基于低压线路负荷均衡的节能装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种低压线路负荷均衡的节能装置，包括低压主控开关，低压主控开关第一端连接变压器二次侧，变压器一次侧用于连接电网供电端，低压主控开关的第二端接入低压母线，低压母线上还连接有多路均衡配电线路，多路均衡配电线路是由一个出线开关和N个分段开关依次连接组成的串联电路，出线开关接入低压母线，相邻两路均衡配电线路之间的末端通过联络开关连接并形成低压回路；低压主控开关和每路低压主控开关上的出线开关通过一道独立的通信信道连接负荷均衡控制器，每路均衡配电线路上的N个分段开关通过一道独立的通信信道连接负荷均衡控制器。解决了线路负荷不均衡造成的线路重载或超载问题，避免因故障或检修造成整条线路停电。
【专利说明】基于低压线路负荷均衡的节能装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统低压均衡配电【技术领域】，尤其涉及一种适用于380V及220V 的低压线路的基于低压线路负荷均衡的节能装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 现行的低压配电线路多采用放射状方式，不存在负荷转供的通道。实际的配电网 线路中，用电情况存在着用电峰谷和昼夜性用电峰谷，导致线路上不同时段所带负荷不均 匀的现象，同时，也会出现线路与线路之间负荷不均衡现象，有的线路重载或过载，有的线 路负荷较轻。总结当前低压配电线路存在的主要问题是： (1) 重载或超载线路由于线路温度升高，导体电阻增大，造成线路电能损耗增大； (2) 重载或超载线路存在火灾等安全隐患； (3) -条线路出现故障时，该线路上的用户均需要停电，停电面积大，影响供电可靠率。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种基于低压线路负荷均衡的节能装置，根据线路之间的 负荷进行合理地转供调配，解决了线路负荷不均衡造成的线路重载或超载问题，避免因故 障或检修造成整条线路停电，缩小停电面积，提高了低压供电可靠率，保障低压配电系统安 全运行。
[0004] 本发明采用的技术方案为： 一种低压线路负荷均衡的节能装置，包括低压主控开关，低压主控开关第一端连接 变压器二次侧，变压器一次侧用于连接电网供电端，低压主控开关的第二端接入低压母线， 低压母线上还连接有多路均衡配电线路，多路均衡配电线路是由一个出线开关和N个分段 开关依次连接组成的串联电路，出线开关接入低压母线，相邻两路均衡配电线路之间的末 端通过联络开关连接并形成低压回路；所述的低压主控开关和每路低压主控开关上的出线 开关通过一道独立的通信信道连接负荷均衡控制器，每路均衡配电线路上的N个分段开关 通过一道独立的通信信道连接负荷均衡控制器。
[0005] 所述的负荷均衡控制器包括微处理器，微处理器分别连接电源模块、数据存储器、 程序存储器、3G通信模块、WiFi通信模块、无线传感器网络通信模块、RS485通信模块、 RS232通信模块和以太网通讯模块。
[0006] 所述的一个低压主控开关和多个出线开关采用具有电流保护功上述的所有分段 开关和联络开关采用具有电流保护功能，操作电源具有两路自动切换功能，且可以根据需 要选配通信方式的智能低压断路器。
[0007] 所述的低压主控开关、多个出线开关、变压器和负荷均衡控制器设于配电室内。
[0008] 本发明通过负荷均衡控制器的RS485通信模块采集需要配置用电均衡区域的低 压主控开关及多路均衡配电线路上的出线开关和分段开关的负荷数据信息，进一步通过负 荷均衡控制器中的微处理器进行分析、处理，从而发送控制命令到相应的开关，根据线路之 间的负荷进行合理地转供调配。同时，解决了线路负荷不均衡造成的线路重载或超载问题， 避免因故障或检修造成整条线路停电，缩小停电面积，提高了低压供电可靠率，保障低压配 电系统安全运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的电路原理图； 图2为本发明的负荷均衡控制器的原理框图。
【具体实施方式】
[0010] 如图1、2所示，本发明包括低压主控开关3,低压主控开关3第一端连接变压器2 二次侧，变压器2 -次侧用于连接电网供电端，低压主控开关3的第二端接入低压母线4，低 压母线4上还连接有多路均衡配电线路，多路均衡配电线路是由一个出线开关和N个分段 开关依次连接组成的串联电路，出线开关接入低压母线4,相邻两路均衡配电线路之间的末 端通过联络开关连接并形成低压回路；所述的低压主控开关3和每路低压主控开关上的出 线开关通过一道独立的通信信道连接负荷均衡控制器5,每路均衡配电线路上的N个分段 开关通过一道独立的通信信道连接负荷均衡控制器5。负荷均衡控制器5包括微处理器，微 处理器分别连接电源模块、数据存储器、程序存储器、3G通信模块、WiFi通信模块、无线传 感器网络通信模块、RS485通信模块、RS232通信模块和以太网通讯模块。低压主控开关3、 多个出线开关、变压器2和负荷均衡控制器5设于配电室1内。一个低压主控开关和多个 出线开关采用具有电流保护功能及通信功能的智能低压断路器，上述的所有分段开关和联 络开关采用具有电流保护功能，操作电源具有两路自动切换功能，且可以根据需要选配通 信方式的智能低压断路器。
[0011] 本发明所述的低压主控开关3和出线开关选用智能低压断路器，要求具有电流保 护功能，并且具备通信功能，分段开关和联络开关13选用智能低压开断路器，要求具有电 流保护功能，开关的操作电源具有两路自动切换功能，可以根据需要选配无线通信、RS485 通信等通信方式，本原理图中选用有线通信方式。
[0012] 如图2所示，负荷均衡控制器5主要由微处理器、电源模块、数据存储器、程序存储 器、3G通信模块、WIFI通信模块、无线传感器网络通信模块、RS485通信模块、RS232通信模 块、以太网通信模块组成。
[0013] 其中，微处理器采用Atmel9263,安装Linux操作系统；电源模块用于为负荷均衡 控制器5供电；数据存储器存放低压主控开关、出线开关、分断开关和联络开关通过通信通 道发送给负荷均衡控制器5的数据；程序存储器存放负荷均衡控制器5运行程序；3G通信 模块用于通过移动网络与远方进行无线通信，配置2路通信通道，可根据工程实际情况选 配；Wifi通信模块用于与本地移动终端或电脑进行短距离无线通信，配置2路通信通道；无 线传感器网络通信模块用于与线路上的分断开关和联络开关进行无线通信，配置4路通信 通道，可根据工程实际情况选配；RS485通信模块用于与低压主控开关、出线开关、分段开 关和联络开关进行有线通信，配置4路通信接口，可根据工程实际情况选配；RS232通信模 块用于与现场调试电脑等通信，配置2路通信接口，可作为备用通信通道；以太网通信模块 用于与电脑等网络设备的通信，配置2路通信接口。如图1所示，负荷均衡控制器5使用3 个RS485接口与多路开关通信，最右端的一个RS485通过通信线路与分段开关8、分段开关 9、分段开关10、分段开关11和联络开关13连接，中间一个RS485接口通过通信线路与低 压主控开关3、出线开关6、出线开关19连接，最左端的一个RS485接口通过通信线路与分 段开关14、分段开关15、分段开关16、分段开关17连接，当然，还需要根据工程实际情况选 择通信方式，配置通信接口。假设线路上的负荷是平均分布的，当线路上安装3只分段开关 时，线路被分为4段，每段负荷占整条线路负荷的25% ;当线路上安装4只分段开关时，线路 被分为5段，每段负荷占整条线路负荷的20% ;当线路上安装5只分段开关时，线路被分为6 段，每段负荷占整条线路负荷的16.7%。分段开关的数量要根据现场实际情况确定，推荐采 用4个分段开关方案。
[0014] 负荷均衡控制器5主要执行过程为：首先，电源模块接通电源，向微处理器和其他 模块供电，微处理器运行负荷均衡控制器5程序，进行系统初始化，微处理器再向RS485通 信模块或者无线传感器网络通信模块发送通信指令，采集各开关的数据，微处理器再对采 集到的各开关数据进行相应的处理，生成各条线路总负荷情况和线路各段的负荷数据，判 断线路之间的负荷是否均衡，如果不均衡且满足调整条件，则向相应开关发送遥控指令，继 续执行下一个采集或调整过程，直到满足均衡为止。在附图1中，以分段开关8为例，说明 负荷均衡控制器5采集开关数据的执行过程。微处理器向最右端的一个RS485接口发送含 有分段开关8编号的数据采集指令，同时，微处理器也可以通过无线传感器网络通信模块 进行采集信息的无线传递，该指令通过通信线路12传到分段开关8及通信线路12连接的 其他开关线路上，此时，分段开关8响应指令，而其他开关不予响应；随即通过通信线路12 向最右端的一个RS485接口返回需要采集的数据，微处理器再向其他开关发送采集数据指 令，逐一采集每个开关的数据。以附图1中分段开关8为例，说明负荷均衡控制器5遥控 开关分合的执行过程。微处理器向最右端的一个RS485接口发送含有分段开关8编号的 遥控指令；该指令通过通信线路12传到8分段开关及通信线路连接的其他开关，分段开关 8响应指令而其他开关不予响应；如果是遥控分闸指令，则分段开关8分断，如果是合闸指 令，则分段开关8关合；遥控指令执行完毕后，分段开关8通过通信线路12向最右端的一个 RS485接口返回遥控执行结果。
[0015] 以附图1为例，下面详细说明本发明负荷均衡自动调整的工作原理： 线路正常运行时，主控开关、出线开关和分段开关处于关合状态，联络开关处于分断状 态；线路17的总负荷等于线路17各段负荷之和，线路1118的总负荷等于线路1118各段负 荷之和，即线路的一段负荷为整条线路负荷的20%。
[0016] 负荷均衡控制器5根据每条线路的总负荷数据和每段线路的负荷数据，确定需要 遥控的开关编号和遥控顺序。如果线路17重载或过载，线路1118相对轻载，假设线路17 负荷大于线路II18负荷的40%，负荷均衡控制器5遥控关合联络开关13,遥控分断分段开 关11，此时，线路17的11-13段的负荷分配到线路1118上，线路17的6-8、8-9、9-10段的 负荷供电均正常，但是，线路17负荷下降了 20%，由于线路17的11-13段的负荷通过联络开 关13的闭合，转移到线路1118上，从而使得线路1118负荷上升20%，线路17和线路1118 的负荷达到均衡；假设线路17负荷大于线路1118负荷的80%，负荷均衡控制器5遥控关合 联络开关13,遥控分断分段开关10,将线路17的10-11段和11-13段的负荷分配到线路 1118上，线路17负荷下降40%，线路1118负荷上升40%，线路17和线路1118的负荷达到均 衡；同理可以调整其他区段的负荷，使线路间负荷达到均衡。若还存在线路III，或者多个 线路，则需要配和调整线路1118上的出线开关19或者各条线路上的出线开关及分段开关。
[0017] 线路环网供电的实现过程如下： 当线路17的出线开关6因故跳闸或线路17的6-8段因故停电时，线路17的用户全部 停电，此时可以遥控分断分段开关8,关合联络开关13,再逐次关合分段开关11、分段开关 10、分段开关9。这样，除线路17的6-8段停电外，其他的区段恢复供电，从而缩小了停电区 段，提高了供电可靠率。
[0018] 遥控操作在手机等手持移动终端上完成。负荷均衡控制器5中嵌入了 Web系统， 手持移动终端通过Wifi通道与负荷均衡控制器5建立连接，输入用户名和密码登陆到负荷 均衡控制器5中的Web界面，Web界面具有附图1的电力接线图，可以在图形上进行遥控操 作，遥控指令由负荷均衡控制器5发送给相应的开关。
【权利要求】
1. 一种基于低压线路负荷均衡的节能装置，其特征在于：包括低压主控开关，低压主 控开关第一端连接变压器二次侧，变压器一次侧用于连接电网供电端，低压主控开关的第 二端接入低压母线，低压母线上还连接有多路均衡配电线路，多路均衡配电线路是由一个 出线开关和N个分段开关依次连接组成的串联电路，出线开关接入低压母线，相邻两路均 衡配电线路之间的末端通过联络开关连接并形成低压回路；所述的低压主控开关和每路低 压主控开关上的出线开关通过一道独立的通信信道连接负荷均衡控制器，每路均衡配电线 路上的N个分段开关通过一道独立的通信信道连接负荷均衡控制器。
2. 根据权利要求1所述的基于低压线路负荷均衡的节能装置，其特征在于：所述的负 荷均衡控制器包括微处理器，微处理器分别连接电源模块、数据存储器、程序存储器、3G通 信模块、WiFi通信模块、无线传感器网络通信模块、RS485通信模块、RS232通信模块和以太 网通讯模块。
3. 根据权利要求2所述的基于低压线路负荷均衡的节能装置，其特征在于：所述的一 个低压主控开关和多个出线开关采用具有电流保护功能及通信功能的智能低压断路器。
4. 根据权利要求3所述的基于低压线路负荷均衡的节能装置，其特征在于：上述的所 有分段开关和联络开关采用具有电流保护功能，操作电源具有两路自动切换功能，且可以 根据需要选配通信方式的智能低压断路器。
5. 根据权利要求4所述的基于低压线路负荷均衡的节能装置，其特征在于：所述的低 压主控开关、多个出线开关、变压器和负荷均衡控制器设于配电室内。
【文档编号】H02J3/26GK104218596SQ201410496527
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】邱武斌, 周宁, 张景超, 王倩, 王磊, 冯光, 李珊珊 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司电力科学研究院, 国网河南省电力公司