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1、三相不平衡调整装置方案 1 产品研发背景 现在，在国家电网企业中、低压配电网系统中，存在着大量单相、不对称、非线性、冲击性负荷，三相负荷系统是随机改变，这些负荷会使配电系统产生三相不平衡，三相负荷不平衡会造成供电系统三相电压、电流不平衡，引发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一款产品，不一样于传统治理装置，它融合了半导体器件和接触器开关优点，能够避免接触器开关在负荷投切瞬间产生较大涌流和开通、关断时间间隔长问题,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久运行带来发烧问题。配网三相不平衡
2、治理装置应用，将大幅提升配网运行稳定性和智能化，可对国网企业提出建设坚强智能电网要求起到很好支撑作用。 2 产品技术参数 三相不平衡调整装置 系统参数 装置标准配置 主控制器*1+换相开关*9 接线方法 三相四线制 工作状态 正常运行，故障报警，电源供电 冷却方法 自然散热 噪声 ≤65dB 控制器 供电电源 220V/50Hz，40W 采样精度 ≤1% 通讯接口 GPRS/RS485 绝缘电阻 ﹥1MΩ 绝缘强度 VAC，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
3、 -25~45℃ 环境湿度 0~95%，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 最大许可电流 150A 换相时间 ≤10ms 通讯接口 GPRS/RS485 绝缘电阻 ﹥1MΩ 绝缘强度 VAC，60s 外壳防护等级 IP54 机械尺寸 250*500*200(宽*高*深)mm 重量 15kg 环境温度 -25~45℃ 环境湿度 0~95%，无凝露 海拔 ≤1000m 3 技术方案 3.1总体方案 三相不平衡调整装置关键由主控制器和换相开关组成。主控制器
4、是整个装置控制关键，换相开关是装置实施机构，它们之间经过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治理。装置系统示意图以下所表示。 主控制器是整个装置控制终端，每套装置只有一个主控制器。它负责采集整个装置多种状态信息和数据，经过逻辑运算发出多种指令完成整个装置操控。它检测配网总线电压信号；接收换相开关上传负载电流数据，计算负载平衡度及分布情况，经过分析计算给各个换相开关发出换相命令；接收换相开关上传运行状态和故障信息，然后做出对应控制操作。 换相开关是装置分支和实施机构，依据配变容量和负载分布情况不一样可灵活选择换相开关容量和数量。它负责采集负载电流数据，和本身
5、状态信息一起经过GPRS无线通讯上传给主控制器；接收主控制器换相命令进行换相操作；接收主控制器故障保护命令进行对应操作；显示本身运行状态信息。 每套三相不平衡调整装置只有一个主控制器，但换相开关数量是不定，依据现场应用情况不一样，配置数量不等换相开关。换相开关和主控制器之间经过GPRS无线通讯方法实现信息交互，这么现场应用安装灵活。三相不平衡调整装置现场应用情况比较复杂多样，具体应用方案这里不一一列举，下面关键介绍主控制器和换相开关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。示意图以下图所表示 u 开关电源 开关
6、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，选择衡孚HF-35W-SE-24 u 主控制器板卡 主控制器板卡是主控制器关键部件，电源输入为DC24V，要含有电压检测功效、开入开出功效、通讯功效、逻辑运算功效。此部分外包给外协厂家设计生产，具体技术指标和功效需求参见外包技术协议。 u 控制器板卡外壳 对控制板起到一定防护作用，正面设计有标识区、指示灯区，手动设置区。 u 控制器箱体结构 安装控制器全部器件，可户外、户内安装使用，可柱上安装。防护等级要求达成IP54。 关键功效参数 Ø 采集变压器出口三相电网电
7、流； Ø 计算电网负载电流不平衡度，制订三相不平衡调整方案； Ø 装置运行状态指示功效； Ø GPRS通讯功效、485通讯功效，和上位机通讯功效； Ø 防护等级：IP54； Ø 安装方法：壁挂安装； Ø 工作环境温度：-25~45摄氏度； Ø 工作环境湿度：0~95%无凝露。 3.2.2 换相开关 换相开关关键由触发板、晶闸管、接触器、电流互感器、结构机壳组成。组成示意图以下图所表示。 u 触发板 触发板关键负责控制换相开关换相操作，外包给外协厂家进行设计生产，相机技术功效指标可见技术协议。 u 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
8、定电压为220V/50Hz，输出为DC24V，负载额定功率约为20W，选择衡孚HF-35W-SE-24 u 晶闸管 晶闸管型号为：塞米控SKKT-106-16E，台基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。 u 接触器 接触器型号：ABBAX32-30-01-80 u 电流互感器 电流互感器型号：兵字TA2739-01 u 结构箱体 作为换相开关结构外壳，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。 关键功效参数 Ø 负载电流检测功效； Ø 换相功效，接触器驱动功效、晶闸管驱动功效；
9、 Ø 接触器、晶闸管状态检测功效； Ø GPRS通讯功效、485通讯功效，和控制器通讯功效； Ø 换相开关运行状态指示功效； Ø 换相手动操作功效； Ø 换相开关物理地址定义功效； Ø 防护等级：IP54； Ø 安装方法：壁挂安装； Ø 工作环境温度：-25~45摄氏度； Ø 工作环境湿度：0~95%无凝露。 3.3 软件方案 3.3.1总体方案 整套装置软件控制系统由控制程序和换相程序组成，主控程序和换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。换相程序接收命令，上传信息。它们之间分工不一样相互配合，共同完成装置运行控制。下图是软件控制系
10、统示意图。 主控程序是装置关键控制部分，它负责装置关键算法和控制策略、信息汇总和分析运算。 换相程序是装置具体实施部分，它负责换相开关换相逻辑控制；检测负载电流信号和装置运行状态信息并上传给主控程序。 3.3.2主控程序 信息采集功效 u 总线电压信号采集功效，检测配电变压器低压侧电网电压信号。 u 总线电流信号采集功效，检测配电变压器三相输出电流。 u 经过GPRS无线通讯接收各换相开关上传负载电流信息、物理地址信息（如08C，装置第8个开关、默认运行相为C相）、运行状态信息（含目前运行相）、故障信息。 u 可依据外部编码器电路输入信号来设置换相等候时间。 控制计算功效
11、 u 装置主控功效。管理控制装置正常运行。 u 三相电流不平衡度计算功效。 u 各换相开关支路负载电流计算功效。 u 各支路负载重新分配再平衡计算功效。经过专门计算方法计算目前所接支路负载并重新分配到各单相，给需要调整换相开关发出换相命令，使电网三项电流达成平衡。 u 依据换相开关上传物理地址，对各换相开关进行分组定义功效。 u 运行状态指示功效。发出电平信号控制LED灯亮、灭，指示电源供电、正常运行、故障报警三种状态。 u 故障信息发送功效，发送故障代码到手机和电脑中。 通讯功效 u 485通讯、GPRS无线通讯。 u 装置内控制器和各换相开关采取GPRS通讯传输数据。
12、 u 装置经过GPRS向用户手机和电脑发送数据信息。 u 设备检修、重新设置参数或更新软件程序时采取485通讯。 2）控制策略 u 系统级控制框图 u 装置级控制策略 换相开关采集每一路电流，…. ，控制器采集配电变压器出口总电流，然后按各相总电流大小排序，由大到小分别为x，y，z 求总平均值： 其中大于零，小于零； 若大于零，则x、y相换相开关中分别找出和、靠近负荷切换到z相，在动作之前，优异线预判，假如预判结果比动作之前要差，则维持不动作； 若小于零，则x找出和、靠近负荷切换到y、z相，在动作之前，优异线预判，假如预判结果比动作之前要差，则维持不动作； 若等
13、于零，则x找出和靠近负荷切换到y、z相，在动作之前，优异线预判，假如预判结果比动作之前要差，则维持不动作； 当变压器轻载时，不进行不平衡调整，轻载定义为负载率小于等于30% 3）控制算法 u 不平衡判定依据和计算方法 以三相电流不平衡度超出15%作为动作判据 u 不平衡度计算 三相四线制系统中：电流不平衡度，其中为三相电流、、，取自总进线电流CT，为三相总进线电流有效值平均值。计算电流不平衡度时三相电流全部需要计算，要确保三相电流不平衡度均不超出15% u 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 换相开关物理地址
14、编号，由换相开关上传。 2 各换相开关默认导通相信息 默认导通相是哪一相，由换相开关上传。 3 各换相开关目前导通相信息 换相开关目前导通相是哪一相，由换相开关上传。 4 各换相开关运行状态信息 换相开关目前运行状态，正常运行、故障报警，由换相开关上传 5 各换相开关负载电流信息 实时负载电流数值，由换相开关上传 6 各换相开关手动换相命令信息 手动换相命令信息，由换相开关上传 7 三相电网电流信息 实时三相电网电压数值，由控制板采集。 8 换相等候时间 由控制器硬件（拨码开关）进行手动设置，定义当不平衡度超出限制后等候多久
15、下达换相操作命令。 5）故障保护标准 当装置内控制器或装置内换相开关出现故障时，装置保护标准有两条 u 在不会发生事故情况下，优先确保用户用电通畅。设备可带故障运行。 u 当三相不平衡调整功效失效时，一样要确保用户供电。 3.3.3换相程序 信息采集功效 u 负载电流采集功效。 u 硬件地址编码功效。依据外部输入编码器信号定义开关物理地址 u 手动换相功效。接收外部手动控制信号，控制开关进行换相操作。 u 经过GPRS无线通讯接收控制器发送信息。 控制计算功效 u 换相开关换相操作逻辑控制功效。 u 晶闸管和接触器驱动控制功效。 u 晶闸管和接触器状态信息检
16、测功效。 u 运行状态指示功效。发出电平信号控制LED灯亮、灭，指示电源供电、正常运行、故障报警三种状态。 u 工作相指示功效。发出电平信号控制LED灯亮、灭，指示负载接通在哪一相。 u 数据上传给控制器功效，实时上传运行状态信息和电流参数。 通讯功效 u 485通讯，GPRS无线通讯。 u 装置内和控制器间采取GPRS无线通讯输出信息。 u 设备检修、重新设置参数或更新软件程序时采取485通讯。 2）换相操作步骤图 3)故障信息列表 序号 故障名称 故障内容 故障代码 1 XX接触器A闭合故障 命令接触器A闭合，但没有闭合 2 XX接触器A断开故障
17、命令接触器A断开，但没有断开 3 XX接触器B闭合故障 命令接触器B闭合，但没有闭合 4 XX接触器B断开故障 命令接触器B断开，但没有断开 5 XX接触器C闭合故障 命令接触器C闭合，但没有闭合 6 XX接触器C断开故障 命令接触器C断开，但没有断开 7 XX晶闸管A导通故障 命令晶闸管A导通，但没有导通或单方向导通 8 XX晶闸管A关断故障 命令晶闸管A关断，但没相关断或单方向关断 9 XX晶闸管B导通故障 命令晶闸管B导通，但没有导通或单方向导通 10 XX晶闸管B关断故障 命令晶闸管B关断，但没相关断或单方
18、向关断 11 XX晶闸管C导通故障 命令晶闸管C导通，但没有导通或单方向导通 12 XX晶闸管C关断故障 命令晶闸管C关断，但没相关断或单方向关断 13 XX换相开关装置故障 换相开关综合故障信息 4）上传信息列表 序号 信息名称 信息内容 备注 1 物理地址信息 换相开关物理地址编号，由拨码开关设定 2 默认导通相信息 默认导通相是哪一相，由旋钮开关设定 3 目前导通相信息 换相开关目前导通相是哪一相 4 运行状态信息 换相开关目前运行状态，正常运行、故障报警 5 负载电流信息 实时负载电流数值
19、 6 手动换相命令信息 手动换相命令信息，由旋钮开关设定 7 换相开关装置故障 换相开关故障信息 5）一次接线图 VTa：A相晶闸管 KMA：A相接触器 VTb：A相晶闸管 KMB：A相接触器 VTc：A相晶闸管 KMC：A相接触器 3.3.4装置运行控制 三相不平衡调整装置运行控制步骤大约以下 1）上电后，装置初始化，装置自检。 2）检测三相电网电流，判定是否出现三相电流不平衡，假如出现不平衡则计算控制换相开关进行换相调整 3）假如电压平衡则根据默认设置闭合换相开关中导通相。 4）实时检测电网电流、各支相负载电流改变
20、情况，监测装置本身运行状态。 5）发生三相电流不平衡则安照控制策略进行调整。 3.4结构方案 3.4.1控制器 控制器箱器件连接关系和接线示意图以下所表示 3.4.2换相开关 换相开关器件连接关系和接线 4 实施方案 4.1项目进度安排 此次项目进度安排表以下 序号 时间进度和完成内容 1 3 月— 4 月 关键内容： （1）380V智能三相不平衡治理开关功效及切换方法研究 考评目标： （1）确立智能三相不平衡治理开关功效及切换方法 2 5 月— 6 月 关键内容： （1）380V智能三相不平衡治理开关总体架构及控制策略研究 考评目标： （1）确立三相不平衡治理开关总体架构及控制策略 3 7 月— 9 月 关键内容： （1）380V智能三相不平衡治理开关样机研制 （2）样机试验 考评目标： （1）开发三相不平衡治理开关一、二次样机 （2）样机试验汇报 4 10 月— 12 月 关键内容： （1） 产品使用技术培训。 （2） 调试样机 （3）项目材料整理 考评目标： （1） 产品使用技术培训。 （2） 样机安装调试测试，三相不平衡治理开关满足各项既定指标 （3）申请2项发明专利，发表2篇公开期刊论文
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