换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理系统及方法与流程

本发明属于低压配网技术领域，涉及低压配网三相不平衡治理系统及方法，尤其是一种换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理系统及方法。

背景技术

配电网是国民经济和社会发展的重要公共基础设施。随着国家新型城镇化和新农村建设、城乡一体化加快推进，分布式电源、电动汽车快速发展等原因，低压配网对三相不平衡问题的治理提出了更高的要求。

低压配网处于电力系统的末端位置，尤其我国农村地域广阔、电力用户众多且比较分散，运行状态受运行方式和实际负荷变化的影响较大。低压配网三相不平衡的主要原因是三相负荷不对称，特别是在低压台区，由于单相负荷的不均匀分配和大功率单相负载的接入、单相用户的不可控增容以及对三相负荷平衡管理的不重视等因素，使得低压配网三相不平衡问题更加严重。

低压配网三相不平衡问题对电力系统和用户供电等都带来了负面影响。主要包括以下几个方面：1)增加变压器损耗；2)增加线路损耗；3)低压配电变压器出力减小，降低了配变利用率；4)引起变压器发热，严重时甚至会烧毁变压器；5)容易导致过压、低压，影响用电设备的正常工作。因此，降低低压配网三相不平衡度，提高低压配电台区经济运行水平和供电质量是急需解决的问题。

目前，治理三相不平衡的传统方法主要有以下几种：1)通过人工改线调整负荷，这种方法使用率最高，但其人力成本大，且需切断用户供电，难以长期适应负荷的变化功率；2)通过svg静止同步补偿器补偿，svg静止同步补偿器可以对三相不平衡进行补偿，但此方法成本高，只能做到变压器低压侧三相电流近似平衡，不是从本质上实现负荷平衡；3)通过apf有源滤波器补偿，apf有源滤波器除滤除谐波功能外，可对三相不平衡起到一定的补偿作用，但用这种方法成本高昂，同样不是从本质上实现负荷平衡。综上所述，传统方法相对欠缺，而且投入大、效率低，不能从根本上解决三相不平衡问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理系统及方法，能够可以有效降低配变低压侧和三相分支线路始端的不平衡度。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理系统，包括电流互感器、主控终端、主控开关和智能换相开关；所述电流互感器安装在变压器低压侧并与三相电网相连接，用于测量变压器低压侧和三相分支线路始端的电流信号，该电流互感器分别与主控终端和主控开关相连接，用于将测量的变压器低压侧和三相分支线路始端的电流信号分别输出至主控终端和主控开关；所述主控终端分别与主控开关和智能换相开关相连接，用于监测配变低压侧三相线路的不平衡度，实时采集各三相分支线路始端的三相电流数据并下发换相指令给智能换相开关；所述主控开关与智能换相开关相连接，用于监测三相分支线路始端不平衡度，并对智能换相开关进行换相控制；所述智能换相开关与负载相连接，用于接收主控终端或主控开关的换相指令换以切换相位。

而且，所述主控终端安装在变压器低压侧并与三相电网相连接。

而且，所述主控开关与三相电网相连接，并通过有线或无线方式分别与主控终端和智能换相开关连接。

一种换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理方法，包括以下步骤：

步骤1、测量当前时刻低压用户侧电流、三相分支线路始端电流以及变压器低压侧三相线路电流的所需信息，并通过不平衡度计算公式得出三相分支线路始端以及变压器低压侧三相线路不平衡度；

步骤2、主控开关负责监测三相分支线路始端不平衡度，主控终端负责监测低压配变低压侧三相线路的不平衡度，根据计算得到智能换相开关动作方案，并通过智能换相开关进行相间负荷转移。

而且，所述步骤2的根据计算得到换相开关动作动作方案，通过换相开关进行相间负荷转移的具体步骤包括：

(1)若三相分支线路始端三相不平衡度超出规定数值，则主控开关通过实时采集各低压用户换相开关各支路的电流、相序等数据，运用遗传优化算法进行计算得到最优换相指令，将换相指令下发给所在分支线上的换相开关，使得该三相分支线路满足三相不平衡度的要求；若变压器低压侧三相线路不平衡度超出规定数值，主控终端通过实时采集各三相分支线路始端以及各低压用户换相开关各支路的电流、相序等数据，运用遗传优化算法进行计算得到最优换相指令，将换相指令下发给某一个或几个换相开关，使得配变低压侧三相线路和分支线路始端的三相不平衡度满足要求；

(2)若在某一时刻低压配变低压侧三相线路和某一个或某几个三相分支线路始端不平衡度均超出规定数值，则由主控终端实时采集各三相分支线路始端以及各低压用户换相开关各支路的电流、相序等数据，计算出整个网络的最优换相指令；

(3)若换相开关在上一时刻中已接收换相指令并完成换相操作，则换相开关在规定的时间内再次动作时需要同时接收到主控终端和主控开关的换相指令。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明的一种换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理系统及方法，通过主控终端对主控开关和换相开关的集群协同控制，能够在不中断用户供电的情况下使得配变低压侧和三相分支线路始端不平衡度最小和换相开关切换次数尽可能小，并运用遗传优化算法生低压成单相用户的最优换相指令下发给智能换相开关，可以有效降低配变低压侧和三相分支线路始端的不平衡度，有效降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线路损耗，克服某相过流、末端低压等情况以及由三相不平衡带来的众多安全隐患。

2、本发明通过智能换相开关切换单相负载，能从本质上解决低压配网三相不平衡问题。智能换相开关能实时监测三相不平衡度，并根据不平衡度自动调节三相负载，换相时间一般小于30ms，不会中断用户供电，且系统投运后无需专人维护和管理，节省物力人力，提高效率。

3、本发明当三相分支线路发生三相不平衡时，由此分支线路上的主控开关调整此线路的三相不平衡度。当变压器低压侧三相线路发生三相不平衡时，由主控终端控制换相开关的操作。主控终端对主控开关和换相开关的集群协同控制，以保证配变低压侧和三相分支线路始端不平衡度最小，有效降低由三相负载不平衡所导致的变压器损耗、线路损耗，克服某相过流、末端低压等情况以及由三相不平衡带来的众多安全隐患。

4、本发明的智能换相开关在保证配变低压侧和三相分支线路始端不平衡度满足要求的前提下，接收主控终端或主控开关的换相指令即可进行换相操作，但换相开关在规定的时间内再此动作时需要同时接收到主控终端和主控开关的换相指令，保证换相开关切换次数尽可能小以减少开关损耗、延长换相开关使用寿命。

附图说明

图1是本发明的一种换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理系统的系统连接图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理系统，如图1所示，包括电流互感器、主控终端、主控开关和智能换相开关；所述电流互感器安装在变压器低压侧并与三相电网相连接，用于测量变压器低压侧和三相分支线路始端的电流信号，该电流互感器分别与主控终端和主控开关相连接，用于将测量的变压器低压侧和三相分支线路始端的电流信号分别输出至主控终端和主控开关；所述主控终端分别与主控开关和智能换相开关相连接，用于监测配变低压侧三相线路的不平衡度，实时采集各三相分支线路始端的三相电流数据并下发换相指令给智能换相开关；所述主控开关与智能换相开关相连接，用于监测三相分支线路始端不平衡度，并对智能换相开关进行换相控制；所述智能换相开关与负载相连接，用于接收主控终端或主控开关的换相指令换以切换相位。

在本实施例中，所述主控终端安装在变压器低压侧并与三相电网相连接。

在本实施例中，所述主控开关与三相电网相连接，并通过有线或无线方式分别与主控终端和智能换相开关连接。

下面对本发明的换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理系统内各部件的作用作进一步说明：

(1)电流互感器，用于测量变压器低压侧和分支始端的电流信号并传送给主控终端和主控开关。电流互感器的信号输出作为主控终端和主控开关的信号输入，主控终端和主控开关连接于三相电网。

(2)主控终端，安装在变压器低压侧，用于对主控开关和智能换相开关进行集群协同控制，将变压器低压侧三相不平衡度控制在较小水平并使得换相开关调整次数尽可能小；

其中，主控终端负责监测配变低压侧三相线路的不平衡度，当配变低压侧三相线路的不平衡度超过设定值时，主控终端通过实时采集各三相分支线路始端的三相电流以及各低压用户换相开关各支路的电流、相序等数据，运用遗传优化算法进行计算得到最优换相指令，将换相指令下发给某一个或几个换相开关，使得配变低压侧三相线路和分支线路的不平衡度满足要求。

(3)主控开关，连接于三相电网，可通过有线或无线通信模块与主控终端和智能换相开关连接，通过对智能换相开关进行控制，将三相线路始端三相不平衡度控制在较小水平并使得换相开关调整次数尽可能小；

其中，主控开关负责监测三相分支线路始端不平衡度，当三相分支线路始端不平衡度超过设定值时，主控开关通过实时采集各低压用户换相开关各支路的电流、相序等数据，运用遗传优化算法进行计算得到最优换相指令，将换相指令下发给所在分支线上的换相开关，使得该三相分支线路满足三相不平衡度的要求。

(4)智能换相开关，与负载连接，用于接受换相指令以切换相位；

智能换相开关在保证配变低压侧和三相分支线路始端不平衡度满足要求的前提下，接收主控终端或主控开关的换相指令即可进行换相操作，但换相开关在规定的时间内再次动作时需要同时接收到主控终端和主控开关的换相指令；

其中，智能换相开关在保证配变低压侧和三相分支线路始端不平衡度满足要求的前提下，接收主控终端或主控开关的换相指令即可进行换相操作，当换相开关在上一时刻中已接收换相指令并完成换相操作时，换相开关在规定的时间内再此动作时需要同时接收到主控终端和主控开关的换相指令，使得换相开关切换次数尽可能小。

根据当前时刻三相电流计算出三相不平衡度，其计算公式如下：

iav＝(ia+ib+ic)/3；

imax＝max(|ia-iav|,|ib-iav|,|ic-iav|)；

δ＝imax/iav；

其中，ia、ib、ic为三相电流值，iav为三相平均电流，imax为相间最大电流差值，δ为三相不平衡度；

一种换相开关集群控制的低压配网三相不平衡治理方法，包括以下步骤：

步骤1、测量当前时刻低压用户侧电流、三相分支线路始端电流以及变压器低压侧三相线路电流的所需信息，并通过不平衡度计算公式得出三相分支线路始端以及变压器低压侧三相线路不平衡度；

步骤2、主控开关负责监测三相分支线路始端不平衡度，主控终端负责监测低压配变低压侧三相线路的不平衡度，根据计算得到智能换相开关动作方案，并通过智能换相开关进行相间负荷转移。

所述步骤2的根据计算得到换相开关动作动作方案，通过换相开关进行相间负荷转移的具体步骤包括：

(1)若三相分支线路始端三相不平衡度超出规定数值，则主控开关通过实时采集各低压用户换相开关各支路的电流、相序等数据，运用遗传优化算法进行计算得到最优换相指令，将换相指令下发给所在分支线上的换相开关，使得该三相分支线路满足三相不平衡度的要求；若变压器低压侧三相线路不平衡度超出规定数值，主控终端通过实时采集各三相分支线路始端以及各低压用户换相开关各支路的电流、相序等数据，运用遗传优化算法进行计算得到最优换相指令，将换相指令下发给某一个或几个换相开关，使得配变低压侧三相线路和分支线路始端的三相不平衡度满足要求；

(2)若在某一时刻低压配变低压侧三相线路和某一个或某几个三相分支线路始端不平衡度均超出规定数值，则由主控终端实时采集各三相分支线路始端以及各低压用户换相开关各支路的电流、相序等数据，计算出整个网络的最优换相指令；

(3)若换相开关在上一时刻中已接收换相指令并完成换相操作，则换相开关在规定的时间内再次动作时需要同时接收到主控终端和主控开关的换相指令。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。