低压负荷自动平衡调节控制器的研制

陶然兵，周 慧，李莉萍，范怡琛，孙楷淇，杨劲松

(1.国网安徽省电力有限公司 界首市供电公司，安徽 界首 236500；2.国网安徽省电力有限公司，安徽 合肥 232001)

0 引 言

目前，在低压配电网管理时主要存在以下问题。第一，当用户的单相用电量大幅度提高时，供电系统三相负载不平衡的问题比较严重。针对上述问题，通常依靠人员手动测量并停电调节。但是，这种方式比较落后，不仅增加了工作人员的工作量和安全风险，也造成负荷平衡工作的被动落后，不能适应目前四分管理工作要求。另外，低压配电网低压动力用户因用电负荷较大，不能实现远程费控操作，产生了电费风险。第二，大量分布式光伏电站接入低压配电网带来的各类异常故障，存在基层工作人员不会分析和处理的情况，最终造成低压配电网运行的不稳定，而且会引入新的安全风险[1-2]。

1 技术实现路线及效果

1.1 技术路线

根据实际中的技术问题，需要研制一种低压负荷自动平衡调节控制器，自动检测供电系统是否处于平衡状态，并能够自动调整供电系统的电流分配。为实现上述目的，提供一种低压负荷自动平衡调节控制器，用于连接低压配电网和三相不平衡负载的三相线路。所述低压负荷自动平衡调节控制器包括中央处理器、IGBT驱动模块、电容以及三组检测执行模块。三组检测执行模块分别与三相线路中的三条电路相连接，每组检测执行模块都包括与一端电路相连接的电流互感器和连接在电流互感器另一端且并联连接的第一IGBT、第二IGBT。电容的两端分别与每组检测执行模块中的第一IGBT、第二IGBT相连接，每组检测执行模块中的第一IGBT、第二IGBT都与IGBT驱动模块相连接，IGBT驱动模块与中央处理器相连接。每组检测执行模块还包括依次连接在电路和电流互感器之间的电流信号调理电路和模数转换器，模数转换器为ADS8364，中央处理器为TMS320F2812。

1.2 有益效果

本项目研制中涉及的低压负荷自动平衡调节控制器具有以下有益效果：通过三组检测执行模块中的电流互感器，可检测三相线路(即供电系统)的电流，中央处理器进行处理电流信息进行相关数据分析，并判断相关信息对应系统是否为三相不平衡状态；中央处理器会在系统判别为不平衡状态时，自动计算可使当前低压配电系统达到平衡状态所对应及所需的三相线路中各相电路的电流值，进而通过IGBT驱动模块驱动各检测执行模块中的第一IGBT、第二IGBT动作，使三相电流重新分配，进而使供电系统达到平衡状态。

2 具体实施方式

图1提供了一种低压负荷自动平衡调节控制器，用于连接低压配电网1和三相不平衡负载2的三相线路3。低压负荷自动平衡调节控制器包括中央处理器4、IGBT驱动模块5、电容6和三组检测执行模块。三组检测执行模块分别与三相线路3中的三条电线相连接，每组检测执行模块都包括与一端电线相连接的电流互感器7和连接在电流互感器7另一端且并联连接的第一IGBT8、第二IGBT9。电容6的两端分别与每组检测执行模块中的第一IGBT8和第二IGBT9相连接，每组检测执行模块中的第一IGBT8和第二IGBT9都与IGBT驱动模块5相连接，IGBT驱动模块5与中央处理器4相连接。

图1 低压负荷自动平衡调节控制器接线

低压负荷自动平衡调节控制器的工作原理如下。在低压配电网1向三相不平衡负载2供电的过程中，通过三组检测执行模块中的电流互感器7可检测三相线路3中各相电路的电流，并将供电系统的电流信息发送给中央处理器4进行处理分析，以判断供电系统是否处于平衡状态。当中央处理器4计算分析得出判断结论为低压供电系统处于不平衡状态时，中央处理器4同时可以自动计算该低压供电系统所需达到平衡状态时对应的三相线路3中各相电路的电流值，然后IGBT驱动模块5接收该信号。IGBT驱动模块5驱动各检测执行模块中的第一IGBT8和第二IGBT9动作，三相线路3中各相电路从低压配电网1吸收能量，控制好三间的电能相互转化，可重新分配三相线路3电流，使供电系统达到平衡状态。因此，低压负荷自动平衡调节控制器能够自动判断供电系统是否处于平衡状态，并在判断供电系统处于不平衡状态时自动调节三相电流的分配，使供电系统达到平衡状态，有效解决三相负荷不平衡的问题，从而在保证连续供电的情况下实现三相负荷的动态调整。技术先进，不依赖于人工，提高了用户电压质量，减小了配电变压器损耗，降低了线路网损，改善了功率因数，提高了电网的可靠性和线路输电能力，最终实现了供电技术的最优化管理。另外，低压负荷自动平衡调节控制器还具有造价低、性能稳定的优点，推广应用前景广泛，为存在于行业工作中的低压三相不平衡问题提供了投资少、效益高、便于管理和安全可靠的新途径，可产生可观的经济效益和社会效益。

中央处理器4为TMS320F2812。如图1所示，每组检测执行模块还包括依次连接在电线和电流互感器7之间的电流信号调理电路10和模数转换器11，AD模数转换器11为ADS8364。通过电流信号调理电路10可将三相电流信号转换为AD模数转换器11可接收的信号，AD模数转换器11再对三相电流信号实现AD模数变换，而ADS8364可保证信号的同步采样，符合电力系统数据监管测量的要求。

3 结 论

低压三相负荷不平衡对低压配电网及其配变台区的影响主要有四大方面。第一，在配变台区会出现“低电压”问题，常常发生在重载相；第二，增加配电低压变压器、相关低压配电线路和线缆的损耗；第三，降低电能的转换效率，造成低压配电变压器有功出力；第四，增加涡流损耗，增大系统零序电流，长期的负荷三相不平衡运行会衍生相关灾害，致使配电变压器运行温度升高，减少配电变压器的安全使用寿命。

因此，研究了一种低压负荷自动平衡调节控制器，针对设计的研究方法实施可保证供电系统低压负荷自动平衡调节，进而克服现有技术中的种种缺点，使其具高度的产业利用价值。供电企业要严格重视低压配电网及其配电台区三相负荷不平衡问题，加强三相负荷不平衡的治理，使电网达到降损和节能的效果。