一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置及其工作方法
【專利摘要】一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置及其工作方法。涉及一種中低壓線路的電流平衡裝置及其工作方法。能夠?qū)崿F(xiàn)低壓配電網(wǎng)線路的自動實時平衡從根源上解決三相電流不平衡問題。置于變壓器低壓側(cè)，包括一個主機和若干從機，所述主機通過三相線與所述變壓器低壓側(cè)電連接，所述三相線的每一相上均設(shè)有電流互感器；所述從機置于所述變壓器低壓側(cè)與若干單相負載之間，每個所述從機上均連接有若干單相負載。可以全時段對低壓配電網(wǎng)母線的三相電流，各個用電支路的電流以及每個支路底下各個用戶負荷電流進行監(jiān)測，降低了線路的損耗，優(yōu)化了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，從根本上解決了三相負載不平衡的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的經(jīng)濟性。
【專利說明】
一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種中低壓線路的電流平衡裝置及其工作方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著我國配電網(wǎng)的發(fā)展以及家用電器的變化，配電網(wǎng)中存在大量的單相負荷，然而單相負荷分布的不均衡導(dǎo)致三相負荷不平衡成為低壓配電網(wǎng)運行維護中一個比較突出的問題。三相負荷不平衡將增加電網(wǎng)損耗，使配電網(wǎng)中重載相的供電電壓質(zhì)量大大下降，造成配網(wǎng)變壓器的出力降低，電能轉(zhuǎn)化效率下降。由于早期電網(wǎng)設(shè)計規(guī)劃的不周，在低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中，存在大量單相、不對稱、非線性、沖擊性負荷，會出現(xiàn)大量單相負荷集中在一相或兩相的情況，這些不均衡負荷會使配電系統(tǒng)產(chǎn)生三相不平衡，導(dǎo)致供電系統(tǒng)三相電壓、電流的不平衡。
[0003]目前對于配電網(wǎng)三相不平衡的解決方案有兩種，一是通過工人在定期測試和根據(jù)經(jīng)驗去調(diào)整負荷，并且平衡點僅著眼于變壓器低壓側(cè)出線等少數(shù)測試點處平衡，需要大量的人力物力去進行調(diào)控，并且效果也不夠顯著。
[0004]二是通過安裝電力電子無功補償裝置，在配電變壓器低壓側(cè)通過相間無功補償方式調(diào)整三相負荷不平衡狀況。例如，國家知識產(chǎn)權(quán)局2015-11 -18公開的一項申請?zhí)枮?2015105417951，名稱為一種配電變壓器三相電流動態(tài)平衡裝置及其工作方法的發(fā)明專利申請，主要公開了包括模塊單元、電流采集單元、遠程通訊單元和人機交互單元。模塊單元并聯(lián)于電網(wǎng)公共連接點；模塊單元包括LCL濾波器、逆變器、驅(qū)動電路和中央控制器。中央控制器、驅(qū)動電路、逆變器和LCL濾波器依次連接。實時監(jiān)測，實時全面反映負荷情況，及時精準的將電流情況反饋給中央控制器，中央控制器能夠?qū)崟r、動態(tài)、精準地調(diào)整三相負荷電流，提高動態(tài)電流調(diào)整的準確性；靈活增減投運模塊，降低了產(chǎn)品功耗， 節(jié)約能源。但是，該方案只能在一定程度上改善配變自身問題，而不能夠解決配電臺區(qū)低壓線路的三相負荷不平衡情況，而且成本相對較高。
[0005]因此，為了滿足低壓配電網(wǎng)大范圍內(nèi)，迅速，準確自動的三相電流平衡，急需要有一種能夠采集大量用戶信息的并且能實時控制低壓配電網(wǎng)三相電流平衡的裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對以上問題，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)低壓配電網(wǎng)線路的自動實時平衡從根源上解決三相電流不平衡問題的低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置及其工作方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置，置于變壓器低壓側(cè)，包括一個主機和若干從機，所述主機通過三相線與所述變壓器低壓側(cè)電連接，所述三相線的每一相上均設(shè)有電流互感器;所述從機置于所述變壓器低壓側(cè)與若干單相負載之間，每個所述從機上均連接有若干單相負載。
[0008]所述主機包括主控芯片、電力載波模塊、交互控制屏和三個電流霍爾傳感器，三個所述電流霍爾傳感器分別對應(yīng)連接三相線上的電流互感器，三個所述電流霍爾傳感器分別與主控芯片連接；所述主控芯片與電力載波模塊連接，與所述電力載波模塊實現(xiàn)雙向通訊；所述交互控制屏通過所述電力載波模塊與所述主控芯片連接。
[0009]所述從機包括從機芯片、三個雙向晶閘管和三個機械開關(guān)，每個雙向晶閘管上分別并聯(lián)一個所述機械開關(guān)；三相線的每一相分別連接一個雙向晶閘管的輸入端，三個所述雙向晶閘管的輸出端并聯(lián)后與負載連接，作為單相負載的火線；所述從機芯片與所述主控芯片通過電力載波模塊連接；所述雙向晶閘管的門極和機械開關(guān)分別與所述從機芯片連接。
[0010]還包括主站，所述主站與所述電力載波模塊連接，接收電力載波模塊發(fā)送的信息。
[0011]所述電力載波模塊與每個負載的電表連接，讀取負載電流信息。
[0012]—種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置的工作方法，按如下步驟工作:1)工作前預(yù)檢測；1.1)主控芯片發(fā)送測試信號給各部分，測試各個部分是否正常，若正常則轉(zhuǎn)步驟2)，若不正常則轉(zhuǎn)步驟1.2);1.2)將故障點在觸屏上顯示，通知工作人員檢修，同時將主機鎖定，1.3)將故障信息發(fā)送至主站，由主站進行存檔；2)不平衡度判定；2.1)通過觸屏寫入不平衡度的范圍值；2.2)主機調(diào)度部分通過霍爾傳感器得到主電路的三相電流值；2.3)將檢測到的三相電流值與標準值進行比對，得出每相的實際不平衡度；2.4)依據(jù)實際不平衡度計算出需要切換的切換電流值；2.5)將實際不平衡度與設(shè)定的范圍值進行比對，若大于范圍值則轉(zhuǎn)入步驟3,若小于范圍值則重復(fù)步驟2);3)消除三相不平衡；3.1)主控芯片采集負載的電流值，計算每個從機的實際電流值；3.2)將每個從機的實際電流值與切換電流值進行一一比對，選出與切換電流值最接近的從機；3.3)切換步驟3.2)中選出的最接近的從機，使得三相電流達到平衡，完畢。[〇〇13]本發(fā)明中利用主控芯片實時監(jiān)控調(diào)節(jié)三相線上的帶載情況，讓三相電流達到平衡，使得全配網(wǎng)供電范圍的供電質(zhì)量得到優(yōu)化，最大程度解決配電網(wǎng)中三相不平衡度過大的問題，選用了大功率的雙向晶閘管從而減少了從機的使用個數(shù)，減少了安裝從機所需的人力物力。利用電力載波模塊作為裝置的通信模塊，不需要另外搭建線路，節(jié)約成本。還設(shè)有交互控制屏，它可以顯示從機所在支路的電流大小，以及各個用戶負荷的電流大小，并且可以由用戶設(shè)定各個從機的切換時間，以及自動或手動的切換工作模式，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境，讓整個三相不平衡過程可視化。同時也能夠使故障點可視化，便于工作人員查找檢修，提高工作效率。
[0014]從機由雙向晶閘管和機械開關(guān)組成，機械開關(guān)與雙向晶閘管并聯(lián)，在斷開時先導(dǎo)通雙向晶閘管，使得機械開關(guān)上不帶電，然后再斷開機械開關(guān)，使得機械開關(guān)在斷開時不會產(chǎn)生電弧，延長了機械開關(guān)的使用壽命，從而延長了整個裝置的使用壽命。利用雙向晶閘管的雙向?qū)üδ埽沟媒涣麟娏髂軌蚣皶r通過，且雙相晶閘管屬于全控型器件，導(dǎo)通關(guān)斷可控制，且靈敏度高，能耗低，使得裝置響應(yīng)速度快、時間長且安全穩(wěn)定。
[0015]本裝置可以全時段對低壓配電網(wǎng)母線的三相電流，各個用電支路的電流以及每個支路底下各個用戶負荷電流進行監(jiān)測，在以支路為單位進行切換調(diào)度，實現(xiàn)大范圍內(nèi)配網(wǎng)母線的三相電流平衡，大大降低了線路的損耗，優(yōu)化了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，并且通過集成用戶信息采集系統(tǒng)，通過從電能表采集到各個用戶負荷的電流減少了電流互感器的使用量，同時也減少了大量的硬件接口，從而提高了裝置的可靠性，也提高了裝置的擴展性，有較高的推廣應(yīng)用價值和社會經(jīng)濟效益。避免了現(xiàn)有技術(shù)中只能在一定程度上改善配變自身問題， 而不能夠解決配電臺區(qū)低壓線路的三相負載不平衡情況，而且成本相對較高的缺陷，由于本裝置能夠?qū)蜗嘭撦d在三相線中切換，從而實現(xiàn)三相帶載平衡，從根本上解決了三相負載不平衡的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的經(jīng)濟性。【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明裝置構(gòu)成原理框圖，圖3是本發(fā)明中從機電氣原理圖，圖4是本發(fā)明工作方法流程圖；圖中1是變壓器，2是電流互感器，3是從機，31是機械開關(guān)，32是雙向晶閘管。【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明如圖1-4所示，置于變壓器低壓側(cè)，包括一個主機和若干從機，所述主機通過三相線與所述變壓器低壓側(cè)電連接，所述三相線的每一相上均設(shè)有電流互感器;所述從機置于所述變壓器低壓側(cè)與若干單相負載之間，每個所述從機上均連接有若干單相負載。 通過主機采集三相線中電流情況，實時監(jiān)控電網(wǎng)不平衡狀態(tài)，便于主機及時處置。主機控制從機進行切換，盡量消除電網(wǎng)不平衡狀態(tài)。
[0018]所述主機包括主控芯片、電力載波模塊、交互控制屏和三個電流霍爾傳感器，三個所述電流霍爾傳感器分別對應(yīng)連接三相線上的電流互感器，即A相上連接的電流互感器與其中一個電流霍爾傳感器連接，B相上連接的電流互感器與另一個電流霍爾傳感器連接，C 相上連接的電流互感器與第三個電流霍爾傳感器連接，三個所述電流霍爾傳感器分別與主控芯片連接；電流互感器采集三相線上的電流信號，并將采集到的連續(xù)變化的電流信號傳輸?shù)綄?yīng)的電流霍爾傳感器上，電流霍爾傳感器將連續(xù)變化的電流信號轉(zhuǎn)換成主控芯片能夠識別的數(shù)字信號，為主機控制提供電流數(shù)據(jù)，便于主控芯片進行處理、判斷。
[0019]所述主控芯片與電力載波模塊連接，與所述電力載波模塊實現(xiàn)雙向通訊;所述交互控制屏通過所述電力載波模塊與所述主控芯片連接。主控芯片將相關(guān)的信息通過電力載波模塊傳輸至交互控制屏上顯示出來，使得工作人員能夠直觀的觀察電網(wǎng)狀態(tài)且能夠及時調(diào)用相關(guān)信息。工作人員也可以通過交互控制屏手動控制從機的切換，使得切換服從工作人員需要，當(dāng)其中一相出現(xiàn)故障時，工作人員可以通過交互控制屏將有故障的一相上的從機平均切換至另外兩相上，使得有故障的一相上空載，方便工作人員檢修，且在檢修時不影響供電。
[0020]如圖3所示，所述從機包括三個雙向晶閘管和三個機械開關(guān)，每個雙向晶閘管上分別并聯(lián)一個所述機械開關(guān);雙向晶閘管可以認為是一對反并聯(lián)聯(lián)結(jié)的普通晶閘管的集成， 其工作方式和普通晶閘管相同，均有門極信號觸發(fā)導(dǎo)通。當(dāng)主機向從機發(fā)出切換指令，從機內(nèi)部的控制器會在雙向晶閘管門極加觸發(fā)信號時，可使雙向晶閘管在正反兩個方向?qū)ā?br>[0021]機械開關(guān)與雙向晶閘管并聯(lián)，在斷開時先導(dǎo)通雙向晶閘管，使得機械開關(guān)上不帶電，然后再斷開機械開關(guān)，使得機械開關(guān)在斷開時不會產(chǎn)生電弧，延長了機械開關(guān)的使用壽命，從而延長了整個裝置的使用壽命。利用雙向晶閘管的雙向?qū)üδ?，使得交流電流能夠及時通過，且雙相晶閘管屬于全控型器件，導(dǎo)通關(guān)斷可控制，且靈敏度高，能耗低，使得裝置響應(yīng)速度快、時間長且安全穩(wěn)定。
[0022]所述從機芯片與所述主控芯片通過電力載波模塊連接;所述雙向晶閘管的門極和機械開關(guān)分別與所述從機芯片連接。主控芯片向從機芯片發(fā)送切換指令，從機芯片接收到指令后向機械開關(guān)發(fā)出閉合或斷開命令，同時發(fā)送門極觸發(fā)信號使得相應(yīng)的機械開關(guān)接通或斷開，同時控制相應(yīng)晶閘管通斷，完成切換指令。這樣使得從機芯片分擔(dān)了主控芯片的職能，使得主控芯片只有運算、判斷和發(fā)送切換指令的功能，從而提升了主控芯片的響應(yīng)速度，使得切換動作速度更快，提升了裝置的工作效率。
[0023]從機的切換原理是，以A相切換到B相為例，所說的切換實質(zhì)是指在負載不斷電的情況下斷開A相的機械開關(guān)同時閉合B相的機械開關(guān)，可實際情況中機械開關(guān)的通斷過程不可控，斷開與閉合間隔過久會使得負載斷電，間隔過短會產(chǎn)生A、B相短路，從而達不到切換的要求，且機械開關(guān)的斷開也會產(chǎn)生電弧影響機械開關(guān)的壽命。
[0024]用雙向晶閘管與機械開關(guān)并聯(lián)，需要切換時，主機首先給出切換指令，此時，從機接收到切換指令，從機芯片給A相上的雙向晶閘管發(fā)出門極觸發(fā)信號，A相上的雙向晶閘管導(dǎo)通，此時從機芯片發(fā)出關(guān)斷A相上的機械開關(guān)的指令。在A相斷開時，電流流都流過A相的晶閘管，此時斷開A相的機械開關(guān)，不會產(chǎn)生電弧，在撤去門極觸發(fā)信號使得A相晶閘管斷開，控制安全的間隔時間給B相晶閘管門極觸發(fā)信號使得B相晶閘管導(dǎo)通，在閉合B相的機械開關(guān)，完成切換，通過控制撤去A相晶閘管門極信號和給B相晶閘管門極信號間隔時間，使得在負載不斷電和不短路的情況下實現(xiàn)A、B相之間的相互切換。由于在機械開關(guān)閉合和斷開時機械開關(guān)上不帶電由于雙向晶閘管不能長時間通大電流供電，所以在B相的雙向晶閘管導(dǎo)通后需要閉合B相上的機械開關(guān)，避免雙向晶閘管長時間大電流導(dǎo)通，導(dǎo)致雙相晶閘管損壞，延長了使用壽命。
[0025]切換完成后，將切換狀態(tài)(各個雙向晶閘管的通斷狀態(tài)以及機械開關(guān)的通斷狀態(tài)) 通過從機芯片傳輸至主機，使得主站可以通過主機獲取切換狀態(tài)，建立歷史檔案，方便工作人員查閱分析。[〇〇26]三相線的每一相分別連接一個雙向晶閘管的輸入端，三個所述雙向晶閘管的輸出端并聯(lián)后與負載連接;這樣輸入四根線而輸出兩根線，使得負載能夠在三相線中的任意一相上切換，實現(xiàn)電流平衡，維護電網(wǎng)安全，通過負載在三相線上的切換，使得三相線上的帶載平衡，從根本上解決了三相不平衡的狀態(tài)。避免了只能在一定程度上改善配變自身問題， 而不能夠解決配電臺區(qū)低壓線路的三相負荷不平衡情況，而且成本相對較高的問題。
[0027]還包括主站，所述主站與所述電力載波模塊連接，接收電力載波模塊發(fā)送的信息。 主站所述電力載波模塊與每個負載的電表連接，讀取負載電流信息。主站用于接收主控芯片每一次動作信息(包括故障信息和切換信息)，建立歷史數(shù)據(jù)庫便于工作人員查詢分析， 實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的。
[0028]—種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置的工作方法，如圖4所示，按如下步驟工作:1)工作前預(yù)檢測;通過預(yù)檢測發(fā)現(xiàn)簡單故障例如通信故障等，降低裝置在工作中發(fā)生故障的幾率。[〇〇29]1.1)主控芯片發(fā)送測試信號給各部分，測試各個部分是否正常，若正常則轉(zhuǎn)步驟2)，若不正常則轉(zhuǎn)步驟1.2);即測試通信系統(tǒng)是否正常，測試機械開關(guān)和雙相晶閘管是否能夠正常導(dǎo)通關(guān)斷，測試交互控制屏是否正常顯示等。
[0030]1.2)將故障點在交互控制屏上顯示，通知工作人員檢修，同時將主機鎖定;工作人員可以直接從交互控制屏上了解故障點，有針對性進行排障檢修，縮短檢修時間，提高工作效率。
[0031]1.3)將故障信息發(fā)送至主站，由主站進行存檔；建立存檔方便工作人員進行故障分析和完善，避免重復(fù)出現(xiàn)同樣故障。
[0032]2)不平衡度判定;通過實時檢測到的電流值判定不平衡度，從而作為切換的依據(jù)。[〇〇33]2.1)通過觸屏寫入不平衡度的標準值；不平衡度為正值，當(dāng)三相線中其中一相超出時即判定不平衡度過大，需要進行切換。[〇〇34]2.2)主機調(diào)度部分通過霍爾傳感器得到主電路的三相電流值;通過實際的三相電流值與標準電流值比對從而得到實際的不平衡度。[〇〇35]2.3)將檢測到的三相電流值與標準值進行比對，得出每相的實際不平衡度；以不平衡度的標準值15%，每相的標準電流值為100A為例，假定A相為120A，B相為80A， 則以A相的實際電流值120A減去標準電流值100A得出差值為20A，與標準電流值相除得出實際不平衡度為20%，超出標準值15%，B相得出實際不平衡度為20%，此時需要進行切換，否則不需要進行切換。[〇〇36]2.4)依據(jù)實際不平衡度計算出需要切換的切換電流值；以A相120A，B相80A為例，以A相實際電流值減去標準電流值得到20A，則表示A相需要切出20A才能夠達到平衡，以B相實際電流值80A減去標準電流值100A得到-20A，表明B相需要切入20A才能達到平衡，此時得出的20A為切換電流值，2.5)將實際不平衡度與不平衡度的標準值進行比對，若大于范圍值則轉(zhuǎn)入步驟3,若小于范圍值則重復(fù)步驟2);將實際不平衡度與不平衡度的標準值進行比較，超過標準值即表示需要進行切換否則就不要進行切換，使得電網(wǎng)運行更加合理經(jīng)濟，減少裝置動作次數(shù)，延長裝置使用壽命。[〇〇37]3)消除三相不平衡;使得電網(wǎng)更加安全穩(wěn)定3.1)主控芯片采集負載的電流值，計算每個從機的實際電流值；3.2)將每個從機的實際電流值與切換電流值進行一一比對，選出與切換電流值最接近的從機；3.3)切換步驟3.2)中選出的最接近的從機，使得三相電流達到平衡，完畢。
【主權(quán)項】
1.一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置，置于變壓器低壓側(cè)，其特征在于，包括一個主機 和若干從機，所述主機通過三相線與所述變壓器低壓側(cè)電連接，所述三相線的每一相上均 設(shè)有電流互感器;所述從機置于所述變壓器低壓側(cè)與若干單相負載之間，每個所述從機上 均連接有若干單相負載。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置，其特征在于，所述主機包 括主控芯片、電力載波模塊、交互控制屏和三個電流霍爾傳感器，三個所述電流霍爾傳感器 分別對應(yīng)連接三相線上的電流互感器，三個所述電流霍爾傳感器分別與主控芯片連接；所述主控芯片與電力載波模塊連接，與所述電力載波模塊實現(xiàn)雙向通訊；所述交互控制屏通過所述電力載波模塊與所述主控芯片連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置，其特征在于，所述從機包 括從機芯片、三個雙向晶閘管和三個機械開關(guān)，每個雙向晶閘管上分別并聯(lián)一個所述機械 開關(guān)；三相線的每一相分別連接一個雙向晶閘管的輸入端，三個所述雙向晶閘管的輸出端并 聯(lián)后與負載連接，作為單相負載的火線；所述從機芯片與所述主控芯片通過電力載波模塊連接；所述雙向晶閘管的門極和機械開關(guān)分別與所述從機芯片連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置，其特征在于，還包括主 站，所述主站與所述電力載波模塊連接，接收電力載波模塊發(fā)送的信息。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置，其特征在于，所述電力載 波模塊與每個負載的電表連接，讀取負載電流信息。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低壓配電網(wǎng)線路實時平衡裝置的工作方法，其特征在于， 按如下步驟工作:1)工作前預(yù)檢測；.1.1)主控芯片發(fā)送測試信號給各部分，測試各個部分是否正常，若正常則轉(zhuǎn)步驟2)，若 不正常則轉(zhuǎn)步驟1.2);.1.2)將故障點在觸屏上顯示，通知工作人員檢修，同時將主機鎖定，.1.3)將故障信息發(fā)送至主站，由主站進行存檔；2)不平衡度判定；.2.1)通過觸屏寫入不平衡度的范圍值；.2.2)主機調(diào)度部分通過霍爾傳感器得到主電路的三相電流值；.2.3)將檢測到的三相電流值與標準值進行比對，得出每相的實際不平衡度；.2.4)依據(jù)實際不平衡度計算出需要切換的切換電流值；.2.5)將實際不平衡度與設(shè)定的范圍值進行比對，若大于范圍值則轉(zhuǎn)入步驟3,若小于范 圍值則重復(fù)步驟2);3)消除三相不平衡；.3.1)主控芯片采集負載的電流值，計算每個從機的實際電流值；.3.2)將每個從機的實際電流值與切換電流值進行一一比對，選出與切換電流值最接近 的從機；.3.3 )切換步驟3.2 )中選出的最接近的從機，使得三相電流達到平衡，完畢。
【文檔編號】H02J3/26GK105958518SQ201610490468
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】陸惠斌, 車凱, 徐勇, 沈飛, 薛軍, 黃振勇, 高曉寧, 劉恒門, 孫葉旭, 黃冠靈
【申請人】國網(wǎng)江蘇省電力公司揚州供電公司, 國家電網(wǎng)公司, 揚州廣源集團有限公司