本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化技術領域，具體涉及三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入系統(tǒng)、控制方法及裝置。

背景技術：

在電力系統(tǒng)中三相電流或電壓幅值的不一致，且幅值差超過規(guī)定范圍，稱為三相不平衡。低壓配電網(wǎng)主要是經(jīng)10KV/0.4KV配電變壓器降壓供電的電壓網(wǎng)絡，由于配電網(wǎng)是三相與單相用戶混合用電網(wǎng)，因此電壓配電網(wǎng)常采用三相四線制線路供電。配電變壓器輸出側接三相低壓配電網(wǎng)的低壓交流母線，低壓交流母線經(jīng)低壓配電開關分配出多條低壓出線。低壓出線結合配電網(wǎng)實際負載情況分為三相用電支線和單相用電支線，或三相與單相混合用電支線。其中，單相用電支線要根據(jù)單相負載情況分別分配到三相配電交流母線中的A、B、C三相中的某一項以及N線中，構成單相供電回路。當A、B、C三相中的單相負載不相等時，配電變壓器輸出就會產(chǎn)生三相不平衡現(xiàn)象。

配電網(wǎng)中三相不平衡的存在對配電網(wǎng)線路的正常運行產(chǎn)生很多危害，主要包括增加線路的電能損耗、增加配電變壓器的電能損耗、造成三相負載運行效率降低、影響用電設備安全運行、使配電變壓器中產(chǎn)生零序電流、降低用電設備的使用壽命、降低變壓器出力、增加配電網(wǎng)保護系統(tǒng)誤動作造成的斷電風險等，影響用戶的正常生產(chǎn)與生活用電需求。

而且，在接入單相用電負荷時，雖然供電部門按照將單相負荷均勻分配到A、B、C三相中，而實際情況是單相負荷具有用電時間不一致、用電負荷大小不相同等隨機性差異的特點，造成電壓配電網(wǎng)中配電變壓器供電運行過程中時刻存在不平衡現(xiàn)象。因此，低壓配電網(wǎng)中配電變壓器三相不平衡問題是低壓配電網(wǎng)改造與治理的必須要面對的關鍵問題之一。

對于三相不平衡的問題國內(nèi)學者進行了很多研究，但仍然沒有完善的解決方案，目前，解決低壓配電網(wǎng)三相不平衡的主要方法包括：

第一，人工檢測調節(jié)負載法。即人工檢測單相負荷情況進行調節(jié)各項負載，該方法配電網(wǎng)工作人員根據(jù)日常的經(jīng)驗，定期手動進行單相負載的平衡調節(jié)，首先需要投入大量的配電網(wǎng)工作人員以及工作時間，造成電網(wǎng)運行成本高等問題；其次，反復多次分合配電開關，存在降低開關使用壽命等問題；并且調節(jié)效果只能是階躍式分步量化調節(jié)，存在過調節(jié)或調節(jié)不足等情況，調節(jié)精度低。

第二，相間無功補償法。即在配電變壓器低壓側采用相間無功補償裝置，使用相間無功補償裝置只能在一定程度上改善配電變壓器輸出運行情況，不能在根本上解決三相負載不平衡在成的電能需求不平衡問題，并且采用無功補償會造成功率因數(shù)的變化，在實際應用中收到較大的限制，無法做到真正的有效調節(jié)。

第三，調相負荷開關調節(jié)法。即在用電負荷回路先串聯(lián)調相負荷開關，通過調相負荷開關重新調節(jié)負荷在A、B、C三相中的分配，達到調節(jié)負荷不平衡的目的。但是要實現(xiàn)負荷的調節(jié)，需要串聯(lián)多個調相負荷開關。若要實現(xiàn)精確的調節(jié)則需要很多個開關才能實現(xiàn)，增加了調節(jié)成本。此方法同樣存在調節(jié)效果只能是階躍式分步量化調節(jié)，存在過調節(jié)或調節(jié)不足等情況，調節(jié)精度低。除非串聯(lián)與線路中所有單相負載一樣多的調相負荷開關，才能實現(xiàn)精確調節(jié)，但這樣需要有一個很龐大的控制系統(tǒng)來控制調相負荷開關的調節(jié)運行，增加總體成本。

現(xiàn)有技術中，三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)包括智能控制單元、電源單元、信號采集與處理單元、功率變換單元、濾波與充電單元、濾波與儲能單元、顯示與操作單元。濾波與充電單元的對應端子分別連接變壓器輸出側A、B、C三相交流電和N線，濾波與充電單元連接功率變換單元及濾波與儲能單元，電源單元的電源進線與濾波與充電單元中A、B、C三相中的某一相以及N線連接，并將智能主控單元、功率變換單元、顯示與操作單元等需要的電壓送至各個用電單元。信號采集與處理單元中設有多個傳感器，分別安裝在A、B、C三相線路中，用于測量系統(tǒng)的電壓、電流等信號。顯示與操作單元通過屏蔽線與智能控制單元連接，通過標準通信協(xié)議進行實時的數(shù)據(jù)交換。智能控制單元通過信號線與各個被控制單元進行控制，協(xié)調整機的正常運行。

當?shù)蛪号潆娮儔浩鞯娜萘枯^大，并且三相不平衡情況較嚴重時，單臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)無法滿足調節(jié)三相不平衡的要求，因此，需要提出一種三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)投入控制方法，用來快速改善嚴重三相不平衡的情況。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入系統(tǒng)、控制方法及裝置，用于解決一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)無法滿足調節(jié)三相不平衡要求的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入控制方法，包括以下步驟：

1)將一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)作為主系統(tǒng)并聯(lián)投入電網(wǎng)，進行三相不平衡調節(jié)；

2)比較所述主系統(tǒng)的實際功率和設定的功率閾值，當主系統(tǒng)的實際功率大于功率閾值時，將至少一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)作為從系統(tǒng)投入電網(wǎng)。

進一步，將至少一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)作為從系統(tǒng)投入電網(wǎng)時，依次投入每臺從系統(tǒng)，每投入一臺從系統(tǒng)后，比較此時的主系統(tǒng)實際功率和功率閾值，當此時的主系統(tǒng)實際功率大于功率閾值時，投入下一臺從系統(tǒng)。

進一步，所述主系統(tǒng)和各從系統(tǒng)均包括連接電網(wǎng)的濾波充電單元，該濾波充電單元與信號采集處理單元、智能控制單元、功率變換單元依次連接；

所述智能控制單元用于根據(jù)信號采集處理單元采集到的三相電流中最大電流相的電流和最小電流相的電流，得到三相電流不平衡度實際值，將三相電流不平衡度實際值送入電壓外環(huán)，并與三相電流不平衡度給定值作差，經(jīng)過電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的閉環(huán)控制，及帕克反變換，生成將三相電流中最大電流相向最小電流相進行有功功率補償?shù)目刂菩盘?，并將該控制信號發(fā)送至功率變換單元。

為解決上述問題，本發(fā)明還提出一種三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入系統(tǒng)，包括一臺三相不平衡調節(jié)主系統(tǒng)，和至少一臺三相不平衡調節(jié)從系統(tǒng)，在投入時，將所述主系統(tǒng)投入電網(wǎng)，進行三相不平衡調節(jié)；比較所述主系統(tǒng)的實際功率和設定的功率閾值，當主系統(tǒng)的實際功率大于功率閾值時，將至少一臺從系統(tǒng)投入電網(wǎng)。

進一步，將至少一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)作為從系統(tǒng)投入電網(wǎng)時，依次投入每臺從系統(tǒng)，每投入一臺從系統(tǒng)后，比較此時的主系統(tǒng)實際功率和功率閾值，當此時的主系統(tǒng)實際功率大于功率閾值時，投入下一臺從系統(tǒng)。

進一步，所述主系統(tǒng)包括連接電網(wǎng)的濾波充電單元，該濾波充電單元與信號采集處理單元、智能控制單元、功率變換單元依次連接；

所述智能控制單元用于根據(jù)信號采集處理單元采集到的三相電流中最大電流相的電流和最小電流相的電流，得到三相電流不平衡度實際值，將三相電流不平衡度實際值送入電壓外環(huán)，并與三相電流不平衡度給定值作差，經(jīng)過電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的閉環(huán)控制，及帕克反變換，生成將三相電流中最大電流相向最小電流相進行有功功率補償?shù)目刂菩盘枺⒃摽刂菩盘柊l(fā)送至功率變換單元。

為解決上述問題，本發(fā)明還提出一種三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入控制裝置，包括以下單元：

投入單元：用于將一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)作為主系統(tǒng)并聯(lián)投入電網(wǎng)，進行三相不平衡調節(jié)；

比較單元：用于比較所述主系統(tǒng)的實際功率和設定的功率閾值；

判斷單元：用于當主系統(tǒng)的實際功率大于功率閾值時，將至少一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)作為從系統(tǒng)并聯(lián)投入電網(wǎng)。

進一步，還包括用于將至少一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)作為從系統(tǒng)投入電網(wǎng)時，依次投入每臺從系統(tǒng)，每投入一臺從系統(tǒng)后，比較此時的主系統(tǒng)實際功率和功率閾值，當此時的主系統(tǒng)實際功率大于功率閾值時，投入下一臺從系統(tǒng)的單元。

本發(fā)明的有益效果是：將一臺主三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入電網(wǎng)的同時，該系統(tǒng)實時計算自身的功率，當三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)的實際功率大于設定的功率閾值時，將一臺以上的從三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入電網(wǎng)。本發(fā)明按照三相不平衡調節(jié)主系統(tǒng)中的實際功率情況，并聯(lián)投入三相不平衡調節(jié)從系統(tǒng)的控制策略，滿足了三相不平衡的調節(jié)需求，實現(xiàn)配電變壓器輸出側三相不平衡的快速平滑調節(jié)，可以有效地降低配電線路的損耗、提高配電變壓器的出力及提高配電系統(tǒng)安全運行能力，從而改善用戶的供電質量。

附圖說明

圖1為配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)的結構原理圖；

圖2為功率變換單元將電能由A相、B相向C相進行轉換的工作狀態(tài)示意圖；

圖3為三相不平衡自動調節(jié)系統(tǒng)的控制框圖；

圖4為單套配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)調節(jié)變壓器輸出三相不平衡工作流程圖；

圖5為多臺配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)工作狀態(tài)示意圖；

圖6為多套配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)隨著不平衡度增加并聯(lián)投入工作流程圖；

圖7為多套配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)隨著不平衡度減少并聯(lián)移除工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明。

本發(fā)明如圖1所述的三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)的控制方法主要是通過智能控制單元和功率變換單元完成的，包括以下步驟：

信號采集與處理單元實時采集三相電網(wǎng)電壓、三相電網(wǎng)電流等信息，獲取三相電流中最大電流相的電流和最小電流相的電流，并發(fā)送至智能控制單元，智能控制單元最大電流相的電流和最小電流相的電流得到三相電流不平衡度實際值，計算式如下：

式中，K為三相電流不平衡度實際值，I_max為三相電流中最大電流相的電流，I_min為三相電流中最小電流相的電流。

將上述三相電流不平衡度實際值送入電壓外環(huán)，并與三相電流不平衡度給定值作差，經(jīng)過電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的閉環(huán)控制，及正負序dq/abc坐標變換，生成將三相電流中最大電流相向最小電流相進行有功功率補償?shù)目傉{制波。三上述相電流不平衡度給定值計算式如下：

式中，K_ref為三相電流不平衡度給定值，I_max為三相電流中最大電流相的電流，I_min為三相電流中最小電流相的電流，I為實際的三相電流有效值。

上述總調制波即為功率變換單元調整有功功率的控制信號，其中有功功率的補償值計算式如下：

式中，P為所述有功功率的補償值，U為采集的三相電壓有效值。功率變換單元接收到智能控制單元的控制信號后生成功率變換單元內(nèi)部絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的±15驅動信號，觸發(fā)IGBT的導通與關斷，功率變換單元的結構原理圖如圖2所示。

例如，智能控制單元檢測到變壓器輸出側三相不平衡，并判斷出C相負載電流較大，A、B相負載電流較小后，智能控制單元計算出A、B相需要向C相進行電能變換的電流值，同時計算出C相的瞬時相位，智能控制單元生成可與C相并網(wǎng)的功率變換單元的控制信號，功率變換單元將智能控制單元下發(fā)的控制信號轉換成IGBT的驅動信號并觸發(fā)IGBT高速導通與關斷工作，將A、B相的電能經(jīng)升壓整流輸入到儲能電容，同時將儲能電容中的電能轉換成與C相同頻率、同相位、同幅值的并網(wǎng)電能輸送到C相，實現(xiàn)三相不平衡的自動調節(jié)。

本發(fā)明三相不平衡自動調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)變壓器輸出三相不平衡工作流程如圖4所示，配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)初始化后檢測所有外設工作情況以及系統(tǒng)所有故障檢測點的狀態(tài)信號，判斷存在故障時，重新進行初始化，判斷不存在故障信息時，進行母線電容預充電，及儲能電容高壓儲能充電，當預充電和充電儲能工作不正常時，重新初始化并顯示系統(tǒng)狀態(tài)，當預充電和充電儲能工作正常時，檢測配電變壓器輸出側相關三相電壓、電流信號，計算三相不平衡度，與系統(tǒng)設定值進行比較，當三相不平衡度小于設定值時，重新檢測并計算三相不平衡度，當三相不平衡度大于或等于設定值時，智能控制單元計算需要轉換的電流值、電壓值、頻率、相位等參數(shù)，生成功率變換單元的控制信號，并下發(fā)功率變換單元，功率變換單元接受控制信號后進行功率變換，調節(jié)配電變壓器輸出三相不平衡。智能控制單元實時判斷配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)運行過程的狀態(tài)，無故障出現(xiàn)，則持續(xù)進行三相不平衡調節(jié)，若出現(xiàn)故障則配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)停止工作，顯示故障狀態(tài)。

當?shù)蛪号潆娮儔浩鞯娜萘枯^大，并且三相不平衡情況較嚴重時，需要多個配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)進行不平衡自動調節(jié)。

本發(fā)明的三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入控制方法如圖6所示，為多臺配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)隨著不平衡度增加并聯(lián)投入的流程圖，主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)初始化后，與從配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)建立通信連接，并檢測配電變壓器輸出側三相電壓電流信號，獲取三相不平衡度，將三相不平衡度與系統(tǒng)設定值進行比較。若不平衡度小于設定值，重新檢測并計算三相不平衡度，若不平衡度大于設定值，主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)根據(jù)控制信號在A、B、C三相間進行電能變換，調節(jié)配電變壓器輸出側三相不平衡情況。

同時，主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)實時計算功率變換單元IGBT模塊的當前實際功率，當實際功率小于設定的功率閾值時，持續(xù)進行三相不平衡自動調節(jié)，當實際功率大于功率閾值時，增加一臺從配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)投入三相不平衡自動調解工作，同時實時計算主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)中的功率變換單元IGBT模塊的當前實際功率，當實際功率大于功率閾值時，再增加一臺從配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)，直到投入的主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)功率變換單元IGBT模塊的當前實際功率小于功率閾值，不再增加從配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)。

多臺配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)獨立持續(xù)進行三相不平衡調節(jié)，判斷各自工作狀態(tài)，若發(fā)生運行故障，則本臺配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)停止工作，其他配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)正常運行。

如圖7所示，為本發(fā)明多臺配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)隨著不平衡度減少并聯(lián)移除的流程圖，主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)初始化后按照以下步驟控制從配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)移除調節(jié)工作，實現(xiàn)三相不平衡自動調節(jié)：

主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)實時計算功率變換單元IGBT模塊當前的實際功率，與設定的功率閾值進行比較，若大于該設定的功率閾值，則持續(xù)進行三相不平衡自動調節(jié)，若小于功率閾值，主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)計當前參與三相不平衡自動調節(jié)的調節(jié)系統(tǒng)數(shù)量，當數(shù)量大于1時，減少一臺參與三相不平衡調節(jié)的從配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)，減少一臺系統(tǒng)后，比較該主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)的IGBT模塊當前的實際功率與功率閾值，當功率小于功率閾值時，再減少一臺三相不平衡自動調節(jié)的調節(jié)系統(tǒng)，直到三相不平衡自動調節(jié)的調節(jié)系統(tǒng)數(shù)量等于1時，不再減少調節(jié)系統(tǒng)；當主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)實時計算當前功率變換單元的實際功率大于功率閾值時，持續(xù)進行三相不平衡調節(jié)。

本發(fā)明的三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入系統(tǒng)如圖5所示，包括一臺三相不平衡調節(jié)主系統(tǒng)，和兩臺三相不平衡調節(jié)從系統(tǒng)，在投入時，將主系統(tǒng)首先投入電網(wǎng)，進行三相不平衡的調節(jié)，調節(jié)過程中實時計算主系統(tǒng)的實際功率，當實際功率大于設定的功率閾值時，投入一臺從系統(tǒng)，該從系統(tǒng)和主系統(tǒng)進行三相調節(jié)時，同時檢測主系統(tǒng)實際功率，當主系統(tǒng)實際功率大于設定的功率閾值時，投入另一臺從系統(tǒng)參與三相不平衡調節(jié)工作，實現(xiàn)三相待調節(jié)功率在主系統(tǒng)和兩臺從系統(tǒng)中的平均分配。由于主、從系統(tǒng)間待調節(jié)的三相功率是平均分配的，主、從系統(tǒng)的自身實際功率近似等于系統(tǒng)平均待調節(jié)的功率，因此各系統(tǒng)的實際功率不論主、從系統(tǒng)都是近似相等的，因此，在判定是否要增加一臺從系統(tǒng)的條件時，可以判定任一系統(tǒng)的實際功率是否大于設定的功率閾值。

本發(fā)明通過多臺配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)運行提高每一臺配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)的工作效率，降低系統(tǒng)的整體損耗，減少電能治理過程中消耗的電能，實現(xiàn)配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)標準化設計，降低成本，提高產(chǎn)品的可靠性與一致性。

在并聯(lián)投入控制過程中，用于比較主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)功率的設定閾值，及在并聯(lián)切除控制過程中，用于比較主配變?nèi)嗖黄胶庾詣诱{節(jié)系統(tǒng)的功率閾值，都是用戶根據(jù)系統(tǒng)需要而自由設定的。兩個功率閾值的設定值是不一樣的，一般情況下，并聯(lián)投入過程中的功率閾值要大于系統(tǒng)切除過程中的閾值。另外，本發(fā)明主系統(tǒng)的實際功率是根據(jù)功率變換單元中流過三極管的最大電流和對應的電壓計算得到的。

本發(fā)明還提出一種三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入控制裝置，包括以下單元：

投入單元：用于將一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)作為主系統(tǒng)并聯(lián)投入電網(wǎng)，進行三相不平衡調節(jié)；

比較單元：用于比較所述主系統(tǒng)的實際功率和設定的功率閾值；

判斷單元：用于當主系統(tǒng)的實際功率大于功率閾值時，將至少一臺三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)作為從系統(tǒng)并聯(lián)投入電網(wǎng)。

上述所指的三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入控制裝置，實際上是基于本發(fā)明三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)投入控制方法的流程的一種計算機解決方案，即一種軟件構架，可以應用到三相不平衡調節(jié)系統(tǒng)的并聯(lián)投入系統(tǒng)中，上述裝置即為與方法流程相對應的處理進程。由于對上述方法的介紹已經(jīng)足夠清楚完整，而本實施例聲稱的裝置實際上是一種軟件構架，故不再詳細進行描述。