目前针对三相不平衡的办理办法紧张有三种。一是通过人工换相的办法，该办法须要长期对区域内的三相不平衡进行检测，通过剖析，将负载平衡地接入每一相，但由于在换相过程中须要断电，不知足安全性的哀求。二是在配电侧接入无功补偿装置来管理电网中存在的三相不平衡，无功补偿装置是通过接管三相中较高相上的电流，对较低相电流进行补偿的办法进行调节，但该装置对付线路整体调节的效果有限，无法担保线路整体平衡。三是通过智能机器开关的换相技能管理电网中的三相不平衡[5-6]，该技能通过实时检测并对智能机器开关进行掌握能够保持整体上的平衡，但在换相过程中会对电网和负荷产生冲击。
针对上述方案的不敷，本文提出了一种基于变频电源的三相不平衡在线管理方法。通过在用户侧安装以变频电源为核心的换相装置，合营在配电台区的三相不平衡检测装置，在线调度负载在A、B、C相序之间的切换，从而达到将负荷平衡分配在各相电压上。文中从负荷平衡的角度给出了基于变频电源的换相装置设计实现方法和掌握终真个功能实现方案，建立了变频电源的数学模型，并借助MATLAB工具仿真验证了变频电源的有效性和合理性，末了，通过对变频电源的初步样机进行换相测试，验证了在不断电的条件下切换负荷相位的可行性与合理性。
1 三相不平衡的管理思路
为了从根本上办理三相不平衡问题，基于负荷平衡分配的思路，设计了以变频电源为核心的管理方法。该方法不仅能够将某一区域内的负荷调度至最大限度的平衡，而且在调度的过程中担保电网电能质量的稳定性，在负荷不断电的条件下实现相位切换，达到整体平衡。此外，由于三相不平衡度是一个实时的动态变量，因此还须要知足在线性的哀求。针对上述需求，基于变频电源的三相不平衡管理研究的总体思路为：在配电台区低压用户侧设置智能管理终端，实时地检测该区域内的三相不平衡度，通过剖析得到负载平衡分配时的换相指令；变频电源作为换相装置的核心构成部分，安装在三相电网侧与负载侧之间，通过吸收智能管理终端发送的指令实行换相，在全体换相过程中起着至关主要的浸染，此外电网掌握中央更符合泛在电力物联网中的信息流，对智能电网[7]的建立有着重要浸染。基于变频电源的三相不平衡管理方法的总体示意图如图1所示。其总体构造可分为智能管理终端、三相子结点和换相单元三个层次。智能管理终端设置在低压配电侧的最前端，检测全体低压配电区域内的三相不平衡度；三相子结点为配电台区输出的多少三相分支，下接换相单元连接负载侧，个中换相单元可接多少个负载，并掌握负载分配的相位。
2 三相不平衡管理的实现方案
2.1 变频电源的换相实现方案
变频电源作为负载在相位切换过程中的过渡电源，可以掌握负载在A、B、C相位间的切换，选择变频电源作为过渡电源能够担保负载在切换过程中不掉电，担保负载的正常事情。
基于变频电源的三相不平衡管理方案中换相单元选择继电器来掌握变频电源的输入输出，一个换相单元包括101～303共3组9个继电器，变频电源的换相系统构造框图如图2所示，利用变频电源实现负载从A相到B相的换相方案流程如图3所示。
2.2 变频电源换相方案的组成构造
2.2.1 变频电源的系统组成部分
变频电源采取AC-DC-AC的基本电路构造，选择电压型逆变电路，电压型逆变器输出效率高，构造稳定，且易于调制。调制办法选择空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)技能，该技能最初运用于三相逆变电源，此处将SVPWM技能运用于单相逆变电路中，可实时的调度电路输出电压的相位。
变频电源的系统组成部分包括：整流电路、逆变电路、滤波电路、霍尔传感器、比较器、处理器、通信模块和弱电模块，其构造示意图如图4所示。
2.2.2 智能掌握终真个组成部分
智能掌握终端安装在配电台区的最前端，由掌握单元、互感器、电能计量芯片、存储器、远程通信单元、显示单元和电源模块组成。智能终端组成部分的示意图如图5所示，其功能实现办法为：(1)通过电流互感器和电压互感器提取电网中的电压和电流旗子暗记，将提取到的旗子暗记输入到电能计量芯片中，电能计量芯片经由剖析打算可以得出电网中电压、电流、频率、有功功率和无功功率等电能质量参数，处理器通过SPI的办法读取电能计量芯片打算的参数，并打算电网中的三相不平衡度；(2)处理器将所读取的参数进行存储、剖析，当电网中的三相不平衡度超限时，剖析电网中各个分支的电流，得出须要换相的负载的指令；(3)通过远程通信模块，将剖析得出的换相指令发送给变频电源，变频电源吸收到换相指令之后，实行换相。
3 仿真结果及实际结果剖析
3.1 仿真结果剖析
针对基于变频电源的三相不平衡的管理研究，借助MATLAB中Simulink工具包对变频电源进行建模[8-9]，并对仿真结果进行剖析。仿真的各项参数为：三相电压Um=100 V，滤波电容C=179 0 μF，滤波电感L=100 mH，负载R=10 Ω。根据所确定的参数建立变频电源的基本模型，并对两个相位旗子暗记的切换过程进行仿真，其仿真结果示意图如图6所示。
假设相位旗子暗记的切换为从A相切换至B相，图中在0～0.06 s内为电网A相供电，0.06 s时切换至变频电源供电，输出与电网A相同相位的电压波形，0.06～0.188 3 s为变频电源供电，0.188 3 s时变频电源切换追踪旗子暗记，0.188 3～0.25 s内变频电源输出与B相同相位的电压波形，由此实现变频电源的换相过程。从仿真结果可以得出在空想情形下负载相位切换知足在10 ms内切换的哀求，可以实现负载电压的无缝切换。
3.2 实验结果剖析
根据实验哀求，按照变频电源的功能实现方案将所设计的变频电源进行换相测试。三相电网的实验平台通过变压器、打仗调压器和断路器搭建。实验以设计的变频电源的基本模型为核心，选择STM32F407为掌握器，逆变器的开关频率f=10 kHz，滤波电容C=100 0 μF，滤波电感L=475 μH，为了担保实验过程的安全，变频电源的输出电压Vo=35 V，负载灯泡的额定电压为U=24 V，开关单元由9个继电器组成，分别按照图2所示的连接办法接入电路。实验过程：变频电源吸收指令将负载从A相切换至B相，指令旗子暗记通过远程通信模块LoRa发送。图7(a)、(b)、(c)为示波器Tektronix TDS2024C测试到换相过程中负载的电压波形，(a)为由电网切换至变频电源供电时的负载电压波形，(b)为变频电源切换追踪旗子暗记时的负载电压波形，(c)为由变频电源切换至电网时的负载电压波形。图中，通道1为负载电压波形图，通道2为当前相位旗子暗记A相，通道3为追踪相位旗子暗记B相；图中x轴每格为10 ms。
图中电网波形发生畸变的缘故原由是在搭建可调三相电压源的过程中打仗调压器引入的畸变，电网电压在正常情形下不会产生畸变，为空想的正弦波。
根据负载侧的电压波形可以得出在相位切换过程中变频电源切换追踪旗子暗记过程和从变频电源切换至电网电压过程可以实现无缝切换，从电网电压切换至变频电源的过程也能都知足10 ms内切换的哀求。电网与变频电源输出电压有效值均为35 V，由于电网电压畸变，使得从示波器不雅观察幅值略高于变频电源输出电压幅值，实际丈量中两者有效值相等。负载电压波形通过霍尔传感器提取，实际值与提取值的比例为20:1。
4 结论
本文提出了基于变频电源的三相负荷平衡方案，并通过实验验证，为办理三相不平衡问题提出了新的思路和解决方案。
以变频电源为核心的三相负平衡管理方案，在换相过程中变频电源作为负载的过渡电源，能够平稳地在不影响负载正常事情的条件下切换相位，将三相电网调度至平衡状态，从根本上办理低压侧的三相负荷不平衡问题。
变频电源与低压配电网侧总掌握中央协同事情，能够实时自动地调度电网中的三相不平衡。
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作者信息:
卫 娜1，赵二刚1，李亚东1，俞 梅1，李春明2，张建军1
(1.南开大学 电子信息与光学工程学院，天津300350；2.爱易成技能(天津)有限公司，天津300380)
