[发明专利]基于电网负荷动态平衡的节能方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于智能电网自动化技术领域，涉及电力负荷有载换相的方法与装置，尤其是一种通过控制负荷动态平衡实现节能的全新技术。

背景技术

电力系统的最终用户包含大量的单相负荷，尤其是商业与民用设施：如电取暖设施、空调器、电热水器、冰箱、照明设施、商用机械，计算机及各种家用电器。其数量越来越多，功率越来越大，对供电可靠性与供电质量要求越来越高，用电需求的随机性也越来越强，这使得配电网低压侧三相负荷的不平衡问题越来越严重。

众所周知，由于三相负荷不平衡造成的三相电压不平衡会危及配电网络及用电设备运行的安全性，影响继电保护系统的可靠性。

配电网络三相负荷不平衡是增加线损的重要因素。理论分析与现场测量都证实：同一配网线路在负荷不平衡度为100％状态下的线损率是负荷平衡状态下的6至15倍。通过平衡负荷来降低线损，有很大的节能空间。

面对三相负荷不平衡问题，目前国内外普遍采取的措施是尽可能在三相电网上均匀配置单相负荷的所谓静态分配方法。面对负荷的变动和用电时间的随机性，这种静态分配方法由于不能应对频繁变动的负荷，其弊端越来越明显。

也有采用补偿方法，如：向电压不平衡节点注入无功功率，分别调节三相电压以实现电压平衡的方法(如中国专利CN2924883Y)其本质是用无功调节电压，以增加有功损耗换取电压平衡。

还有把电气化铁道供电站采用的SVC技术移植到低压配网以解决瞬态三相电压不平衡的方法(如中国专利CN1450704A)是一种瞬态补偿冲击性负荷的方法，但设备复杂昂贵，不适用于低压配网的负荷模式，也没有节能效果。

中国专利CN 101286654A提出了一种以电压不平衡度作控制参量，每个单相负荷用6个复合开关转换，每次在相间转换10％负荷的方法来求得三相电压平衡。但该专利对负荷平衡方法的关键问题：如何选择哪一个负荷进行转换？如何进行在线转换？如何兼顾有功与无功都没有涉及。如果转换负荷必须伴随着承受断电，这种转换方案的实用性就很差了。

无功实际是一种不平衡负荷，它造成的电压不平衡与线损也是极其明显的，只有对有功与无功统一实施负荷平衡，才能使电力系统运行于最高效的状态。

电压不平衡度与不平衡负荷之间的关系受电源内阻影响，难以体现负荷不平衡线路损耗状况，更无法兼顾有功与无功的平衡；每次在相间转换10％负荷的方法缺乏理论支持；用普通复合开关转换负荷也难于避免断电困扰；这些都是负荷动态平衡必须解决的关键问题。

正是由于缺少负荷有载换相的设备，也缺少负荷动态平衡的理论，目前应对负荷不平衡问题一直采用静态平衡方法。

本发明以有载换相开关为硬件，以负荷平衡算法为软件，使负荷动态平衡成为可能。

电力系统最理想的运行状态是三相电压幅值相等，相位差120°，三相电流幅值相等，与三相电压同相位。本发明为实现以上目标提供了一种有效的方法。

发明内容

本发明提供了一种在智能电网领域中，对单相负荷进行实时调度的方法和装置，以解决以往技术方案的不足，通过负荷在相间有载转换，实现三相负荷动态平衡，从而使配电网实时运行于最佳负荷分配状态。

负荷自动平衡节电装置由一只主控器与多只从控器组成，在电网三相线上(例如配电变压器三相母线出口处或每条三相馈线到单相馈线转换配电箱处)安装一台主控器，在该条线路每个欲作负荷转换的三相至单相线路分支处安装一台从控器，三相四线制输入线连接到从控器输入端，单相负荷连接到从控器输出端，主控器与从控器通过通信接口交换信息。

该装置的控制参量是三相功率不平衡度，如被控制线路上装有可投切的纯无功负荷(电容器或电抗器)，有功功率与无功功率两个分量都实施平衡控制，对被控制线路上没有可投切的纯无功负荷，仅对有功功率实施平衡控制。

各从控器测量自身单相负荷的电压、电流、功率、电量等负荷参数，并把这些参数连同当前供电相线与自身地址报告给主控器；主控器测量三相线路的电压、电流、功率、电量等负荷参数，并计算功率不平衡度，当主控器监测到功率不平衡度超过预置的控制门限时，根据全线路内负荷的状况优化出负荷调整方案，操纵从控器在相间调整负荷，使被控电网动态运行于平衡状态，从而降低线损。