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1、三相不平衡调节装置方案1 产品研发背景目前，在国家电网公司中、低压配电网系统中 ,存在着大量的单相 不对称、非线性、冲击性负荷，三相负荷系统是随机变化的，这些负荷会 使配电系统产生三相不平衡，三相负荷不平衡会导致供电系统三相电压、 电流的不平衡 ,引起电网负序电压和负序电流，影响供电质量，进而增加 线路损耗 ,降低供电可靠性。三相不平衡治理装置是专门针对上述问题而研发的一款产品，不同于 传统的治理装置，它融合了半导体器件与接触器开关的优点，能够避免接 触器开关在负荷投切瞬间产生的较大涌流和开通、关断时间间隔长的问题 使负载用户在负载换相投切过程中可正常供电；也能避免半导体器件长期 运行带来的发
2、热问题。配网三相不平衡治理装置的应用，将大幅提高配网 运行稳定性和智能化，可对国网公司提出的建设坚强智能电网的要求起到 很好的支撑作用。2 产品技术参数三相不平衡调节装置系统参数装置标准配置主控制器*1+换相开关*9接线方式三相四线制工作状态正常运行，故障报警，电源供电冷却方式自然散热噪声65dB控制器供电电源220V/50Hz, 40W采样精度 1MQ绝缘强度2000VAC, 60s外壳防护等级IP54机械尺寸400*350*150 （宽*高*深）mm重量10kg环境温度25 45C环境湿度095%,无凝露海拔1000m换相开关额定电压AC380V额定频率50Hz额定电流100A最大允许电流
3、150A换相时间 1MQ绝缘强度2000VAC,60s外壳防护等级IP54机械尺寸250*500 大 200（宽*高*深）mm重量15kg环境温度-2545C环境湿度095%，无凝露海拔1000m3 技术方案3.1 总体方案三相不平衡调节装置主要由主控制器与换相开关组成。主控制器是整个装置 的控制核心，换相开关是装置的执行机构，它们之间通过 GPRS 无线通讯进行信 息交互,相互配合完成对配网三相不平衡问题的治理.装置系统示意图如下所示。主控制器GPRS通讯主控制器是整个装置的控制终端，每套装置只有一个主控制器。它负责采集 整个装置的各种状态信息和数据，通过逻辑运算发出各种指令完成整个装置的操
4、 控。它检测配网总线的电压信号；接收换相开关上传的负载电流数据,计算负载 平衡度及分布情况,通过分析计算给各个换相开关发出换相命令；接收换相开关 上传的运行状态和故障信息，然后做出相应的控制操作。换相开关是装置的分支和执行机构，根据配变的容量与负载的分布情况不同 可灵活选择换相开关的容量和数量 .它负责采集负载电流数据,与自身的状态信 息一起通过 GPRS 无线通讯上传给主控制器；接收主控制器的换相命令进行换相 操作;接收主控制器的故障保护命令进行相应的操作;显示自身的运行状态信息.每套三相不平衡调节装置只有一个主控制器,但换相开关的数量是不定的， 根据现场应用情况的不同，配备数量不等的换相开
5、关。换相开关与主控制器之间 通过 GPRS 无线通讯的方式实现信息交互，这样现场应用安装灵活。三相不平衡 调节装置的现场应用情况比较复杂多样，具体的应用方案这里不一一列举，下面 主要介绍主控制器和换相开关的技术方案和具体实现。3。2 硬件方案3.2.1 主控制器主控制器由开关电源、主控制器板卡、机壳结构组成。示意图如下图所示1厂控制器外壳11 !1 1控制器板卡|1i结构箱体开关电源开关电源开关电源为主控制器提 供电源，电源入口从 配网取电，额定电压为220V/50HZ,输出为DC24V，负载额定功率约为20W,选取衡孚的HF35WSE 主控制器板卡主控制器板卡是主控制器的核心部件，电源输入为
6、DC24V，要具备电压检测 功能、开入开出功能、通讯功能、逻辑运算功能。此部分外包给外协厂家设计生 产，具体技术指标和功能需求参见外包技术协议.控制器板卡外壳对控制板起到一定的防护作用，正面设计有标识区、指示灯区,手动设置区. 控制器箱体结构安装控制器所有器件，可户外、户内安装使用，可柱上安装。防护等级要求 达到 IP54。主要功能参数采集变压器出口三相电网电流；计算电网负载电流不平衡度，制定三相不平衡调节方案；装置运行状态指示功能； GPRS通讯功能、485通讯功能，与上位机通讯功能；防护等级：IP54;A安装方式：壁挂安装；工作环境温度：-2545摄氏度； 工作环境湿度：095%无凝露。3
7、。2.2 换相开关换相开关主要由触发板、晶闸管、接触器、电流互感器、结构机壳组成。组 成示意图如下图所示。换相开关外壳I触发板接触器 触发板触发板主要负责控制换相开关的换相操作，外包给外协厂家进行设计生产 相机技术功能指标可见技术协议。开关电源开关电源为触发板提供电源，电源入口从配网取电，额定电压为 220V/50Hz, 输出为DC24V，负载额定功率约为20W,选取衡孚的HF-35WSE24 晶闸管晶闸管型号为：塞米控的SKKT-106T6E,台基的MTX110-1800V,两种型号互 为备选,结构设计时要考虑两种晶闸管兼容使用.首选塞米控晶闸管,台基作为 备选。 接触器接触器型号：ABB的
8、AX3230-0180 电流互感器电流互感器型号：兵字的 TA2739-01 结构箱体 作为换相开关的结构外壳,起到支撑、防护作用,正面设计有标识区、指示灯区、手动设置区。主要功能参数负载电流检测功能；换相功能，接触器驱动功能、晶闸管驱动功能；接触器、晶闸管状态检测功能； GPRS通讯功能、485通讯功能,与控制器通讯功能；换相开关运行状态指示功能；换相手动操作功能；换相开关物理地址定义功能；防护等级：IP54；A安装方式：壁挂安装；工作环境温度：-2545摄氏度； 工作环境湿度:095%无凝露.3。3 软件方案3.3。1 总体方案 整套装置的软件控制系统由控制程序和换相程序组成，主控程序与换
9、相程序 属于主从关系，主控程序发出命令，接收换相程序上传信息。换相程序接受命令 上传信息.它们之间分工不同互相配合，共同完成装置的运行控制。下图是软件 控制系统示意图。主控程序主控程序是装置的核心控制部分，它负责装置的核心算法与控制策略、信息 的汇总与分析运算。换相程序是装置的具体执行部分,它负责换相开关的换相逻辑控制；检测负 载电流信号与装置运行状态信息并上传给主控程序。3。3。2 主控程序 信息采集功能总线电压信号采集功能，检测配电变压器低压侧电网电压信号.总线电流信号采集功能，检测配电变压器三相输出电流。 通过 GPRS 无线通讯接收各换相开关上传的负载电流信息、物理地址信息（如 08C
10、,装置的第8个开关、默认运行相为C相）、运行状态信息（含当前运行 相）、故障信息。 可根据外部编码器电路输入的信号来设置换相等待时间。 控制计算功能 装置的主控功能。管理控制装置的正常运行。 三相电流不平衡度计算功能。各换相开关支路负载电流计算功能。各支路负载重新分配再平衡计算功能.通过专门的计算方法计算当前所接支 路负载并重新分配到各单相，给需要调整的换相开关发出换相命令，使电网 三项电流达到平衡。 根据换相开关上传的物理地址，对各换相开关进行分组定义功能. 运行状态指示功能。发出电平信号控制 LED 灯的亮、灭,指示电源供电、正 常运行、故障报警三种状态。 故障信息发送功能，发送故障代码到
11、手机和电脑中。通讯功能 485 通讯、 GPRS 无线通讯。装置内控制器与各换相开关采用GPRS通讯传输数据. 装置通过 GPRS 向用户的手机和电脑发送数据信息. 设备检修、重新设置参数或更新软件程序时采用 485 通讯.2）控制策略 系统级控制框图装置级控制策略换相开关采集的每一路电流， I . I ,控制器采集的配电变压器出口总电流，然 1n后按各相总电流大小排序，由大到小分别为X, y, z, x + y + z求总平均值：k =3一Ax 二 x - kAy 二 y - kAz 二 z - k其中Ax大于零,Az小于零；若Ay大于零，则x、y相的换相开关中分别找出与Ax、Ay接近的负荷
12、切换到z相，在动作之前，先进线预判，如果预判结果比动作之前要差,则维持不动作；若Ay小于零，则x找出与Ay、Az接近的负荷切换到y、z相，在动作之前，先进线 预判，如果预判结果比动作之前要差，则维持不动作；若Ay等于零，则x找出与Az接近的负荷切换到y、z相，在动作之前，先进线预判， 如果预判结果比动作之前要差，则维持不动作;当变压器轻载时,不进行不平衡调节，轻载定义为负载率小于等于303）控制算法不平衡判断依据和计算方法以三相电流不平衡度超过 15作为动作判据 不平衡度计算三相四线制系统中：电流不平衡度 =_ X 100%，其中1X为三相电流I、_A II 、 I ,取自总进线电流 CT，I
13、 为三相总进线电流有效值的平均值。计算电流不 BC平衡度时三相电流都需要计算，要保证三相电流不平衡度均不超过 15% 系统级控制需要采集数据序号信息名称信息内容备注1各换相开关物理地址信息换相开关的物理地址编号，由换相开关上 传。2各换相开关的默认导通相信息默认导通相是哪一相，由换相开关上传.3各换相开关的当前导通相信息换相开关的当前导通相是哪一相，由换相 开关上传。4各换相开关的运行状态信息换相开关当前的运行状态，正常运行、故 障报警，由换相开关上传5各换相开关的负载电流信息实时的负载电流数值，由换相开关上传6各换相开关的手动换相命令信息手动换相命令信息，由换相开关上传7三相电网电流信息实时
14、三相电网电压数值，由控制板采集。8换相等待时间由控制器硬件（拨码开关）进行手动设置， 定义当不平衡度超过限制后等待多久下达 换相操作命令。5）故障保护原则 当装置内的控制器或装置内的换相开关出现故障时，装置的保护原则有两条在不会发生事故的情况下，优先确保用户用电畅通。设备可带故障运行。当三相不平衡调节功能失效时，同样要保证用户供电。3.3。3 换相程序信息采集功能 负载电流采集功能。 硬件地址编码功能。根据外部输入编码器信号定义开关的物理地址 手动换相功能。接收外部手动控制信号，控制开关进行换相操作 . 通过GPRS无线通讯接收控制器发送的信息。控制计算功能 换相开关换相操作的逻辑控制功能。 晶闸管和接触器的驱动控制功能。 晶闸管和接触器的状态信息检测功能。 运行状态指示功能。发出电平信号控制 LED 灯的亮、灭,指示电源供电、正 常运行、故障报警三种状态。 工作相指示功能。发出电平信号控制 LED 灯的亮、灭,指示负载接通在哪一 相。 数据上传给控制器功能，实时上传运行的状态信息和电流参数。通讯功
