基于分布式有源不平衡补偿装置实现台区三相平衡的系统的制作方法

1.本实用新型提供了一种基于分布式有源不平衡补偿装置实现台区三相平衡的系统，属于台区三相平衡技术领域。


背景技术：

2.目前，低压配电网三相不平衡问题是很常见的，其高损耗，缺陷多及可靠性差等问题，严重威胁电网的安全运行。三相不平衡负荷对电力系统本身及用户电力供应都有影响，主要表现在以下几个方面：
3.（1）三相电流不平衡所产生的零序电流，对中性线线路会造成损耗，中性线产生压降，导致中性漂移，三相电压变化时，负载重的一相电压降低，而轻的则电压升高，过电压对于用电设备的安全运行产生不利的影响；
4.（2）不平衡三相电流在配电变压器实际产出减少，与多变的最大允许输出应该限制额定容量的每个阶段，当配电变压器的三相不平衡负荷条件下，存在过剩产能负荷轻，从而降低配电变压器的实际产出；
5.（3）三相电流不平衡，会产生零序磁通于配电变压器铁芯之中。由于变压器高压侧角接方式没有零序电流通道，这是就会以钢构件和油箱壁作为通道，但是钢构件的到此效果并不理想，零序电流通过钢构件就会产生磁滞和涡流损耗，使钢构件部分的温度增加，而产生的高温又会加速变压器绕阻绝缘的老化，从而使变压器的使用期限大大压缩。
6.目前治理治理三相不平衡的主要采用的方法有人工调相和安装换相开关，其存在的主要问题有：人工调相实时性差，由于负荷的随机变化，人工调相无法实现实时治理，仅能解决短时间内的不平衡，且人工调相对用户负载的调节随意性大，只能实现粗略调整。换相开关存在实时性不高，不能频繁进行调整等缺点，主要实现主干线前端的平衡。
7.因此，本实用新型提出了一种通过分布式有源不平衡补偿装置（分布式auc）处理低压配网三相不平衡，解决供电企业低压运维人员不足、低压运维手段处理不及时的难题，提高运维人员的工作效率和质量，提高低压配网电能质量。


技术实现要素：

8.本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于分布式有源不平衡补偿装置实现台区三相平衡的系统硬件结构的改进。
9.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：基于分布式有源不平衡补偿装置实现台区三相平衡的系统，包括设置在台区变电站出线主干线上的auc主机和设置在台区用户端的多个auc分机，其中auc主机和auc分机均并联入电网，所述auc主机与多个auc分机之间通过lora形成组网进行通讯；
10.所述auc主机、auc从机均包括壳体，所述壳体的正面设置有显示屏，所述壳体的内部设置有auc控制器，所述auc控制器通过导线与lora模块相连；
11.每个所述auc主机、auc从机安装处均设置有一个电流互感器，所述电流互感器通
过导线与对应安装的auc控制器相连。
12.所述auc控制器还通过导线与蓝牙模块相连。
13.所述auc控制器还通过导线与rs485模块相连。
14.所述auc主机设置在变压器低压侧出线。
15.所述auc控制器具体采用单片机或plc控制器。
16.本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型提供的基于分布式有源不平衡补偿装置实现台区三相平衡的系统通过分布式有源不平衡补偿装置（分布式auc）通过外接电流互感器实时监测系统电流，并通过内部auc控制器对系统电流信息进行处理分析，以判断系统是否处于三相不平衡状态，同时计算达到平衡状态时所需要补偿的负序及零序电流，然后将信号发给内部igbt并驱动其动作，补偿负载需要的不平衡电流，达到补偿目的，从而有效解决台区三相不平衡。
附图说明
17.下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
18.图1为本实用新型的结构示意图；
19.图2为本实用新型分布式auc实现不平衡补偿的原理图；
20.图3为本实用新型实施例1中的分布式auc布置图；
21.图4为本实用新型实施例2中分布式auc布置图；
22.图5为三相不平衡时线路损耗的计算原理图；
23.图6为采用本实用新型进行平衡时的线路损耗的计算原理图。
具体实施方式
24.如图1至图6所示，本实用新型的分布式auc采用一主多从的形式，主、从机硬件都一样，安装后可以人为将主干线的那台通过手机蓝牙app设置为主机即可。分布式auc的安装全部为并联入电网，只需在主干线装1台，其他从机选择用户较多的有三相电的分支安装在电线杆上即可，对安装位置没有太大的要求，安装位置如图1所示。
25.本实用新型的分布式auc对台区三相不平衡治理包括2个方面，一方面是本地补偿，一方面是组网功能。通过2方面的功能组合，实现台区不平衡的最优补偿。下面分别就2方面进行介绍。
26.1、本地补偿
27.本地补偿的原理与集中式的auc原理相同，是通过外接电流互感器(ct)实时监测负载电流，并通过内部控制器对负载电流信息进行处理分析，计算所需补偿的无功以及不平衡电流，然后将控制信号发给内部igbt动作，发出负载所需的补偿电流。分布式auc可以补偿无功电流，也可以补偿不平衡电流。不平衡补偿的原理如图2所示，图中负载电流a、b、c相分别为50、60、70a，auc计算出三相平均电流为60a，补偿时，auc将c相的10a电流转移到a相，即实现了三相平衡。补偿过程是实时计算、实时补偿的，补偿响应时间为10ms；分布式auc单相最大补偿电流为15a，即可以最大将某相15a的电流转移到另外两相上去。
28.2、组网功能
29.在理想的情况下，如果台区每个分支都安装1台或几台分布式auc，使得台区所有
的分支都平衡后，台区变压器、主干线自然也就三相平衡了。然而实际使用过程中，台区分支众多，不可能每个分支都安装分布式auc，这个时候就需要使用分布式auc的组网功能。
30.组网功能是一台auc主机，通过lora通讯，控制多台auc从机；我们在主机通过一个参数的调整，可以控制从机的补偿方式，可以选择是优先保证变压器和主干线的平衡，还是优先保障分支的平衡。
31.举个例子，一个台区，有3条分支：
32.甲分支a、b、c电流分别为0、15、30a， 15、15、15 ；
33.乙分支a、b、c电流分别为30、15、0a。 22.5、15、7.5 ；
34.丙分支a、b、c电流分别为0、45、90a。 15、45、75；
35.假如这3个分支各装1台分布式auc，然后主干线再装1台分布式auc，一共4台，如果没有组网功能，甲乙分支可以补平衡，而丙分支不平衡电流较大，无法补偿平衡，变压器处还是不平衡。如果启用了组网功能，主机就会发现，不补偿乙分支，反而有利于变压器、主干线的平衡，这时主机可以控制乙分支的auc不补偿或少补偿电流，来优先保障变压器处的平衡。这样即优先保证了主干线的平衡，也减小了设备出力，降低了损耗。
36.本实用新型在确定台区需要的分布式auc数量后，选择安装位置时，遵循以下步骤：
37.1、获取台区拓扑，可通过gis、pms等系统获得，也可现场安装时人工绘制台区拓扑。
38.2、建议主机安装于主干线上，即保证主机的互感器套在台区主干线上，测量整个台区电流，主机可获取各从机治理后的效果。
39.3、获取台区用电量大（用电量占比超过该台区的1/10）的单一用户，台区的三相不平衡可能是该用户引起的，因此重点治理该用户，建议在该用户前端最近的三相电处加装分布式auc从机。
40.4、剩余的分布式auc的从机位置选择，优先选择用户多（根据台区拓扑，分析各分支用户数量，对比选择用户数量较多的）的分支，建议每30-50户安装1台分布式auc的从机。
41.上述安装位置选择过程，建议先通过获取的台区拓扑，模拟全部分布式auc安装位置的确定，再进行实际现场安装。现场实际安装时可能因安装环境位置，导致选择的分布式auc安装位置无法正常安装，建议携带台区拓扑图，在附近重新选择安装位置进行安装。可参照分布式安装的示例，进行理解。
42.示例1
43.台区中没有大用户，主机安装在主干线，从机选择用户数量较多的分支安装，选点示意如图3所示：
44.以图3为例，在用户较多的3个分支（31户、27户、50户），各安装1台从机，考虑50户的分支只有1台auc容量可能不够，同时附近分支的6户没有安装设备补偿，所以在分支汇集点再装1台3#从机。主机安装于主干线上，既可以全局调度，也可以为31户的分支上端的（19+3+6）户完成补偿。
45.示例2
46.当台区存在大用户时，除用户较多的分支外，还需在有大用户的分支安装1台或多台分布式auc。选点示意如图4所示：
47.图4中，除用户较多的分支外，存在大用户的分支也安装1台分布式auc（5#从机），另外由于auc数量有限，9户和15户的分支，只能安装1台，所以在汇总处安装1台4#从机即可。
48.本实用新型的分布式auc将分支、主干线的不平衡治理后，对台区末端低电压、线损合格率也有一定的提升作用。
49.1、降低线损
50.如图5和图6所示，三相平衡时线路损耗要比三相不平衡时线路损耗低很多，不过由于分布式auc自身也有部分损耗（约为补偿容量（非额定容量）的2%),所以实际运行中降损效果可能不是很明显。
51.2、提升低电压
52.线路阻抗一定的条件下，线路电流越大，则线路压降（u=i*r）越大，到线路末端的电压也就越低，如果治理了不平衡，会将电流大的一相电流减小，线路压降也就变小，线路末端的低电压也会得到提升。
53.本实用新型的分布式auc的参数如下表1所示：
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表1 分布式auc参数。
[0056]
关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来
相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
[0057]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。