基于PLC控制的低压负荷平衡装置设计的几点思考

2021-05-14

科教导刊·电子版 2021年7期

（湖南工业大学电气与信息工程学院湖南·株洲 412000）

0 引言

目前，我国低压配网基本都采用三相四线制配网方式，几乎所有的配变都存在三相不平衡现象，不平衡率接近100%，不平衡度超标的配变更是达到60%—70%，有的甚至达到70%以上，严重地影响了电能的正常供应及电网公司的社会经济效益。三相不平衡现象在居民小区、工矿、企业等所有的低压配电网中也极为常见，尤其在广大农村电网部分，其单相负荷较多，很难准确统计实际负载率，三相负荷更是随时在动态变化，因此常常导致低压系统三相负荷不平衡；三相负荷不平衡又将产生以下危害：增加变压器损耗；增加线路损耗；降低了配变利用率；易使变压器发热；易导致过电压，低压等，影响用电设备的正常工作等；若不能对其进行及时的治理，则会引起整个供电系统的瘫痪，因此，如何快速、准确、高效的治理低压配电网存在的三相负荷不平衡问题，成为了当前供电企业共同关注的问题。综上所述，研究低压负荷自动换相装置在三相不平衡治理中的应用具有十分重要的意义。

1 目前低压电力系统三相负荷不平衡应对现状

目前系统大多是采用以下传统思路来解决三相负荷不平衡的问题：一是设计时就对单相负荷进行均衡分配，使A,B,C各相上单相负荷基本相等；二是通过人工改线调整负荷；三是通过SVG静止同步补偿器补偿；四是通过APF有源滤波器补偿。这些传统方法都有欠缺，而且投入也大，效率较低，不能从根本上解决三相不平衡问题。虽然目前市场也有了应用于低压系统的智能换相开关，它可以自动根据负荷的变化，换相来达到自动平衡负荷的目的；但由于该装置采用的换相元件还是永磁继电器，因此它较费材料，抗震动性能较差还是显而易见的。基于这种情况，引入PLC工业控制器来解决三相不平衡问题，它抗干扰能力强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。同时采用PLC控制微型电机组成换相单元，再用PLC控制微型电机实现自动投入或切除单相负荷，可以进行更精细的负荷调整。PLC控制反应时间短，具有自起动、加速、制动、反转、等能力，能满足各种运行要求，工作效率较高，可靠性高。而且安装设备的场所多样化，受环境因素的影响非常小，可居民区大规模使用，也实用于偏远的负荷。这是提高供电质量、改善低压供电网络的重要举措，对于电网稳定运行具有重意义。

2 基于PLC控制的低压负荷平衡装置设计思考

由以上的分析可以看出，一种基于PLC控制的低压负荷平衡装置用于治理低压三相负荷不平衡的问题也显得很重要。它适用于三相四线制的380/220V低压配电系统，能够在不中断用户供电的情况下，根据装置实时检测的三相负荷不平衡度，自动精准地调节三相负荷（如图1所示）。

图1：系统拓扑图

该装置设计主要由：主控开关，PLC控制器，换相开关，负荷单元等部分组成。主控开关是集采样，运算，通信，人机交互，智能组网，平衡逻辑算法于一体的智能控制装置；而PLC集采样，运算，通信，发出换相控制命令和发出负荷单元投入或切除命令于一体的装置；换相开关集采样，通信，相序切换于一体的装置；负荷单元主要是接受PLC控制自动投入或切除该单元负荷。

该装置与目前通用的低压系统平衡装置即智能换相开关第一个不同是：它的换相动作元件不是常规的永磁继电器，而是一台受控于PLC控制器的微型电机（如图2所示）。当换相开关通过PLC向电机发出正转或反转命令时，微型电机旋转带动动触头实现换相目的。