淺談智能化建筑電氣低壓配電負荷平衡控制方法

史海迪

【摘 要】傳統方法在進行電氣低壓配電負荷平衡控制時，單相負荷的換相不平穩，存在低壓配電網三相負荷不平衡問題，設計智能化建筑電氣低壓配電負荷平衡控制方法。構建負荷平衡控制的整套流程框架，設計三相負荷平衡控制裝置，通過功能單元實現單相負荷的平穩換相;采用葉節點負荷優先安排方法優化負荷分配方案，從而抑制諧波的產生，實現電流電壓的穩定分配;建立不平衡補償數學模型，使低壓配電負荷平衡控制效果達到最佳，至此完成智能化建筑電氣低壓配電負荷平衡控制方法的研究。為驗證文中方法的電氣低壓配電負荷平衡控制效果，設計比對實驗。試驗的結果表明，在建立的配電網中使用了設計的方法后，三相網側電流波形基本能夠實現正弦對稱，三相不平衡度能夠控制在國家標準要求的范圍之內，驗證了方法的有效性。

【關鍵詞】智能化建筑;負荷分配;平穩換相;單相負荷

我國低壓配網系統屬于三相四線制，居民小區等商住兩用建筑中，會大量使用單相負荷，隨著居民用電量的不斷增加，導致低壓配電網內出現三相負荷不平衡的現象，也就是電力系統中三相電流或電壓的幅值不同且相差超過規定范圍。這種三相負荷不平衡會使供電效率下降，增加變壓器和線路的電能損耗，損壞用電設備，還會使感應電動機的有功出力減少。

1.設計三相負荷平衡控制裝置

在智能化建筑電氣低壓配電網中，主要是由于單相負荷在三相之間無法均勻分配，以至于出現三相負荷不平衡的情況，給配電網以及用電器造成損害。要想改善這種情況，需要從根本上根據配電母線以及支路中各相的功率大小，對單相負荷進行合理、平穩且無沖擊的換相，并需要注意在此過程中要保證不影響單相負荷的正常供電，且盡可能將單相負荷支路在三相之間平均分配，以此來降低配電網的三相不平衡度。根據以上要求，本文設計了三相負荷平衡控制裝置，如圖1所示。

在上圖設計的平衡控制裝置中，主要具有以下的功能單元：實時數據采集單元、實時通信單元、三相電流不平衡度計算單元、限值分析單元以及最優換相指令計算單元，這些功能單元共同組成了負荷自平衡的上位控制裝置。通過采集得到配電網的三相電力信號，經過計算能夠判斷不平衡度是否符合國家標準要求。在得到判斷結果后，將結果帶入到平衡裝置中，通過負荷自適應平衡換相策略和判斷結果，共同作用后計算出各負荷支路中的投切相序，并從中選擇最優解，最后控制靜止換相開關裝置，通過開關裝置的閉合完成投切動作，并能夠保證其可靠性。與此同時，在不影響負荷正常用電情況下，通過使用設計的負荷平衡控制裝置，來更換三相母線上各負荷支路的相序。從上述的設計簡圖中可以看出，三相負荷自平衡裝置投切過程的實現，必須依靠靜止換相開關裝置，該裝置實際上是電力電子開關，本文能使用的晶閘管開關半導體進行替代，晶閘管擁有三個極，結構為PNPN型四層結構，這種結構能夠通過小電流來控制一些具有特大電流的電子器件。本文選擇的晶閘管開關功率為36MVA，具有較快的開關時間，其工作過程是可控的，且耐用效率高。至此完成三相負荷平衡控制裝置的設計。

2.優化負荷分配方案

在本文的負荷分配過程中，可調配的負荷有成百上千，傳統的一些遺傳算法等會由于實際存在的收斂速度問題而無法應用在實際的工程中。本文設計的負荷平衡控制方法需要從實際出發，以降低負荷節點之間的損耗為目的，提出一種基于網絡拓撲結構的葉節點有限的負荷分配方案。葉節點負荷優先安排主要是從配電網葉節點向著根節點推進，其示意圖如圖2所示。

上文中設計的三相負荷平衡裝置中，主要是能夠對輸出電流進行跟蹤控制，除此之外還需要控制直流側支撐電容器的電壓。維持電壓的傳統常用方法為在電容器的外端增加并聯的外部電源，但是會增加整個負荷平衡控制裝置的重量、體積和開發成本。因此本文選擇通過增加一個直流電壓的軟件來實現閉環控制。在實際的負荷平衡補償工作中，直流側電壓恒定不變的同時能夠與電網中各個負荷節點之間傳輸線上的電流相對平衡。三相換相開關中，負荷電流之間的相序關系是恒定不變的，因此對于根節點的負荷優先安排，實際上是完成了根節點向葉節點的負荷優先安排對于負荷分配方案的優化。

3.實驗

3.1實驗準備

為了驗證本文設計的智能化建筑電氣低壓配電負荷平衡控制方法的有效性，本文需要設計實驗進行驗證。根據文中的理論分析，在仿真軟件中對負荷平衡控制裝置進行設計。

3.2實驗結果與分析

在使用本文設計的負荷平衡控制方法之前，由于電網中僅有B相接入了負荷，A相和C相都是空載情況，導致了電流值為0，三相電流不平衡度為300%，嚴重超過了我國電力系統的公共連接點中正常電流的不平衡度的允許值;在電力設備系統中使用了本文設計的方法后，從圖片上可以看出，補償后的三相網側電流波形基本能夠實現正弦對稱，從表中的數值能夠計算出，三相不平衡度約為12.1%，由此可見，本文設計的智能化建筑電氣低壓配電負荷平衡控制方法能夠有效的對電力系統中的配電負荷進行平衡，降低電力系統中的不平衡度。

結語：

隨著我國電力系統建設規模的擴大，用戶用電的負荷量也在日益增長。在智能建筑的電氣低壓配網中，當出現三相不平衡現象時，會導致出現一些非正常動作，損害配電網和用電器，導致電能的浪費和損耗。因此解決配電負荷不平衡是保證供電質量的關鍵，因此本文設計的一種智能化建筑電氣低壓配電負荷平衡控制方法，通過對負荷平衡控制裝置進行設計，并對控制策略進行詳細研究，使得負荷平衡控制方法在最大程度降低三相不平衡的同時，使三相網側電流波形基本能夠實現正弦對稱。本文雖然取得了一定的成果，但是還有很多問題需要進行更深一步的研究。在實際的居民用電配電網中，其復雜程度遠遠高于實驗室搭建的模型，因此對于本文方法在實際配電網中的應用，還需要進行進一步的探究。

參考文獻：

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（作者單位：遼寧康賽石建設工程有限公司）