基于智能选相技术的配电网负荷不平衡控制装置

2018-10-24张奕涛

科学与财富 2018年26期

关键词：配电网

张奕涛

摘要：配电网负荷不平衡是配电网面临的一个重要问题，对其进行有效的控制具有十分重要的意义。本文对智能选相技术展开了详细的介绍，并提出了一种基于智能选相技术的配电网负荷不平衡控制装置，以期能为有关需要提供参考。

关键词：智能选相技术；配电网；负荷不平衡

引言

1.智能选相技术

配电网负荷平衡智能控制系统主要由智能配电变压器控制终端和多个智能选相开关组成，系统能够实时监测计算台区三相不平衡度，判斷当前台区负荷的接入使用情况，及时调整负荷的接入相别，从而保证了三相负荷间的平衡性。

1.1智能配电变压器控制终端

智能配电变压器控制终端采用电压互感器、电流互感器CT、模数转换A/D、数字信号处理DSP、控制器局域网络CAN等模块组成，安装于台区变压器和电缆分接箱，主要用于配电变压器运行状态监测、负荷调整策略选择、智能选相开关控制、参数查询及设置。其工作过程为：实时监测配电变压器出线和各电缆分接箱的电流、电压以及开关运行状态，经分析判断后，根据负荷调整策略下达各出线选相开关的控制命令。智能配电变压器控制终端的调整计算模型综合考虑了台区的负载率情况，其参数设置包括不平衡度阀值、调整时间等，如设置台区三相不平衡度小于10%，每小时监测调整一次。参数设置可以在系统后台或现场进行。智能配电变压器控制终端数字信号处理原理如图1所示。

1.2智能选相开关

智能选相开关是负荷切换控制的核心组件，由控制模块（SCU）、接触器（J1、J3、J5）、继电器（J2、J4、J6）、二极管（D1、D2、D3）等器件组成，安装在电缆分接箱内，主要作用是检测当前负荷所在的相别、电流值并上传到智能配电变压器控制终端，接收智能配变控制终端下发的调整命令并执行选相操作。智能选相开关结构如图2所示。

智能选相开关在相间负荷切换时需要选择合适的切换时间点，时间点的选择由智能配电变压器控制终端确定，L1相负荷切换到L2相的时间区域如图3所示。

结合图2、图3，L1相负荷切换到L2相过程如下。L1相负荷断开过程：

L1相电压在正半周过零点P前，智能配电变压器控制终端发出控制信号，控制接触器J1断开，此时二极管D1处于导通状态，J1两端的电压控制在0.7V，确保其无弧断开。电压过零点后D1关断，智能配电变压器控制终端控制继电器J2断开，确保L1相负荷彻底从L1相断开。

负荷接入L2相过程：L1相负荷断开瞬间，L2相电压正处于负半周，智能配电变压器控制终端发出控制信号，控制继电器J4接通。在L2相电压过零点Q后，二极管D2导通，接触器J3两端电压控制在0.7V。此时智能配电变压器控制终端控制接触器J3接通，由于D2处于导通状态，因此J3接通时不会发生电弧。从L1相电压正半周过零点P到L2相电压从负半周过零Q的时间约为3.3ms，智能选相开关设计在5ms内完成L1相负荷切换到L2相，由于二极管的单向导电性以及切换时间点的选择控制，保证了相间负荷在切换期间不发生短路现象。

1.3负荷不平衡调整策略

负荷不平衡控制策略的约束条件包括不平衡度阀值、台区负载率阀值、调整时间窗和基于最少动作的优化控制算法。负荷不平衡度阀值、台区负载率阀值是启动负荷不平衡度控制策略的前提条件。如设置台区负荷不平衡度为10%、台区负载率为15%。智能控制终端只有监测计算到台区负荷不平衡度值大于10%、台区负载率大于15%才启动调整操作。

根据用户的用电特性以及台区负荷曲线，本文对负荷不平衡性质按照发生的时间特性进行了分类，调整时间窗是指按照不平衡发生的时间特性确定调整时间间隔。基于不平衡类型的时间窗设置规则如表1所示。

按照设置的约束条件，系统进行不平衡度优化控制算法如下。

采用列举法。列举出台区内各选相开关的所有组合，分别计算台区不平衡度，在满足台区不平衡度阀值的条件下，按照台区内开关动作次数最少原则发出调整控制信号进行选相调整。

最小差值法。假设配变出口处的电流有效值为IL1、IL2和IL3，各相电流与相应相电压的相位差为0。监测计算电流有效值的平均值IV。

IV=（IL1+IL2+IL3）/3

计算各相电流与IV的差：将{ΔIL1、ΔIL2、ΔIL3}从大到小排序，记为{ΔImax、ΔImid、ΔImin}，确定从ΔImax相减负荷，加到ΔImin相。设ΔImax相有k个可调整的负荷，每个负荷电流代入下式得到k个值Qi

Qi=∣ΔImax-Ii∣+∣ΔImin+Ii∣

其中，i=1，2，…k。k个负荷中，使得Qi最小的那个负荷即为调整负荷。如果Qi≥∣ΔImax+ΔImin∣，则不调整最小的那个负荷。这时采用枚举方法，把三相中最大电流相中的最大负荷与三相中最小电流相中的最小负荷进行交换。

2.智能选相开关型式试验

智能选相开关的主要设计指标为：额定电压220V±15%（相电压）；额定电流：150A；负荷切换失电时间小于5ms；额定短时耐受电流：2kA，10ms。

本装置于2016年3月在国家电控配电设备质量监督检验中心进行了检测试验。检验项目包括：承载额定短时耐受电流能力、负荷转换试验、恒定湿热、电气间隙与爬电距离、介电性能、温升、静电放电抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度、通信性能、低温试验、高温试验、外观检查共计13项。检验依据为：GB14048.1—2012《低压开关设备和控制设备第一部分：总则》、《负荷转换开关技术条件》。

装置的检验结果显示，所检验的13个项目全部合格，其中负荷选相、切换时间为3.4ms，三相承载额定短时耐受电流能力分别为：L1相2.01kA10.3ms，L2相2.03kA10.2ms，L3相2.03kA10.3ms，能够保障负荷的可靠连续供电。

3.负荷不平衡控制装置应用

负荷不平衡控制装置于2016年7月应用于某三相负荷不平衡比较严重的小区。该台区由1路10kV供电，配电变压器为630kvar，低压用户数量为372个，现场选择5台电缆分接箱安装了智能选相开关。装置运行以来，台区的三相不平衡度取得了良好的智能调节效果。

投运前后台区代表日运行数据对比如表2所示。装置运行1年来取得的效果有以下几方面。

（1）运行期间该台区三相负荷不平衡度一直小于10%，线损平均降低2.4%，年度节约用电4.56万kW·h，节能降耗效果明显。

（2）实现了台区三相不平衡电流的智能调整，降低了变压器因过负荷烧毁的风险，提高了配电网设备智能化运行维护水平，避免了以前人为操作可能造成的漏调或未调的情况，减轻了一线员工的工作负担。

（3）通过对装置调节数据的汇总分析，可以分类总结用户的用电特性，便于科学安排以后的大修和技改工作，提高了管理部门的分析决策能力。

4.结语

综上所述，智能选相技术具有无冲击、低功耗、高寿命等优点，在配电网负荷不平衡控制中具有良好的应用价值。本文介绍了一种基于智能选相技术的配电网负荷不平衡控制装置，经实际应用验证，该装置能够有效解决配电网负荷不平衡问题，对提高配电网的安全性和运行效益起到重要的作用。

参考文献：

[1]曹磊，王蕊，胡鹏飞.低压配电网三相负荷不平衡解决方法研究[J].电器与能效管理技术，2017（16）：44-51+56.

[2]赵东元，高月春.配电网低压负荷不平衡机理及治理措施研究[J].电力电容器与无功补偿，2016，37（06）：59-63.