一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置及方法，装置包括远方终端、主控开关和换相开关；所述远方终端安装于变压器低压侧，用于向主控开关下达命令和对换相开关进行监视；所述主控开关连接于三相电网，通过GPRS连接远方终端和换相开关，根据负荷分布情况和远方终端下达的命令对换相开关进行负荷换相控制；所述换相开关与负载相连，由晶闸管和机械开关构成，换相开关分为单相换相开关和三相换相开关两种，用于执行所接受的换相指令。本发明专利技术具有计算速度快的特点，能够有效解决低压配电网三相不平衡问题。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置及方法
本专利技术属于低压配网
，具体涉及低压配网三相不平衡治理系统及方法，尤其是一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置及方法。
技术介绍
在低压配电网中，单相的居民生活用电通常占主导地位。随着居民生活用电的不断增加，低压配电网的三相不平衡问题越来越严重。这严重影响了居民生活用电的质量，也增加了低压配电网的电能损耗。目前解决三相不平衡的方法主要有相序补偿和负荷平衡。相序补偿包括无源补偿和有源补偿。无源补偿具有接线简单、可靠性较好等特点，但其各相参数较难合理配置，补偿效果差。有源补偿不仅能平衡三相电流，而且可以有效地治理谐波污染，但补偿装置的成本比较高。负荷平衡是将单相负荷合理地分给三相来实现三相平衡的一种方法，有着结构简单、成本较低、容易实现等优点。但现有的用于负荷平衡控制方法存在如下几点缺陷：1、常见负荷平衡控制方法平衡的对象是总负荷，未涉及负荷节点之间传输线上电流的三相平衡问题，且没有考虑换相时机的优化问题。2、采用遗传算法、粒子群算法、模拟结晶算法寻找到最佳的负荷分配方案时，在可调配负荷有数百上千的情况下，这些算法因运算速度问题难以应用于实际工程。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置及方法，具有计算速度快的特点，能够有效解决低压配电网三相不平衡问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置，包括远方终端、主控开关和换相开关；所述远方终端安装于变压器低压侧，用于向主控开关下达命令和对换相开关进行监视；所述主控开关连接于三相电网，通过GPRS连接远方终端和换相开关，根据负荷分布情况和远方终端下达的命令对换相开关进行负荷换相控制；所述换相开关与负载相连，由晶闸管和机械开关构成，换相开关分为单相换相开关和三相换相开关两种，用于执行所接受的换相指令。进一步的，无论单相换相开关还是三相换相开关，用户负荷与低压配电网的连接方式都只有3种形式：对单相换相开关而言，为用户接于A相、B相或C相三种形式；对三相换相开关而言，由于负荷电流中包含有A、B、C三相电流，且三相电流之间的相序关系不能改变，故用户接线方式有ABC、BCA和CAB三种形式。一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制方法，包括以下步骤：(1)生成当前台区的拓扑结构，并对未来24小时内的负荷进行预测；(2)提出负荷分配方案解决负荷节点之间传输线上电流的三相平衡问题；所述负荷分配方案是根据网络拓扑结构形成的一种快速运算的方案，从降低各个负荷节点之间的线路损耗角度出发，包括叶节点负荷优先安排方案和根节点负荷优先安排方案；(3)采用换相控制策略不断调整负荷分配方案确保线路各处的三相电流始终保持平衡，并确定换相时刻的换相开关动作状态；换相控制策略需要考虑换相开关动作时机的选择问题，采用叶节点负荷优先安排方案、根节点负荷优先安排方案及其它们的改进方案的组合进行线路损耗估计，按照线路损耗最小的原则执行换相控制策略，决定换相开关的当前状态。进一步的，所述叶节点负荷优先安排方案是从配电网的叶节点向根节点推进的负荷安排次序方法；当干线存在分支时，仅当所有分支负荷都被安排后，才按叶节点向根节点推进的次序安排好干线上的所有负荷。进一步的，所述根节点负荷优先安排是从配电网的根节点向叶节点推进的负荷安排次序方法；当干线存在分支时，仅当干线分支负荷被安排后，才按根节点向叶节点推进的次序安排好分支上的所有负荷。进一步的，步骤(3)中考虑换相开关具有固定的电气寿命和机械寿命，采用定时换相控制。进一步的，叶节点负荷优先安排方案和根节点负荷优先安排方案的改进方案是指，仅在换相开关所处位置使线路处于最不平衡状态时，才动作至最平衡状态下。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1.涉及了负荷节点之间传输线上电流的三相平衡问题。采用叶节点负荷优先安排方案或者根节点负荷优先安排方案，使得负荷节点之间传输线上的电流尽量平衡。2.减少线路损耗，充分考虑换相时机的优化问题。通过短期负荷预测估计不同的安排方案组合在未来一段时间产生的线路损耗，按照线路损耗最小的原则决定换相开关的当前状态，使有限的换相次数发挥最大的换相作用。3.减少各相之间的不平衡，延长用电设备使用寿命，降低设备部件更换频率，减少设备维护的成本。附图说明图1是本专利技术的负荷平衡集群控制系统。图2是本专利技术的叶节点负荷优先安排示意图。图3是本专利技术的根节点负荷优先安排示意图。图4是本专利技术的换相开关控制策略时刻表。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置，如图1所示，其包括：远方终端、主控开关、换相开关；所述远方终端安装在变压器低压侧，用于向主控开关下达命令和对换相开关进行监视；所述主控开关连接于三相电网，通过GPRS连接远方终端和换相开关，根据负荷分布情况和远方终端下达的命令对换相开关进行负荷换相控制；所述换相开关与负载相连，由晶闸管和机械开关构成，分单相换相开关和三相换相开关两种，用于执行所接受的换相指令。在本实施例中，所述换相开关将用户负荷与低压配电网的连接方式都只有三种形式：对单相换相开关而言，为用户接于A相、B相或C相三种形式；对三相换相开关而言，由于负荷电流中包含有A、B、C三相电流，且它们之间的相序关系不能改变，故用户接线方式有ABC、BCA、CAB三种形式。在本实施例中，基于负荷平衡控制装置所实现的一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制方法，包括以下步骤：(1)生成当前台区的拓扑结构，并对未来一段时间内的负荷进行预测。(2)提出负荷分配方案解决负荷节点之间传输线上电流的三相平衡问题。所提出的负荷分配方案是根据网络拓扑结构形成的一种快速运算的方案，从降低各个负荷节点之间的线路损耗角度出发，包括叶节点负荷优先安排方案和根节点负荷优先安排方案。(3)采用换相控制策略不断调整负荷分配方案确保线路各处的三相电流始终比较平衡，考虑换相开关具有固定的电气寿命和机械寿命，在实际工程中一般采用定时换相控制。采用换相控制策略，确定换相时刻的换相开关动作状态。换相控制策略要考虑换相开关动作时机的选择问题，采用这两种方案及其它们的改进方案的组合进行线路损耗估计，按照线路损耗最小的原则执行换相控制策略，决定换相开关的当前状态。在本实施例中，叶节点负荷优先安排方案是从配电网的叶节点向根节点推进的负荷安排次序方法。当干线存在分支时，仅当所有分支负荷都被安排后，才按叶节点向根节点推进的次序安排好干线上的所有负荷。在本实施例中，根节点负荷优先安排是从配电网的根节点向叶节点推进的负荷安排次序方法。当干线存在分支时，仅当干线分支负荷被安排后，才按根节点向叶节点推进的次序安排好分支上的所有负荷。下面对本专利技术的各功能和作用作进一步说明：(1)图2为叶节点负荷优先安排示意图。叶节点负荷优先安排中假定各用户负荷的功率因数都相同，在Rj上产生的线损Pj＝Rj[(Iaj-1+kajIfj)2+(Ibj-1+kbjIfj)2+(Icj-1+kcjIfj)2]式中：Rj是用户j传输线的线路电阻；Ifj用户j的负荷电流；Iaj-1、Ibj-1、Icj-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置，其特征在于，包括远方终端、主控开关和换相开关；所述远方终端安装于变压器低压侧，用于向主控开关下达命令和对换相开关进行监视；所述主控开关连接于三相电网，通过GPRS连接远方终端和换相开关，根据负荷分布情况和远方终端下达的命令对换相开关进行负荷换相控制；所述换相开关与负载相连，由晶闸管和机械开关构成，换相开关分为单相换相开关和三相换相开关两种，用于执行所接受的换相指令。

【技术特征摘要】
1.一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置，其特征在于，包括远方终端、主控开关和换相开关；所述远方终端安装于变压器低压侧，用于向主控开关下达命令和对换相开关进行监视；所述主控开关连接于三相电网，通过GPRS连接远方终端和换相开关，根据负荷分布情况和远方终端下达的命令对换相开关进行负荷换相控制；所述换相开关与负载相连，由晶闸管和机械开关构成，换相开关分为单相换相开关和三相换相开关两种，用于执行所接受的换相指令。2.根据权利要求1所述的一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制装置，其特征在于，无论单相换相开关还是三相换相开关，用户负荷与低压配电网的连接方式都只有3种形式：对单相换相开关而言，为用户接于A相、B相或C相三种形式；对三相换相开关而言，由于负荷电流中包含有A、B、C三相电流，且三相电流之间的相序关系不能改变，故用户接线方式有ABC、BCA和CAB三种形式。3.一种考虑网络拓扑和换相受限的负荷平衡控制方法，基于权利要求1所述负荷平衡控制装置，其特征在于，包括以下步骤：(1)生成当前台区的拓扑结构，并对未来24小时内的负荷进行预测；(2)提出负荷分配方案解决负荷节点之间传输线上电流的三相平衡问题；所述负荷分配方案是根据网络拓扑结构形成的一种快速运算的方案，从降低各个负荷节点之间的线路损耗角度出发，包括叶节点负荷优先安排方案和根节点负荷优先安排方案；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炳达，张佳，马雪莹，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12