一种基于三相负载平衡的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三相负载平衡的控制系统及方法，详细介绍了三相负载平衡系统的硬件设计，在给出系统整体设计框架的基础上，详细说明了各个模块的硬件设计。在信号监测模块的介绍中，从信号调理电路的设计、A/D转化电路的设计、数据处理电路的设计等三个部分说明了对低压配电网三相六路电信号的采集和处理以及三相不平衡度的计算过程；在通信模块的介绍中，主要分别说明了DSP和单片机以及单片机和执行机构的通信方式；在控制模块的介绍中，说明了执行机构采用的电力电子开关器件的和通过光耦对双向晶闸管的控制原理，详细说明了执行机构的换相过程和互锁。在三相负载平衡系统的调节下，低压配电网能够稳定的运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三相负载平衡的控制系统及方法
本专利技术属于电力系统配网负载调节
，涉及一种基于三相负载平衡的控制系统及方法。
技术介绍
低压配电网作为电网供配电的末端环节，不仅是国家电力系统的重要组成部分，更是城市发展和新农村建设的重要基础内容。由于低压配电网直接面对电力用户，因此保证低压配电网的供电稳定性和提高其电能质量是电力系统相关部门工作的重中之重。近年来国家电网公司不断加强对农村电网的改造，实施农村电网体制改革，极大提高了农村的电气化水平，也促进了农村的城镇化发展。目前，在越来越多的农村地区，各种电器逐步的进入到普通家庭里面，电视、电冰箱、洗衣机、空调等等已经成为很多农村家庭的标配。同时，低压配电网的发展也极大的促进了农村工农业的发展，稳定的低压配电网为及时进行灌溉提供了保证，也为越来越多的乡镇企业和私营企业的各种设备提供了稳定的电源。然而，农村经济的发展对电能质量和电力网络的稳定性提出了更高的要求，也带了很多新的问题，如：电网的谐波污染、电压波动、无功负荷的增大导致的电网功率因数降低等；同时，随着大功率家用电器如变频空调、电磁炉、微波炉等进入百姓家庭造成了低压单相负荷比重提高、电网三相负载不平衡等问题。其中，在三相四线制的低压配电网中，三相电网负载不平衡的问题尤为突出，缩减了电力变压器的寿命，增大了线路损耗，给电能质量和电力网络的稳定性造成了严重影响。特别地，三相负载不平衡问题在我国南方农村地区尤为严重，众多卷烟厂中电气设备的使用和停机，不仅严重影响了电力设备的正常运行也影响了低压配电网的稳定。因此，找到合适的方法和措施解决三相负载不平衡问题对三相四线制的低压配电网的正常运行具有十分重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于三相负载平衡的控制系统及方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于三相负载平衡的控制系统，包括：信号监测模块，信号检测模块包括三相电压信号调理模块和三相电流信号调理模块，三相电压信号调理模块和三相电流信号调理模块分别从三相低压配电网采集三相电压信号和三相电流信号，进行三相平衡度的分析计算；A/D转换电路，A/D转换电路对低压配电网三相电压信号和三相电流信号进行同步采样，并将采样结果传送给DSP；DSP，DSP接收A/D转换电路传送来的三相电压信号和三相电流信号，并进行分析结算，算得出系统的三相不平衡度；单片机，单片机接收来自DSP计算的系统的三相不平衡度，进行分析，并判断是否给执行机构发出负载电源切换的指令；同时，将该结果传送给数据中心进行保存；以及执行机构，执行机构接收到单片机的指令后，根据指令对负载的电源进行换相处理，以保证低压配电网各相负载的平衡。本专利技术进一步的改进在于：三相电压信号调理模块包括依次相连限流电阻、电压互感器、抗混叠滤波电路以及交直流转换器；三相交流电压信号通过限流电阻后转变成电流信号，再经过电压互感器后，通过抗混叠滤波电路和交直流转换电路转换成能够被A/D转换电路能够接受的电压信号。三相电流信号调理模块包括依次相连的一级电流互感器、二级电流互感器、抗混叠滤波电路以及交直流转换器；三相交流电流信号经过一级电流互感器和二级电流互感器后，经过抗混叠滤波电路和交直流转换电路转变成电压信号并传递给A/D转换电路。A/D转换电路采用ADS8364，DSP采用TMS320F2812，单片机采用STM32单片机ADS8364的复位引脚与DSP的GPIOA7连接，并由GPIOA7持续输入20ns低电平保证其正常复位；ADS8364的HOLDA、HOLDB、HOLDC分别与DSP的GPIOA1、GPIOA2、GPIOA3连接，并由DSP的三个引脚GPIOA1、GPIOA2、和GPIOA3控制进行采样；ADS8364的EOC与DSP的EXT_INT1连接，当通道中的信号转换完成后EOC引脚将被置电平，使DSP进入中断处理程序并开始读取操作；ADS8364芯片的DATA[0:15]分别与DSP的D0-D15连接，在RD的上升沿时被DSP读取数据；ADS8364的A0、A1和A2引脚能够制定数据的读取方式，并通过DSP的GPIOA8-GPIOA10决定读取方式；在三相负载平衡系统中，采用循环读取的方式对六路电压和电流信号进行读取。DSP和STM32单片机的通信方式选择SPI串口通信；DSP和单片机均在带SPI串口，在通信过程中，STM32单片机为主机，DSP为从机；STM32单片机的SPI接口作为主机时，mss引脚置为输出口，此时SPI控制寄存器SPCR的MSTR置1。STM32单片机和执行机构间的通信采用GPRS网进行通信；STM32单片机和执行机构的GPRS通信采用EM310无线通信模块模块；其中，EM310无线通信模块通过SPI与STM32单片机进行通信；EM310无线通信模块模块实现将STM32单片机的指令快速的传送给三线负载平衡系统的执行机构，完成负载电源的切换；同时，EM310无线通信模块在于GPRS网络进行连接时还需要SIM卡的验证，并通过LPG引脚进行当前状态的显示。执行机构在单片机的控制下通过双向晶闸管的通断完成负载电源相序的切换；执行机构的换相：电网各相均连接两个双向晶闸管，其中一个接受单片机指令后进行通断操作并控制另一双向晶闸管的通断，以完成电源的通断；各相双向晶闸管开关的触发是通过光耦完成的，其中光耦芯片的一端接5V电压信号，另一端通过7407接受来自单片机的指令信号；执行机构的换相在以单片机为主控芯片的三相负载平衡系统的控制下完成的；三相负载平衡系统首先对实际三相四线制电网的供电点进行实地的监测，并将监测结果通过串口发送给单片机，然后经过单片机的分析判断，若系统三相不平衡度不满足要求时，将通过GPRS给执行机构发送换相指令，最后再执行机构的调控下使电网相对平衡的运行。抗混叠滤波电路采用二阶RC低通抗混叠滤波电路，用于滤除电网电信号中频率大于1/2fs的成分，防止杂波出现。三相交流电压通过共模电感L1和限流电阻R1输入，使输入电流为电压互感器PT1的额定值；电压互感器PT1的二次侧接运放电路，将电压互感器PT1二次侧输出的电流信号转换成满足模数转换输入所需要的电压信号；放大电路包括运算放大器，电压互感器PT1输出端分别接运算放大器的输入端，电压互感器PT1和运算放大器之间并联起保护作用的二极管D2和二极管D3；共模电感L1的前端并联用于保护和滤波的二极管D1。一种基于三相负载平衡的控制方法，包括以下步骤：步骤1：通过信号监测模块从三相低压配电网采集三相电压信号和三相电流信号，进行三相平衡度的分析计算；步骤2：三相交流电压信号通过限流电阻后转变成电流信号，再经过电压互感器将该电流信号转变成幅值较小的电压信号，最后通过抗混叠滤波电路和交直流转换电路转换成能够被ADS8364能够接受的电压信号；三相交流电流信号经过两级交流互感器后转变成较小的三相电流信号，最后经过抗混叠滤波电路和交直流转换电路转变成电压信号并传递给ADS8364；步骤3：ADS8364对低压配电网三相电压信号和三相电流信号进行同步采样，并将采样结果传送给DSP进行分析结算；步骤4：DSP根据三相电压信号和电流信号的采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三相负载平衡的控制系统，其特征在于，包括：信号监测模块，信号检测模块包括三相电压信号调理模块和三相电流信号调理模块，三相电压信号调理模块和三相电流信号调理模块分别从三相低压配电网采集三相电压信号和三相电流信号，进行三相平衡度的分析计算；A/D转换电路，A/D转换电路对低压配电网三相电压信号和三相电流信号进行同步采样，并将采样结果传送给DSP；DSP，DSP接收A/D转换电路传送来的三相电压信号和三相电流信号，并进行分析结算，算得出系统的三相不平衡度；单片机，单片机接收来自DSP计算的系统的三相不平衡度，进行分析，并判断是否给执行机构发出负载电源切换的指令；同时，将该结果传送给数据中心进行保存；以及执行机构，执行机构接收到单片机的指令后，根据指令对负载的电源进行换相处理，以保证低压配电网各相负载的平衡。

【技术特征摘要】
1.一种基于三相负载平衡的控制系统，其特征在于，包括：信号监测模块，信号检测模块包括三相电压信号调理模块和三相电流信号调理模块，三相电压信号调理模块和三相电流信号调理模块分别从三相低压配电网采集三相电压信号和三相电流信号，进行三相平衡度的分析计算；A/D转换电路，A/D转换电路对低压配电网三相电压信号和三相电流信号进行同步采样，并将采样结果传送给DSP；DSP，DSP接收A/D转换电路传送来的三相电压信号和三相电流信号，并进行分析结算，算得出系统的三相不平衡度；单片机，单片机接收来自DSP计算的系统的三相不平衡度，进行分析，并判断是否给执行机构发出负载电源切换的指令；同时，将该结果传送给数据中心进行保存；以及执行机构，执行机构接收到单片机的指令后，根据指令对负载的电源进行换相处理，以保证低压配电网各相负载的平衡。2.根据权利要求1所述的基于三相负载平衡的控制系统，其特征在于，三相电压信号调理模块包括依次相连限流电阻、电压互感器、抗混叠滤波电路以及交直流转换器；三相交流电压信号通过限流电阻后转变成电流信号，再经过电压互感器后，通过抗混叠滤波电路和交直流转换电路转换成能够被A/D转换电路能够接受的电压信号。3.根据权利要求1所述的基于三相负载平衡的控制系统，其特征在于，三相电流信号调理模块包括依次相连的一级电流互感器、二级电流互感器、抗混叠滤波电路以及交直流转换器；三相交流电流信号经过一级电流互感器和二级电流互感器后，经过抗混叠滤波电路和交直流转换电路转变成电压信号并传递给A/D转换电路。4.根据权利要求1或2或3所述的基于三相负载平衡的控制系统，其特征在于，A/D转换电路采用ADS8364，DSP采用TMS320F2812，单片机采用STM32单片机ADS8364的复位引脚与DSP的GPIOA7连接，并由GPIOA7持续输入20ns低电平保证其正常复位；ADS8364的HOLDA、HOLDB、HOLDC分别与DSP的GPIOA1、GPIOA2、GPIOA3连接，并由DSP的三个引脚GPIOA1、GPIOA2、和GPIOA3控制进行采样；ADS8364的EOC与DSP的EXT_INT1连接，当通道中的信号转换完成后EOC引脚将被置电平，使DSP进入中断处理程序并开始读取操作；ADS8364芯片的DATA[0:15]分别与DSP的D0-D15连接，在RD的上升沿时被DSP读取数据；ADS8364的A0、A1和A2引脚能够制定数据的读取方式，并通过DSP的GPIOA8-GPIOA10决定读取方式；在三相负载平衡系统中，采用循环读取的方式对六路电压和电流信号进行读取。5.根据权利要求4所述的基于三相负载平衡的控制系统，其特征在于，DSP和STM32单片机的通信方式选择SPI串口通信；DSP和单片机均在带SPI串口，在通信过程中，STM32单片机为主机，DSP为从机；STM32单片机的SPI接口作为主机时，mss引脚置为输出口，此时SPI控制寄存器SPCR的MSTR置1。6.根据权利要求4所述的基于三相负载平衡的控制系统，其特征在于，STM32单片机和执行机构间的通信采用GPRS网进行通信；STM32单片机和执行机...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，赵兴耀，黄琪伟，姬鹏博，张涛，张飞，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司咸阳供电公司，陕西安特雷电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61