CN113644668A - 电力三相不平衡调节方法、***及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力三相不平衡调节方法、***及介质，通过主机控制器监测配电***电力三相不平衡信息，根据电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略，根据负荷平衡策略下发换相调节命令；换相开关根据主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡。本发明彻底解决了配网终端三相电流不平衡的问题；替代传统三相不平衡的盲目切换，实现“电流过零切除，电压过零投入”快速捕捉零角度，实现无冲击投切，全自动三相不平衡调节；利用综合检测最优策略算法，快速自动一次性进行三相不平衡的最优切换策略，降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线路损耗，抑制单相过流、末端低压情况，提升供电质量和供电可靠性。

Description

电力三相不平衡调节方法、***及介质

技术领域

本发明涉及配电网***技术领域，尤其涉及一种电力三相不平衡调节方法、***及介质。

背景技术

在电力低压配电网***中，存在着大量的单相、不对称、非线性、冲击性负荷，三相负荷***是随机变化的，这些负荷会使配电***产生三相不平衡，三相负荷不平衡会导致供电***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，降低供电可靠性，同时不平衡负荷对变压器等设备也带来不良的影响。

市场上现有的三相不平衡调节设备虽然也具有自动调节三相不平衡负载的功能，但是非过零的盲目、频繁切换给电力***和用户负载带来非常大的冲击，频繁调节切换带来的电压晃动给用户带来很大的困扰，严重时甚至会导致用户端和供电局的保护跳闸，给用户用电安全带来很大的安全隐患。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电力三相不平衡调节方法、***及介质，可以有效解决配网终端三相电流不平衡的问题，降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线路损耗，抑制单相过流、末端低压情况，提升供电质量和供电可靠性。

为实现上述目的，本发明提出一种电力三相不平衡调节方法，应用于电力三相不平衡调节***，所述***包括主机控制器和换相开关，所述主机控制器安装在配电***变压器的出口端，所述换相开关安装在用户终端前端，所述方法包括以下步骤：

主机控制器监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略，根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令；

换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

其中，所述主机控制器监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略的步骤包括：

所述主机控制器实时接收所述换相开关传送过来的电流数据；

根据所述电流数据，计算配电***电力三相不平衡度；

在所述配电***电力三相不平衡度超过设定值，且达到确认时间时，综合检测最优策略方案。

其中，所述根据所述电流数据，计算配电***电力三相不平衡度的步骤包括：

根据所述电流数据获得各换相开关的负荷电流Ia，Ib，Ic；

比较Ia，Ib，Ic数值，进行排序，记录序号Max，Mid，Min，采用如下公式计算电流均值：

计算各负荷电流相对均值的差值绝对值的最大值:

|ΔI_max|＝max*|I_a-I_av|，|I_a-I_av|，|I_a-I_av|}；

计算不平衡度：

其中，所述综合检测最优策略方案的步骤包括：

获取计算的电流均值；

根据所述电流均值及各相负荷电流，计算各相的不平衡差值；

依据不平衡差值符号得到切换方向；

依据不平衡差值大小得到切换开关的数目和编号；

综合检测得到最优策略方案，所述策略方案包括：一相切至两相策略、两相切至一相策略。

其中，所述根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令的步骤包括：

根据综合检测得到的最优策略方案，进行电流分配计算；

根据电流分配计算结果进行过零点计算；

根据所述综合检测得到的最优策略方案，一次性给各换相开关下发过零动作命令，作为所述换相调节命令。

其中，所述换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡的步骤包括：

所述换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应过零换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

本发明还提出一种电力三相不平衡调节***，包括：主机控制器和换相开关，所述主机控制器安装在配电***变压器的出口端，所述换相开关安装在用户终端前端；

所述主机控制器，用于监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略，根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令；

所述换相开关，用于根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

其中，所述主机控制器，还用于实时接收所述换相开关传送过来的电流数据；根据所述电流数据，计算配电***电力三相不平衡度；在所述配电***电力三相不平衡度超过设定值，且达到确认时间时，综合检测最优策略方案。

其中，所述主机控制器，还用于根据综合检测得到的最优策略方案，进行电流分配计算；根据电流分配计算结果进行过零点计算；根据所述综合检测得到的最优策略方案，一次性给各换相开关下发过零动作命令；

所述换相开关，还用于根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应过零换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

本发明还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的电力三相不平衡调节方法的步骤。

本发明电力三相不平衡调节方法、***及介质，通过主机控制器监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略，根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令；换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡。本发明方案彻底解决了配网终端三相电流不平衡的问题；替代传统三相不平衡的盲目切换，实现“电流过零切除，电压过零投入”快速捕捉零角度，实现无冲击投切，全自动三相不平衡调节；利用综合检测最优策略算法，快速自动一次性进行三相不平衡的最优切换策略，降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线路损耗，抑制单相过流、末端低压情况，提升供电质量和供电可靠性。

附图说明

图1为本发明电力三相不平衡调节方法的流程示意图；

图2为本发明电力三相不平衡调节方法的细化流程示意图；

图3为本发明方案涉及的低压台区变三相负载自动平衡***框架示意图；

图4为本发明方案涉及的主机控制器的结构图；

图5为本发明方案涉及的换相开关的结构图；

图6是本发明方案涉及的软件框架；

图7是本发明方案涉及的LCD菜单架构示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明考虑到：市场上现有的三相不平衡调节设备虽然也具有自动调节三相不平衡负载的功能，但是非过零的盲目、频繁切换给电力***和用户负载带来非常大的冲击，频繁调节切换带来的电压晃动给用户带来很大的困扰，严重时甚至会导致用户端和供电局的保护跳闸，给用户用电安全带来很大的安全隐患。

本发明提出的GLDA-5100换相开关式三相不平衡自动调节***，是一套基于“过零换相”，用于治理低压配电台区三相不平衡的产品。它适用于三相四线制的380V/220V低压配电***，结合相控控制的技术积累，能快速准确的检测低压配电***的三相不平衡问题，在切换过程中精准捕捉电压过零点，同时结合本发明设计的综合检测最优策略，在规定的时间内，实现无冲击的过零投切，一次性发出调节命令使台区三相负荷处于相对平衡的状态。

本发明方案可有效降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线路损耗，抑制单相过流、末端低压等情况，以及由三相不平衡带来的众多安全隐患，最终实现无冲击的过零调节。

具体地，如图1-图3所示，本发明提出一种电力三相不平衡调节方法，应用于电力三相不平衡调节***，所述***包括主机控制器和换相开关，所述主机控制器安装在配电***变压器的出口端，所述换相开关安装在用户终端前端，结合图3所示，图3为本发明方案涉及的低压台区变三相负载自动平衡***示意图。

配变的出口端安装一台主控开关(即主机控制器)，负责监测三相不平衡信息，并下发调节命令；支路沿线在用户前端安装换相开关，可监测自身带载回路的负荷信息，并根据主控开关(即主机控制器)下发的换相命令进行相应换相操作。

各装置的主要功能如下：

其中，主机控制器可以采用如图4所示的芯片结构，换相开关可以采用如图5所示的芯片结构。

如图1所示，本发明电力三相不平衡调节方法包括以下步骤：

S1、主机控制器监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略，根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令；

具体地，所述主机控制器实时接收所述换相开关传送过来的电流数据；

根据所述电流数据，计算配电***电力三相不平衡度；

在所述配电***电力三相不平衡度超过设定值，且达到确认时间时，综合检测最优策略方案。

其中，根据所述电流数据，计算配电***电力三相不平衡度的原理如下：

六路量计算：UA,UB,UC,IA,IB,IC幅值，相位角计算：采用32点FFT和反正切查表法。

先比较Ia，Ib，Ic数值，进行排序，记录序号Max，Mid，Min；

采用如下公式计算电流均值：

然后，计算各负荷电流相对均值的差值绝对值的最大值；

|ΔI_max|＝max*|I_a-I_av|，|I_a-I_av|，|I_a-I_av|+

不平衡度计算：按公式计算：

实时性要求不是很高，可以每20ms计算一次。

其中：Ia，Ib，Ic分别为各换相开关的实时负荷电流，Imax，Mid,Min分别为实时排序后的负荷电流，Iav为负荷电流的均值。

所述综合检测最优策略方案的步骤包括：

获取计算的电流均值；

根据所述电流均值及各相负荷电流，计算各相的不平衡差值；

依据不平衡差值符号得到切换方向；

依据不平衡差值大小得到切换开关的数目和编号；

综合检测得到最优策略方案，所述策略方案包括：一相切至两相策略、两相切至一相策略。

所述根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令的步骤包括：

根据综合检测得到的最优策略方案，进行电流分配计算；

根据电流分配计算结果进行过零点计算；

根据所述综合检测得到的最优策略方案，一次性给各换相开关下发过零动作命令，作为所述换相调节命令。

具体地，综合检测最优策略方案涉及的不平衡控制方案设计策略如下：

启动原则：

1.不平衡门槛越限，持续设定时间启动。

当τ>τdz，并连续保持设定的时间定值后，启动控制策略逻辑；

2.全天24小时，每小时启动一次,次控制策略逻辑，检测负荷分布是否最优，进行调节。(不需切换时，不记录启动事件)

不平衡控制策略：

综合检测最优策略方案，同时发控制命令。具体过程如下：

计算电流均值：

计算各相的不平衡差值：

ΔI_{bc_a}＝I_a-I_av

ΔI_{bc_b}＝I_b-I_av

ΔI_{bc_c}＝I_c-I_av

依据不平衡差值符号得到切换方向，如下表所示：

ΔI<sub>bc_a</sub>&gt;0	ΔI<sub>bc_b</sub>≤0	ΔI<sub>bc_c</sub>≤0	A->BC
				ΔI<sub>bc_a</sub>≤0	ΔI<sub>bc_b</sub>&gt;0	ΔI<sub>bc_c</sub>≤0	B->AC
ΔI<sub>bc_a</sub>≤0	ΔI<sub>bc_b</sub>≤0	ΔI<sub>bc_c</sub>&gt;0	C->AB
				ΔI<sub>bc_a</sub>≤0	ΔI<sub>bc_b</sub>&gt;0	ΔI<sub>bc_c</sub>&gt;0	BC->A
ΔI<sub>bc_a</sub>&gt;0	ΔI<sub>bc_b</sub>≤0	ΔI<sub>bc_c</sub>&gt;0	AC->B
				ΔI<sub>bc_a</sub>&gt;0	ΔI<sub>bc_b</sub>&gt;0	ΔI<sub>bc_c</sub>≤0	AB->C

依据不平衡差值大小得到切换开关的数目和编号。

1)一相切至两相策略ΔI_max>0，ΔI_min<0,ΔI_mid<0；

选取max相所有的可调的开关，记录编号，负荷电流*I₁，I₂,I₃,…I_N}①计算总的可调容量是否足够

a.如果I_sum>ΔI_max，可调容量足够，计算ΔI_{min_i}＝min{|I_i-|ΔI_min||}(i＝1…N)；

确定差值最小的开关序号m1，并将此序号记录入MAX->MIN结果队列,并从原始队列①中删除,得到新的队列*I₁，I₂,I₃,…I_N-1}；

如果ΔI_{min_m1}<min*I_i}(i＝1…N-1)循环结束。否则ΔI_min＝ΔI_{min_m1}循环寻找下一个差值最小的开关序号m2，并将此序号记录入MAX->MIN结果队列，直到循环结束得到新队列：*I₁，I₂,I₃,…I_N-m}；

然后同样的方法，在新队列中寻找MAX->MID的结果队列。计算ΔI_{mid_i}＝min{|I_i-|ΔI_mid||}(i＝1…N-m)；

b.如果I_sum<ΔI_max，I_sum>(ΔI_min-ΔI_mid)可调容量不足够，则：

ΔI_mid＝I_sum-ΔI_min

按此负荷调节值分别在队列中找到MAX->MIN和MAX->MID的结果队列。

c.如果I_sum<ΔI_max，I_sum<(ΔI_min-ΔI_mid)可调容量不足够则直接将全部序号计入MAX->MIN结果队列。

2)两相切至一相策略ΔI_max>0，ΔI_mid>0，ΔI_min<0；

选取max相所有的可调的开关，记录编号，负荷电流{I₁，I₂,I₃,…I_N}①计算max相总的可调容量

选取mid相所有的可调的开关，记录编号，负荷电流{I₁，I₂,I₃,…I_M}②计算mid相总的可调容量

a.如果I_{sum_max}>ΔI_max，且I_{sum_mid}>ΔI_mid可调容量足够。

以ΔI_max为负荷调节值，参考(1)a在队列①中找MAX->MIN的结果队列。以ΔI_mid

为负荷调节值，参考(1)a在队列②中找到MID->MIN的结果队列。

b.如果I_{sum_max}≤ΔI_max，I_{sum_mid}>ΔI_mid,MAX相可调容量不足够，直接将全部可调开关①计入MAX->MIN的结果队列。

按新计算的ΔI_mid为负荷调节值，参考(1)a在队列②中找到MID->MIN的结果队列。

c.如果I_{sum_max}>ΔI_max，I_{sum_mid}≤ΔI_mid,MID相可调容量不足够，直接将全部可调开关②计入MID->MIN的结果队列。

按新计算的ΔI_max为负荷调节值，参考(1)a在队列①中找MAX->MIN的结果队列。

如果I_{sum_max}≤ΔI_max，且I_{sum_mid}≤ΔI_mid可调容量均不足够，直接将全部可调开关①计入MAX->MIN的结果队列。

如果新计算的ΔI_mid≥I_{sum_mid},则直接将全部可调开关②计入MID->MIN的结果队列。

如果新计算的ΔI_mid<I_{sum_mid},按新计算的ΔI_mid为负荷调节值，参考(1)a

在队列②中找到MID->MIN的结果队列。

S2、换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

所述换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应过零换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

此外，本发明还提出一种电力三相不平衡调节***，包括：主机控制器和换相开关，所述主机控制器安装在配电***变压器的出口端，所述换相开关安装在用户终端前端；

结合图3所示，图3为本发明方案涉及的低压台区变三相负载自动平衡***示意图。

配变的出口端安装一台主控开关(即主机控制器)，负责监测三相不平衡信息，并下发调节命令；支路沿线在用户前端安装换相开关，可监测自身带载回路的负荷信息，并根据主控开关(即主机控制器)下发的换相命令进行相应换相操作。

其中，主机控制器可以采用如图4所示的芯片结构，换相开关可以采用如图5所示的芯片结构。

具体地，所述主机控制器，用于监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略，根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令；

所述换相开关，用于根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

所述主机控制器，还用于实时接收所述换相开关传送过来的电流数据；根据所述电流数据，计算配电***电力三相不平衡度；在所述配电***电力三相不平衡度超过设定值，且达到确认时间时，综合检测最优策略方案。

所述主机控制器，还用于根据综合检测得到的最优策略方案，进行电流分配计算；根据电流分配计算结果进行过零点计算；根据所述综合检测得到的最优策略方案，一次性给各换相开关下发过零动作命令；

所述换相开关，还用于根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应过零换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

本发明的原理可以参照上述方法实施例，在此不再赘述。

此外，本发明还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例项所述的电力三相不平衡调节方法的步骤。

相比现有技术，本发明电力三相不平衡调节方法、***及介质，通过主机控制器监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略，根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令；换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡。本发明方案彻底解决了配网终端三相电流不平衡的问题；替代传统三相不平衡的盲目切换，实现“电流过零切除，电压过零投入”快速捕捉零角度，实现无冲击投切，全自动三相不平衡调节；利用综合检测最优策略算法，快速自动一次性进行三相不平衡的最优切换策略，降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线路损耗，抑制单相过流、末端低压情况，提升供电质量和供电可靠性。

本发明的软件框架可以参照图6所示，该软件框架可以包括：测量算法、控制逻辑、数码显示管理、通讯规约、参数管理、LCD、UART、LED、AD、EFLASH、TIM、GPIO等。

其中，LCD菜单架构可以参照图7所示，可以包括主菜单，主菜单下包括运行监控、参数设置、事件追忆、装置调试、厂家功能等。

本发明的有益效果在于：

1、实现了自动平衡三相负载：

主控开关实时监测三相不平衡度，并根据不平衡度发出调节命令，自动调节三相负载，换相时间≤10ms，不中断用户供电，不会引起常用电器的复位和重启动，也不会对电器产生损害。

2、降低变压器损耗：

调节三相负载电流的平衡使变压器处于相对平衡的运行状态，有效降低了变压器铁损和铜损。

3、解决频繁投切调节不平衡的问题。

用综合检测最优策略算法，在规定时间内，一次性快速进行三相不平衡的最优切换策略，解决传统的频繁多次调节的方式。

4、过零换相确保低压用户用电安全

基于“过零换相”的原则，可以达到冲击极小、电弧极小的效果，从而可以避免用户端的电压晃动问题。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电力三相不平衡调节方法，其特征在于，应用于电力三相不平衡调节***，所述***包括主机控制器和换相开关，所述主机控制器安装在配电***变压器的出口端，所述换相开关安装在用户终端前端，所述方法包括以下步骤：

主机控制器监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略，根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令；

换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

2.根据权利要求1所述的电力三相不平衡调节方法，其特征在于，所述主机控制器监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略的步骤包括：

所述主机控制器实时接收所述换相开关传送过来的电流数据；

根据所述电流数据，计算配电***电力三相不平衡度；

在所述配电***电力三相不平衡度超过设定值，且达到确认时间时，综合检测最优策略方案。

3.根据权利要求2所述的电力三相不平衡调节方法，其特征在于，所述根据所述电流数据，计算配电***电力三相不平衡度的步骤包括：

根据所述电流数据获得各换相开关的负荷电流Ia，Ib，Ic；

比较Ia，Ib，Ic数值，进行排序，记录序号Max，Mid，Min，采用如下公式计算电流均值：

计算各负荷电流相对均值的差值绝对值的最大值:

|ΔI_max|＝max{|I_a-I_av|，|I_a-I_av|，|I_a-I_av|}；

计算不平衡度：

4.根据权利要求3所述的电力三相不平衡调节方法，其特征在于，所述综合检测最优策略方案的步骤包括：

获取计算的电流均值；

根据所述电流均值及各相负荷电流，计算各相的不平衡差值；

依据不平衡差值符号得到切换方向；

依据不平衡差值大小得到切换开关的数目和编号；

综合检测得到最优策略方案，所述策略方案包括：一相切至两相策略、两相切至一相策略。

5.根据权利要求4所述的电力三相不平衡调节方法，其特征在于，所述根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令的步骤包括：

根据综合检测得到的最优策略方案，进行电流分配计算；

根据电流分配计算结果进行过零点计算；

根据所述综合检测得到的最优策略方案，一次性给各换相开关下发过零动作命令，作为所述换相调节命令。

6.根据权利要求5所述的电力三相不平衡调节方法，其特征在于，所述换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡的步骤包括：

所述换相开关根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应过零换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

7.一种电力三相不平衡调节***，其特征在于，包括：主机控制器和换相开关，所述主机控制器安装在配电***变压器的出口端，所述换相开关安装在用户终端前端；

所述主机控制器，用于监测配电***电力三相不平衡信息，根据所述电力三相不平衡信息，动态制定负荷平衡策略，根据所述负荷平衡策略下发换相调节命令；

所述换相开关，用于根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

8.根据权利要求7所述的电力三相不平衡调节***，其特征在于，所述主机控制器，还用于实时接收所述换相开关传送过来的电流数据；根据所述电流数据，计算配电***电力三相不平衡度；在所述配电***电力三相不平衡度超过设定值，且达到确认时间时，综合检测最优策略方案。

9.根据权利要求7所述的电力三相不平衡调节***，其特征在于，所述主机控制器，还用于根据综合检测得到的最优策略方案，进行电流分配计算；根据电流分配计算结果进行过零点计算；根据所述综合检测得到的最优策略方案，一次性给各换相开关下发过零动作命令；

所述换相开关，还用于根据所述主机控制器下发的换相调节命令进行相应过零换相操作，以调节三相负载电流的平衡。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的电力三相不平衡调节方法的步骤。

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