一种治理三相不平衡的台区系统及控制方法与流程

本发明涉及电能质量领域，具体地，涉及一种治理三相不平衡的台区系统。

背景技术：

家庭屋顶光伏因没有地域限制、占用空间少、经济效益高及能源政策支持等原因得到了极大的发展，但是光伏发电输出受光照强度、环境温度、入射角及转换效率等因素影响，其输出功率具有随机性和波动性。高比例单相光伏无序接入及负荷用电各异带来的低压三相不平衡逐渐凸显，成为日益迫切需要解决的电能质量问题。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种治理三相不平衡的台区系统，解决由于高比例单相光伏接入低压台区带来的三相不平衡问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的一个方面提供了一种治理三相不平衡的台区系统，其特征在于，该系统包括配电网、断路器、低压配电变压器、采集器、台区集中控制器、动态补偿装置和k条支路，其中k为大于等于1的整数；所述配电网通过所述断路器和所述低压配电变压器连接母线，所述动态补偿装置与所述k条支路并联接入变压器低压侧母线，所述k条支路中的每条支路均包括若干个单相光伏、用户负荷和换相开关，所述换相开关连接于所述单相光伏或所述单相负荷与所述支路之间；采集器采集每条支路的电流，并与每条支路中的换相开关通信；所述台区集中控制器与所述采集器之间相互通信，所述台区集中控制器与所述动态补偿装置之间相互通信。

根据本发明的一个方面，所述采集器用于接收每条支路的换相开关上送的当前相位及电流信息、采集各支路电流及变压器低压侧线路电流，计算各支路及变压器低压侧线路三相不平衡度，并上送至台区集中控制器。

根据本发明的一个方面，所述台区集中控制器用于根据所述采集器的上送信息计算最优的换相开关，并将换相开关切换的控制指令下发至采集器，采集器接收到台区集中控制器的所述控制指令并下发至对应的换相开关，所述换相开关接收采集器下发的控制指令，实现当前相位的切换。

根据本发明的一个方面，所述动态补偿装置为静止无功发生器，用于接收台区集中控制器下发的相电流输出指令，实现相应的相电流输出。

根据本发明的一个方面，台区集中控制器与采集器集成为一个装置。

本发明的另一个方面提供一种治理三相不平衡的控制方法，包括以下步骤：

s1：判断各支路电流不平衡度是否大于设定值，如果是，则转入s2，如果否，则转入s5；

s2：选择支路换相开关；

s3：下发换相开关换相命令；

s4：判断支路电流不平衡度是否大于设定值，如果是则转入s2；若支路电流不平衡度依然小于设定值或者已经无最合适换相开关选择时，则转入s5；

s5：判断变压器低压侧线路电流不平衡度是否大于设定值，如果是，则转入s6，如果否，则结束；

s6：控制动态补偿装置调整不平衡补偿电流。

根据本发明的另一个方面，当某支路电流不平衡度大于设定值时，台区集中控制器根据上送的三相电流信息，判断出支路的重载相及轻载相，设重载相电流为imax、轻载相电流为imin，

设置目标函数为

ia＝min|in-iave|

其中，in为该支路重载相第n号换相开关的电流，iave表达式为当ia为最小值时，记此时的n为m，其中n、m为大于等于1的整数。

根据本发明的另一个方面，根据上述目标函数的计算结果，台区集中控制器下发所述换相开关换相指令，控制第m号换相开关从重载相切换至轻载相。

根据本发明的另一个方面，若变压器低压侧线路电流不平衡度大于设定值，在步骤s6中，判断重载相和轻载相，调节动态补偿装置使不平衡电流从重载相转移至轻载相。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

所述台区系统采用台区集中控制器控制换相开关和动态补偿装置，解决了由于高比例单相光伏接入低压台区带来的三相不平衡问题，解决了传统技术手段为调节电流不平衡度，直接控制分布式光伏出力而导致弃光现象的发生，降低分布式光伏发电量。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的含高比例单相光伏接入的低压台区系统的架构图；

图2是根据本发明一个实施例的治理三相不平衡的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1示出一种含高比例单相光伏接入的低压台区系统的架构图。从图1可以看出，该系统包括配电网1、断路器2、低压配电变压器3、采集器4、台区集中控制器5、svg6、支路a1和支路a2。配电网1通过断路器2和低压配电变压器3连接电力传输线a，svg6、两条支路a1和a2连接电力传输线a，接入变压器低压侧母线。每条支路包括若干个单相光伏、用户负荷和换相开关，换相开关接于单相光伏或单相负荷与支路之间。如图1所示，单相光伏pv11、用户负荷l11分别通过换相开关s11接入支路a1，单相光伏pv12通过换相开关s12接入支路a1，用户负荷l13通过换相开关s13接入支路a1。单相光伏pv21、用户负荷l21分别通过换相开关s21接入支路a2，单相光伏pv22通过换相开关s22接入支路a2，用户负荷l23通过换相开关s23接入支路a2。单相光伏接入分为“自发自用、余电上网”、“全额上网”两种形式。

采集器4通过电流采样线采集支路a1和a2的电流，并通过通讯线与支路a1中的换相开关s11、s12、s13，支路a2中的换相开关s21、s22、s23通信。台区集中控制器5与采集器4、svg6通过通讯线通信。

采集器4接收各换相开关上送的当前相位及电流信息、采集各支路电流及变压器低压侧线路电流，计算各支路及变压器低压侧线路三相不平衡度，并上送台区集中控制器；台区集中控制器5根据上送的信息计算最优的换相开关，并将换相开关及其切换指令下发至采集器4，采集器4接收台区集中控制器的控制指令并下发至对应的换相开关。换相开关接收采集器4下发的换相指令，实现当前相位的切换。svg6接收台区集中控制器5下发的相电流输出指令，实现相应的相电流输出。

台区集中控制器5实现三相不平衡控制的计算。治理三相不平衡的控制方法的流程图如图2所示。

s1：判断各支路电流不平衡度是否大于设定值，如果该支路电流不平衡度依然大于设定值，则转入s2，如果否，则转入s5。

s2：支路换相开关选择。

当某支路电流不平衡度大于设定值时，台区集中控制器5根据上送的三相电流信息，判断出支路的重载相及轻载相，设重载相电流为imax、轻载相电流为imin。

设置目标函数：

ia＝min|in-iave|

其中，in为该支路重载相第n号换相开关的电流，iave表达式如下：

当ia为最小值时，记此时的n为m。

s3：下发换相开关换相命令。

根据上述目标函数的计算结果，台区集中控制器5下发控制指令，控制m号换相开关从重载相切换至轻载相。

s4：再次判断各支路电流不平衡度是否大于设定值，如果该支路电流不平衡度依然大于设定值，则转入s2，如果否，则转入s5。

s5：判断变压器低压侧线路电流不平衡度是否大于设定值，如果变压器低压侧线路电流不平衡度大于设定值，则转入s6，如果否，则结束。

若支路电流不平衡度依然小于设定值或者已经无最合适换相开关选择时，进入判断变压器低压侧线路电流不平衡度判断过程。

s6：控制静止无功发生器(svg)调整不平衡补偿电流。

若变压器低压侧线路电流不平衡度大于设定值，判断重载相和轻载相，调节静止无功发生器(svg)使不平衡电流从重载相转移至轻载相。

可以理解的是，台区集中控制器与采集器可集成为一个装置，实现同样的功能。

综上所述，本发明公开一种治理三相不平衡的台区系统，该系统包括配电网、断路器、低压配电变压器、采集器、台区集中控制器、svg、k条支路，其中k为大于等于1的整数；配电网通过断路器和低压配电变压器连接母线，svg与k条支路并联接入变压器低压侧母线，每条支路包括若干个单相光伏、用户负荷和换相开关，换相开关连接于单相光伏或单相负荷与支路之间；采集器采集每条支路的电流，并与每条支路中的换相开关通信；台区集中控制器与采集器、svg之间相互通信。本发明还公开一种用于所述台区系统的三相不平衡控制方法，包括判断各支路电流不平衡度是否大于设定值、选择支路换相开关、下发换相开关换相命令、判断支路电流不平衡度是否大于设定值、判断变压器低压侧线路电流不平衡度是否大于设定值以及控制svg调整不平衡补偿电流六个步骤，实现对三相不平衡的控制。本发明采用台区集中控制器控制换相开关和svg，从而解决由于高比例单相光伏接入低压台区带来的三相不平衡问题。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。