本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器。

背景技術(shù)：

電能作為現(xiàn)代社會中使用最廣泛的能源,其電能質(zhì)量是衡量一個國家發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電力電子設(shè)備得到了廣泛的使用。隨著辦公的自動化和家用電器的日益普及,三相四線制系統(tǒng)中出現(xiàn)了大量的單相非線性用戶,如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、日光燈、變頻空調(diào)、電梯、電視機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱等，都呈現(xiàn)出較大的用電時空特性離散性，因此低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡問題長期客觀存在。隨著220v單相新能源的接入，配電網(wǎng)負(fù)荷不平衡問題將會更加突出。

目前普遍應(yīng)用技術(shù)是在用戶端與線路中增加無功補(bǔ)償裝置。但是當(dāng)系統(tǒng)三相不平衡度較大，出現(xiàn)嚴(yán)重三相不平衡，無功補(bǔ)償不能達(dá)到要求，則需要進(jìn)行負(fù)荷換相，得出最優(yōu)算法后通過載波傳輸控制智能開關(guān)模塊并發(fā)出命令，進(jìn)行換相。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠自動選擇在系統(tǒng)三相不平衡度較小的情況下采用有源濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償，而在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重三相不平衡時采用負(fù)荷換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器及利用三相不平衡調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)配電網(wǎng)負(fù)荷不平衡的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器，包括380v三相四線輸電線路和用戶，還包括四橋臂三相四線制有源電力濾波器、智能換相開關(guān)模塊和控制模塊；四橋臂三相四線制有源電力濾波器與用戶并聯(lián)接入380v三相四線輸電線路，智能換相開關(guān)模塊輸入端與380v三相四線輸電線路連接，輸出端與用戶連接，智能換相開關(guān)模塊通過物聯(lián)網(wǎng)與控制模塊連接。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器中，四橋臂三相四線制有源電力濾波器采用四橋臂電壓型變流器，包含三相并聯(lián)整流橋式電路與濾波阻抗；三相并聯(lián)整流橋式電路與濾波阻抗串聯(lián)，并與380v三相四線輸電線路相連接。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器中，濾波阻抗包含濾波電感l(wèi)1，l2，l3與交流電抗等效電阻r1，r2，r3；三相并聯(lián)整流橋式電路的每個橋臂包括兩個絕緣柵雙極型晶體管igbt模塊串聯(lián)，每個模塊包括一個二極管和一個絕緣柵雙極型晶體管igbt并聯(lián)，直流側(cè)包括兩個電容c1與c2并聯(lián)，均壓電容的中點(diǎn)接380v三相四線輸電線路零線n，且與各橋臂中點(diǎn)相連，并與濾波阻抗相連形成中點(diǎn)鉗位電路。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器中，智能換相開關(guān)模塊包含電力電子開關(guān)單元、智能選相開關(guān)控制器、載波模塊；電力電子開關(guān)單元通過a、b、c三相低壓導(dǎo)線與380v三相四線輸電線路相連接，并通過a、b、c三相低壓導(dǎo)線與智能選相開關(guān)控制器相連接，智能選相開關(guān)控制器通過rs485接口與載波模塊連接，載波模塊與控制模塊基于gprs通信。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器中，控制模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、諧波檢測模塊和計(jì)算單元；數(shù)據(jù)采集模塊利用電流互感器采集三相電流數(shù)據(jù)。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器中，濾波阻抗參數(shù)選取公式為：

式中，vdc為直流母線電壓，fs為開關(guān)頻率，vm為電路輸出電壓幅值，im為電路輸出電流幅值，δimax為交流側(cè)電流波動的最大值，ω為電源電壓角頻率；

直流側(cè)電容的選取公式為：

式中，pdc為直流側(cè)消耗有功功率，δvdcmax為直流側(cè)電壓波動的最大值。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器中，在四橋臂三相四線制有源電力濾波器的電壓環(huán)引入陷波器，其參數(shù)為:

式中ωc為諧振頻率，取值與二次諧波的頻率波動有關(guān)，波動越大，取值越大；

對o軸與d-q軸分別設(shè)計(jì)pr調(diào)節(jié)器，o軸pr控制器傳遞函數(shù)：

d-q軸的pr控制器傳遞函數(shù)：

式中，kp為比例項(xiàng)系數(shù)，ki為諧振項(xiàng)系數(shù)。

本發(fā)明還提供了一種基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：當(dāng)三相電流不平衡度達(dá)到一定的閾值時，通過電流互感器采集三相電流數(shù)據(jù)，計(jì)算三相電流不平衡度，從而判斷是否進(jìn)行用戶換相；若電流三相不平衡度較小，則啟動四橋臂三相四線制有源電力濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償；利用零序網(wǎng)絡(luò)降低零序不平衡度，將用戶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9；若電流三相不平衡度很大，則進(jìn)行用戶換相。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法中，若三相電流不平衡度小于10％，則啟動四橋臂三相四線制有源電力濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償；若三相電流不平衡度大于10％，則進(jìn)行用戶換相。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法中，四橋臂三相四線制有源電力濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)木唧w步驟包括：首先諧波檢測模塊進(jìn)行用戶端的輸入電流監(jiān)測，并進(jìn)行內(nèi)部dsp計(jì)算，獲得當(dāng)前電流的諧波和無功分量；然后通過pwm信號發(fā)送給四橋臂三相四線制有源電力濾波器，產(chǎn)生一個和用戶諧波大小相等、方向相反的電流注入到電網(wǎng)中補(bǔ)償諧波電流，利用零序網(wǎng)絡(luò)降低零序不平衡度，將用戶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9，消除不平衡度。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法中，用戶換相具體步驟包括：

步驟1、首先初始化，設(shè)置三相電流不平衡度檢測時間間隔t和三相電流不平衡度單位統(tǒng)計(jì)時間t0；

步驟2、置三相電流不平衡度檢測計(jì)時器t1初始值為0，三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2初始值為0；

步驟3、通過數(shù)據(jù)采集模塊采集三相電流數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算單元計(jì)算三相電流不平衡度；

步驟4、判斷三相電流不平衡度是否超標(biāo)；若未超標(biāo)，執(zhí)行步驟5；若超標(biāo)，則將三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2增加1并執(zhí)行步驟6；

步驟5、比較三相電流不平衡度檢測計(jì)時器t1和三相電流不平衡度單位統(tǒng)計(jì)時間t0，若t1>t0，執(zhí)行步驟2，若t1<t0，則延時t執(zhí)行步驟3；

步驟6、判斷三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2的值是否超標(biāo)；若未超標(biāo)，執(zhí)行步驟5；若超標(biāo)，則執(zhí)行步驟7；

步驟7、通過數(shù)據(jù)采集模塊采集配變低壓側(cè)三相電流、各用戶支路的電流、相序?qū)崟r數(shù)據(jù)，并輸入至計(jì)算單元；

步驟8、通過遺傳算法得到各低壓用戶的最優(yōu)換相控制命令；

步驟9、將計(jì)算單元得到的最優(yōu)換相命令通過gprs通訊傳遞至載波模塊，再傳遞至選相開關(guān)控制器單元；

步驟10、通過智能選相開關(guān)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對電力電子開關(guān)單元發(fā)出換相命令。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法中，零序網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償參數(shù)的計(jì)算公式如下：設(shè)容性無功為正，感性無功為負(fù)；

式中，為零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中a相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量，為零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中b相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量，為零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中c相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；表示負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中ab相間應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；表示負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中bc相間應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；表示負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中ca相間應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；分別表示a、b、c三相不平衡電流產(chǎn)生的有功功率；分別表示a、b、c三相不平衡電流產(chǎn)生的無功功率。

在上述的基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法中，步驟8遺傳算法的具體實(shí)現(xiàn)包括，根據(jù)向量基因編碼策略進(jìn)行染色體編碼，產(chǎn)生初始種群，計(jì)算種群中每個個體的適應(yīng)度函數(shù)，不斷進(jìn)行選擇優(yōu)化，在達(dá)到迭代次數(shù)的要求下，得到各低壓用戶的最優(yōu)換相控制命令。

本發(fā)明的有益效果是：在用于電力系統(tǒng)運(yùn)行時支持自動檢測，節(jié)約大量的人力物力，提高了設(shè)備的安全性以及供電的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實(shí)施例基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一個實(shí)施例四橋臂三相四線制有源電力濾波器的電路圖；

圖3為本發(fā)明一個實(shí)施例的智能換相開關(guān)模塊電路圖；

圖4-1、4-2、4-3為本發(fā)明一個實(shí)施例的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其它工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”“連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

本實(shí)施例采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，一種基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器，包括380v三相四線輸電線路和用戶，還包括四橋臂三相四線制有源電力濾波器、智能換相開關(guān)模塊和控制模塊；四橋臂三相四線制有源電力濾波器與用戶并聯(lián)接入380v三相四線輸電線路，智能換相開關(guān)模塊輸入端與380v三相四線輸電線路連接，輸出端與用戶連接，智能換相開關(guān)模塊通過物聯(lián)網(wǎng)與控制模塊連接。

進(jìn)一步，四橋臂三相四線制有源電力濾波器采用四橋臂電壓型變流器，包含三相并聯(lián)整流橋式電路與濾波阻抗；三相并聯(lián)整流橋式電路與濾波阻抗串聯(lián)，并與380v三相四線輸電線路相連接。

進(jìn)一步，濾波阻抗包含濾波電感l(wèi)1，l2，l3與交流電抗等效電阻r1，r2，r3；三相并聯(lián)整流橋式電路的每個橋臂包括兩個絕緣柵雙極型晶體管igbt模塊串聯(lián)，每個模塊包括一個二極管和一個絕緣柵雙極型晶體管igbt并聯(lián)，直流側(cè)包括兩個電容c1與c2并聯(lián)，均壓電容的中點(diǎn)接380v三相四線輸電線路零線n，且與各橋臂中點(diǎn)相連，并與濾波阻抗相連形成中點(diǎn)鉗位電路。

進(jìn)一步，智能換相開關(guān)模塊包含電力電子開關(guān)單元、智能選相開關(guān)控制器、載波模塊；電力電子開關(guān)單元通過a、b、c三相低壓導(dǎo)線與380v三相四線輸電線路相連接，并通過a、b、c三相低壓導(dǎo)線與智能選相開關(guān)控制器相連接，智能選相開關(guān)控制器通過rs485接口與載波模塊連接，載波模塊與控制模塊基于gprs通信。

進(jìn)一步，控制模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、諧波檢測模塊和計(jì)算單元；數(shù)據(jù)采集模塊利用電流互感器采集三相電流數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，濾波阻抗參數(shù)選取公式為：

式中，vdc為直流母線電壓，fs為開關(guān)頻率，vm為電路輸出電壓幅值，im為電路輸出電流幅值，δimax為交流側(cè)電流波動的最大值，ω為電源電壓角頻率；

直流側(cè)電容的選取公式為：

式中，pdc為直流側(cè)消耗有功功率，δvdcmax為直流側(cè)電壓波動的最大值。

更進(jìn)一步，在四橋臂三相四線制有源電力濾波器的電壓環(huán)引入陷波器，其參數(shù)為:

式中ωc為諧振頻率，取值與二次諧波的頻率波動有關(guān)，波動越大，取值越大；

對o軸與d-q軸分別設(shè)計(jì)pr調(diào)節(jié)器，o軸pr控制器傳遞函數(shù)：

d-q軸的pr控制器傳遞函數(shù)：

式中，kp為比例項(xiàng)系數(shù)，ki為諧振項(xiàng)系數(shù)。

一種基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：當(dāng)三相電流不平衡度達(dá)到一定的閾值時，通過電流互感器采集三相電流數(shù)據(jù)，計(jì)算三相電流不平衡度，從而判斷是否進(jìn)行用戶換相；若電流三相不平衡度較小，則啟動四橋臂三相四線制有源電力濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償；利用零序網(wǎng)絡(luò)降低零序不平衡度，將用戶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9；若電流三相不平衡度很大，則進(jìn)行用戶換相。

進(jìn)一步，若三相電流不平衡度小于10％，則啟動四橋臂三相四線制有源電力濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償；若三相電流不平衡度大于10％，則進(jìn)行用戶換相。

進(jìn)一步，四橋臂三相四線制有源電力濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)木唧w步驟包括：首先諧波檢測模塊進(jìn)行用戶端的輸入電流監(jiān)測，并進(jìn)行內(nèi)部dsp計(jì)算，獲得當(dāng)前電流的諧波和無功分量；然后通過pwm信號發(fā)送給四橋臂三相四線制有源電力濾波器，產(chǎn)生一個和用戶諧波大小相等、方向相反的電流注入到電網(wǎng)中補(bǔ)償諧波電流，利用零序網(wǎng)絡(luò)降低零序不平衡度，將用戶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9，消除不平衡度。

進(jìn)一步，用戶換相具體步驟包括：

步驟1、首先初始化，設(shè)置三相電流不平衡度檢測時間間隔t和三相電流不平衡度單位統(tǒng)計(jì)時間t0；

步驟2、置三相電流不平衡度檢測計(jì)時器t1初始值為0，三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2初始值為0；

步驟3、通過數(shù)據(jù)采集模塊采集三相電流數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算單元計(jì)算三相電流不平衡度；

步驟4、判斷三相電流不平衡度是否超標(biāo)；若未超標(biāo)，執(zhí)行步驟5；若超標(biāo)，則將三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2增加1并執(zhí)行步驟6；

步驟5、比較三相電流不平衡度檢測計(jì)時器t1和三相電流不平衡度單位統(tǒng)計(jì)時間t0，若t1>t0，執(zhí)行步驟2，若t1<t0，則延時t執(zhí)行步驟3；

步驟6、判斷三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2的值是否超標(biāo)；若未超標(biāo)，執(zhí)行步驟5；若超標(biāo)，則執(zhí)行步驟7；

步驟7、通過數(shù)據(jù)采集模塊采集配變低壓側(cè)三相電流、各用戶支路的電流、相序?qū)崟r數(shù)據(jù)，并輸入至計(jì)算單元；

步驟8、通過遺傳算法得到各低壓用戶的最優(yōu)換相控制命令；

步驟9、將計(jì)算單元得到的最優(yōu)換相命令通過gprs通訊傳遞至載波模塊，再傳遞至選相開關(guān)控制器單元；

步驟10、通過智能選相開關(guān)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對電力電子開關(guān)單元發(fā)出換相命令。

進(jìn)一步，零序網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償參數(shù)的計(jì)算公式如下：設(shè)容性無功為正，感性無功為負(fù)；

式中，為零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中a相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量，為零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中b相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量，為零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中c相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；表示負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中ab相間應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；表示負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中bc相間應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；表示負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中ca相間應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；分別表示a、b、c三相不平衡電流產(chǎn)生的有功功率；分別表示a、b、c三相不平衡電流產(chǎn)生的無功功率。

更進(jìn)一步，步驟8遺傳算法的具體實(shí)現(xiàn)包括，根據(jù)向量基因編碼策略進(jìn)行染色體編碼，產(chǎn)生初始種群，計(jì)算種群中每個個體的適應(yīng)度函數(shù)，不斷進(jìn)行選擇優(yōu)化，在達(dá)到迭代次數(shù)的要求下，得到各低壓用戶的最優(yōu)換相控制命令。

具體實(shí)施時，如圖1所示，一種基于無功補(bǔ)償和智能換相的三相不平衡調(diào)節(jié)器，包括四橋臂三相四線制有源電力濾波器、智能換相開關(guān)模塊和控制模塊；四橋臂三相四線制有源電力濾波器并聯(lián)于380v三相四線輸電線路；智能換相開關(guān)模塊同樣并聯(lián)于380v三相四線輸電線路；智能換相開關(guān)模塊的三相電流輸入端與380v三相四線輸電線路相連接；智能換相開關(guān)模塊通過物聯(lián)網(wǎng)與控制模塊連接；智能換相開關(guān)模塊的三相電流輸出端與用戶相連接。

而且，控制模塊監(jiān)測負(fù)荷不平衡度并發(fā)出選相切換命令，與連接于三相低壓導(dǎo)線的智能換相開關(guān)模塊進(jìn)行信息交流，判斷換相器是否工作。

而且，四橋臂三相四線制有源電力濾波器采用四橋臂電壓型變流器,并聯(lián)接入電網(wǎng),以受控電流源方式工作?？刂颇K根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊的電流互感器采集三相電流數(shù)據(jù)，計(jì)算系統(tǒng)的三相不平衡度，首先看能否通過四橋臂三相四線制有源電力濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償將功率因數(shù)調(diào)到0.9以上來消除不平衡度，若可以，則無需進(jìn)行換相操作；若不能，則再進(jìn)行用戶換相。本實(shí)施例的三相不平衡調(diào)節(jié)器是在無功補(bǔ)償無法達(dá)到要求時，能夠進(jìn)行自動換相的裝置。

如圖2所示，四橋臂三相四線制有源電力濾波器包含三相并聯(lián)整流橋式電路y與濾波阻抗z；三相并聯(lián)整流橋式電路與濾波阻抗相串聯(lián)，并共同通過a、b、c三相低壓導(dǎo)線與380v三相四線輸電線路相連接。濾波阻抗z包含濾波電感l(wèi)1，l2，l3與交流電抗等效電阻r1，r2，r3；三相并聯(lián)整流橋式電路y中每個橋臂有兩個絕緣柵雙極型晶體管igbt模塊串聯(lián)構(gòu)成，每個模塊由一個二極管和一個絕緣柵雙極型晶體管igbt并聯(lián)構(gòu)成，直流側(cè)由兩個電容c1與c2并聯(lián)構(gòu)成，均壓電容的中點(diǎn)是零線n，中點(diǎn)和各橋臂中點(diǎn)相連，并與濾波阻抗z相連構(gòu)成中點(diǎn)鉗位電路。

如圖3所示，智能換相開關(guān)模塊包含電力電子開關(guān)單元、智能選相開關(guān)控制器、載波模塊。電力電子開關(guān)單元通過a、b、c三相低壓導(dǎo)線與380v三相四線輸電線路相連接，并同樣通過a、b、c三相低壓導(dǎo)線與智能選相開關(guān)控制器相連接，見圖3中m；每個電力電子開關(guān)包括開關(guān)電路p1、p2二部分；智能選相開關(guān)控制器同時與載波模塊相連，根據(jù)接受的換相命令對用戶的開關(guān)進(jìn)行控制；載波模塊與控制模塊進(jìn)行基于gprs的通信，如圖3中n；對換相命令以及換相方式進(jìn)行信息的交換。

控制模塊應(yīng)用于的用戶換相，根據(jù)負(fù)荷的不平衡度建立遺傳算法的數(shù)學(xué)模型，得出最優(yōu)換相方式并通過gprs傳遞給載波模塊，再通過rs485接口傳遞至智能選相開關(guān)控制器進(jìn)行換相開關(guān)動作。

具體工作原理如下：在配電箱的三相電流不平衡度達(dá)到一定的閾值時，控制模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊的電流互感器采集三相電流數(shù)據(jù)，并開始進(jìn)行分析計(jì)算；若系統(tǒng)三相電流不平衡度較小，并未出現(xiàn)嚴(yán)重三相電流不平衡，則啟動四橋臂三相四線制有源電力濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償：首先控制模塊中的諧波檢測模塊進(jìn)行用戶端的輸入電流監(jiān)測，并進(jìn)行內(nèi)部dsp計(jì)算，獲得當(dāng)前電流的諧波和無功分量；然后通過pwm信號發(fā)送給內(nèi)部四橋臂三相四線制有源電力濾波器，控制該逆變器產(chǎn)生一個和用戶諧波大小相等、方向相反的電流注入到電網(wǎng)中補(bǔ)償諧波電流，利用零序網(wǎng)絡(luò)降低零序不平衡度，將用戶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9，以滿足無功補(bǔ)償?shù)囊?，消除不平衡度；若系統(tǒng)三相不平衡度很大，則進(jìn)行用戶換相。

本實(shí)施例的工作流程如圖4-1、圖4-2、圖4-3所示，

第一步、開始，上電自檢測是否出錯，如果是進(jìn)行第二步，如果否控制器閉鎖，記錄故障。

第二步、初始化，設(shè)置三相電流不平衡度檢測時間間隔t，三相電流不平衡度單位統(tǒng)計(jì)時間t0的值。

第三步、置三相電流不平衡檢測計(jì)時器t1的初始值為0，置三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2的值為0。

第四步、啟動三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2。

第五步、讀取配變低壓側(cè)某回出線的三相電流實(shí)時數(shù)據(jù)，生成三相電流不平衡度指標(biāo)。

第六步、判斷該回出線端口三相電流不平衡度是否超標(biāo)，如果是執(zhí)行第七步，如果否執(zhí)行第九步。

第七步、三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2的值增加1。

第八步、判斷三相電流不平衡度超限次數(shù)計(jì)數(shù)器t2的值是否超標(biāo)；如果是執(zhí)行第十步；如果否執(zhí)行第九步。

第九步、判斷三相電流不平衡度檢測計(jì)時器t1的值是否大于t0，若t1>t0，執(zhí)行第三步，若t1<t0，則延時t執(zhí)行第五步。

第十步、采集配變電壓側(cè)三相電流、各用戶支路的電流、相序?qū)崟r數(shù)據(jù)。

第十一步、判斷三相電流不平衡度是否超過10％，如果是執(zhí)行第十三步；如果否執(zhí)行第十二步。

第十二步、采用四橋臂三相四線制有源電力濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償，使功率因數(shù)達(dá)到0.9以上，執(zhí)行至第二十步。

第十三步、輸入采集的電流、相序數(shù)據(jù)，設(shè)置迭代次數(shù)a＝0。

第十四步、根據(jù)微量基因編碼策略進(jìn)行染色體編碼，產(chǎn)生初始種群，計(jì)算種群每個個體的適應(yīng)度函數(shù)。

第十五步、用適應(yīng)函數(shù)對種群進(jìn)行運(yùn)算、判斷、選擇雙親雙子單點(diǎn)向量基因整體交叉；優(yōu)秀基因進(jìn)行復(fù)制，基因在[100][010][001]三個基因向量間變異，生成新一代種群。

第十六步、判斷是否達(dá)到迭代次數(shù)，如果是執(zhí)行第十七步；如果否置a＝a+1執(zhí)行第十五步。

第十七步、得到各低壓用戶最優(yōu)換相控制指令。

第十八步、判斷第1個…第i個…第n個換相裝置是否需要換相操作，如果是執(zhí)行第十九步，如果否則執(zhí)行第十二步。

第十九步、發(fā)送最優(yōu)換相控制指令給第1個…第i個…第n個自動換相裝置完成操作，執(zhí)行第二十步。

第二十步、消除諧波，結(jié)束。

本實(shí)施例工作流程中采用的相應(yīng)算法如下：

一、計(jì)算零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

計(jì)算三相電流的不平衡度，當(dāng)不平衡度在2％～5％時，采用無功補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行不平衡度的調(diào)節(jié)。由推導(dǎo)可得，容量最優(yōu)條件下的功率形式如下：(公式均以容性無功為正，感性無功為負(fù))

式中，為零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，a相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；為零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，b相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；為零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，c相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量。表示負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，ab相間應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；表示負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，bc相間應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量；表示負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，ca相間應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量。分別表示a、b、c三相不平衡電流產(chǎn)生的有功功率。分別表示a、b、c三相不平衡電流產(chǎn)生的無功功率。由以上公式，可計(jì)算出零序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

二、四橋臂三相四線制有源電力濾波器的參數(shù)選取

濾波電抗器的選取：

其中，vdc為直流母線電壓，fs為開關(guān)頻率，vm為電路輸出電壓幅值，im為電路輸出電流幅值，δimax為交流側(cè)電流波動的最大值，ω為電源電壓角頻率。

直流側(cè)電容的選擇：

其中，pdc為直流側(cè)消耗有功功率，δvdcmax為直流側(cè)電壓波動的最大值。

三、無諧波檢測法

為了抑制不平衡用戶導(dǎo)致的零線電流必須采用三相dqo旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換。

其中，由于要達(dá)到抑制零線電流的目的，則四橋臂三相四線制有源電力濾波器電容中點(diǎn)會流過較大的零序電流，這會導(dǎo)致四橋臂三相四線制有源電力濾波器直流側(cè)電壓產(chǎn)生較大的二次諧波，影響濾波效果。在電壓環(huán)引入陷波器，主要濾除直流二次諧波。所設(shè)計(jì)的陷波器為:

式中ωc為諧振頻率，它的取值與二次諧波的頻率波動有關(guān)，波動越大，取值越大。

根據(jù)四橋臂三相四線制有源電力濾波器的特殊性，需要對d-q軸與o軸分別設(shè)計(jì)pr調(diào)節(jié)器。

o軸pr控制器傳遞函數(shù)：

d-q軸的pr控制器傳遞函數(shù)為：

其中，kp為比例項(xiàng)系數(shù)，ki為諧振項(xiàng)系數(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實(shí)施方式做出多種變形或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。