一種三相負荷不平衡調整裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三相負荷不平衡調整裝置，包括三個電流互感器、電壓傳感器、智能控制器、負荷切換模塊和兩個以上負荷接入模塊，所述兩個以上負荷接入模塊的內部結構完全相同；所述三個電流互感器安裝于裝置的A、B、C三相交流進線端，測量三相交流進線電流；所述電壓傳感器的輸入端從A、B、C三相交流進線端引入，測量三相交流進線電壓；所述智能控制器由中央處理單元、電流檢測單元、電壓檢測單元、同步檢測單元、存儲單元和通訊單元0組成；當負荷不平衡度超出標準的要求時，裝置可自動切換單相負荷接入電力系統(tǒng)的相線，使三相負荷趨于平衡，且切換過程中負荷無斷電，不影響一般家用電器的正常使用。在低壓電網中，通過三相負荷不平衡調整裝置對電網三相不平衡進行調整是一種成本低廉且直接有效的方式，具有很高的可行性和較高的經濟效益。
【專利說明】
一種三相負荷不平衡調整裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及低壓電網電力電子技術領域，尤其涉及一種三相負荷不平衡調整
目.0
【背景技術】
[0002]農網改造中，采取了諸如將配電變壓器設置在負荷中心、縮短供電半徑、選用較大截面積導線等措施，極大地改善了農村低壓電網狀況，構建了一個良好的電網“硬件”。
[0003]農網改造及“同網同價”實施后，大量的大功率家用電器進入尋常百姓家，造成單相負荷激增，三相負荷不平衡的問題越來越嚴重，導致電網運行狀況變差。三相負荷不平衡，一相或兩相畸重，必將增大線路的電壓降，降低用戶的電壓質量，影響用戶的生產、生活用電；三相電流不平衡度較大時，產生的零序電流非常大，有時甚至會燒斷系統(tǒng)零線，使負荷中性點向負荷大的相移動，負荷大的相電壓降低了，負荷小的相電壓則會升高，若升高后的電壓大大超過低壓電器的額定電壓，則會造成用戶大量家用電器燒毀的事故;三相負荷不平衡，使變壓器和低壓電網損耗增大，會導致變壓器和線路因發(fā)熱嚴重而燒毀，一方面增大供電成本，另一方面停電檢修會造成長時間停電，降低了供電可靠性，影響了供電企業(yè)的經濟效益。
[0004]目前國內解決低壓配網三相負荷不平衡這一問題，通常是采用人工切換單相負荷供電相的方式，但是這種方法存在著一定的局限性。一方面，由于負荷變化頻繁，需要經常切換調整，增加了人力成本；另一方面，人工切換需要配置負荷監(jiān)測設備，以確保負荷換相的正確性，且換相時需要先對負荷停電再進行操作，負荷的停電時間往往要超過30分鐘，嚴重影響了用戶的正常用電。
[0005]本實用新型針對上述情況，設計了一種三相負荷不平衡調整裝置，該裝置可實時監(jiān)控電網三相負荷的電流、電壓值，并計算三相負荷不平衡度的實時值，當負荷不平衡度超出標準的要求時，裝置可通過智能控制器控制開關的投切，自動切換單相負荷接入電力系統(tǒng)的相線，使負荷不平衡度降低，三相負荷趨于平衡。切換過程中，單相負荷的失電時間由開關的切換時間決定，可控制在1毫秒以內(據GB/T30137-2013，10毫秒以內的電壓跌落不認為是電壓終端)，不影響一般家用電器的正常使用，因此可以認為負荷切換過程無斷電。在低壓電網中，通過三相負荷不平衡調整裝置對電網三相不平衡進行調整是一種成本低廉且直接有效的方式，具有很高的可行性和較高的經濟效益。

【發(fā)明內容】

[0006]本實用新型的發(fā)明目的是為低壓電網三相負荷不平衡提供一種自動調整裝置，該裝置可實時監(jiān)控電網三相負荷的電流、電壓值，計算并存儲三相負荷不平衡度的實時值，當負荷不平衡度超出標準的要求時，裝置可通過智能控制器控制開關的投切，自動切換單相負荷接入電力系統(tǒng)的相線，使負荷不平衡度降低，三相負荷趨于平衡。切換過程中，單相負荷的失電時間由開關的切換時間決定，可控制在10毫秒以內(據GB/T30137-2013，10毫秒以內的電壓跌落不認為是電壓終端)，不影響一般家用電器的正常使用，因此可以認為負荷切換過程無斷電，且在開關的相線切換過程中，對負荷的沖擊電流為零，保證了負荷安全可靠地運行。
[0007]本實用新型具體通過如下技術手段實現其發(fā)明目的:一種三相負荷不平衡調整裝置，包括三個電流互感器、電壓傳感器、智能控制器、負荷切換模塊和兩個(或兩個以上)負荷接入模塊，所述兩個(或兩個以上)負荷接入模塊的內部結構完全相同。所述三個電流互感器安裝于裝置的A、B、C三相交流進線端，測量三相交流進線電流;所述電壓傳感器的輸入端從A、B、C三相交流進線端引入，測量三相交流進線電壓；所述智能控制器由中央處理單元、電流檢測單元、電壓檢測單元、同步檢測單元、存儲單元和通訊單元O組成;所述負荷接入模塊的內部結構相同，分別均由驅動單元0、信號發(fā)生單元0、通訊單元I以及四個可控開關K11、K12、K13、K14組成;所述負荷切換模塊由驅動單元01、驅動單元02、信號發(fā)生單元1、通訊單元2、三個可控開關Kl、Κ2、Κ3以及三個快速開關S1、S2、S3組成。在所述負荷接入模塊內部，所述四個可控開關Κ11、Κ12、Κ13、Κ14，其第一端分別與裝置的A、B、C三相交流相線和裝置內部不帶電公共端COM連接，其第二端連接在一起，并與裝置的零線N—起與外部負荷連接;在所述負荷切換模塊內部，所述三個可控開關K1、K2、K3，其第一端分別與裝置的A、B、C三相交流相線連接，其第二端分別與所述快速開關S1、S2、S3的第一端連接，所述快速開關S1、S2、S3的第二端分別均與裝置的零線N連接。
[0008]所述三個電流互感器將測量的電流模擬信號輸入智能控制器的電流檢測單元，經過濾波和信號變換處理之后，得到三相進線電流的實時值和實時相位;所述電壓傳感器將測量的電壓模擬信號輸入智能控制器的電壓檢測單元，經過濾波和信號調理之后，得到三相進線電壓的實時值和實時相位;所述同步檢測單元根據電壓檢測單元檢測的信號，計算三相電壓的過零點時刻;所述中央處理單元根據所述電流檢測單元和電壓檢測單元的檢測數據，計算當前三相負荷的有功功率、無功功率、功率因數以及三相不平衡度值，并記錄在所述存儲單元內部，同時根據當前三相負荷的不平衡度狀況進行決策，確定所述負荷接入模塊以及所述負荷切換模塊的動作方案;所述通訊單元O與所述通訊單元I和所述通訊單元2進行RS485通訊，將所述中央處理單元最終確定的動作方案和所述同步檢測單元計算的電壓過零點時刻等信息傳送給所述通訊單元I和所述通訊單元2，同時接收所述負荷接入模塊的通訊單元I以及所述負荷切換模塊的通訊單元2反饋回來的開關動作信息;所述負荷接入模塊的信號發(fā)生單元O分別均根據所述通訊單元I所接收到的動作方案和電壓過零點時刻信息進行信號處理，發(fā)出正確的開關量信號，輸出給所述驅動單元0，產生適合可控開關的驅動脈沖，驅動所述四個可控開關K11、K12、K13、K14;所述負荷切換模塊的信號發(fā)生單元I根據所述通訊單元2所接收到的動作方案和電壓過零點時刻信息進行信號處理，發(fā)出正確的開關量信號，分別輸出給所述驅動單元01和所述驅動單元02，所述驅動單元01產生適合可控開關的驅動脈沖，驅動所述三個可控開關Kl、Κ2、Κ3，所述驅動單元02產生適合快速開關的驅動脈沖，驅動所述三個快速開關S1、S2、S3。
[0009]作為本實用新型的可選實施方式:所述可控開關元件均為磁保持繼電器，磁保持繼電器具有體積小，適合PCB安裝;功耗低，負載能力強;安全可靠，使用壽命長等特點，可以降低負荷投切時的能量損耗，保證整個回路的使用壽命。
[0010]作為本實用新型的可選實施方式:所述快速開關元件為可控硅模塊，所述可控硅模塊由兩個反向并聯的可控硅組成，可控硅反應快，動作迅速，導通時的觸發(fā)脈沖時間可精確控制到毫秒級，因此可以實現負荷切換時間控制在10毫秒以內。
[0011]作為本實用新型的可選實施方式:所述快速開關元件為IGBT，IGBT是全控型電壓驅動半導體開關，其開通和關斷均可控制，驅動功率小、飽和壓降低，可以在更高的頻率下工作，因此負荷切換過程的控制精度更高。
[0012]相對于現有技術，本實用新型具有如下有益效果:
[0013]I)該裝置可實時監(jiān)控電網三相負荷的電流、電壓值，計算并存儲三相負荷不平衡度的實時值。
[0014]2)當負荷不平衡度超出標準的要求時，裝置可通過智能控制器控制開關的投切，自動切換單相負荷接入電力系統(tǒng)的相線，使負荷不平衡度降低，三相負荷趨于平衡，從而減少因三相不平衡所帶來的線路損耗和變壓器損耗，達到節(jié)能降損的目的。
[0015]3)切換過程中，單相負荷的失電時間由開關的切換時間決定，可控制在10毫秒以內(據GB/T30137-2013，10毫秒以內的電壓跌落不認為是電壓終端)，不影響一般家用電器的正常使用，因此可以認為負荷切換過程無斷電。
[0016]4)在快速開關的相線切換過程中，對負荷的沖擊電流為零。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型較佳實施例的三相負荷不平衡調整裝置的原理圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本實施例的三相負荷不平衡調整裝置包括三個電流互感器CTl、CT2、CT3，電壓傳感器PT，智能控制器MC，兩個負荷接入模塊Loadl、Load2，以及負荷切換模塊LSwitch，所述負荷接入模塊Loadl、Load2的內部結構完全相同。所述智能控制器MC包括中央處理單元、電流檢測單元、電壓檢測單元、同步檢測單元、存儲單元以及通訊單元O;所述兩個負荷接入模塊Loadl、Load2分別均包括驅動單元O，信號發(fā)生單元O，通訊單元I，以及四個磁保持繼電器1(11、1(12、1(13、1(14;所述負荷切換模塊1^￥；[1:(311包括驅動單元01，驅動單元02，信號發(fā)生單元I，通訊單元2，三個磁保持繼電器Kl、K2、K3，以及三組可控硅模塊S1、S2、S3，所述三組可控硅模塊S1、S2、S3分別均由兩個反向并聯的可控硅組成。
[0019]所述三個電流互感器CT1、CT2、CT3安裝于裝置的A、B、C三相交流電進線端，輸出信號與所述智能控制器MC的電流檢測單元連接;所述電壓傳感器PT的輸入端從A、B、C三相交流進線端引入，輸出信號與所述智能控制器MC的電壓檢測單元連接;在所述兩個負荷接入模塊Load 1、Load2內部，所述四個磁保持繼電器K11、K12、K13、K14，其第一端分別與裝置的A、B、C三相交流相線和裝置內部不帶電公共端COM連接，其第二端連接在一起，并與裝置的零線N—起與外部負荷連接;在所述負荷切換模塊LSwitch內部，所述三個磁保持繼電器K1、K2、K3，其第一端分別與裝置的A、B、C三相交流相線連接，其第二端分別與所述三組可控硅模塊S1、S2、S3的第一端連接，所述三組可控硅模塊S1、S2、S3的第二端分別均與裝置的零線N連接。
[0020]所述通訊單元O分別與所述通訊單元1、所述通訊單元2進行RS485通訊，完成信息和指令的交互。所述信號發(fā)生單元O發(fā)出開關量信號，輸出給所述驅動單元0，產生適合磁保持繼電器的驅動脈沖，驅動所述四個磁保持繼電器K11、K12、K13、K14;所述信號發(fā)生單元I發(fā)出開關量信號，輸出給所述驅動單元Ol和所述驅動單元02，所述驅動單元Ol產生適合磁保持繼電器的驅動脈沖，驅動所述三個磁保持繼電器Kl、Κ2、Κ3，所述驅動單元02產生適合可控硅模塊的驅動脈沖，驅動所述三個可控硅模塊S1、S2、S3。
[0021]本實施例的工作原理如下:三個電流互感器CTl、CT2、CT3將測量的電流模擬信號輸入智能控制器MC的電流檢測單元，經過濾波和信號變換處理之后，得到A、B、C三相進線電流的實時值和實時相位;所述電壓傳感器PT將測量的電壓模擬信號輸入智能控制器MC的電壓檢測單元，經過濾波和信號調理之后，得到三相進線電壓的實時值和實時相位;所述同步檢測單元根據電壓檢測單元檢測的信號，計算三相電壓的過零點時刻;所述中央處理單元根據所述電流檢測單元和電壓檢測單元的檢測數據，計算當前三相負荷的有功功率、無功功率、功率因數以及三相不平衡度值，并記錄在所述存儲單元內部。智能控制器MC的中央處理單元實時判斷當前存儲單元的三相不平衡度值，若該值超過標準的要求，則根據當前三相負荷的不平衡度狀況進行決策，確定負荷接入模塊Loadl、Load2以及負荷切換模塊LSwi tch的動作方案，并發(fā)出動作指令;通訊單元O與通訊單元I和通訊單元2進行RS485通訊，將中央處理單元發(fā)出的動作指令和同步檢測單元計算的電壓過零點時刻等信息傳送給通訊單元I和通訊單元2，同時接收負荷接入模塊Loadl、Load2的通訊單元I以及負荷切換模塊的通訊單元2反饋回來的開關動作信息。
[0022]若Loadl的負荷接在A相上，S卩Loadl的驅動單元O，產生了內部KlI的驅動脈沖，使之閉合。當A相負荷較重，B相負荷較輕，三相不平衡度值超過標準要求，中央處理單元發(fā)出指令:將負荷接入模塊Loadl的A相接入負荷切換到B相。Loadl的信號發(fā)生單元O根據通訊單元I所接收到的指令和電壓過零點時刻信息進行信號處理，發(fā)出正確的開關量信號，輸出給Loadl的驅動單元0，產生內部K14的驅動脈沖，使之閉合，負荷切換模塊LSwitch的信號發(fā)生單元I根據通訊單元2所接收到的指令和電壓過零點時刻信息進行信號處理，發(fā)出正確的開關量信號，分別輸出給驅動單元01和驅動單元02，驅動單元01產生Kl、K2的驅動脈沖，使之閉合，驅動單元02產生SI的驅動脈沖，使之導通，此時，Loadl的接入負荷由Loadl的A相線和LSwitch的A相線同時供電；然后，Loadl的驅動單元O停止輸出內部Kl I的驅動脈沖，使之斷開，Loadl的接入負荷僅由LSwitch的A相線供電；接下來，LSwi tch的驅動單元02停止發(fā)出可控硅模塊SI的觸發(fā)脈沖，間隔I個交流周期后，在SI關斷的同時，驅動單元02發(fā)出可控硅模塊S2的觸發(fā)脈沖，使S2導通，此時Loadl的接入負荷僅由LSwitch的B相線供電；SI關斷到S2導通的過渡時間為1/3個交流周期，約7ms時間，大大低于負荷的響應時間，因此可以認為這個過程中負荷沒有斷電;接下來，Loadl的驅動單元O輸出內部K12的驅動脈沖，使之閉合;此時，Loadl的接入負荷由Loadl的B相線和LSwitch的B相線同時供電，延遲3個交流周期，待電路穩(wěn)定后，LSwitch的驅動單元02停止發(fā)出S2的觸發(fā)脈沖，使S2關斷，此時Loadl的接入負荷僅由Loadl的B相線供電；再延遲I個交流周期，Loadl的驅動單元O停止發(fā)出K14的驅動脈沖，使之斷開，LSwi tch的驅動單元01停止發(fā)出Kl、K2的驅動脈沖，使之斷開，此時Loadl的接入負荷完成了從A相切換到B相的全過程。
[0023]若Load2的負荷接在B相上，S卩Load2的驅動單元0，產生了內部K12的驅動脈沖，使之閉合。當B相負荷較重，C相負荷較輕，三相不平衡度值超過標準要求，中央處理單元發(fā)出指令:將負荷接入模塊Load2的B相接入負荷切換到C相。Load2的信號發(fā)生單元O根據通訊單元I所接收到的指令和電壓過零點時刻信息進行信號處理，發(fā)出正確的開關量信號，輸出給Load2的驅動單元O，產生內部K14的驅動脈沖，使之閉合，負荷切換模塊LSwitch的信號發(fā)生單元I根據通訊單元2所接收到的指令和電壓過零點時刻信息進行信號處理，發(fā)出正確的開關量信號，分別輸出給驅動單元Ol和驅動單元02，驅動單元Ol產生K2、K3的驅動脈沖，使之閉合，驅動單元02產生S2的驅動脈沖，使之導通，此時，Load2的接入負荷由Load2的B相線和LSwi tch的B相線同時供電；然后，Load2的驅動單元O停止輸出內部Kl 2的驅動脈沖，使之斷開，Load2的接入負荷僅由LSwitch的B相線供電；接下來，LSwi tch的驅動單元02停止發(fā)出可控硅模塊S2的觸發(fā)脈沖，間隔I個交流周期后，在S2關斷的同時，驅動單元02發(fā)出可控硅模塊S3的觸發(fā)脈沖，使S3導通，此時Load2的接入負荷僅由LSwitch的C相線供電；S2關斷到S3導通的過渡時間為1/3個交流周期，約7ms時間，大大低于負荷的響應時間，因此可以認為這個過程中負荷沒有斷電;接下來，Load2的驅動單元O輸出內部K13的驅動脈沖，使之閉合;此時，Load2的接入負荷由Load2的C相線和LSwitch的C相線同時供電，延遲3個交流周期，待電路穩(wěn)定后，LSwitch的驅動單元02停止發(fā)出S3的觸發(fā)脈沖，使S3關斷，此時Load2的接入負荷僅由Load2的C相線供電；再延遲I個交流周期，Load2的驅動單元O停止發(fā)出K14的驅動脈沖，使之斷開，LSwi tch的驅動單元01停止發(fā)出Kl、K2的驅動脈沖，使之斷開，此時Load2的接入負荷完成了從B相切換到C相的全過程。
[0024]當負荷不平衡度超出標準的要求時，裝置可通過智能控制器控制開關的投切，自動切換單相負荷接入電力系統(tǒng)的相線，使負荷不平衡度降低，三相負荷趨于平衡。切換過程中，單相負荷的失電時間由開關的切換時間決定，可控制在1毫秒以內(據G B / T 3 013 7 -2013，10毫秒以內的電壓跌落不認為是電壓終端)，不影響一般家用電器的正常使用，因此可以認為負荷切換過程無斷電。在低壓電網中，通過三相負荷不平衡調整裝置對電網三相不平衡進行調整是一種成本低廉且直接有效的方式，具有很高的可行性和較高的經濟效益。
【主權項】
1.一種三相負荷不平衡調整裝置，包括三個電流互感器、電壓傳感器、智能控制器、負荷切換模塊和兩個以上負荷接入模塊，所述兩個以上負荷接入模塊的內部結構完全相同；所述三個電流互感器安裝于裝置的A、B、C三相交流進線端，測量三相交流進線電流;所述電壓傳感器的輸入端從A、B、C三相交流進線端引入，測量三相交流進線電壓;所述智能控制器由中央處理單元、電流檢測單元、電壓檢測單元、同步檢測單元、存儲單元和通訊單元O組成;所述負荷接入模塊的內部結構相同，分別均由驅動單元O、信號發(fā)生單元O、通訊單元I以及四個可控開關1(11、1(12、1(13、1(14組成;所述負荷切換模塊由驅動單元01、驅動單元02、信號發(fā)生單元1、通訊單元2、三個可控開關Kl、K2、K3以及三個快速開關S1、S2、S3組成;在所述負荷接入模塊內部，所述四個可控開關Κ11、Κ12、Κ13、Κ14的第一端分別與裝置的A、B、C三相交流相線和裝置內部不帶電公共端0)1連接，所述四個可控開關1(11、1(12、1(13、1(14的第二端連接在一起，并與裝置的零線N—起與外部負荷連接;在所述負荷切換模塊內部，所述三個可控開關K1、K2、K3的第一端分別與裝置的A、B、C三相交流相線連接，所述三個可控開關K1、K2、K3的第二端分別與所述快速開關S1、S2、S3的第一端連接，所述快速開關S1、S2、S3的第二端分別均與裝置的零線N連接。2.根據權利要求1所述的三相負荷不平衡調整裝置，其特征在于:所述負荷接入模塊為兩個。3.根據權利要求1所述的三相負荷不平衡調整裝置，其特征在于:所述通訊單元O、所述通訊單元I以及所述通訊單元2之間的通訊方式為RS485通訊。4.根據權利要求1所述的三相負荷不平衡調整裝置，其特征在于:一個快速開關的觸發(fā)脈沖停止，到另一個快速開關的觸發(fā)脈沖發(fā)出，所需的時間間隔為I個交流周期。5.根據權利要求1所述的三相負荷不平衡調整裝置，其特征在于:所述可控開關均為磁保持繼電器。6.根據權利要求1所述的三相負荷不平衡調整裝置，其特征在于:所述快速開關均為IGBT07.根據權利要求1所述的三相負荷不平衡調整裝置，其特征在于:所述快速開關為兩個反向并聯的可控硅組成的可控硅模塊。
【文檔編號】H02J3/14GK205583706SQ201620379347
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月2日
【發(fā)明人】吳國兵
【申請人】廣州開能電氣實業(yè)有限公司