所选负荷切换到合适的相别上，使配变低压侧负荷基本保持在平衡状态，从而达到减少线路损耗、变压器损耗，延长变压器使用寿命，提高供电质量等目的。
Description
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，具体而言，涉及一种配电网智能负荷分配调节装置。
背景技术
我国的低压配电网大多是通过10kV/O.4kV变压器以三相四线制向用户供电，是三相生产用电与单相负载混合用电的供电网络。由于我国低压配电网覆盖面积广阔，运行环境各不相同，电力用户众多且较分散，存在大量的时空分布不平衡的单相负荷，即使将三相负荷平均分配到A、B、C三相上，居民的用电***衡，对三相不平衡现象的治理和管理费时费力。用电负荷不能均匀分配到各相上，是三相不平衡问题产生的主要原因。
若电网在三相不平衡较严重的情况下长时间运行，对供电和用电双方都将产生不利影响。三相负荷不平衡对配电台区的影响主要包括4个方面：1）造成配电变压器和线路损耗增加；2）配电台区中重载相的供电电压质量大大下降；3）造成配电变压器的出力降低，电能转换效率下降；4）三相负荷不平衡运行造成配电变压器零序电流增大，引起的涡流损耗使配电变压器运行温度升高，危及其安全与寿命。
因此，降低配电台区三相负荷不平衡度，提高配电台区经济运行水平和供电电压质量是急需解决的问题。
为解决上述问题，加强负荷管理，通过人工离线调整负荷相序，将低压线路各相上的负荷进行平衡分配。供电部门的运维人员人工测量某一时刻的三相电流值，经过分析计算来确定该用电地区的三相不平衡情况。为了较为准确地确定各个用电区域的三相不平衡情况，工作人员需长期跟踪、调研各个配变台区，采集变压器出口数据，统计各类用电负荷，最后通过大量的数据计算和用户负荷曲线，确定合理的换相方案。该方案尽管在一定程度上能够降低配电台区三相负荷不平衡的严重程度，但由于用电负荷的随机性和不确定性，依靠人工无法根据实际负荷不平衡状况进行在线实时调整，不可避免地影响用户供电可靠性，且在一定程度上存在安全隐患。
为解决以上问题，中国专利授权公告号（CN207638340U）提供一种三相负荷不平衡自动调节装置，它包括三相电压采集单元、三相电流采集单元、控制单元、驱动单元和电流补偿单元；所述三相电压采集单元，用于采集配电变压器母线出线侧的母线电压信号并传输至所述控制单元；所述三相电流采集单元，用于采集负载电流信号并传输至所述控制单元；所述控制单元，对所述母线电压信号和所述负载电流信号处理后发送至所述驱动单元；所述驱动单元，控制所述电流补偿单元生成补偿电流；所述电流补偿单元采用三电平IGBT单元；所述三电平IGBT单元经LCL滤波单元，将所述补偿电流传输至所述配电变压器的输电线路上。该发明具有设计科学、兼容性强、稳定性好、输电效率高和生产成本低的优点。该发明需要增加补偿装置，费用较高，控制难，可靠性低，主要是针对大用电负荷。
中国专利授权公告号（CN206195358U）公开了一种三相负荷不平衡自动调节装置，控制器连接有采样电路单元，采样电路单元的采样端连接三相电的母线，控制器的电源接口通过供电线连接三相电的母线，控制器的控制接口连接可控硅单元，各个无功补偿组件连回三相电的母线。本实用新型的三相负荷不平衡自动调节装置，动态投切单元采用可控硅为核心的投切开关，其通过电压、电流过零检测控制，保证在电压零区附近投入电容器组，从而避免了合闸涌流的产生，而切断又在电流过零时完成，避免了暂态过电压的出现，使之符合了电容器的过零投切的要求，另外由于可控硅的触发次数不受限制，可以实现准动态补偿，其有效的解决了原有交流接触器投切开关涌流大、投切有火花、振动大、噪音响等技术问题。但是此装置会出现电能损耗高问题，且设备体积较大，不够及时，调整不精确，可靠性低。
发明内容
针对现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种配电网智能负荷分配调节装置用以解决供电可靠性低，电能损耗高，电能质量不合格以及设备不安全的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种配电网智能负荷分配调节装置，该装置设置于配电台区配电变压器的低压侧，即介于低压配电变压器与用户负荷之间，包括：用于进行负荷切换的开关单元与用于控制开关的控制单元；所述开关单元包括3个基本开关模块，分别对应A 、B、C三相，所述每个基本开关模块均与单相输出相相连接；所述控制单元包括通讯模块、嵌入式控制器、输入电压检测模块、负载电流检测模块以及IGBT驱动模块，所述嵌入式控制器分别与通讯模块、输入电压检测模块、负载电流检测模块、IGBT驱动模块电性连接；所述输入电压检测模块与A、B、C三相输入相连，所述负载电流检测模块与单相输出相电性连接，所述IGBT驱动模块与基本开关模块电性连接；控制单元根据通讯模块提供负荷切换指令开通A、B、C三相中的一个基本开关模块，将基本开关模块所在的相与单相输出相连接，实现负荷切换。
进一步的，所述基本开关模块包含磁保持继电器和电力电子开关，基本开关模块通过驱动电路控制磁保持继电器的控制信号和电力电子器件的触发脉冲信号对A、B、C三相的磁保持继电器和电力电子开关进行控制。
进一步的，所述配电网智能负荷分配调节装置可以设定为零电压切换模式与零电流切换模式，所述装置设定为零电压切换模式时，选择在当前相和目标相电压相等时进行切换；装置被设定为零电流切换模式时，选择在负载电流为零时进行切换。
进一步的，所述基本开关模块包括四个二极管D1、D2、D3、D4和一个IGBT器件S，所述基本开关模块设置为双向开通模块与关断模块，开通IGBT器件S，该相电压处于正半周或是负半周时，该相输入与输出均会连通；关断IGBT器件S，该相电压处于正半周或负半周时，该相输入与输出均会断开。
进一步的，所述通讯模块用于接收后台的负荷切换指令以及将本装置运行状态发送给后台，嵌入式控制器在接收到后台指令后，根据当前输入电压以及负荷状态进行负荷切换。
进一步的，所述嵌入式控制器用于处理通讯模块的数据，采集***输入电压和负载电流，并通过IGBT驱动模块控制各基本开关模块的开通和关断。
进一步的，所述输入电压检测模块用于检测三相输入电压，供装置在零电压切换模式时选择最佳切换点。
进一步的，所述负载电流检测模块用于检测负载电流，并将负载电流通过通讯模块发送到后台，所述负载电流检测模块在零电流切换模式时选择最佳切换点。
进一步的，IGBT驱动模块提供功率放大和信号隔离功能，将控制器的开通和关断信号功率放大后可以开通和关断基本开关模块。
本装置的有益效果是：
（1）基于电力电子技术的配电网智能负荷分配调节装置，通过***主机控制各终端切换到合适的相别上，使配变低压侧负荷基本保持在平衡状态。
（2）开关单元的基本开关模块采用低压复合开关设计模式，充分融合了磁保持继电器和电力电子开关2种器件的优点，智能平衡三相负荷，换相过程不掉电，节能减损效果显著。
（3）该装置的体积大为减小，成本投入大大降低。
（4）该装置操作过程无停电，能够实现带载情况下用电负荷相序调整，同时上述操作实现无缝切换，可保证开关导通期间无浪涌，从而对低压电网和负荷无冲击，满足在线性和无冲击性要求，保障供电可靠性和电压质量。
综上所述，该装置的推广，将大幅提高配网运行稳定性和智能化，可对国网公司提出的智能电网的要求起到很好的支撑作用，提高供用电***及负载的功率因数，降低设备容量及减小投资；减小线路及变压器损耗，提高电网有功传输能力和变压器出力及其运行经济效益；改善沿线电压分布特性，提高电网供电质量；降低电力网设备发热，延长使用寿命；改善***稳定性，避免发生电压崩溃和稳定破坏事故，提高***安全运行。本装置将所选负荷切换到合适的相别上，使配变低压侧负荷基本保持在平衡状态，从而达到减少线路损耗、变压器损耗，延长变压器使用寿命，提高供电质量等目的。通讯模块用于接收后台的负荷切换指令以及将本装置运行状态发送给后台，嵌入式控制器在接收到后台指令后，根据当前输入电压以及负荷状态进行负荷切换。嵌入式控制器用于处理通讯模块的数据，采集***输入电压和负载电流，并通过IGBT驱动模块控制各基本开关模块的开通和关断。输入电压检测模块用于检测三相输入电压，供装置在零电压切换模式时选择最佳切换点。负载电流检测模块用于检测负载电流，并将负载电流通过通讯模块发送到后台，所述负载电流检测模块在零电流切换模式时选择最佳切换点。IGBT驱动模块提供功率放大和信号隔离功能，将控制器的开通和关断信号功率放大后可以开通和关断IGBT器件。
附图说明
图1为为本发明一种配电网智能负荷分配调节装置的原理示意图；
图2为本发明开关单元的结构示意图；
图3为本发明基本开关模块的结构示意图；
图4为本发明控制单元的结构示意图；
图5为本发明一种配电网智能负荷分配调节装置的***框图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式：
实施例一
如图1、图2、图4、图5所示：一种配电网智能负荷分配调节装置，该装置设置于配电台区配电变压器的低压侧，即介于低压配电变压器与用户负荷之间，包括：用于进行负荷切换的开关单元与用于控制开关的控制单元；所述开关单元包括3个基本开关模块，分别对应A 、B、C三相，所述每个基本开关模块均与单相输出相相连接；所述控制单元包括通讯模块、嵌入式控制器、输入电压检测模块、负载电流检测模块以及IGBT驱动模块，所述嵌入式控制器分别与通讯模块、输入电压检测模块、负载电流检测模块、IGBT驱动模块电性连接；所述输入电压检测模块与A、B、C三相输入相连，所述负载电流检测模块与单相输出相电性连接，所述IGBT驱动模块与基本开关模块电性连接；控制单元根据通讯模块提供负荷切换指令开通A、B、C三相中的一个基本开关模块，将基本开关模块所在的相与单相输出相连接，实现负荷切换。后台***通过采集所安装的配变负荷数据计算出相应的负荷切换策略，并通过通讯网络发送给本发明装置，本装置将所选负荷切换到合适的相别上，使配变低压侧负荷基本保持在平衡状态，从而达到减少线路损耗、变压器损耗，延长变压器使用寿命，提高供电质量等目的。
通讯模块用于接收后台的负荷切换指令以及将本装置运行状态发送给后台，嵌入式控制器在接收到后台指令后，根据当前输入电压以及负荷状态进行负荷切换。
嵌入式控制器用于处理通讯模块的数据，采集***输入电压和负载电流，并通过IGBT驱动模块控制各基本开关模块的开通和关断。
输入电压检测模块用于检测三相输入电压，供装置在零电压切换模式时选择最佳切换点。
负载电流检测模块用于检测负载电流，并将负载电流通过通讯模块发送到后台，所述负载电流检测模块在零电流切换模式时选择最佳切换点。
IGBT驱动模块提供功率放大和信号隔离功能，将控制器的开通和关断信号功率放大后可以开通和关断IGBT器件。
所述的切换过程如下，首先关断当前相的IGBT，一段死区时间后开通目标相的IGBT。
控制单元是实时在线治理配电台区三相负荷不平衡的核心部件。它可实时监测配变低压侧出口三相电流不平衡情况，根据三相电流不平衡度限值判定相关约束条件，满足设定条件则执行换相决定；然后根据实时采集的配变低压侧出口三相电流和各低压负荷在线自动换相装置各负荷支路的电流和相序数据，通过遗传优化算法进行优化计算得到各低压负荷在线自动换相装置的最优换相指令；最后各低压负荷在线自动换相装置的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在不同相序之间的转换。
实施例二
如图3图5所示，基本开关模块包含磁保持继电器和电力电子开关，基本开关模块通过驱动电路控制磁保持继电器的控制信号和电力电子器件的触发脉冲信号对A、B、C三相的磁保持继电器和电力电子开关进行控制。基本开关模块包括四个二极管D1、D2、D3、D4和一个IGBT器件S，基本开关模块设置为双向开通模块与关断模块，开通IGBT器件S，该相电压处于正半周或是负半周时，该相输入与输出均会连通；关断IGBT器件S，该相电压处于正半周或负半周时，该相输入与输出均会断开。
开关单元采用低压复合开关设计模式，充分融合了磁保持继电器和电力电子开关2种器件的优点。每个复合开关单元包含3个单相复合开关，分别对应A、B、C三相。每个单相复合开关包含磁保持继电器和电力电子开关，通过驱动电路控制磁保持继电器的控制信号和电力电子器件的触发脉冲信号可独立对每相的磁保持继电器和电力电子开关进行控制，以使该负荷支路能在A、B、C三相之间自由投切转换，满足可控性要求。对于任意一条负荷支路，正常运行时仅有一相上的磁保持继电器处于闭合状态，其余两相上的磁保持继电器处于断开状态；三相上的电力电子开关都处于关断状态。负荷换相时，假如将某一条负荷支路上的负荷从A相换到B相，首先将A相电力电子开关导通，A相电力电子开关导通后将A相上的磁保持继电器断开；然后通过控制电力电子开关将负荷电流从A相换流到B相上；之后闭合B相上的磁保持继电器，待B相上的磁保持继电器闭合后关断B相上的电力电子开关。负荷在A、B、C三相其余相序间的调整和上述操作相似。上述操作过程无停电，能够实现带载情况下用电负荷相序调整，同时上述操作实现无缝切换，可保证开关导通期间无浪涌，从而对低压电网和负荷无冲击，满足在线性和无冲击性要求，保障供电可靠性和电压质量。正常运行时磁保持继电器处于闭合状态，提供电流通道，磁保持继电器电阻很小，基本无损耗；换相时电力电子开关提供电流通道，有较小的通态损耗；因此低压负荷在线自动换相装置工作期间基本无电能损耗，满足无损性要求。
实施例三
配电网智能负荷分配调节装置设定为零电压切换模式与零电流切换模式，装置设定为零电压切换模式时，选择在当前相和目标相电压相等时进行切换；装置被设定为零电流切换模式时，选择在负载电流为零时进行切换。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种配电网智能负荷分配调节装置，其特征在于：所述装置设置于配电台区配电变压器的低压侧，即介于低压配电变压器与用户负荷之间，包括：用于进行负荷切换的开关单元与用于控制开关单元的控制单元；
所述开关单元包括3个基本开关模块，分别对应A 、B、C三相，所述每个基本开关模块均与单相输出相相连接；
所述控制单元包括通讯模块、嵌入式控制器、输入电压检测模块、负载电流检测模块以及IGBT驱动模块，所述嵌入式控制器分别与通讯模块、输入电压检测模块、负载电流检测模块、IGBT驱动模块电性连接；所述输入电压检测模块与A、B、C三相输入相连，所述负载电流检测模块与单相输出相电性连接，所述IGBT驱动模块与基本开关模块电性连接；
控制单元根据通讯模块提供负荷切换指令开通A、B、C三相中的一个基本开关模块，将基本开关模块所在的相与单相输出相连接，实现负荷切换。
2.根据权利要求1所述的一种配电网智能负荷分配调节装置，其特征在于，所述基本开关模块包含磁保持继电器和电力电子开关，基本开关模块通过驱动电路控制磁保持继电器的控制信号和电力电子器件的触发脉冲信号对A、B、C三相的磁保持继电器和电力电子开关进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种配电网智能负荷分配调节装置，其特征在于：所述配电网智能负荷分配调节装置可以设定为零电压切换模式与零电流切换模式，所述装置设定为零电压切换模式时，选择在当前相和目标相电压相等时进行切换；装置被设定为零电流切换模式时，选择在负载电流为零时进行切换。
4.根据权利要求1或2所述的一种配电网智能负荷分配调节装置，其特征在于，所述基本开关模块包括四个二极管D1、D2、D3、D4和一个IGBT器件S，所述基本开关模块设置为双向开通模块与关断模块，开通IGBT器件S，所对应的相电压处于正半周或是负半周时，所对应的相输入与输出均会连通；关断IGBT器件S，所对应的相电压处于正半周或负半周时，该相输入与输出均会断开。
5.根据权利要求1所述的一种配电网智能负荷分配调节装置，其特征在于：所述通讯模块用于接收后台的负荷切换指令以及将所述配电网智能负荷分配调节装置运行状态发送给后台，嵌入式控制器在接收到后台指令后，根据当前输入电压以及负荷状态进行负荷切换。
6.根据权利要求1所述的一种配电网智能负荷分配调节装置，其特征在于：所述嵌入式控制器用于处理通讯模块的数据，采集***输入电压和负载电流，并通过IGBT驱动模块控制所述基本开关模块的开通和关断。
7.根据权利要求1所述的一种配电网智能负荷分配调节装置，其特征在于：所述输入电压检测模块用于检测三相输入电压，供装置在零电压切换模式时选择最佳切换点。
8.根据权利要求1所述的一种配电网智能负荷分配调节装置，其特征在于：所述负载电流检测模块用于检测负载电流，并将负载电流通过通讯模块发送到后台，所述负载电流检测模块在零电流切换模式时选择最佳切换点。
9.根据权利要求1所述的一种配电网智能负荷分配调节装置，其特征在于：IGBT驱动模块提供功率放大和信号隔离功能，将控制器的开通和关断信号功率放大后可以开通和关断基本开关模块。
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2018
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