低壓負荷自動平衡調節控制器的研制

陶然兵，周 慧，李莉萍，范怡琛，孫楷淇，楊勁松

(1.國網安徽省電力有限公司 界首市供電公司，安徽 界首 236500；2.國網安徽省電力有限公司，安徽 合肥 232001)

0 引 言

目前，在低壓配電網管理時主要存在以下問題。第一，當用戶的單相用電量大幅度提高時，供電系統三相負載不平衡的問題比較嚴重。針對上述問題，通常依靠人員手動測量并停電調節。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險，也造成負荷平衡工作的被動落后，不能適應目前四分管理工作要求。另外，低壓配電網低壓動力用戶因用電負荷較大，不能實現遠程費控操作，產生了電費風險。第二，大量分布式光伏電站接入低壓配電網帶來的各類異常故障，存在基層工作人員不會分析和處理的情況，最終造成低壓配電網運行的不穩定，而且會引入新的安全風險[1-2]。

1 技術實現路線及效果

1.1 技術路線

根據實際中的技術問題，需要研制一種低壓負荷自動平衡調節控制器，自動檢測供電系統是否處于平衡狀態，并能夠自動調整供電系統的電流分配。為實現上述目的，提供一種低壓負荷自動平衡調節控制器，用于連接低壓配電網和三相不平衡負載的三相線路。所述低壓負荷自動平衡調節控制器包括中央處理器、IGBT驅動模塊、電容以及三組檢測執行模塊。三組檢測執行模塊分別與三相線路中的三條電路相連接，每組檢測執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連接的第一IGBT、第二IGBT。電容的兩端分別與每組檢測執行模塊中的第一IGBT、第二IGBT相連接，每組檢測執行模塊中的第一IGBT、第二IGBT都與IGBT驅動模塊相連接，IGBT驅動模塊與中央處理器相連接。每組檢測執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調理電路和模數轉換器，模數轉換器為ADS8364，中央處理器為TMS320F2812。

1.2 有益效果

本項目研制中涉及的低壓負荷自動平衡調節控制器具有以下有益效果：通過三組檢測執行模塊中的電流互感器，可檢測三相線路(即供電系統)的電流，中央處理器進行處理電流信息進行相關數據分析，并判斷相關信息對應系統是否為三相不平衡狀態；中央處理器會在系統判別為不平衡狀態時，自動計算可使當前低壓配電系統達到平衡狀態所對應及所需的三相線路中各相電路的電流值，進而通過IGBT驅動模塊驅動各檢測執行模塊中的第一IGBT、第二IGBT動作，使三相電流重新分配，進而使供電系統達到平衡狀態。

2 具體實施方式

圖1提供了一種低壓負荷自動平衡調節控制器，用于連接低壓配電網1和三相不平衡負載2的三相線路3。低壓負荷自動平衡調節控制器包括中央處理器4、IGBT驅動模塊5、電容6和三組檢測執行模塊。三組檢測執行模塊分別與三相線路3中的三條電線相連接，每組檢測執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另一端且并聯連接的第一IGBT8、第二IGBT9。電容6的兩端分別與每組檢測執行模塊中的第一IGBT8和第二IGBT9相連接，每組檢測執行模塊中的第一IGBT8和第二IGBT9都與IGBT驅動模塊5相連接，IGBT驅動模塊5與中央處理器4相連接。

圖1 低壓負荷自動平衡調節控制器接線

低壓負荷自動平衡調節控制器的工作原理如下。在低壓配電網1向三相不平衡負載2供電的過程中，通過三組檢測執行模塊中的電流互感器7可檢測三相線路3中各相電路的電流，并將供電系統的電流信息發送給中央處理器4進行處理分析，以判斷供電系統是否處于平衡狀態。當中央處理器4計算分析得出判斷結論為低壓供電系統處于不平衡狀態時，中央處理器4同時可以自動計算該低壓供電系統所需達到平衡狀態時對應的三相線路3中各相電路的電流值，然后IGBT驅動模塊5接收該信號。IGBT驅動模塊5驅動各檢測執行模塊中的第一IGBT8和第二IGBT9動作，三相線路3中各相電路從低壓配電網1吸收能量，控制好三間的電能相互轉化，可重新分配三相線路3電流，使供電系統達到平衡狀態。因此，低壓負荷自動平衡調節控制器能夠自動判斷供電系統是否處于平衡狀態，并在判斷供電系統處于不平衡狀態時自動調節三相電流的分配，使供電系統達到平衡狀態，有效解決三相負荷不平衡的問題，從而在保證連續供電的情況下實現三相負荷的動態調整。技術先進，不依賴于人工，提高了用戶電壓質量，減小了配電變壓器損耗，降低了線路網損，改善了功率因數，提高了電網的可靠性和線路輸電能力，最終實現了供電技術的最優化管理。另外，低壓負荷自動平衡調節控制器還具有造價低、性能穩定的優點，推廣應用前景廣泛，為存在于行業工作中的低壓三相不平衡問題提供了投資少、效益高、便于管理和安全可靠的新途徑，可產生可觀的經濟效益和社會效益。

中央處理器4為TMS320F2812。如圖1所示，每組檢測執行模塊還包括依次連接在電線和電流互感器7之間的電流信號調理電路10和模數轉換器11，AD模數轉換器11為ADS8364。通過電流信號調理電路10可將三相電流信號轉換為AD模數轉換器11可接收的信號，AD模數轉換器11再對三相電流信號實現AD模數變換，而ADS8364可保證信號的同步采樣，符合電力系統數據監管測量的要求。

3 結 論

低壓三相負荷不平衡對低壓配電網及其配變臺區的影響主要有四大方面。第一，在配變臺區會出現“低電壓”問題，常常發生在重載相；第二，增加配電低壓變壓器、相關低壓配電線路和線纜的損耗；第三，降低電能的轉換效率，造成低壓配電變壓器有功出力；第四，增加渦流損耗，增大系統零序電流，長期的負荷三相不平衡運行會衍生相關災害，致使配電變壓器運行溫度升高，減少配電變壓器的安全使用壽命。

因此，研究了一種低壓負荷自動平衡調節控制器，針對設計的研究方法實施可保證供電系統低壓負荷自動平衡調節，進而克服現有技術中的種種缺點，使其具高度的產業利用價值。供電企業要嚴格重視低壓配電網及其配電臺區三相負荷不平衡問題，加強三相負荷不平衡的治理，使電網達到降損和節能的效果。