基于PLC控制的低壓負荷平衡裝置設計的幾點思考

（湖南工業大學電氣與信息工程學院 湖南·株洲 412000）

0 引言

目前，我國低壓配網基本都采用三相四線制配網方式，幾乎所有的配變都存在三相不平衡現象，不平衡率接近100%，不平衡度超標的配變更是達到60%—70%，有的甚至達到70%以上，嚴重地影響了電能的正常供應及電網公司的社會經濟效益。三相不平衡現象在居民小區、工礦、企業等所有的低壓配電網中也極為常見，尤其在廣大農村電網部分，其單相負荷較多，很難準確統計實際負載率，三相負荷更是隨時在動態變化，因此常常導致低壓系統三相負荷不平衡；三相負荷不平衡又將產生以下危害：增加變壓器損耗；增加線路損耗；降低了配變利用率；易使變壓器發熱；易導致過電壓，低壓等，影響用電設備的正常工作等；若不能對其進行及時的治理，則會引起整個供電系統的癱瘓，因此，如何快速、準確、高效的治理低壓配電網存在的三相負荷不平衡問題，成為了當前供電企業共同關注的問題。綜上所述，研究低壓負荷自動換相裝置在三相不平衡治理中的應用具有十分重要的意義。

1 目前低壓電力系統三相負荷不平衡應對現狀

目前系統大多是采用以下傳統思路來解決三相負荷不平衡的問題：一是設計時就對單相負荷進行均衡分配，使A,B,C各相上單相負荷基本相等；二是通過人工改線調整負荷；三是通過SVG靜止同步補償器補償；四是通過APF有源濾波器補償。這些傳統方法都有欠缺，而且投入也大，效率較低，不能從根本上解決三相不平衡問題。雖然目前市場也有了應用于低壓系統的智能換相開關，它可以自動根據負荷的變化，換相來達到自動平衡負荷的目的；但由于該裝置采用的換相元件還是永磁繼電器，因此它較費材料，抗震動性能較差還是顯而易見的。基于這種情況，引入PLC工業控制器來解決三相不平衡問題，它抗干擾能力強，系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造。同時采用PLC控制微型電機組成換相單元，再用PLC控制微型電機實現自動投入或切除單相負荷，可以進行更精細的負荷調整。PLC控制反應時間短，具有自起動、加速、制動、反轉、等能力，能滿足各種運行要求，工作效率較高，可靠性高。而且安裝設備的場所多樣化，受環境因素的影響非常小，可居民區大規模使用，也實用于偏遠的負荷。這是提高供電質量、改善低壓供電網絡的重要舉措，對于電網穩定運行具有重意義。

2 基于PLC控制的低壓負荷平衡裝置設計思考

由以上的分析可以看出，一種基于PLC控制的低壓負荷平衡裝置用于治理低壓三相負荷不平衡的問題也顯得很重要。它適用于三相四線制的380/220V低壓配電系統，能夠在不中斷用戶供電的情況下，根據裝置實時檢測的三相負荷不平衡度，自動精準地調節三相負荷（如圖1所示）。

圖1：系統拓撲圖

該裝置設計主要由：主控開關，PLC控制器，換相開關，負荷單元等部分組成。主控開關是集采樣，運算，通信，人機交互，智能組網，平衡邏輯算法于一體的智能控制裝置；而PLC集采樣，運算，通信，發出換相控制命令和發出負荷單元投入或切除命令于一體的裝置；換相開關集采樣，通信，相序切換于一體的裝置；負荷單元主要是接受PLC控制自動投入或切除該單元負荷。

該裝置與目前通用的低壓系統平衡裝置即智能換相開關第一個不同是：它的換相動作元件不是常規的永磁繼電器，而是一臺受控于PLC控制器的微型電機（如圖2所示）。當換相開關通過PLC向電機發出正轉或反轉命令時，微型電機旋轉帶動動觸頭實現換相目的。

圖2：點擊正反轉換相控制拓撲圖

第二個不同是 PLC控制器還可以對負荷單元投入和切除進行控制，即通過控制另一微型電機的正轉或反轉，實現投切；當換相開關動作后，通過裝置運算后，若還需要對單元負荷進行調整時，則PLC對負荷單元發出調整命令，即發出投入或切除單元負荷的命令，從而做到更精細的負荷調整（如圖3所示）。

圖3：電機正反轉負荷投切控制拓撲圖

其中PLC換相控制和負荷單元投切控制基本語句為：