淺談智能化建筑電氣低壓配電負(fù)荷平衡控制方法

史海迪

【摘 要】傳統(tǒng)方法在進(jìn)行電氣低壓配電負(fù)荷平衡控制時，單相負(fù)荷的換相不平穩(wěn)，存在低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡問題，設(shè)計智能化建筑電氣低壓配電負(fù)荷平衡控制方法。構(gòu)建負(fù)荷平衡控制的整套流程框架，設(shè)計三相負(fù)荷平衡控制裝置，通過功能單元實現(xiàn)單相負(fù)荷的平穩(wěn)換相;采用葉節(jié)點負(fù)荷優(yōu)先安排方法優(yōu)化負(fù)荷分配方案，從而抑制諧波的產(chǎn)生，實現(xiàn)電流電壓的穩(wěn)定分配;建立不平衡補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型，使低壓配電負(fù)荷平衡控制效果達(dá)到最佳，至此完成智能化建筑電氣低壓配電負(fù)荷平衡控制方法的研究。為驗證文中方法的電氣低壓配電負(fù)荷平衡控制效果，設(shè)計比對實驗。試驗的結(jié)果表明，在建立的配電網(wǎng)中使用了設(shè)計的方法后，三相網(wǎng)側(cè)電流波形基本能夠?qū)崿F(xiàn)正弦對稱，三相不平衡度能夠控制在國家標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)，驗證了方法的有效性。

【關(guān)鍵詞】智能化建筑;負(fù)荷分配;平穩(wěn)換相;單相負(fù)荷

我國低壓配網(wǎng)系統(tǒng)屬于三相四線制，居民小區(qū)等商住兩用建筑中，會大量使用單相負(fù)荷，隨著居民用電量的不斷增加，導(dǎo)致低壓配電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡的現(xiàn)象，也就是電力系統(tǒng)中三相電流或電壓的幅值不同且相差超過規(guī)定范圍。這種三相負(fù)荷不平衡會使供電效率下降，增加變壓器和線路的電能損耗，損壞用電設(shè)備，還會使感應(yīng)電動機(jī)的有功出力減少。

1.設(shè)計三相負(fù)荷平衡控制裝置

在智能化建筑電氣低壓配電網(wǎng)中，主要是由于單相負(fù)荷在三相之間無法均勻分配，以至于出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡的情況，給配電網(wǎng)以及用電器造成損害。要想改善這種情況，需要從根本上根據(jù)配電母線以及支路中各相的功率大小，對單相負(fù)荷進(jìn)行合理、平穩(wěn)且無沖擊的換相，并需要注意在此過程中要保證不影響單相負(fù)荷的正常供電，且盡可能將單相負(fù)荷支路在三相之間平均分配，以此來降低配電網(wǎng)的三相不平衡度。根據(jù)以上要求，本文設(shè)計了三相負(fù)荷平衡控制裝置，如圖1所示。

在上圖設(shè)計的平衡控制裝置中，主要具有以下的功能單元：實時數(shù)據(jù)采集單元、實時通信單元、三相電流不平衡度計算單元、限值分析單元以及最優(yōu)換相指令計算單元，這些功能單元共同組成了負(fù)荷自平衡的上位控制裝置。通過采集得到配電網(wǎng)的三相電力信號，經(jīng)過計算能夠判斷不平衡度是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。在得到判斷結(jié)果后，將結(jié)果帶入到平衡裝置中，通過負(fù)荷自適應(yīng)平衡換相策略和判斷結(jié)果，共同作用后計算出各負(fù)荷支路中的投切相序，并從中選擇最優(yōu)解，最后控制靜止換相開關(guān)裝置，通過開關(guān)裝置的閉合完成投切動作，并能夠保證其可靠性。與此同時，在不影響負(fù)荷正常用電情況下，通過使用設(shè)計的負(fù)荷平衡控制裝置，來更換三相母線上各負(fù)荷支路的相序。從上述的設(shè)計簡圖中可以看出，三相負(fù)荷自平衡裝置投切過程的實現(xiàn)，必須依靠靜止換相開關(guān)裝置，該裝置實際上是電力電子開關(guān)，本文能使用的晶閘管開關(guān)半導(dǎo)體進(jìn)行替代，晶閘管擁有三個極，結(jié)構(gòu)為PNPN型四層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠通過小電流來控制一些具有特大電流的電子器件。本文選擇的晶閘管開關(guān)功率為36MVA，具有較快的開關(guān)時間，其工作過程是可控的，且耐用效率高。至此完成三相負(fù)荷平衡控制裝置的設(shè)計。

2.優(yōu)化負(fù)荷分配方案

在本文的負(fù)荷分配過程中，可調(diào)配的負(fù)荷有成百上千，傳統(tǒng)的一些遺傳算法等會由于實際存在的收斂速度問題而無法應(yīng)用在實際的工程中。本文設(shè)計的負(fù)荷平衡控制方法需要從實際出發(fā)，以降低負(fù)荷節(jié)點之間的損耗為目的，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的葉節(jié)點有限的負(fù)荷分配方案。葉節(jié)點負(fù)荷優(yōu)先安排主要是從配電網(wǎng)葉節(jié)點向著根節(jié)點推進(jìn)，其示意圖如圖2所示。

上文中設(shè)計的三相負(fù)荷平衡裝置中，主要是能夠?qū)敵鲭娏鬟M(jìn)行跟蹤控制，除此之外還需要控制直流側(cè)支撐電容器的電壓。維持電壓的傳統(tǒng)常用方法為在電容器的外端增加并聯(lián)的外部電源，但是會增加整個負(fù)荷平衡控制裝置的重量、體積和開發(fā)成本。因此本文選擇通過增加一個直流電壓的軟件來實現(xiàn)閉環(huán)控制。在實際的負(fù)荷平衡補(bǔ)償工作中，直流側(cè)電壓恒定不變的同時能夠與電網(wǎng)中各個負(fù)荷節(jié)點之間傳輸線上的電流相對平衡。三相換相開關(guān)中，負(fù)荷電流之間的相序關(guān)系是恒定不變的，因此對于根節(jié)點的負(fù)荷優(yōu)先安排，實際上是完成了根節(jié)點向葉節(jié)點的負(fù)荷優(yōu)先安排對于負(fù)荷分配方案的優(yōu)化。

3.實驗

3.1實驗準(zhǔn)備

為了驗證本文設(shè)計的智能化建筑電氣低壓配電負(fù)荷平衡控制方法的有效性，本文需要設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。根據(jù)文中的理論分析，在仿真軟件中對負(fù)荷平衡控制裝置進(jìn)行設(shè)計。

3.2實驗結(jié)果與分析

在使用本文設(shè)計的負(fù)荷平衡控制方法之前，由于電網(wǎng)中僅有B相接入了負(fù)荷，A相和C相都是空載情況，導(dǎo)致了電流值為0，三相電流不平衡度為300%，嚴(yán)重超過了我國電力系統(tǒng)的公共連接點中正常電流的不平衡度的允許值;在電力設(shè)備系統(tǒng)中使用了本文設(shè)計的方法后，從圖片上可以看出，補(bǔ)償后的三相網(wǎng)側(cè)電流波形基本能夠?qū)崿F(xiàn)正弦對稱，從表中的數(shù)值能夠計算出，三相不平衡度約為12.1%，由此可見，本文設(shè)計的智能化建筑電氣低壓配電負(fù)荷平衡控制方法能夠有效的對電力系統(tǒng)中的配電負(fù)荷進(jìn)行平衡，降低電力系統(tǒng)中的不平衡度。

結(jié)語：

隨著我國電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，用戶用電的負(fù)荷量也在日益增長。在智能建筑的電氣低壓配網(wǎng)中，當(dāng)出現(xiàn)三相不平衡現(xiàn)象時，會導(dǎo)致出現(xiàn)一些非正常動作，損害配電網(wǎng)和用電器，導(dǎo)致電能的浪費和損耗。因此解決配電負(fù)荷不平衡是保證供電質(zhì)量的關(guān)鍵，因此本文設(shè)計的一種智能化建筑電氣低壓配電負(fù)荷平衡控制方法，通過對負(fù)荷平衡控制裝置進(jìn)行設(shè)計，并對控制策略進(jìn)行詳細(xì)研究，使得負(fù)荷平衡控制方法在最大程度降低三相不平衡的同時，使三相網(wǎng)側(cè)電流波形基本能夠?qū)崿F(xiàn)正弦對稱。本文雖然取得了一定的成果，但是還有很多問題需要進(jìn)行更深一步的研究。在實際的居民用電配電網(wǎng)中，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實驗室搭建的模型，因此對于本文方法在實際配電網(wǎng)中的應(yīng)用，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

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（作者單位：遼寧康賽石建設(shè)工程有限公司）