低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器的研制

陶然兵，周 慧，李莉萍，范怡琛，孫楷淇，楊勁松

(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司 界首市供電公司，安徽 界首 236500；2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥 232001)

0 引 言

目前，在低壓配電網(wǎng)管理時(shí)主要存在以下問(wèn)題。第一，當(dāng)用戶的單相用電量大幅度提高時(shí)，供電系統(tǒng)三相負(fù)載不平衡的問(wèn)題比較嚴(yán)重。針對(duì)上述問(wèn)題，通常依靠人員手動(dòng)測(cè)量并停電調(diào)節(jié)。但是，這種方式比較落后，不僅增加了工作人員的工作量和安全風(fēng)險(xiǎn)，也造成負(fù)荷平衡工作的被動(dòng)落后，不能適應(yīng)目前四分管理工作要求。另外，低壓配電網(wǎng)低壓動(dòng)力用戶因用電負(fù)荷較大，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程費(fèi)控操作，產(chǎn)生了電費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)。第二，大量分布式光伏電站接入低壓配電網(wǎng)帶來(lái)的各類異常故障，存在基層工作人員不會(huì)分析和處理的情況，最終造成低壓配電網(wǎng)運(yùn)行的不穩(wěn)定，而且會(huì)引入新的安全風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。

1 技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線及效果

1.1 技術(shù)路線

根據(jù)實(shí)際中的技術(shù)問(wèn)題，需要研制一種低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器，自動(dòng)檢測(cè)供電系統(tǒng)是否處于平衡狀態(tài)，并能夠自動(dòng)調(diào)整供電系統(tǒng)的電流分配。為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器，用于連接低壓配電網(wǎng)和三相不平衡負(fù)載的三相線路。所述低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器包括中央處理器、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊、電容以及三組檢測(cè)執(zhí)行模塊。三組檢測(cè)執(zhí)行模塊分別與三相線路中的三條電路相連接，每組檢測(cè)執(zhí)行模塊都包括與一端電路相連接的電流互感器和連接在電流互感器另一端且并聯(lián)連接的第一IGBT、第二IGBT。電容的兩端分別與每組檢測(cè)執(zhí)行模塊中的第一IGBT、第二IGBT相連接，每組檢測(cè)執(zhí)行模塊中的第一IGBT、第二IGBT都與IGBT驅(qū)動(dòng)模塊相連接，IGBT驅(qū)動(dòng)模塊與中央處理器相連接。每組檢測(cè)執(zhí)行模塊還包括依次連接在電路和電流互感器之間的電流信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器為ADS8364，中央處理器為TMS320F2812。

1.2 有益效果

本項(xiàng)目研制中涉及的低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器具有以下有益效果：通過(guò)三組檢測(cè)執(zhí)行模塊中的電流互感器，可檢測(cè)三相線路(即供電系統(tǒng))的電流，中央處理器進(jìn)行處理電流信息進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，并判斷相關(guān)信息對(duì)應(yīng)系統(tǒng)是否為三相不平衡狀態(tài)；中央處理器會(huì)在系統(tǒng)判別為不平衡狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)計(jì)算可使當(dāng)前低壓配電系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)所對(duì)應(yīng)及所需的三相線路中各相電路的電流值，進(jìn)而通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)各檢測(cè)執(zhí)行模塊中的第一IGBT、第二IGBT動(dòng)作，使三相電流重新分配，進(jìn)而使供電系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

2 具體實(shí)施方式

圖1提供了一種低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器，用于連接低壓配電網(wǎng)1和三相不平衡負(fù)載2的三相線路3。低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器包括中央處理器4、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊5、電容6和三組檢測(cè)執(zhí)行模塊。三組檢測(cè)執(zhí)行模塊分別與三相線路3中的三條電線相連接，每組檢測(cè)執(zhí)行模塊都包括與一端電線相連接的電流互感器7和連接在電流互感器7另一端且并聯(lián)連接的第一IGBT8、第二IGBT9。電容6的兩端分別與每組檢測(cè)執(zhí)行模塊中的第一IGBT8和第二IGBT9相連接，每組檢測(cè)執(zhí)行模塊中的第一IGBT8和第二IGBT9都與IGBT驅(qū)動(dòng)模塊5相連接，IGBT驅(qū)動(dòng)模塊5與中央處理器4相連接。

圖1 低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器接線

低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器的工作原理如下。在低壓配電網(wǎng)1向三相不平衡負(fù)載2供電的過(guò)程中，通過(guò)三組檢測(cè)執(zhí)行模塊中的電流互感器7可檢測(cè)三相線路3中各相電路的電流，并將供電系統(tǒng)的電流信息發(fā)送給中央處理器4進(jìn)行處理分析，以判斷供電系統(tǒng)是否處于平衡狀態(tài)。當(dāng)中央處理器4計(jì)算分析得出判斷結(jié)論為低壓供電系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)時(shí)，中央處理器4同時(shí)可以自動(dòng)計(jì)算該低壓供電系統(tǒng)所需達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的三相線路3中各相電路的電流值，然后IGBT驅(qū)動(dòng)模塊5接收該信號(hào)。IGBT驅(qū)動(dòng)模塊5驅(qū)動(dòng)各檢測(cè)執(zhí)行模塊中的第一IGBT8和第二IGBT9動(dòng)作，三相線路3中各相電路從低壓配電網(wǎng)1吸收能量，控制好三間的電能相互轉(zhuǎn)化，可重新分配三相線路3電流，使供電系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)。因此，低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器能夠自動(dòng)判斷供電系統(tǒng)是否處于平衡狀態(tài)，并在判斷供電系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)三相電流的分配，使供電系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)，有效解決三相負(fù)荷不平衡的問(wèn)題，從而在保證連續(xù)供電的情況下實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷的動(dòng)態(tài)調(diào)整。技術(shù)先進(jìn)，不依賴于人工，提高了用戶電壓質(zhì)量，減小了配電變壓器損耗，降低了線路網(wǎng)損，改善了功率因數(shù)，提高了電網(wǎng)的可靠性和線路輸電能力，最終實(shí)現(xiàn)了供電技術(shù)的最優(yōu)化管理。另外，低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器還具有造價(jià)低、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，推廣應(yīng)用前景廣泛，為存在于行業(yè)工作中的低壓三相不平衡問(wèn)題提供了投資少、效益高、便于管理和安全可靠的新途徑，可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

中央處理器4為TMS320F2812。如圖1所示，每組檢測(cè)執(zhí)行模塊還包括依次連接在電線和電流互感器7之間的電流信號(hào)調(diào)理電路10和模數(shù)轉(zhuǎn)換器11，AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器11為ADS8364。通過(guò)電流信號(hào)調(diào)理電路10可將三相電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器11可接收的信號(hào)，AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器11再對(duì)三相電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)AD模數(shù)變換，而ADS8364可保證信號(hào)的同步采樣，符合電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)管測(cè)量的要求。

3 結(jié) 論

低壓三相負(fù)荷不平衡對(duì)低壓配電網(wǎng)及其配變臺(tái)區(qū)的影響主要有四大方面。第一，在配變臺(tái)區(qū)會(huì)出現(xiàn)“低電壓”問(wèn)題，常常發(fā)生在重載相；第二，增加配電低壓變壓器、相關(guān)低壓配電線路和線纜的損耗；第三，降低電能的轉(zhuǎn)換效率，造成低壓配電變壓器有功出力；第四，增加渦流損耗，增大系統(tǒng)零序電流，長(zhǎng)期的負(fù)荷三相不平衡運(yùn)行會(huì)衍生相關(guān)災(zāi)害，致使配電變壓器運(yùn)行溫度升高，減少配電變壓器的安全使用壽命。

因此，研究了一種低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)控制器，針對(duì)設(shè)計(jì)的研究方法實(shí)施可保證供電系統(tǒng)低壓負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)，進(jìn)而克服現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)，使其具高度的產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。供電企業(yè)要嚴(yán)格重視低壓配電網(wǎng)及其配電臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題，加強(qiáng)三相負(fù)荷不平衡的治理，使電網(wǎng)達(dá)到降損和節(jié)能的效果。