低压配网三相负荷自平衡装置及其控制策略

摘要

我国低压配网属于三相四线制系统，大量使用着单相负荷，导致配网内单相负荷在三相间分配严重不平衡，尤其是居民小区和商住建筑配电系统。三相负荷不平衡会引起零线电流过大、电网损耗过高、三相电压不平衡、电网电压低下、三相电力设备利用率低、中性线电位升高危及人身安全等问题。三相负荷不平衡已成为低压配网急需解决的难题之一。
　　针对单相负荷在三相中的分配不均以及单相负荷使用上的随机性，本文提出了一种基于电力电子技术的三相负荷自平衡装置及其自适应平衡控制策略。自平衡装置由多台静止换相开关和一套控制装置组成，控制装置通过监测三相平衡状态和分析计算，决策单相负荷的最佳换相方案，并控制相应的静止换相开关自动实施换相，达到三相系统的最佳平衡状态。所完成的研究工作主要包括：
　　设计了一种单相负荷静止换相开关。它是一种采用晶闸管过零投切技术的智能化静止开关，接收来自上位机的通信控制命令，以实现单相负荷在三相中平稳、无冲击地任意切换。通过理论分析和仿真验证，提出了静止开关由当前相切换到超前相或切换到滞后相的最佳投切时刻与投切策略，确保开关相间切换的安全性和单相负荷断电时间最短。
　　设计了三相负荷自平衡装置的控制装置，设计了自适应平衡策略。控制装置采集各单相负荷的电流及其当前所在相序，分析三相电流的不平衡度，通过负荷平衡优化策略确定单相负荷的最佳调整方案，对相应的静止换相开关发出换相指令。为了避免开关的频繁切换，控制策略中引入了基于负荷历史数据的负荷预测机制。建立了三相负荷自平衡装置的仿真模型，验证了三相负荷自适应平衡策略的有效性。
　　开发了静止换相开关和自平衡装置的控制系统，设计了原理线路，编制了应用程序，开展了相关实验。仿真和实验结果表明了三相负荷自平衡装置及其控制策略的正确有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

2 三相负荷不平衡的危害与自平衡方案

2.1 三相不平衡度及其计算

2.2 低压配网三相不平衡的危害

2.3 三相负荷自平衡装置的原理与实现方案

2.4 本章小结

3 静止换相开关装置

3.1 静止换相开关设计

3.2 电压短时中断相关标准与规定

3.3 静止换相开关仿真实验

3.4不同性质负荷的相间切换规律总结

3.5 静止换相开关装置的设计及实验研究

3.6 本章小结

4 低压配网三相负荷自适应平衡控制策略

4.1 基于负荷支路电流大小排序的控制策略

4.2 基于最大电流相排序择优的控制策略

4.3 实际配网条件下的优化策略修正

4.4 基于负荷预测的优化策略修正

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

攻读硕士学位期间学术成果及获奖情况