專利名稱：一種可控相間功率轉移的方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于電能傳輸與電力電子變流技術領域，具體涉及一種可控相間功率轉移實現中線電流治理的方法及系統。
背景技術：
在我國城鄉電網中，多采用三相四線制配電方式。 目前的配電網大都運行在三相不平衡的情況下。特別是近年來中高檔、大功率電器(大功率空調、帶烘干滾筒洗衣機等)進入尋常百姓家。在單相大功率用戶迅速增長的情況下，由于用戶同時使用電氣設備的幾率不一致，從而導致三相不平衡現象越來越嚴重。由于三相負載不平衡隨時存在，中線電流的存在不可避免。中線電流隨三相負載不平衡的程度而變化，不平衡越嚴重，則中線電流越大。過大的中線電流將會使配電變壓器的繞組絕緣因過熱而加快老化，降低設備壽命。過大的中線電流流過接地電阻將發出熱量，對變壓器的安全運行造成威脅。據某供電局調查，僅中線電流引起的損耗造成每臺變壓器每年損耗掉3萬多度電，給國民經濟造成巨大的經濟損失。因此，研究一種能夠在3相負載不平衡的情況下，提高輸電線的電能傳輸效率，降低中線電流的方法和系統已經得到電力相關部門的普遍關注。

發明內容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發明公開了一種利用可控相間功率轉移實現中線電流治理，提高輸電線傳輸效率的方法及系統。本發明通過可控相間功率轉移的方法實現對電力系統中電能傳輸進行連續實時監測，動態調整3相輸電線之間的電能傳輸，提高3相負載不平衡時的輸電效率、并有效抑制中線電流，降低電力系統中的線損和電力設備的運行風險本發明的目的之一是提出一種可控相間功率轉移實現中線電流治理的方法；本發明的目的之二是提出一種可控相間功率轉移實現中線電流治理的系統。本發明的目的之一是通過以下技術方案來實現的本發明提供的一種可控相間功率轉移的方法，包括以下步驟SI :用戶根據配電變壓器容量及輸電線參數，設定負載電流不平衡度閾值EAmax，中線電流的上限閾值1。_和下限閾值1“;S2 :間隔獲取一次輸電線各相電壓電流的取樣信號，并對取樣的4路電壓與電流信號進行濾波預處理；S3 :計算各相線之間的負載電流不平衡度EA和中線電流I。，根據當前負載電流不平衡度EA與設定閾值EAmax的關系，中線電流I0與設定中線電流的上、下限閾值1。_，Iomin的關系，判斷是否需要進行相間功率轉移控制，如果需要進行相間功率轉移，根據取樣的電壓電流信號計算得到相間最優的轉移功率APopt = Δ Iopt - U ；
其中，Λ 1_表示相間轉移電流，U表示相電壓，并確定三相輸電線中負載電流最小的相線為轉移功率輸出相，負載電流最大的相線為轉移功率輸入相；S4 :實時監測轉移功率輸出相的電壓過零點，確定投切時間，通過控制投切開關在該相的下一個電壓過零點進行投切，將取出的電壓經過隔離變壓器進行升壓，經過橋式二級管整流濾波后，通過BUCK變換器輸出穩定的直流電壓；S5 :實時監測轉移功率待輸入相的電壓過零點，通過控制BUCK變換器和全橋逆變器的逆變電壓與待接入相的電壓相位同步，并控制投切開關在該相電壓的下一個電壓過零點進行轉移功率的接入；S6 間隔取樣3相輸電線電壓電流的信號和逆變器輸出的電壓電流信號，根據以下公式計算當前相間轉移功率的大小AP=AI0U0;
其中，ΛΡ表示當前相間轉移功率，Λ I。表示全橋逆變器的輸出電流；U。表示全橋逆變器的輸出電壓；S7 :將當前相間轉移功率ΛΡ與最優的相間轉移功率ΛΡ-進行比較，調整當前相間轉移功率ΛΡ的大小，返回步驟S5循環重復動態調節3相輸電線之間的功率平衡，直至使當前相間轉移功率ΛΡ逼近ΛΡ_。進一步，所述輸電線電壓電流取樣信號的獲取是通過設置于輸電線上的電壓互感器和電流互感器來得到的，所述電壓互感器用于分別測量相線與零線之間的電壓，以及用于測量逆變器的輸出電壓；所述電流互感器用于測量相線的電流和逆變器的輸出電流；所述取樣信號的預處理包括以下步驟S21 :將4路電壓和4路電流信號輸入過壓保護電路；S22 :將過壓保護電路輸出的信號進行低通濾波；S23 :然后將濾波后的信號輸入到AD轉換器進行轉換；S24 :利用可編程邏輯控制器FPGA來控制AD轉換器完成數據的轉換與緩存；S25:數字信號處理器DSP讀取緩存數據，然后經比例變換關系，得到4路電壓和4路電流數據；S26 :對4路電壓和4路電流數據通過快速傅立葉變換計算頻譜，并計算4路電壓和4路電流數據在50Hz時的頻率分量有效值。進一步，所述步驟S3中判斷是否需要進行相間功率轉移控制包括以下步驟S31 :計算各相線之間的負載電流不平衡度EA和中線電流I0 ；
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其中，A相電流為IA S，B相電流為IBms，C相電流為I&D1S，Itaax表示A、B、C三相中負載電流的最大值，Itain表示A、B、C三相中負載電流的最小值，Itaid表示A、B、C三相中負載電流居中的值，EA表示A、B、C三相負載電流的不平衡度，I。表示中線電流；S32 :如果1。〈1—，或者I in < I0<I0max,EA<EAmax,則不需要進行相間功率轉移控制；如果1。>1。_，或者1。_ < 1。〈1。_，EA>EAmax，則需要進行相間功率轉移控制。S33 :根據以下約束 條件計算得出Λ Iopt
權利要求
1.一種可控相間功率轉移的方法，其特征在于包括以下步驟 51:用戶根據配電變壓器容量及輸電線參數，設定負載電流不平衡度閾值EAmax，中線電流的上限閾值1。_和下限閾值1“ ； 52:間隔獲取一次輸電線各相電壓電流的取樣信號，并對取樣的4路電壓與電流信號進行濾波預處理； 53:計算各相線之間的負載電流不平衡度EA和中線電流I。，根據當前負載電流不平衡度EA與設定閾值EAmax的關系，中線電流I0與設定中線電流的上、下限閾值1。_，Iomin的關系，判斷是否需要進行相間功率轉移控制，如果需要進行相間功率轉移，根據取樣的電壓電流信號計算得到相間最優的轉移功率 APopt = Δ Iopt · U ； 其中，Δ Iopt表不相間轉移電流，U表不相電壓，并確定S相輸電線中負載電流最小的相線為轉移功率輸出相，負載電流最大的相線為轉移功率輸入相； S4:實時監測轉移功率輸出相的電壓過零點，確定投切時間，通過控制投切開關在該相的下一個電壓過零點進行投切，將取出的電壓經過隔離變壓器進行升壓，經過橋式二級管整流濾波后，通過BUCK變換器輸出穩定的直流電壓； 55:實時監測轉移功率待輸入相的電壓過零點，通過控制BUCK變換器和全橋逆變器的逆變電壓與待接入相的電壓相位同步，并控制投切開關在該相電壓的下一個電壓過零點進行轉移功率的接入； 56間隔取樣3相輸電線電壓電流的信號和逆變器輸出的電壓電流信號，根據以下公式計算當前相間轉移功率的大小ΛΡ = Λ I0U0 ； 其中，ΛΡ表示當前相間轉移功率，Λ I。表示全橋逆變器的輸出電流；U。表示全橋逆變器的輸出電壓； 57:將當前相間轉移功率Λ P與最優的相間轉移功率Λ Ptjpt進行比較，調整當前相間轉移功率ΛΡ的大小，返回步驟S5循環重復動態調節3相輸電線之間的功率平衡，直至使當前相間轉移功率Λ P逼近ΛΡ_。
2.根據權利要求I所述的可控相間功率轉移的方法，其特征在于所述3相輸電線電壓電流取樣信號的獲取是通過設置于輸電線上的電壓互感器和電流互感器來得到的，所述電壓互感器分別用于測量相電壓和逆變器的輸出電壓；所述電流互感器用于測量線電流和逆變器的輸出電流；所述取樣信號的預處理包括以下步驟 521:將4路電壓和4路電流信號輸入過壓保護電路； 522:將過壓保護電路輸出的信號進行低通濾波； 523:然后將濾波后的信號輸入到AD轉換器進行轉換； 524:利用可編程邏輯控制器FPGA來控制AD轉換器完成數據的轉換與緩存； 525:數字信號處理器DSP讀取緩存數據，然后經比例變換關系，得到4路電壓和4路電流數據； 526:對4路電壓和4路電流數據通過快速傅立葉變換計算頻譜，并計算4路電壓和4路電流數據在50Hz時的頻率分量有效值。
3.根據權利要求I所述的可控相間功率轉移的方法，其特征在于所述步驟S3中判斷是否需要進行相間功率轉移控制包括以下步驟 S31:計算各相線之間的負載電流不平衡度EA和中線電流I。；
4.根據權利要求I所述的可控相間功率轉移的方法，其特征在于所述步驟S4中取出轉移功率的具體過程如下 S41:通過測試得到數字信號處理器從控制到投切開關實際接入的系統固有延時At ; S42:通過實時監測待投切開關對應輸出功率的相電壓過零時刻，準確計算出該相電壓下一個周期過零點的時刻t1; S43:在At時，數字信號處理器控制投切開關進行零電壓投切； S44:將取出的電壓經過隔離變壓器進行升壓，然后經過橋式二級管整流濾波后，通過BUCK變換器輸出穩定的直流電壓。
5.根據權利要求I所述的可控相間功率轉移的方法，其特征在于所述步驟S5中的投切開關進行零電壓投切與轉移功率輸入的過程如下 S51:數字信號處理器DSP通過控制BUCK變換器和全橋逆變器，確保輸出的電壓\與待接入相的電壓保持同頻同相，且電壓\的幅度為待接入相電壓幅度的1.05 1. I倍； S52:通過測試得到數字信號處理器從控制到投切開關實際接入的系統固有延時At ;553:通過實時監測待輸入功率的相電壓過零時刻，準確計算出該相電壓下一個周期過零點時刻為t2 ； 554:在丨2_ At時，數字信號處理器控制待輸入功率相線對應的投切開關進行零電壓投切，從而接入轉移功率。
6.根據權利要求I所述的可控相間功率轉移的方法，其特征在于所述步驟S7中的動態調節3相輸電線之間的功率平衡過程如下 571:對取樣的4路電壓和4路電流數據經過快速傅立葉FFT變換計算頻譜，并計算4路電壓和4路電流數據在頻率分量為50Hz時的有效值； 572:根據以下公式比較A，B，C三相負載電流大小
7.根據權利要求I所述的一種可控相間功率轉移的方法，其特征在于數字信號處理器DSP通過控制BUCK變換器和全橋逆變器的動態輸出功率Λ P。逼近Λ Ptjpt，具體包括以下步驟 581:計算得到當前相間轉移功率ΛΡ。與最優相間轉移功率ΛΡ_的偏差百分比ΛΚ:
8.—種可控相間功率轉移的系統，其特征在于包括信號采集裝置、信號預處理電路、AD轉換器、可編程邏輯控制器FPGA、DSP控制器、光電耦合器、整流橋、BUCK變換器直流環節、逆變橋、隔離變壓器和投切控制開關；所述信號采集裝置，用于采集輸電線電壓電流的取樣信號；所述信號預處理電路，用于對取樣信號進行過壓處理、濾波處理；所述AD轉換器，用于將預處理后的取樣信號轉化為數值信號；所述可編程邏輯控制器FPGA，用于控制AD轉換器完成數據采集與緩存；所述DSP控制器，用于整個系統的轉移功率計算、分析、決策與控制；所述光電耦合器，用于強弱電的隔離與控制信號傳遞；所述整流橋，用于將交流整流為直流；所述BUCK變換器直流環節，用于控制輸出穩定的直流電壓；所述逆變橋，用于將直流電壓逆變為與待接入相線的交流；所述隔離變壓器，用于功率的傳遞與原副邊電壓的隔離；所述投切控制開關，用于控制轉移功率的輸入與輸出。
9.根據權利要求8所述的一種可控相間功率轉移的系統，其特征在于還包括無線GPRS模塊，所述無線GPRS模塊實現數字信號處理器與電能傳輸監控中心服務器進行通信，完成相關參數的設定以及系統工作狀態參數的回傳。
10.根據權利要求9所述的一種可控相間功率轉移的系統，其特征在于所述系統中還集成了一種帶硬件誤差修正的數據采集控制器，所述的數據采集控制器工作過程具體包括以下步驟 591:數字信號處理器DSP通過IO 口控制繼電器導通，將信號輸入端接地； 592:對可編程邏輯控制器FPGA中的數據采集狀態機進行初始化，并將各個通道的修正誤差值初始化為“O”； 593:數字信號處理器DSP啟動可編程邏輯控制器FPGA中的數據采集狀態機，完成各個通道數據的采集工作； S94:數字信號處理器DSP讀取采樣數據，根據通道數目對采樣數據進行分離，根據每個通道的采樣數據，計算得到各個通道的采樣偏差值AeJi = 11)，然后將此偏差Λ ε ,通過IIC總線存入EEPROM中； S95 :正常工作時，數字信號處理器DSP通過IO 口控制繼電器將信號輸入端與外接信號連接，然后從EEPROM中讀取各個通道的采樣偏差Λ Si，并寫入可編程邏輯控制器FPGA中的數據采集狀態機中，當數據采集狀態機讀取AD轉換器的各個通道數據時，實時調入各個通道相應的修正偏差Λ Si對采集數據進行實時修正與緩存，從而得到較為精確的采集數據。
全文摘要
本發明公開了一種可控相間功率轉移的方法及系統，通過數字信號處理器DSP對4路電壓電流信號進行采集，并計算3相負載的平衡度，并與系統設定的負載電流不平衡度和中線電流的上下限閾值進行比較分析，得出該時刻最佳的相間功率轉移控制決策方案，通過控制投切開關從A、B、C三相中負載最輕的相線提取功率，經過隔離變壓器升壓、整流，濾波后，DSP通過對BUCK變換器和逆變器輸出功率進行控制，并控制投切開關將輸出功率轉移到負載最重的相線上，然后再次對4路電壓電流信號進行采集與分析，并對逆變器輸出功率進行動態控制，實現動態分配A、B、C三相之間的功率傳輸，盡可能的降低中線和輸電線的電能損耗，且動態分配A、B、C三相之間的功率轉移等相關控制信息可通過無線GPRS網絡進行遠程傳輸。
文檔編號H02J3/26GK102832632SQ20121034175
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者王平, 高陽, 王林泓, 劉林生, 鄒強鑫, 汪金剛, 王思奇 申請人:重慶大學