低压台区三相负荷不平衡治理与监控系统

摘要

随着居民生活水平的提高，越来越多的电器进入居民家庭，在给人们生活带来便利的同时，也因单相负荷的激增，导致低压配电网三相负荷不平衡问题。目前普遍采用在负荷侧或电网侧安装静止无功补偿器、有源滤波器等负荷补偿装置来抑制电网的三相不平衡，但该方法投入成本高且无法改善低压配电网全线路的三相不平衡问题。本课题介绍了一种三相负荷不平衡治理与监控系统，通过负荷换相终端对低压配电网不平衡的单相负荷进行相序的优化分配，使三相间的负荷均匀分配，以达到抑制三相负荷不平衡的目的。 本课题对比了目前已有几种负荷换相拓扑的优缺点，最终选用基于晶闸管反并联结构作为本课题负荷换相终端的基本拓扑，提出一种无缝换相控制策略，可实现负荷的0ms相序切换。为了避免换相失败以及减轻换相过程电压突变对负荷产生的不良影响，要求在恰当的时刻（相位）进行换相操作，本课题引入单同步坐标系软件锁相环技术。针对换相过程中相位突变对非变频感应电机的不良影响，本课题采用了一种避障换相策略，引入非变频类单相感应电机运行状态识别方法，当负荷内部存在处于工作状态的非变频感应电机时，该用户不参与当前的负荷换相操作。 本文以低压配电台区负荷换相终端的开关函数矩阵为自变量，建立了以台区负荷不平衡度最小和负荷换相终端切换次数最少为目标的双目标数学模型。选用多目标遗传算法求解，重点研究了基于向量基因的带精英策略的改进型非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ），并通过算例验证了NSGA-Ⅱ算法解决本课题问题的可行性。 在上述研究的基础上，文章进一步介绍了不平衡治理系统远程监控平台的通讯组网设计、服务器程序设计等内容，研制出台区控制中心和负荷换相终端的样机，并在多个台区挂网试运行。实验结果表明，无缝换相控制策略可实现负荷的0ms换相，换相过程对常见的家用电器影响很小；三相负荷不平衡治理与监控系统可有效抑制低压配电网三相负荷不平衡，降低线路损耗，提高电能质量，验证了本系统的可行性和有效性。

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