一种台区三相不平衡换相开关控制方法及装置与流程

本发明涉及变电站技术领域，具体涉及一种台区三相不平衡换相开关控制方法及装置。

背景技术：

台区经常存在负荷不平衡的原因，导致三相电的电流不相同，或则不在合理波动范围内运行，对于实际线路供电存在较多问题，出现三相不平衡问题的原因：(1)台区设计时没有进行合理设计指导，装表接线施工人员也缺乏三相负荷平衡的相关知识和操作规范，对接线比较盲目随意；(2)用户的用电负荷不断变化；(3)对配变负荷的管理不完备；(4)线路影响，由于单相接户线线路过长，特别是在维护管理不当或者受到外力的破坏的情况下，会在一定程度上导致低压导线断线、变压器缺相运行等，使配电变压器运行在不平衡状态。而低压侧电网三相负荷不平衡危害如下：(1)造成三相电压不平衡；(2)降低了配电变压器的效率；(3)导致配电变压器的运行温度升高，缩短使用寿命；(4)中性点发生位移，造成配电变压器三相电压不对称。

目前解决三相电压不平衡问题可采用人工换相，这是因为负荷存在周期性波动，所以人工换相后在一定时间内能减少不平衡度值。但是人工换相后，负荷波动会再次超过限值，再次进行人工换相，导致工作重复，效率较低；而实际人工换相工作量同样较大，需要将负荷相线从原相线拆除搭接在目的相线，实施难度较大；人工换相同时存在非实时性，因为负荷波动存在频繁情况，按照天计算可能会发生几十次，人工换相的可能性就会更小，几乎无法通过人工换相的方法解决台区的三相不平衡问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供一种台区三相不平衡换相开关控制方法及装置，能够实现实时治理台区三相不平衡的功能，通过实时检测台区的不平衡度的情况来确定治理方案，从而改善台区的不平衡度带来的各项问题。

本发明的技术方案是：

一种台区三相不平衡换相开关控制方法，包括以下步骤：

获取从机开关的负载电流并对从机开关的三相电流进行预处理；

计算三相电流的补偿电流指标；

根据补偿电流指标判断从机开关是否投切。

作为本发明的进一步技术方案为，所述获取从机开关的负载电流并对从机开关的三相电流进行预处理；具体为：

令：a相上的换相开关负载二维数组为：

({a1,a1},{a2,a2},…{am,am})；

am代表从机编号，am代表该从机支线上负载电流量，最多12组元素(即，系统中最多安装12个从机)；从机编号为0的代表无该数据项，假设a项上实际安装的从机数为m,找到以下组合，记录每个组合总的负载电流值和从机序列编号组，如下：

a(m,1)的组合数量为：m！/(m-1)！*1！＝m/1，将a(m,1)的组合序列输出并且保存；

a(m,2)的组合数量为：m！/(m-2)！*2！＝m*(m-1)/(1*2)，将a(m,2)的组合序列输出并且保存；

a(m,3)的组合数量为:m！/(m-3)！*3！＝m*(m-1)*(m-2)/(1*2*3)，将a(m,3)的组合序列输出出并保存；

…；

a(m,n)，m！/(m-n)！*n！＝1将a(m,n)的组合排列输出并且保存；

然后将以上每个组合的负载电流量相加起来，令相加值为sa1、sa2、sa3、sa4......san，根据san的大小从大到小排序，总共有a(m,1)+a(m,2)+a(m,3)+…a(m,m)＝n个san进行排序；

排好的数组如下：

{sa1,sa2,sa3,sa4,……san}，每个sa都要记录其对应的从机编码组合；

b相上的换相开关负载二维数组为：

({b1,b1},{b2,b2},…{bm,bm})；

bm代表负载电流量，bn代表从机编号，最多12个元素，从机号为0的代表无该数据项；

与a相一样把各个组合的序列输出并保存；

{sb1,sb2,sb3,sb4,……sbn}，每个sb都要记录其对应的从机编码组合；

c相上的换相开关负载二维数组为：

({c1,c1},{c2,c2},…{cm,cm})；

cm代表负载电流量，cn代表从机编号，最多12组元素，从机号为0的代表无该数据项；

与a相一样把各个组合的排列输出并保存；

{sc1,sc2,sc3,sc4,……scn}，每个sc都要记录其对应的从机编码组合。

作为本发明的进一步技术方案为，所述计算三相电流的补偿电流指标；具体为：

令x代表补偿以后的每相能达到的值，

以最小作为补偿后的指标，

式中：

imax----三相电流最大值，单位为安(a)；

imin----三相电流最小值，单位为安(a)；

iaverage----三相电流平均值，单位为安(a)；

列补偿方程：

即当x为三相均值时，不平衡度最小。

作为本发明的进一步技术方案为，所述根据补偿电流指标判断从机开关是否投切，具体为：

当a>x时，对{sa1,sa2,sa3,sa4,……san}排序进行筛选大于x的序列；并对大于x的序列组合的从机切出；

当b>x时，对{sb1,sb2,sb3,sb4,……sbn}排序进行筛选大于x的序列；并对大于x的序列组合的从机切出；

当c>x时，对{sc1,sc2,sc3,sc4,……scn}排序进行筛选大于x的序列；并对大于x的序列组合的从机切出。

本发明还提出一种台区三相不平衡换相开关装置，包括：

主机、总线电流采样模块、支路电流采集模块、从机开关；总线电流采样模块设置在变压器输出端，支路电流采集模块串联设置于低压支线上，总线电压采样模块并联在变压器输出端，总线电流采样模块、总线电压采样模块、支路电流采样模块的输出端连接主机；从机开关的输入端连接低压支线，从机开关的输出端连接单向负载；主机与从机开关为无线方式通信；主机与后台监控平台为无线连接。

进一步的，所述后台监控平台为计算机、手机app。

进一步的，所述主机通过gprs定位系统与后台监控平台连接。

进一步的，所述主机与从机开关为短距离无线通信方式连接。

进一步的，所述从机开关为磁保持继电器过零切换开关。

本发明的有益效果为：

本发明对从机开关连接的支路负载电流进行预处理，建立由从机开关编号和各项负载电流量构成的负载二维数组；计算三相电流的最大值、最小值和平均值计算补偿电流指标；根据补偿电流指标对三相负载电流进行比较，当三相负载电流中有一相或两相负载电流大于补偿电流指标时，则控制从机开关切出，依次循环对从机开关进行检测，实现三相不平衡换相的自动控制。可以保证在瞬时计算出当前接近最优的控制策略，让电网低电压侧的不平衡度达到现有的最优状态；可以实时进行切换，不需要人工干预；一次性施工安装降低管理成本。

附图说明

图1为本发明提出的一种台区三相不平衡换相开关控制方法流程图；

图2为本发明提出的一种台区三相不平衡换相开关装置结构图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明的技术原理为三相不平衡调相技术主要源于调相的控制算法，首先这种控制策略算法可以保证在瞬时计算出当前接近最优的控制策略。

参见图1，为本发明提出的一种台区三相不平衡换相开关控制方法流程图；

如图1所示，一种台区三相不平衡换相控制方法，包括以下步骤：

步骤101，获取从机开关的负载电流并对从机开关的三相电流进行预处理；

步骤102，计算三相电流的补偿电流指标；

步骤103，根据补偿电流指标判断从机开关是否投切。

本发明实施例中，对从机开关连接的支路负载电流进行预处理，建立由从机开关编号和各项负载电流量构成的负载二维数组；计算三相电流的最大值、最小值和平均值计算补偿电流指标；根据补偿电流指标对三相负载电流进行比较，当三相负载电流中有一相或两相负载电流大于补偿电流指标时，则控制从机开关切出，依次循环对从机开关进行检测，实现三相不平衡换相的自动控制。

本发明提供的一种台区三相不平衡换相控制方法可以保证在瞬时计算出当前接近最优的控制策略，让电网低电压侧的不平衡度达到现有的最优状态；可以实时进行切换，不需要人工干预；一次性施工安装降低管理成本。

本发明实施例中，获取从机开关的负载电流并对从机开关的三相电流进行预处理；具体为：

令：a相上的换相开关负载二维数组为：

({a1,a1},{a2,a2},…{am,am})；

am代表从机编号，am代表该从机支线上负载电流量，最多12组元素(即，系统中最多安装12个从机)；从机编号为0的代表无该数据项，假设a项上实际安装的从机数为m,找到以下组合，记录每个组合总的负载电流值和从机序列编号组，如下：

a(m,1)的组合数量为：m！/(m-1)！*1！＝m/1，将a(m,1)的组合序列输出并且保存；

a(m,2)的组合数量为：m！/(m-2)！*2！＝m*(m-1)/(1*2)，将a(m,2)的组合序列输出并且保存；

a(m,3)的组合数量为:m！/(m-3)！*3！＝m*(m-1)*(m-2)/(1*2*3)，将a(m,3)的组合序列输出出并保存；

…；

a(m,n)，m！/(m-n)！*n！＝1将a(m,n)的组合排列输出并且保存；

然后将以上每个组合的负载电流量相加起来，令相加值为sa1、sa2、sa3、sa4......san，根据san的大小从大到小排序，总共有a(m,1)+a(m,2)+a(m,3)+…a(m,m)＝n个san进行排序；

排好的数组如下：

{sa1,sa2,sa3,sa4,……san}，每个sa都要记录其对应的从机编码组合；

b相上的换相开关负载二维数组为：

({b1,b1},{b2,b2},…{bm,bm})；

bm代表负载电流量，bn代表从机编号，最多12个元素，从机号为0的代表无该数据项；

与a相一样把各个组合的序列输出并保存；

{sb1,sb2,sb3,sb4,……sbn}，每个sb都要记录其对应的从机编码组合；

c相上的换相开关负载二维数组为：

({c1,c1},{c2,c2},…{cm,cm})；

cm代表负载电流量，cn代表从机编号，最多12组元素，从机号为0的代表无该数据项；

与a相一样把各个组合的排列输出并保存；

{sc1,sc2,sc3,sc4,……scn}，每个sc都要记录其对应的从机编码组合。

本发明实施例中，计算三相电流的补偿电流指标；具体为：

令x代表补偿以后的每相能达到的值，

以最小作为补偿后的指标，

式中：

imax----三相电流最大值，单位为安(a)；

imin----三相电流最小值，单位为安(a)；

iaverage----三相电流平均值，单位为安(a)；

列补偿方程：

即当x为三相均值时，不平衡度最小。

本发明实施例中，根据补偿电流指标判断从机开关是否投切，具体为：

当a>x时，对{sa1,sa2,sa3,sa4,……san}排序进行筛选大于x的序列；并对大于x的序列组合的从机切出；

当b>x时，对{sb1,sb2,sb3,sb4,……sbn}排序进行筛选大于x的序列；并对大于x的序列组合的从机切出；

当c>x时，对{sc1,sc2,sc3,sc4,……scn}排序进行筛选大于x的序列；并对大于x的序列组合的从机切出。

在上述判断投切时，小于均值的相不用计算s序列；

以上判断最多只会有两相大于均值，我们令大于均值的相为正相(需要切出负载的相)，令小于均值的相为负相(需要切入负载的相)；

令正相与均值的差值为deta1(若有两个正相则还有deta2)，在每个正相的s序列中找到可以切出的最大s组合；

找到s1(n-1)<＝deta1<＝s1(n)；s1(n-1)为切出后没有到达均值x的从机组合，s1(n)为切出后饱和的从机组合(过切)，选择abs(s-deta1)最小的那个s，记录为s1；

若有两相为正相，则还要根据以上计算出s2。

本发明采用的是瞬态控制策略，即将a、b、c三相依次调整到x是一个瞬间的并且完整的操作策略，不考虑在调整过程中a、b、c中有实际变化的负荷，按照目标x依次切换从机换相开关从正相到负相即可，待所有的调整完毕后才会更新a、b、c相负载电流，再重新计算x，并更新a、b、c三相上的换相开关负载二维数组，进行下一轮的s序列计算和调整。

根据这种需求，那么调整的方法比较简单，直接用s1(若有两个正相则加上s2)的序列来调整即可，调整的方向从s1所处的正相切换到负相(若有需要也要考虑s2所处的正相切换到负相)。

瞬态控制策略从理论上选择了一个最有利于改善平衡度的策略。这种控制策略算法可以保证在瞬时计算出当前接近最优的控制策略，让电网低电压侧的不平衡度达到现有的最优状态。可以实时进行切换，不需要人工干预。

一次性施工安装降低管理成本。

本发明还提供一种台区三相不平衡换相开关装置，包括：主机201、总线电流采样模块202、支路电流采集模块203、从机开关204；总线电流采样模块202设置在变压器205输出端，支路电流采集模块203串联设置于低压支线上，总线电压采样模块206并联在变压器205输出端，总线电流采样模块202、总线电压采样模块206、支路电流采样模块203的输出端连接主机；从机开关204的输入端连接低压支线，从机开关204的输出端连接单向负载207；主机201与从机开关204为无线方式通信；主机204与后台监控平台208为无线连接。

其中，后台监控平台为计算机、手机app。主机通过gprs定位系统与后台监控平台连接。换相开关系列装置的不平衡补偿原理：主控与切换开关间采用短距离无线通信方式。从机开关采用磁保持继电器过零切换；不中断供电、无切换涌流。主机计算控制策略并且向从机下发切换指令，以各相电流、功率为控制目标，以保证将不平衡度控制在15％以内或者在本次控制条件下达到最优平衡度。

从机是用来将负载从一相切换到另外一相的设备，从机接收主机的控制命令后遵循“电流过零切断，电压过零投入”进行换相操作；主机用来计算母线(或者线路)上a,b,c三相的负载电流，根据主机计算母线上的负载电流计算出三相不平衡度，得出控制策略依次下发从机的控制命令，目标是将三相不平衡度控制在15％以内。

以上对本发明进行了详细介绍，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。