一种低压配电网线路实时平衡装置及其工作方法
【专利摘要】一种低压配电网线路实时平衡装置及其工作方法。涉及一种中低压线路的电流平衡装置及其工作方法。能够实现低压配电网线路的自动实时平衡从根源上解决三相电流不平衡问题。置于变压器低压侧，包括一个主机和若干从机，所述主机通过三相线与所述变压器低压侧电连接，所述三相线的每一相上均设有电流互感器；所述从机置于所述变压器低压侧与若干单相负载之间，每个所述从机上均连接有若干单相负载。可以全时段对低压配电网母线的三相电流，各个用电支路的电流以及每个支路底下各个用户负荷电流进行监测，降低了线路的损耗，优化了电网的电能质量，从根本上解决了三相负载不平衡的状态，结构简单，具有很高的经济性。
【专利说明】
一种低压配电网线路实时平衡装置及其工作方法
技术领域
[0001]本发明涉及电力设备领域，尤其涉及一种中低压线路的电流平衡装置及其工作方法。【背景技术】
[0002]随着我国配电网的发展以及家用电器的变化，配电网中存在大量的单相负荷，然而单相负荷分布的不均衡导致三相负荷不平衡成为低压配电网运行维护中一个比较突出的问题。三相负荷不平衡将增加电网损耗，使配电网中重载相的供电电压质量大大下降，造成配网变压器的出力降低，电能转化效率下降。由于早期电网设计规划的不周，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，会出现大量单相负荷集中在一相或两相的情况，这些不均衡负荷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。
[0003]目前对于配电网三相不平衡的解决方案有两种，一是通过工人在定期测试和根据经验去调整负荷，并且平衡点仅着眼于变压器低压侧出线等少数测试点处平衡，需要大量的人力物力去进行调控，并且效果也不够显著。
[0004]二是通过安装电力电子无功补偿装置，在配电变压器低压侧通过相间无功补偿方式调整三相负荷不平衡状况。例如，国家知识产权局2015-11 -18公开的一项申请号为 2015105417951，名称为一种配电变压器三相电流动态平衡装置及其工作方法的发明专利申请，主要公开了包括模块单元、电流采集单元、远程通讯单元和人机交互单元。模块单元并联于电网公共连接点；模块单元包括LCL滤波器、逆变器、驱动电路和中央控制器。中央控制器、驱动电路、逆变器和LCL滤波器依次连接。实时监测，实时全面反映负荷情况，及时精准的将电流情况反馈给中央控制器，中央控制器能够实时、动态、精准地调整三相负荷电流，提高动态电流调整的准确性；灵活增减投运模块，降低了产品功耗， 节约能源。但是，该方案只能在一定程度上改善配变自身问题，而不能够解决配电台区低压线路的三相负荷不平衡情况，而且成本相对较高。
[0005]因此，为了满足低压配电网大范围内，迅速，准确自动的三相电流平衡，急需要有一种能够采集大量用户信息的并且能实时控制低压配电网三相电流平衡的装置。
【发明内容】
[0006]本发明针对以上问题，提供了一种能够实现低压配电网线路的自动实时平衡从根源上解决三相电流不平衡问题的低压配电网线路实时平衡装置及其工作方法。
[0007]本发明的技术方案是:一种低压配电网线路实时平衡装置，置于变压器低压侧，包括一个主机和若干从机，所述主机通过三相线与所述变压器低压侧电连接，所述三相线的每一相上均设有电流互感器;所述从机置于所述变压器低压侧与若干单相负载之间，每个所述从机上均连接有若干单相负载。
[0008]所述主机包括主控芯片、电力载波模块、交互控制屏和三个电流霍尔传感器，三个所述电流霍尔传感器分别对应连接三相线上的电流互感器，三个所述电流霍尔传感器分别与主控芯片连接；所述主控芯片与电力载波模块连接，与所述电力载波模块实现双向通讯；所述交互控制屏通过所述电力载波模块与所述主控芯片连接。
[0009]所述从机包括从机芯片、三个双向晶闸管和三个机械开关，每个双向晶闸管上分别并联一个所述机械开关；三相线的每一相分别连接一个双向晶闸管的输入端，三个所述双向晶闸管的输出端并联后与负载连接，作为单相负载的火线；所述从机芯片与所述主控芯片通过电力载波模块连接；所述双向晶闸管的门极和机械开关分别与所述从机芯片连接。
[0010]还包括主站，所述主站与所述电力载波模块连接，接收电力载波模块发送的信息。
[0011]所述电力载波模块与每个负载的电表连接，读取负载电流信息。
[0012]—种低压配电网线路实时平衡装置的工作方法，按如下步骤工作:1)工作前预检测；1.1)主控芯片发送测试信号给各部分，测试各个部分是否正常，若正常则转步骤2)，若不正常则转步骤1.2);1.2)将故障点在触屏上显示，通知工作人员检修，同时将主机锁定，1.3)将故障信息发送至主站，由主站进行存档；2)不平衡度判定；2.1)通过触屏写入不平衡度的范围值；2.2)主机调度部分通过霍尔传感器得到主电路的三相电流值；2.3)将检测到的三相电流值与标准值进行比对，得出每相的实际不平衡度；2.4)依据实际不平衡度计算出需要切换的切换电流值；2.5)将实际不平衡度与设定的范围值进行比对，若大于范围值则转入步骤3,若小于范围值则重复步骤2);3)消除三相不平衡；3.1)主控芯片采集负载的电流值，计算每个从机的实际电流值；3.2)将每个从机的实际电流值与切换电流值进行一一比对，选出与切换电流值最接近的从机；3.3)切换步骤3.2)中选出的最接近的从机，使得三相电流达到平衡，完毕。[〇〇13]本发明中利用主控芯片实时监控调节三相线上的带载情况，让三相电流达到平衡，使得全配网供电范围的供电质量得到优化，最大程度解决配电网中三相不平衡度过大的问题，选用了大功率的双向晶闸管从而减少了从机的使用个数，减少了安装从机所需的人力物力。利用电力载波模块作为装置的通信模块，不需要另外搭建线路，节约成本。还设有交互控制屏，它可以显示从机所在支路的电流大小，以及各个用户负荷的电流大小，并且可以由用户设定各个从机的切换时间，以及自动或手动的切换工作模式，以适应不同的工作环境，让整个三相不平衡过程可视化。同时也能够使故障点可视化，便于工作人员查找检修，提高工作效率。
[0014]从机由双向晶闸管和机械开关组成，机械开关与双向晶闸管并联，在断开时先导通双向晶闸管，使得机械开关上不带电，然后再断开机械开关，使得机械开关在断开时不会产生电弧，延长了机械开关的使用寿命，从而延长了整个装置的使用寿命。利用双向晶闸管的双向导通功能，使得交流电流能够及时通过，且双相晶闸管属于全控型器件，导通关断可控制，且灵敏度高，能耗低，使得装置响应速度快、时间长且安全稳定。
[0015]本装置可以全时段对低压配电网母线的三相电流，各个用电支路的电流以及每个支路底下各个用户负荷电流进行监测，在以支路为单位进行切换调度，实现大范围内配网母线的三相电流平衡，大大降低了线路的损耗，优化了电网的电能质量，并且通过集成用户信息采集系统，通过从电能表采集到各个用户负荷的电流减少了电流互感器的使用量，同时也减少了大量的硬件接口，从而提高了装置的可靠性，也提高了装置的扩展性，有较高的推广应用价值和社会经济效益。避免了现有技术中只能在一定程度上改善配变自身问题， 而不能够解决配电台区低压线路的三相负载不平衡情况，而且成本相对较高的缺陷，由于本装置能够将单相负载在三相线中切换，从而实现三相带载平衡，从根本上解决了三相负载不平衡的状态，结构简单，具有很高的经济性。【附图说明】
[0016]图1是本发明的结构示意图，图2是本发明装置构成原理框图，图3是本发明中从机电气原理图，图4是本发明工作方法流程图；图中1是变压器，2是电流互感器，3是从机，31是机械开关，32是双向晶闸管。【具体实施方式】
[0017]本发明如图1-4所示，置于变压器低压侧，包括一个主机和若干从机，所述主机通过三相线与所述变压器低压侧电连接，所述三相线的每一相上均设有电流互感器;所述从机置于所述变压器低压侧与若干单相负载之间，每个所述从机上均连接有若干单相负载。 通过主机采集三相线中电流情况，实时监控电网不平衡状态，便于主机及时处置。主机控制从机进行切换，尽量消除电网不平衡状态。
[0018]所述主机包括主控芯片、电力载波模块、交互控制屏和三个电流霍尔传感器，三个所述电流霍尔传感器分别对应连接三相线上的电流互感器，即A相上连接的电流互感器与其中一个电流霍尔传感器连接，B相上连接的电流互感器与另一个电流霍尔传感器连接，C 相上连接的电流互感器与第三个电流霍尔传感器连接，三个所述电流霍尔传感器分别与主控芯片连接；电流互感器采集三相线上的电流信号，并将采集到的连续变化的电流信号传输到对应的电流霍尔传感器上，电流霍尔传感器将连续变化的电流信号转换成主控芯片能够识别的数字信号，为主机控制提供电流数据，便于主控芯片进行处理、判断。
[0019]所述主控芯片与电力载波模块连接，与所述电力载波模块实现双向通讯;所述交互控制屏通过所述电力载波模块与所述主控芯片连接。主控芯片将相关的信息通过电力载波模块传输至交互控制屏上显示出来，使得工作人员能够直观的观察电网状态且能够及时调用相关信息。工作人员也可以通过交互控制屏手动控制从机的切换，使得切换服从工作人员需要，当其中一相出现故障时，工作人员可以通过交互控制屏将有故障的一相上的从机平均切换至另外两相上，使得有故障的一相上空载，方便工作人员检修，且在检修时不影响供电。
[0020]如图3所示，所述从机包括三个双向晶闸管和三个机械开关，每个双向晶闸管上分别并联一个所述机械开关;双向晶闸管可以认为是一对反并联联结的普通晶闸管的集成， 其工作方式和普通晶闸管相同，均有门极信号触发导通。当主机向从机发出切换指令，从机内部的控制器会在双向晶闸管门极加触发信号时，可使双向晶闸管在正反两个方向导通。
[0021]机械开关与双向晶闸管并联，在断开时先导通双向晶闸管，使得机械开关上不带电，然后再断开机械开关，使得机械开关在断开时不会产生电弧，延长了机械开关的使用寿命，从而延长了整个装置的使用寿命。利用双向晶闸管的双向导通功能，使得交流电流能够及时通过，且双相晶闸管属于全控型器件，导通关断可控制，且灵敏度高，能耗低，使得装置响应速度快、时间长且安全稳定。
[0022]所述从机芯片与所述主控芯片通过电力载波模块连接;所述双向晶闸管的门极和机械开关分别与所述从机芯片连接。主控芯片向从机芯片发送切换指令，从机芯片接收到指令后向机械开关发出闭合或断开命令，同时发送门极触发信号使得相应的机械开关接通或断开，同时控制相应晶闸管通断，完成切换指令。这样使得从机芯片分担了主控芯片的职能，使得主控芯片只有运算、判断和发送切换指令的功能，从而提升了主控芯片的响应速度，使得切换动作速度更快，提升了装置的工作效率。
[0023]从机的切换原理是，以A相切换到B相为例，所说的切换实质是指在负载不断电的情况下断开A相的机械开关同时闭合B相的机械开关，可实际情况中机械开关的通断过程不可控，断开与闭合间隔过久会使得负载断电，间隔过短会产生A、B相短路，从而达不到切换的要求，且机械开关的断开也会产生电弧影响机械开关的寿命。
[0024]用双向晶闸管与机械开关并联，需要切换时，主机首先给出切换指令，此时，从机接收到切换指令，从机芯片给A相上的双向晶闸管发出门极触发信号，A相上的双向晶闸管导通，此时从机芯片发出关断A相上的机械开关的指令。在A相断开时，电流流都流过A相的晶闸管，此时断开A相的机械开关，不会产生电弧，在撤去门极触发信号使得A相晶闸管断开，控制安全的间隔时间给B相晶闸管门极触发信号使得B相晶闸管导通，在闭合B相的机械开关，完成切换，通过控制撤去A相晶闸管门极信号和给B相晶闸管门极信号间隔时间，使得在负载不断电和不短路的情况下实现A、B相之间的相互切换。由于在机械开关闭合和断开时机械开关上不带电由于双向晶闸管不能长时间通大电流供电，所以在B相的双向晶闸管导通后需要闭合B相上的机械开关，避免双向晶闸管长时间大电流导通，导致双相晶闸管损坏，延长了使用寿命。
[0025]切换完成后，将切换状态(各个双向晶闸管的通断状态以及机械开关的通断状态) 通过从机芯片传输至主机，使得主站可以通过主机获取切换状态，建立历史档案，方便工作人员查阅分析。[〇〇26]三相线的每一相分别连接一个双向晶闸管的输入端，三个所述双向晶闸管的输出端并联后与负载连接;这样输入四根线而输出两根线，使得负载能够在三相线中的任意一相上切换，实现电流平衡，维护电网安全，通过负载在三相线上的切换，使得三相线上的带载平衡，从根本上解决了三相不平衡的状态。避免了只能在一定程度上改善配变自身问题， 而不能够解决配电台区低压线路的三相负荷不平衡情况，而且成本相对较高的问题。
[0027]还包括主站，所述主站与所述电力载波模块连接，接收电力载波模块发送的信息。 主站所述电力载波模块与每个负载的电表连接，读取负载电流信息。主站用于接收主控芯片每一次动作信息(包括故障信息和切换信息)，建立历史数据库便于工作人员查询分析， 实现远程监控的目的。
[0028]—种低压配电网线路实时平衡装置的工作方法，如图4所示，按如下步骤工作:1)工作前预检测;通过预检测发现简单故障例如通信故障等，降低装置在工作中发生故障的几率。[〇〇29]1.1)主控芯片发送测试信号给各部分，测试各个部分是否正常，若正常则转步骤2)，若不正常则转步骤1.2);即测试通信系统是否正常，测试机械开关和双相晶闸管是否能够正常导通关断，测试交互控制屏是否正常显示等。
[0030]1.2)将故障点在交互控制屏上显示，通知工作人员检修，同时将主机锁定;工作人员可以直接从交互控制屏上了解故障点，有针对性进行排障检修，缩短检修时间，提高工作效率。
[0031]1.3)将故障信息发送至主站，由主站进行存档；建立存档方便工作人员进行故障分析和完善，避免重复出现同样故障。
[0032]2)不平衡度判定;通过实时检测到的电流值判定不平衡度，从而作为切换的依据。[〇〇33]2.1)通过触屏写入不平衡度的标准值；不平衡度为正值，当三相线中其中一相超出时即判定不平衡度过大，需要进行切换。[〇〇34]2.2)主机调度部分通过霍尔传感器得到主电路的三相电流值;通过实际的三相电流值与标准电流值比对从而得到实际的不平衡度。[〇〇35]2.3)将检测到的三相电流值与标准值进行比对，得出每相的实际不平衡度；以不平衡度的标准值15%，每相的标准电流值为100A为例，假定A相为120A，B相为80A， 则以A相的实际电流值120A减去标准电流值100A得出差值为20A，与标准电流值相除得出实际不平衡度为20%，超出标准值15%，B相得出实际不平衡度为20%，此时需要进行切换，否则不需要进行切换。[〇〇36]2.4)依据实际不平衡度计算出需要切换的切换电流值；以A相120A，B相80A为例，以A相实际电流值减去标准电流值得到20A，则表示A相需要切出20A才能够达到平衡，以B相实际电流值80A减去标准电流值100A得到-20A，表明B相需要切入20A才能达到平衡，此时得出的20A为切换电流值，2.5)将实际不平衡度与不平衡度的标准值进行比对，若大于范围值则转入步骤3,若小于范围值则重复步骤2);将实际不平衡度与不平衡度的标准值进行比较，超过标准值即表示需要进行切换否则就不要进行切换，使得电网运行更加合理经济，减少装置动作次数，延长装置使用寿命。[〇〇37]3)消除三相不平衡;使得电网更加安全稳定3.1)主控芯片采集负载的电流值，计算每个从机的实际电流值；3.2)将每个从机的实际电流值与切换电流值进行一一比对，选出与切换电流值最接近的从机；3.3)切换步骤3.2)中选出的最接近的从机，使得三相电流达到平衡，完毕。
【主权项】
1.一种低压配电网线路实时平衡装置，置于变压器低压侧，其特征在于，包括一个主机 和若干从机，所述主机通过三相线与所述变压器低压侧电连接，所述三相线的每一相上均 设有电流互感器;所述从机置于所述变压器低压侧与若干单相负载之间，每个所述从机上 均连接有若干单相负载。2.根据权利要求1所述的一种低压配电网线路实时平衡装置，其特征在于，所述主机包 括主控芯片、电力载波模块、交互控制屏和三个电流霍尔传感器，三个所述电流霍尔传感器 分别对应连接三相线上的电流互感器，三个所述电流霍尔传感器分别与主控芯片连接；所述主控芯片与电力载波模块连接，与所述电力载波模块实现双向通讯；所述交互控制屏通过所述电力载波模块与所述主控芯片连接。3.根据权利要求2所述的一种低压配电网线路实时平衡装置，其特征在于，所述从机包 括从机芯片、三个双向晶闸管和三个机械开关，每个双向晶闸管上分别并联一个所述机械 开关；三相线的每一相分别连接一个双向晶闸管的输入端，三个所述双向晶闸管的输出端并 联后与负载连接，作为单相负载的火线；所述从机芯片与所述主控芯片通过电力载波模块连接；所述双向晶闸管的门极和机械开关分别与所述从机芯片连接。4.根据权利要求3所述的一种低压配电网线路实时平衡装置，其特征在于，还包括主 站，所述主站与所述电力载波模块连接，接收电力载波模块发送的信息。5.根据权利要求4所述的一种低压配电网线路实时平衡装置，其特征在于，所述电力载 波模块与每个负载的电表连接，读取负载电流信息。6.根据权利要求5所述的一种低压配电网线路实时平衡装置的工作方法，其特征在于， 按如下步骤工作:1)工作前预检测；.1.1)主控芯片发送测试信号给各部分，测试各个部分是否正常，若正常则转步骤2)，若 不正常则转步骤1.2);.1.2)将故障点在触屏上显示，通知工作人员检修，同时将主机锁定，.1.3)将故障信息发送至主站，由主站进行存档；2)不平衡度判定；.2.1)通过触屏写入不平衡度的范围值；.2.2)主机调度部分通过霍尔传感器得到主电路的三相电流值；.2.3)将检测到的三相电流值与标准值进行比对，得出每相的实际不平衡度；.2.4)依据实际不平衡度计算出需要切换的切换电流值；.2.5)将实际不平衡度与设定的范围值进行比对，若大于范围值则转入步骤3,若小于范 围值则重复步骤2);3)消除三相不平衡；.3.1)主控芯片采集负载的电流值，计算每个从机的实际电流值；.3.2)将每个从机的实际电流值与切换电流值进行一一比对，选出与切换电流值最接近 的从机；.3.3 )切换步骤3.2 )中选出的最接近的从机，使得三相电流达到平衡，完毕。
【文档编号】H02J3/26GK105958518SQ201610490468
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】陆惠斌, 车凯, 徐勇, 沈飞, 薛军, 黄振勇, 高晓宁, 刘恒门, 孙叶旭, 黄冠灵
【申请人】国网江苏省电力公司扬州供电公司, 国家电网公司, 扬州广源集团有限公司