2018年6月
山SHANXI
西电力POWER
No.3（Ser.210）Jun.2018
ELECTRIC
一种配电网负荷不平衡治理装置及示范应用
刘守斌1袁马
悦2
（1.国网山西省电力公司阳泉供电公司，山西阳泉045000；
2.宁夏理工学院，宁夏石嘴山753000）
摘要院针对配电网长期存在的三相负荷不平衡带来变压器等设备额外损耗的问题，提出了一种
具有调整负荷不平衡智能的装置，并开展试点应用和效果评估。实践证明：该装置与传统的三相负荷不平衡治理方案相比效果更明显且成本更低，避免了其对电网安全运行的影响，具有实用推广价值。
关键词：三相负荷不平衡；智能选相技术；低压配电网中图分类号院TM761
文献标志码院A
文章编号院1671-0320（2018）03-0033-05
0引言
配电网是电网的重要组成部分，具有点多面
电变压器控制终端和多个智能选相开关组成，系统能够实时监测计算台区三相不平衡度，判断当前台区负荷的接入使用情况，及时调整负荷的接入相别，从而保证了三相负荷间的平衡性。控制系统如图1所示。1.1
智能配电变压器控制终端
智能配电变压器控制终端采用电压互感器PT
广、分布复杂等特点。在配电网规划设计时，虽然考虑到用户用电负荷的合理分配，但由于存在很多不确定性，如用户使用电器的性质、种类不同而且不断变化，因此极易造成台区三相负荷的瞬时或长期不平衡。三相负荷不平衡是导致变压器效率低下、配电线路损耗增加的重要原因，也是影响供电企业优质服务的重要因数。随着大功率用电设备以及清洁能源的接入，配电网负荷不平衡问题更加突出。目前配电网负荷不平衡治理措施较多，比较典型的是采用信息采集技术监测低压台区三项不平衡度，然后进行人工现场调整。由于用户用电负荷的不确定性，人工调整跟不上负荷的变化，效果比较差。
(potentialtransformer)、电流互感器CT(currenttransformer)、模数转换A/D(analog-digitalprocessing)、控制器局域网络CAN(controllerarea
converter)、数字信号处理DSP(digitalsignalnetwork）等模块组成，安装于台区变压器和电缆分接箱，主要用于配电变压器运行状态监测、负荷调整策略选择、智能选相开关控制、参数查询及设置。其工作过程为：实时监测配电变压器出线和各电缆分接箱的电流、电压以及开关运行状态，经分析判断后，根据负荷调整策略下达各出线选相开关的控制命令。智能配电变压器控制终端的调整计算模型综合考虑了台区的负载率情况，其参数设置包括不平衡度阀值、调整时间等，如设置台区三相不平衡度小于10%，每小时监测调整一次。参数设置可以在系统后台或现场进行。智能配电变压器控制终端数字信号处理原理如图2所示。
窑33窑
1智能选相技术
配电网负荷平衡智能控制系统主要由智能配
收稿日期：2018-01-14，修回日期：2018-03-30
作者简介：刘守斌(1968)，男，山西左权人，2006年毕业于太原理工
大学电力系统自动化专业，高级工程师，从事电力系统配电自动化和电力营销业务管理工作；马
悦（1997），女，山西阳泉人，2016级宁夏理工学院电气工程及其自动化专业在读。
山西电力2018年第3期
员园噪灾
台区变压器
郧孕砸杂
智能配变控制终端
电力载波
L2L3L1
猿愿园灾
L1L2L3
智能电缆分接箱员
电缆分接箱圆
智能选相开关智能选相开关智能选相开关
电缆分接箱晕
出线员出线圆出线猿出出出线线线源缘远出出出线线线员圆猿出出出线线线源缘远
图1
模拟信号调理电路
配电网负荷平衡智能控制系统
AD转换器
开关量输入输出
光电隔离及驱动
CTPT
8路开关量输入12路触发信号
DSP核芯
液晶显示
通信接口
实时时钟和大容量NVRAM模块
CAN驱动RS232
RS485/RS485RS232/电力载波协议转换器
触发驱动
图圆智能控制终端原理框图
1.2智能选相开关
智能选相开关是负荷切换控制的核心组件，
前负荷所在的相别、电流值并上传到智能配电变压器控制终端，接收智能配变控制终端下发的调整命令并执行选相操作。智能选相开关结构如图3所示。
智能选相开关在相间负荷切换时需要选择合
由控制模块（SCU）、接触器（J1、J3、J5）、继电器（J2、J4、J6）、二极管（D1、D2、D3）等器件组成，安装在电缆分接箱内，主要作用是检测当窑34窑
2018年6月
380V三相四线制
刘守斌，等：一种配电网负荷不平衡治理装置及示范应用
L1L2L3
远方控制
载波
电讯
J1
K1D1J2
J3K2
TAK3D2J4
J5
K5D3J6
K6
智能选相开关
控制器K1K2K3K4K5K6
RS485
载波模块电路
智能选相开关
K4
用电负荷1用电负荷N
图3智能选相开关结构
适的切换时间点，时间点的选择由智能配电变压器控制终端确定，L1相负荷切换到L2相的时间区域如图4所示。
蕴员相电压
电压过零点Q后，二极管D2导通，接触器J3两端电压控制在0.7V。此时智能配电变压器控制终端控制接触器J3接通，由于D2处于导通状态，因此J3接通时不会发生电弧。从L1相电压正半周过零点P到L2相电压从负半周过零Q的时间约为3.3ms，智能选相开关设计在5ms内完成L1
0
P蕴圆相电压
Q
相负荷切换到L2相，由于二极管的单向导电性以及切换时间点的选择控制，保证了相间负荷在切
贼辕泽
换期间不发生短路现象。1.3
负荷不平衡调整策略
负荷不平衡控制策略的约束条件包括不平衡度阀值、台区负载率阀值、调整时间窗和基于最少动作的优化控制算法。负荷不平衡度阀值、台区负载率阀值是启动负荷不平衡度控制策略的前提条件。如设置台区负荷不平衡度为10%、台区负载率为15%。智能控制终端只有监测计算到台15%才启动调整操作。
区负荷不平衡度值大于10%、台区负载率大于
根据用户的用电特性以及台区负荷曲线，本
图源相间负荷切换时间区域
结合图3、图4，L1相负荷切换到L2相过程如下。
L1相负荷断开过程：L1相电压在正半周过零
点P前，智能配电变压器控制终端发出控制信号，控制接触器J1断开，此时二极管D1处于导通状态，J1两端的电压控制在0.7V，确保其无弧断开。电压过零点后D1关断，智能配电变压器控制L1相断开。
终端控制继电器J2断开，确保L1相负荷彻底从
负荷接入L2相过程：L1相负荷断开瞬间，
文对负荷不平衡性质按照发生的时间特性进行了分类，调整时间窗是指按照不平衡发生的时间特性确定调整时间间隔。基于不平衡类型的时间窗设置规则如表1所示。
窑35窑
L2相电压正处于负半周，智能配电变压器控制终端发出控制信号，控制继电器J4接通。在L2相
山
西电力2018年第3期
表1
负荷不平衡调整时间窗设置规则
不平衡类型特点时间窗设置
I类不平衡长时间固定时间窗、以小时为单位进行调整II类不平衡季节性固定时间窗、以小时为单位进行调整III类不平衡时段性小的时间窗、以分钟/小时为单位调整IV类不平衡
随机性
小的时间窗、以分钟为单位或者不调整
按照设置的约束条件，系统进行不平衡度优化控制算法如下。
采用列举法。列举出台区内各选相开关的所有组合，分别计算台区不平衡度，在满足台区不平衡度阀值的条件下，按照台区内开关动作次数最少原则发出调整控制信号进行选相调整。
最小差值法。假设配变出口处的电流有效值为IL1、IL2和IL3，各相电流与相应相电压的相位差为0。监测计算电流有效值的平)/3
均值IIV。
V驻I计算各相电=流(IL1与垣IL2IV垣的IL3差：将{驻IL1、驻IL2、
L3}从大到小排序，记为{驻Imax、驻Imid、驻Imin确定从驻Imax相减负荷，加到驻Imin相。设驻Imax}相，有k个可调整的负荷，每个负荷电流代入下式得到k个值QiQi其中，i=1，=2，驻Imax…-kIi。k垣个驻Imin负荷垣Ii
中，使得Qi最
小的驻I那个负荷即为调整负荷。如果Qim蚤灶，则不调整最小的那个负荷。这逸时驻采Imax用枚
垣举方法，把三相中最大电流相中的最大负荷与三相中最小电流相中的最小负荷进行交换。2智能选相开关型式试验
220智能选相开关的切换V失依15%（相电压）主要；额额设定定计短电指时流：标为：额定电压
耐受150电流：A；2负荷10ms。
电时间小于5ms；kA，
本装置于2016年3月在国家电控配电设备质
量监督检验中心进行了检测试验。检验项目包括：承载额定短时耐受电流能力、负荷转换试验、恒定湿热、电气间隙与爬电距离、介电性能、温升、静电放电抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度、通信性能、低温试验、高温试验、外观检查共计13项。检验依据为：2012则》、《《低压负荷开关转换设备和开关技术控制GB14048.1—条件设备》。第一部分：总36窑
装置的检验结果显示，所检验的13个项目全部合格，其中负荷选相、切换时间为3.4ms，三相承10.3载额ms定，短L2时相耐受2.03电流kA能力分10.2别为：L1相2.01kA10.3ms，能够保障负荷的可靠连ms续，供电。L3相2.03kA
3负荷不平衡控制装置示范应用
负荷不平衡控制装置于2016年7月应用于阳
泉市三相负荷不平衡比较严重的金苑小区。该台区由1路10kV供电，配电变压器为630kvar，低压用户数量为372个，现场选择5台电缆分接箱安装了智能选相开关。
装置运行以来，台区的三相不平衡度取得了良好的智能调节效果。
员远员源0员圆0员园0蕴员相电流愿0蕴圆远0源0蕴猿相电相电流
流
圆园01颐园园
缘颐园园
怨颐园园
员猿颐园园
员苑颐园园
圆员颐园园
时刻
图缘装置投运前小区台区电流波形及不平衡度
（2016-09-01全天）
员远员源0员圆0员园0愿0远0源0蕴圆蕴员相电流
圆园0蕴猿相电相电流流1颐园园
缘颐园园
怨颐园园
员猿颐园园员苑颐园园
圆员颐园园
时刻
图6装置投运后小区台区电流波形及不平衡度
（2017-09-01全天）
投运前后台区代表日运行数据对比如表2所示。
装置运行1年来取得的效果有以下几方面。
窑2018年6月表２
台区配变运行数据调整前（2016-09-01T19）
调整后（2017-09-01T19）
刘守斌,等：一种配电网负荷不平衡治理装置及示范应用
装置应用前后台区代表日运行数据对比
L1相电流/A134.6
L2相电流/A100.0
L3相电流/A143.7
三相不平衡率/%30.41
工的工作负担。
类总结用户的用电特性，便于科学安排以后的大修和技改工作，提高了管理部门的分析决策能力。
c）通过对装置调节数据的汇总分析，可以分
4
130.2
136.8
142.6
8.69
结论
基于智能配变控制终端和智能选相开关的配
于10%，线损平均降低2.4%，年度节约用电4.56万kW·h，节能降耗效果明显。
b）实现了台区三相不平衡电流的智能调整，
a）运行期间该台区三相负荷不平衡度一直小
电网负荷不平衡治理装置，具有电路简单、体积小、低损耗、负荷控制调整灵活、抗干扰与耐受能力强等优点。工程应用证明：该装置实用易用、可靠性和智能化程度高，能按照预先设置的策略及时准确调整台区三相负荷的平衡度，适应配电网智能化、信息化的发展需求，也是解决目前配电网低压负荷不平衡问题的有效方法。
降低了变压器因过负荷烧毁的风险，提高了配电网设备智能化运行维护水平，避免了以前人为操作可能造成的漏调或未调的情况，减轻了一线员
ADistributionNetworkLoadUnbalanceControlDeviceandItsApplicationDemonstration
LIUShoubin1,MAYue2（1.StateGridYangquanPowerSypplyCompanyofSEPC,Yangquan,Shanxi045000,China;
2.NingxiaInstituteofScienceandTechnology,Shizuishan,Ningxia753000,China）
Abstract:Three-phaseloadimbalanceisalong-standingproblemindistributionnetwork.Itwillnotonlybringadditionallosstothe
transformerandotherequipment,butalsoaffectthesafeoperation.Theworkingprinciple,typetestandengineeringapplicationeffectofanewloadimbalancecontroldevice,whichisbasedonintelligentphasetransferswitch,isdiscussedinthispaper.Afterseveralyearsofprojectoperation,itisvalidatedthatthedeviceismoreeffectiveandlower-costingcomparedwiththetraditionalthree-phaseloadimbalancecontrolscheme,andhaspracticalpromotionvalue.
Keywords:unbalancedthree-phaseload;intelligentphaseselectiontechnology;low-voltagedistributionnetwork
窑37窑
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