CN105356488A - 不断电三相负荷自平衡装置与三相负荷自平衡供电系统 - Google Patents

不断电三相负荷自平衡装置与三相负荷自平衡供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了不断电三相负荷自平衡装置与三相负荷自平衡供电系统，其中装置包括中央控制器、电流转相模块和电流通断模块；中央控制器，用于获取各相的负载情况，根据负载情况计算三相负荷不平衡度，并根据计算结果控制电流转相模块和电流通断模块进行负载转移工作；电流转相模块，用于在中央控制器的控制下，调节负载被转移相的电流的相角与负载目的相的电流的相角一致；电流通断模块，用于在中央控制器的控制下，连通负载被转移相和负载目的相后，断开负载被转移相的供电，以将负载被转移相的负载转移至负载目的相。本发明能够在不断电的情况下自动平衡三相负荷，缓解通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，保证供电质量。

Description

不断电三相负荷自平衡装置与三相负荷自平衡供电系统
技术领域
本发明涉及智能配电网领域，尤其涉及不断电三相负荷自平衡装置与三相负荷自平衡供电系统。
背景技术
低压配网普遍采用三相四线制供电方式。由于三相负荷和单相负荷并存，导致配电变压器在运行过程中存在三相负荷不平衡的问题。三相负荷不平衡易引发以下危害：增加线损、增加变压器损耗、降低变压器出力、中性点发生偏移等。
现有技术中主要通过换相开关人为或者自动调整三相负荷，以保持三相负荷平衡。然而通过换相开关调整三相负荷时，换相过程中会发生几秒钟的断电，这种情况可能会损坏用电设备，影响供电质量。
针对上述的通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，目前尚未有很好的解决办法。
发明内容
本发明提供了不断电三相负荷自平衡装置与三相负荷自平衡供电系统，能够在不断电的情况下自动平衡三相负荷，缓解通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，保证供电质量。
第一方面，本发明实施例提供了一种不断电三相负荷自平衡装置，所述装置包括中央控制器、电流转相模块和电流通断模块；
所述中央控制器，用于获取各相的负载情况，根据所述负载情况计算三相负荷不平衡度，并根据所述计算结果控制所述电流转相模块和所述电流通断模块进行负载转移工作；
所述电流转相模块，用于在所述中央控制器的控制下，调节负载被转移相的电流的相角与负载目的相的电流的相角一致；
所述电流通断模块，用于在所述中央控制器的控制下，连通所述负载被转移相和所述负载目的相后，断开所述负载被转移相的供电，以将所述负载被转移相的负载转移至所述负载目的相。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第一种可能的实施方式，其中，所述装置还包括与所述中央控制器连接的负载监测单元；
所述负载监测单元用于监测所述各相的负载情况，并将监测到的所述负载情况发送至所述中央控制器，其中，所述负载情况包括所述各相的电压值和/或电流值。
结合第一方面第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第二种可能的实施方式，其中，所述负载监测单元包括：与所述各相一一对应设置的三个电压监测芯片，用于监测所述各相的电压值；和/或，与所述各相一一对应设置的三个电流监测芯片，用于监测所述各相的电流值。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第三种可能的实施方式，其中，所述电流转相模块包括与所述各相一一对应设置的三个移相器；所述负载被转移相的移相器在所述中央控制器的控制下，调节所述负载被转移相的电流的相角与所述负载目的相的电流的相角一致。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第四种可能的实施方式，其中，所述电流通断模块包括六个可控硅单元，分别设置于所述各相以及每两相之间；
所述负载被转移相和所述负载目的相之间的可控硅单元在所述中央控制器的控制下连通，以连通所述负载被转移相和所述负载目的相；
所述负载被转移相的可控硅单元在所述中央控制器的控制下断开，以断开所述负载被转移相的供电。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第五种可能的实施方式，其中，所述装置还包括通讯模块，用于接收用户终端发送的不平衡度关联信息，并将所述不平衡度关联信息转发至所述中央控制器，以使所述中央控制器根据所述不平衡度关联信息控制所述电流转相模块和所述电流通断模块进行负载转移工作；其中，所述不平衡度关联信息包括不平衡度计算公式和/或不平衡度临界值。
结合第一方面第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第六种可能的实施方式，其中，所述通讯模块包括全球移动通讯系统GSM模块，所述GSM模块与所述用户终端通过通用分组无线服务技术GPRS网络通讯。
第二方面，本发明实施例提供了一种三相负荷自平衡供电系统，所述系统包括总线路和分别与所述总线路连接的多个分线路，各个所述分线路上分别设置有上述第一方面以及第一方面第一种至第六种可能的实施方式中的不断电三相负荷自平衡装置。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面第一种可能的实施方式，其中，各个所述分线路上的所述不断电三相负荷自平衡装置通过各自内部的通讯接口交互信息，并根据交互的信息调整各个所述分线路的三相负荷，以平衡所述总线路的三相负荷。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面第二种可能的实施方式，其中，所述系统还包括用户终端，用于向所述不断电三相负荷自平衡装置发送不平衡度关联信息，所述不平衡度关联信息包括不平衡度计算公式和/或不平衡度临界值。
本发明实施例中，由于电流通断模块进行负载转移时，首先连通负载被转移相和负载目的相，然后断开负载被转移相的供电，因此负载被转移相上的负载先由负载被转移相和负载目的相共同承担，当负载被转移相的供电断开后，负载被转移相上的负载再不断转移到负载目的相上。因此负荷平衡过程中负载被转移相上的负载始终处于供电状态，没有发生断电。因此本实施例中的不断电三相负荷自平衡装置与三相负荷自平衡供电系统能够在不断电的情况下自动平衡三相负荷，缓解通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，保证供电质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出本发明实施例所提供的不断电三相负荷自平衡装置的第一种结构示意图；
图2示出本发明实施例所提供的不断电三相负荷自平衡装置的第二种结构示意图；
图3示出本发明实施例所提供的不断电三相负荷自平衡装置的第三种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，本发明提供了不断电三相负荷自平衡装置与三相负荷自平衡供电系统，能够在不断电的情况下自动平衡三相负荷，缓解通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，保证供电质量。下面通过实施例进行详细描述。
参考如图1所示的不断电三相负荷自平衡装置，该装置包括中央控制器11、电流转相模块12和电流通断模块13；
中央控制器11，用于获取各相的负载情况，根据该负载情况计算三相负荷不平衡度，并根据该计算结果控制电流转相模块12和电流通断模块13进行负载转移工作；
电流转相模块12，用于在中央控制器11的控制下，调节负载被转移相的电流的相角与负载目的相的电流的相角一致；
电流通断模块13，用于在中央控制器11的控制下，连通负载被转移相和负载目的相后，断开负载被转移相的供电，以将负载被转移相的负载转移至负载目的相。
本实施例中的不断电三相负荷自平衡装置，由于电流通断模块13进行负载转移时，首先连通负载被转移相和负载目的相，然后断开负载被转移相的供电，因此负载被转移相上的负载先由负载被转移相和负载目的相共同承担，当负载被转移相的供电断开后，负载被转移相上的负载再不断转移到负载目的相上。因此负荷平衡过程中负载被转移相上的负载始终处于供电状态，没有发生断电。因此本实施例中的不断电三相负荷自平衡装置能够在不断电的情况下自动平衡三相负荷，缓解通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，保证供电质量。
以A、B、C三相电为例，通过本实施例中的不断电三相负荷自平衡装置进行负荷平衡的过程为：中央控制器11获取A、B、C三相的负载情况，根据A、B、C三相的负载情况计算A、B、C三相负荷不平衡度，计算公式可以参照国标(GB/T15543-2008电能质量)。中央控制器11还根据计算结果如A相负载过大、B相负载过小，向电流转相模块12发送转相控制信号。电流转相模块12接收转相控制信号，根据转相控制信号调节A相的电流的相角与B相的电流的相角一致。当A相的电流的相角与B相的电流的相角一致后，中央控制器11向电流通断模块13发送第一电流通断信号。电流通断模块13接收第一电流通断信号，根据第一电流通断信号连通A相和B相，使得A相的负载由A相和B相共同承担。当A相和B相连通后，中央控制器11向电流通断模块13发送第二电流通断信号。电流通断模块13接收第二电流通断信号，根据第二电流通断信号断开A相的供电，使得A相的负载逐渐转移到B相，完成负荷平衡工作。本例中，中央控制器11可以按照预定的时序过程发送转相控制信号、第一电流通断信号和第二电流通断信号，从而保证A相和B相的电流的相角一致后再连通A相和B相，并保证A相和B相连通后再断开A相，从而实现三相负荷平衡的自动控制过程。
本发明实施例还提供了中央控制器11获取各相的负载情况的具体实施方式。参考如图2所示的不断电三相负荷自平衡装置，该装置还包括与中央控制器11连接的负载监测单元21；负载监测单元21用于监测各相的负载情况，并将监测到的负载情况发送至中央控制器11，其中，负载情况包括各相的电压值和/或电流值。具体地，负载情况可以包括电压值，还可以包括电流值，还可以同时包括电压值和电流值。本实施例中，通过负载监测单元21能够向中央控制器11发送监测到的各相的电压值和电流值中的一种或多种，从而使得中央控制器11根据电压值和电流值中的一种或多种计算三相负荷不平衡度。
一种优选的实施方式中，当负载情况包括各相的电压值时，负载检测单元21包括与各相一一对应设置的三个电压监测芯片，用于监测各相的电压值。当负载情况包括各相的电流值时，负载检测单元21包括与各相一一对应设置的三个电流监测芯片，用于监测各相的电流值。当负载情况同时包括电压值和电流值时，负载检测单元21既包括与各相一一对应设置的三个电压监测芯片，又包括与各相一一对应设置的三个电流监测芯片。为了使电压监测芯片和电流监测芯片与各相一一对应，优选将三个电压监测芯片和三个电流监测芯片分别设置于各相线路上。
考虑到电流转相模块12在三相电路中的实际布置情况，一种优选的实施方式中，电流转相模块12包括与各相一一对应设置的三个移相器。具体地，三个移相器分别设置在各相线路上，从而与各相一一对应。电流转相模块12进行三相负荷平衡时，负载被转移相的移相器在中央控制器11的控制下，调节负载被转移相的电流的相角与负载目的相的电流的相角一致。例如，将A相的负载转移到B相时，A相的移相器在中央控制器11的控制下，调节A相的电流的相角与B相的电流的相角一致。
考虑到电流通断模块13在三相电路中的实际布置情况，一种优选的实施方式中，电流通断模块13包括六个可控硅单元，分别设置于各相以及每两相之间，具体地，第一个可控硅单元设置于第一相的线路上，第二个可控硅单元设置于第二相的线路上，第三个可控硅单元设置于第三相的线路上，第四个可控硅单元设置于第一相和第二相之间的线路上，第五个可控硅单元设置于第一相和第三相之间的线路上，第六个可控硅单元设置于第二相和第三相之间的线路上。电流通断模块13进行三相负荷平衡时，负载被转移相和负载目的相之间的可控硅单元在中央控制器11的控制下连通，以连通负载被转移相和负载目的相；负载被转移相的可控硅单元在中央控制器11的控制下断开，以断开负载被转移相的供电。例如，将A相的负载转移到B相的过程中，A相和B相之间的可控硅单元在中央控制器11的控制下连通，从而使A相和B相连通；A相的可控硅单元在中央控制器11的控制下断开，从而断开A相的供电。
本实施例中，在各相的线路上设置负载监测单元21、电流转相模块12和电流通断模块13，以及在每两相之间的线路上设置电流通断模块13，能够方便监测各相的负载情况，并调节负载被转移相的电流的相角，以及控制负载被转移相和负载目的相的通断，从而方便调节三相负荷平衡。实际应用中，将负载监测单元21、电流转相模块12和电流通断模块13设置于各相的线路上，能够方便本实施例中的装置的铺设，从而方便展开三相负荷平衡工作。一种优选的实施方式中，中央控制器11设置于控制室的控制终端中，工作人员通过控制室内的控制终端平衡三相负荷。
考虑到需要根据用户需求平衡三相负荷的情况，参考如图2所示的不断电三相负荷自平衡装置，该装置还包括与中央控制器11连接的通讯模块22，通讯模块22用于接收用户终端发送的不平衡度关联信息，并将不平衡度关联信息转发至中央控制器11，以使中央控制器11根据该不平衡度关联信息控制电流转相模块12和电流通断模块13进行负载转移工作。其中，不平衡度关联信息包括不平衡度计算公式和/或不平衡度临界值。具体地，不平衡度关联信息既可以包括不平衡度计算公式，还可以包括不平衡度临界值，或者同时包括不平衡度计算公式和不平衡度临界值。
一种情况下，用户可以根据自身需求自定义不平衡度计算公式并通过用户终端如手机、电脑发送至通讯模块22。通讯模块22将接收到的不平衡度计算公式转发至中央控制器11，中央控制器11存储不平衡度计算公式，利用不平衡度计算公式计算三相负荷不平衡度，并根据计算结果控制电流转相模块12和电流通断模块13进行负载转移工作，从而达到根据用户的需求平衡三相负荷的目的。另一种情况下，用户通过用户终端如手机、电脑向通讯模块22发送不平衡度临界值。通讯模块22将接收到的不平衡度临界值转发至中央控制器11，中央控制器11存储接收到的不平衡度临界值。中央控制器11还比较不平衡度临界值和计算得到的三相负荷不平衡度，若比较发现三相负荷不平衡度大于或者等于不平衡度临界值，则控制电流转相模块12和电流通断模块13进行负载转移工作。例如，中央控制器11计算得到三相不平衡度为5，不平衡度临界值为4.5，则中央控制器11控制电流转相模块12和电流通断模块13进行负载转移工作。
另一种优选的实施例中，不平衡度关联信息还包括不平衡调整算法代替。用户终端可以向通讯模块22发送不平衡调整算法，中央控制器11根据不平衡调整算法控制电流转相模块12和电流通断模块13进行负载转移工作。本实施例中，通过设置通讯模块22接收用户终端发送的不平衡度关联信息，并转发至中央控制器11，能够使用户自定义中央控制器11的工作条件，从而使得本实施例中的不断电三相负荷自平衡装置根据用户的需求调整三相负荷平衡。
本实施例中，通讯模块22包括GSM(GlobalSystemforMobileCommunications，全球移动通讯系统)模块，通讯模块22具体可以为插APN(AccessPointName，接入点)卡的GSM模块，用户终端与通讯模块22中的GSM模块通过GPRS(GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务技术)网络通讯。本实施例中，设置用户终端与通讯模块22通讯，能够方便用户通过用户终端自定义不平衡度计算公式以及不平衡度临界值，从而使得中央控制器11根据用户的需求工作。
综上可知，本实施例中的不断电三相负荷自平衡装置能够在不断电的情况下自动平衡三相负荷，缓解通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，保证供电质量。本实施中的不断电三相负荷自平衡装置还能够根据用户的需求进行自定义工作，满足不同用户的三相负荷调节要求。通过本实施例中的不断电三相负荷自平衡装置还能够实时监测配电线路的三相负荷不平衡度，对配电网负荷实时、自动优化，使三相负荷自动平衡，从而减少线损。
图3示出了本实施例所提供的另一种不断电三相负荷自平衡装置，图3中，第一电压电流芯片31、第二电压电流芯片32、第三电压电流芯片33分别设置于A相、B相和C相线路上；第一电流转相模块34、第二电流转相模块35、第三电流转相模块36分别设置于A相、B相和C相线路上；第一电流通断模块37、第二电流通断模块38、第三电流通断模块39分别设置于A相、B相和C相线路上；第四电流通断模块40设置于A相线路和B相线路之间，第五电流通断模块41设置于B相线路和C相线路之间，第六电流通断模块42设置于A相和C相线路之间；中央控制器43分别与第一电压电流芯片31、第二电压电流芯片32、第三电压电流芯片33、第一电流转相模块34、第二电流转相模块35、第三电流转相模块36、第一电流通断模块37、第二电流通断模块38、第三电流通断模块39、第四电流通断模块40、第五电流通断模块41和第六电流通断模块42信号连接，该信号连接图中未示出；中央控制器43还与通讯模块44信号连接。通过图3中的不断电三相负荷自平衡装置，能够在不断电的情况下自动平衡三相负荷，缓解通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，保证供电质量；还能够根据用户的自定义数据进行工作，满足不同用户的三相负荷调节要求；还能够实时监测配电线路的三相负荷不平衡度，对配电网负荷实时、自动优化，使三相负荷自动平衡，从而减少线损。
为了进一步说明本实施例中的不断电三相负荷自平衡装置的使用场景，本实施例还提供了一种三相负荷自平衡供电系统，该供电系统包括总线路和分别与总线路连接的多个分线路，各个分线路上分别设置有上述的不断电三相负荷自平衡装置。各个分线路上的不断电三相负荷自平衡装置通过各自内部的通讯接口交互信息，并根据交互的信息调整各个分线路的三相负荷，以平衡总线路的三相负荷。
实际应用中，供电线路多为总分式设计，一个总线路分成多个分线路，多个分线路分别为不同的社区供电。在总分式供电线路中，不仅关注分线路的三相负荷平衡，同样关注总线路的三相负荷平衡。为了既保证分线路的三相负荷平衡，又保证总线路的三相负荷平衡，可以在各个分线路上分别设置上述的不断电三相负荷自平衡装置，各个分线路上的不断电三相负荷自平衡装置通过各自内部的通讯接口交互信息，从而交互各自分线路的三相负荷情况。对于某一分线路而言，该分线路上的不断电三相负荷自平衡装置根据上述交互的信息调整自身线路的三相负荷平衡，从而保证总线路的三相负荷同样处于平衡状态。通过本实施例中的三相负荷自平衡供电系统，对于总分式供电线路而言，既能够保证各个分线路的三相负荷平衡，又能够保证总线路的三相负荷平衡，从而保证供电质量。本实施例中，优选各个分线路上的不断电三相负荷自平衡装置通过GPRS网络的APN服务进行组网，用户能够通过不断电三相负荷自平衡装置的通讯模块利用用户终端远程配置各个不断电三相负荷自平衡装置的线路关系。
进一步地，本实施例中的三相负荷自平衡供电系统还包括用户终端，用于向上述不断电三相负荷自平衡装置发送不平衡度关联信息，该不平衡度关联信息包括不平衡度计算公式、或者包括不平衡度临界值、或者包括不平衡度计算公式和不平衡度临界值。
综上，通过本实施例中的不断电三相负荷自平衡装置与三相负荷自平衡供电系统，能够在不断电的情况下自动平衡三相负荷，缓解通过换相开关调整三相负荷时会发生断电的问题，保证供电质量；还能够根据用户的自定义数据进行工作，满足不同用户的三相负荷调节要求；还能够实时监测配电线路的三相负荷不平衡度，对配电网负荷实时、自动优化，使三相负荷自动平衡，从而减少线损。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种不断电三相负荷自平衡装置，其特征在于，所述装置包括中央控制器、电流转相模块和电流通断模块；
所述中央控制器，用于获取各相的负载情况，根据所述负载情况计算三相负荷不平衡度，并根据所述计算结果控制所述电流转相模块和所述电流通断模块进行负载转移工作；
所述电流转相模块，用于在所述中央控制器的控制下，调节负载被转移相的电流的相角与负载目的相的电流的相角一致；
所述电流通断模块，用于在所述中央控制器的控制下，连通所述负载被转移相和所述负载目的相后，断开所述负载被转移相的供电，以将所述负载被转移相的负载转移至所述负载目的相。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述中央控制器连接的负载监测单元；
所述负载监测单元用于监测所述各相的负载情况，并将监测到的所述负载情况发送至所述中央控制器，其中，所述负载情况包括所述各相的电压值和/或电流值。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述负载监测单元包括：与所述各相一一对应设置的三个电压监测芯片，用于监测所述各相的电压值；和/或，与所述各相一一对应设置的三个电流监测芯片，用于监测所述各相的电流值。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流转相模块包括与所述各相一一对应设置的三个移相器；所述负载被转移相的移相器在所述中央控制器的控制下，调节所述负载被转移相的电流的相角与所述负载目的相的电流的相角一致。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流通断模块包括六个可控硅单元，分别设置于所述各相以及每两相之间；
所述负载被转移相和所述负载目的相之间的可控硅单元在所述中央控制器的控制下连通，以连通所述负载被转移相和所述负载目的相；
所述负载被转移相的可控硅单元在所述中央控制器的控制下断开，以断开所述负载被转移相的供电。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括通讯模块，用于接收用户终端发送的不平衡度关联信息，并将所述不平衡度关联信息转发至所述中央控制器，以使所述中央控制器根据所述不平衡度关联信息控制所述电流转相模块和所述电流通断模块进行负载转移工作；其中，所述不平衡度关联信息包括不平衡度计算公式和/或不平衡度临界值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述通讯模块包括全球移动通讯系统GSM模块，所述GSM模块与所述用户终端通过通用分组无线服务技术GPRS网络通讯。
8.一种三相负荷自平衡供电系统，其特征在于，所述系统包括总线路和分别与所述总线路连接的多个分线路，各个所述分线路上分别设置有如权利要求1至7任一项所述的不断电三相负荷自平衡装置。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，各个所述分线路上的所述不断电三相负荷自平衡装置通过各自内部的通讯接口交互信息，并根据交互的信息调整各个所述分线路的三相负荷，以平衡所述总线路的三相负荷。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用户终端，用于向所述不断电三相负荷自平衡装置发送不平衡度关联信息，所述不平衡度关联信息包括不平衡度计算公式和/或不平衡度临界值。
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