一种动态均衡的3相智能化配电系统技术方案

技术编号:11895810 阅读:157 留言:0更新日期:2015-08-17 23:46
本发明专利技术涉及一种动态均衡的3相智能化配电系统,利用先进的算法和实时通信技术,通过将负载分组以及利用智能化插座等及时获得接入负载数据,将负载按照设定的3相均衡优化原则接入3相电中的一根相线,实现3根相线带动的负载基本相同,不同负载种类在3个相线之间均有连接而且功率差别在要求的误差范围内;系统可以在不同的等级使用,实现小范围到变电站间的动态化3相均衡;系统具备电表的所有功能,可按照要求将电压、电流、功率等数据实时上传,根据自身算法或者指令进行相应的负载接入。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路、电路硬件设计和嵌入式软件设计、PC软件以及算法设计、通信领域,特别是利用先进的算法和实时通信技术而实现一种动态均衡的3相智能化配电系统,通过将负载分组以及利用智能化插座等及时获得接入负载的数据,将负载按照设定规则接入3相电中的一根相线,实现3根相线带动的负载基本相同,以及在任何指定的相位分别实现3根相线的切换;系统能够利用自身的MCU针对获得的功率数据以及波形数据进行简单的数据挖掘,实现对应的保护功能,或者将数据上传到指定的计算机系统,获得指令后执行相关的切换操作或者保护操作;系统可以在不同的等级使用,实现小范围到变电站间的动态化3相均衡;系统具备电表的所有功能,可按照要求将电压、电流、功率等数据实时上传,根据自身算法或者指令进行相应的负载接入。
技术介绍
当前的智能配电箱和智能配电柜等产品,把众多带通讯接口的控制设备和仪表与计算机连接起来,实现集中数据采集、处理、监控、分析、调度等智能化管理,其中智能配电箱是最接近用户端的配电设备,当前系统如图1所示。连接关系如下:3相电A相、B相、C相经过开关Ql后分为2路,分别与中线组合为单相 220VAC-l、220VAC-2、220VAC-3、220VAC-4、220VAC-5、220VAC-6 输出,A 相、B 相、C 相、中线分别与防雷器件RU1、RU2、RU3、RU4连接后与防雷地接在一起,A相、B相、C相经过保险丝FU1、FU2、FU3分别与负载Loadl、Load2、Load3连接后汇接到中线,监测单元的三相输出经过开关与电压指示仪器连接。工作过程如下:正常工作状态下,相线与中线构成6个220VAC的输出,每两个输出是同相位的,可以按照需求挂接相应负载,如在每层楼使用此配电箱,6个220VAC分别接入6个住户家庭作为用电的母线;在正常用电时,监测单元获得每个220VAC输出的功率,以及异常用电的纪录等。目前的配电箱在常规数据的采集以及保护方面基本标准化,通过相关国家标准的制定得到普及,但是在智能化程度以及与智能电网的融合、电能一体化管理方面存在不足: 负载与相线之间的连接是固定的,相线在规划设计阶段就分配完毕,当负载发生变化时,无法进行动态的调度,满足不断增长的用电需求; 3根相线连接的负载不同,而每个负载的变化也是不同的,不同的时间与不同的负载连接,负载的种类以及消耗的功率不同,从而造成3相之间的不均衡,导致中线电流过大,影响用电安全以及用电损耗增加; 监测单元收集的用电信息过于简单,或者数据采集的精度以及采样速度低,无法通过搞计算法获得配电网络以及用电设备的进一步信息,从而通过智能化运行进一步降低系统的损耗,提高整个网络以及相应设备的运行效益; 当前的智能配电终端系统(配电箱、配电柜)等采用RS485总线(ProfiBus)结构,数据速率受到限制,无法通过高速互联的通信系统实现数据、指令的双向传递。
技术实现思路
本专利技术是通过如下方法实现的。如图2所示为动态均衡的3相配电终端系统原理图,连接关系为:相线I分别与开关继电器Rl、R4、R7连接,相线2分别与开关继电器R2、R5、R8连接,相线3分别与开关继电器R3、R6、R9连接,开关继电器町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8、1?9的控制端口与MCU连接,开关继电器分组、、输出分别与3个电压电流检测计量模组连接后输出成为3根火线,中线(零线)与地线分别接出3个分支,与3根火线组成3端口 220VAC市电端口:火线、中线(零线)、地线。中线的电压电流检测计量模组与3根相线的对应模组连接,相线的电压电流检测计量模组通过数据总线与MCU连接,MCU通过RJ45网口与外界连接。工作原理如下:当市电接口有负载接入时,智能电网的其他组件如智能开关、智能插座等首先获得负载的种类、功率等信息,然后将信息上传后发送到智能配电箱、智能配电柜以及智能化变电站,然后将相关信息转发到如图2的MCU ;MCU按照两种模式将负载接入用电网络。模式1:MCU根据自己已经挂载的负载数据,根据上位机下发的用户用电习惯等信息,将负载接入到目前挂载功率最小的相线下,或者根据算法以及一段时间内用户挂载的预测,将负载挂接到未来一段时间内3相均衡最优化的相线下。模式2:MCU根据上位机的指令,按照整体最优化的原则,直接将负载挂接到指定的相线下。3根相线通过各自的电压电流检测计量模组,获得相应的电压电流波形以及功率等数据,为了精确计算,在功率测量时将中线的检测数据直接与3根相线的检测集中到一个芯片内。MCU可以根据检测到的数据实现过流、过功率保护、漏电检测等功能。再将任何一根相线接入到火线时,根据电压电流检测计量模组采集的数据,MCU控制相应的开关继电器实现相线在任意指定相位切换到火线。通过高精度(16/24比特)高速(8K/64KSPS)采样,MCU内嵌算法能够得到精确的过零点,从而精确判定任一时刻相线的相位;在生产阶段,MCU可以得到较准数据,如继电器的开关操作时间、MCU内部运算时间、电路中驱动模组的反应时间等。根据相关数据获得系统的反应时间后,MCU在某个时刻发出指令,从而在指定的相位实现相线到火线的切换。ZVS/ZCS (零电压/零电流切换)功能是指定相位切换的一部分,指定的切换相位为0°或者180°。3根相线之间的切换可以是连续的,也可以是不连续的。连续切换时,相线I在指定相位切换后,相线2和相线3在一个周期内(20ms或者16.6ms)实现切换;不连续切换时,相线I在指定相位切换后,相线2和相线3在分别设定的延时后实现切换,相位也可以与相线I的切换相位不同,并且相线2和相线3的切换相位也可以不同。MCU内嵌的算法可以提高过零点的检测精度,因而可以以高精度确定每根相线的相位。以16比特8KSPS的商业级应用为例,归一化相线波形为正弦波,获得以下简单的高精度切换算法。设定MCU的时钟为20MHz,在相线正弦波过零点附近,获得两个采样点,如图11中情景I所示,过零点前的数据为sin(2 Jif^SlP),过零点后的数据为sin((2 Jif^SIN) 0两个采样点之间的插值为220* sin(2 f*SlP)-220* sin ((2 π f*SlN)=220* ^ 220*2 3i f* (SlP-SIN)=220*2 3i *50*1/8000=2.75 3i 过零点前后得的采样数据基本接近零,因此可以近似认为两点之间为直线,而时钟信号的频率为20MHz,因此每两个采样点之间的时钟信号个数为2500个。理想状态下,过零点可以精确到单个时钟信号,因此理想的过零点误差为 2.75 31 /2500=1.1 π *1(Γ3 在简单算法下,误差为理想状态下的+/-5倍,因此过零点误差为+/-5.5 π *10_3。在16比特精度8Κ采样频率下,采样误差为+/-(220/64Κ),经过算法后,精度提高到+/_5.5 η *10 3,从而大幅提闻了系统的精度。本专利技术的优点为: 能够以非常高的精度,实现任意相线在任意指定相位的切换; 切换可以在3根相线之间连续切换,也可以在3根相线之间设置任意延时; 能够根据3根相线负载基本均衡的要求,实现负载在3根相线之间的动本文档来自技高网
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【技术保护点】
本专利技术涉及一种动态均衡的3相智能化配电系统,利用先进的算法和实时通信技术,通过将负载分组以及利用智能化插座等及时获得接入负载的数据,将负载按照设定的优化原则(优化原则1:3根相线下负载功率基本均衡;优化原则2: 3根相线下负载非均衡的功率与时间乘积最小)接入3相电中的一根相线,实现3根相线带动的负载基本相同,以及在任何指定的相位分别实现3根相线的切换;系统能够利用自身的MCU针对获得的功率数据以及波形数据进行简单的数据挖掘,实现对应的保护功能,或者将数据上传到指定的计算机系统,获得指令后执行相关的切换操作或者保护操作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:尹登庆
申请(专利权)人:深圳市智远能科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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