CN106033891A - 一种低压负荷并行在线自动换相装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低压负荷并行在线自动换相装置，包括控制电路、输入模块、换相开关模块和输出模块；控制电路接收配变终端下发的换相相序状态指令，计算换相开关模块的操作指令，实现低压负荷在线换相；本发明还提供了该装置的操作方法，包括步骤1：采集电网的三相电压、低压负荷的电流和低压负荷接入电网的相序状态；步骤2：计算换相相序状态指令；步骤3：计算该装置的操作指令，实现低压负荷进行在线换相。与现有技术相比，本发明提供的一种低压负荷并行在线自动换相装置及其操作方法，利用智能优化算法对配电台区低压负荷的相序状态组合进行优化选择，将低压负荷在A、B、C三相之间随意切换，从而使配电台区三相负荷达到平衡。

Description

一种低压负荷并行在线自动换相装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种负荷换相装置，具体涉及一种低压负荷并行在线自动换相装置及其操作方法。

背景技术

农村地域广阔、电力用户众多且较分散，农村配电台区低压线路较长，且存在大量的时空分布很不平衡的单相用电负荷，导致低压电网都存在着不同程度的三相负荷不平衡问题。三相电流不相等使中性线上存在不平衡电流，造成配电变压器和低压线路损耗增加，配电变压器实际出力降低，并容易造成重负荷相上的用户电压偏低，无法满足农村居民的正常生产与生活用电需求。如何进行三相负荷不平衡治理使配电台区三相负荷不平衡度最小，减少电能损耗，提高配电台区电压质量和经济运行水平是目前急需解决的问题。

通过采用三相不平衡管理措施尽管在一定程度上能够降低配电台区三相负荷不平衡的严重程度，但由于用电负荷的随机性和不确定性，三相负荷不平衡情况的发生具有较强的实时性，依靠人工无法根据实际负荷不平衡状况进行在线频繁调整，且在一定程度上存在安全隐患，离线调整低压线路各相上的负荷分配就会不可避免地影响对用户的供电可靠性。部分农村地区采用在配变低压侧进行相间无功补偿的方式调整三相负荷不平衡状况，但该方式只能在一定程度上调整配变自身问题，而不能够解决低压线路的三相负荷不平衡情况。

目前针对三相负荷不平衡问题主要有三种解决方案：一是加强负荷管理，通过人工离线调整负荷相序，将低压线路各相上的负荷进行平衡分配，该方案尽管在一定程度上能够降低配电台区三相负荷不平衡的严重程度，但由于用电负荷的随机性和不确定性，依靠人工无法根据实际负荷不平衡状况进行在线实时调整，不可避免地影响用户供电可靠性，且在一定程度上存在安全隐患；二是在配电变压器低压侧通过相间无功补偿方式调整三相负荷不平衡状况，该方案只能在一定程度上改善配变自身问题，而不能够解决配电台区低压线路的三相负荷不平衡情况；三是对用电负荷进行不对称调补，通过将一个理想补偿网络与负载相并联，把不平衡、线性及中性点不接地的三相负载变换成单位功率因数且平衡的三相有功负荷，在进行无功补偿的同时补偿三相负荷不平衡，该方案需要增加并联补偿装置，费用较高、控制难、可靠性低，主要是针对大用电负荷。因此，需要提供一种能够对低压负荷进行并行在线自动换相方法。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种低压负荷并行在线自动换相装置，所述装置包括控制电路，以及依次连接的输入模块、换相开关模块和输出模块；

所述输入模块包括A相端子面板、B相端子面板和C相端子面板，每个端子面板均包括一个进线端子和N个出线端子，N为所述低压负荷的个数；所述输出模块包括N个负荷出线端子；

所述换相开关模块包括N个换相开关单元，所述换相开关单元包括主回路和辅助回路；

所述控制电路，接收配变终端下发的换相相序状态指令，计算所述换相开关模块中换相开关单元的操作指令，实现所述低压负荷在线换相。

优选的，所述主回路包括A相端子、B相端子、C相端子、负荷端子、A相可控开关、B相可控开关、C相可控开关、三相电压互感器和单相电流互感器；

A相可控开关连接于A相端子与负荷端子之间，B相可控开关连接于B相端子与负荷端子之间，C相可控开关连接于C相端子与负荷端子之间；

所述三相电压互感器，将A相电压、B相电压和C相电压发送到所述控制电路；

所述单相电流互感器，将所述低压负荷的电流发送到所述控制电路；

第i个所述换相开关单元中的A相端子与所述输入模块的A相端子面板的第i个出线端子连接；第i个所述换相开关单元中的B相端子与所述B相端子面板的第i个出线端子连接；第i个所述换相开关单元中的C相端子与所述C相端子面板的第i个出线端子连接；第i个所述换相开关单元中的负荷端子与所述输出模块中的第i个负荷出线端子连接；i＝1，...，N；

优选的，所述辅助回路包括并联的第一过渡电路和第二过渡电路；

所述第一过渡电路由第一相序选择开关和第一晶闸管单元串联组成，所述第一相序选择开关包括A相的可控开关FL1KA、B相的可控开关FL1KB和C相的可控开关FL1KC，所述第一晶闸管单元包括反向并联的晶闸管T1L和晶闸管T1U，所述晶闸管T1L的阳极与所述主回路的负荷端子连接；

所述第二过渡电路由第二相序选择开关和第二晶闸管单元串联组成；所述第二相序选择开关包括A相的可控开关FL2KA、B相的可控开关FL2KB和C相的可控开关FL2KC，所述第二晶闸管单元包括反向并联的晶闸管T2L和晶闸管T2U，所述晶闸管T2L的阳极与所述主回路的负荷端子连接；

优选的，所述控制电路包括数据采集单元、换相指令计算单元、换相指令输出单元、数据存储单元、通信单元和电源；

所述数据采集单元，采集所述换相开关模块中三相电压互感器输出的A相电压、B相电压和C相电压，采集所述换相开关模块中单相电流互感器输出的低压负荷的电流，以及采集低压负荷的相序状态，并将所述电压、电流和相序状态发送到所述配电终端；

所述换相指令计算单元，通过通信单元接收配变终端下发的换相相序状态指令，计算所述换相开关模块中换相开关单元的操作指令；所述配变终端，依据所述控制电路发送的数据计算换相相序状态指令；

所述换相指令输出单元，包括晶闸管触发脉冲产生电路和可控开关开断指令产生电路；所述晶闸管触发脉冲产生电路，依据所述操作指令向所述换相开关模块中的辅助回路发送晶闸管触发脉冲，导通或者闭锁晶闸管；所述可控开关开断指令产生电路，依据所述操作指令向所述换相开关模块中的主回路发送A相可控开关开断信号、B相可控开关开断信号、C相可控开关开断信号，以及辅助回路发送第一相序选择开关开断信号和第二相序选择开关开断信号。

为了满足现有技术的需要，本发明还提供了一种低压负荷并行在线自动换相装置的操作方法，所述方法包括：

步骤1：所述装置中控制电路采集电网的三相电压、低压负荷的电流和低压负荷接入电网的相序状态；

步骤2：所述装置中配变终端依据所述电压、电流和相序状态，计算换相相序状态指令；

步骤3：所述控制电路依据所述换相相序状态指令，计算所述装置中换相开关模块中换相开关单元的操作指令，实现所述低压负荷在线换相。

优选的，所述步骤2计算换相相序状态指令包括：

步骤1-1：设定对三相电流不平衡度进行检测的时间间隔t1，设定轻载对应的三相电流不平衡度b1的统计周期t21，设定正常负载对应的三相电流不平衡度b2的统计周期t22，设定重载对应的三相电流不平衡度b3的统计周期t23，所述周期t21＞t22＞t23；

设置三相电流不平衡度b1的检测计时器t31、三相电流不平衡度b2的检测计时器t32和三相电流不平衡度b3的检测计时器t33的初始值均为零；

设置三相电流不平衡度b1的超限次数计时器t41、三相电流不平衡度b2的超限次数计时器t42和三相电流不平衡度b3的超限次数计时器t43的初始值均为零；

步骤1-2：依据所述电压、电流和相序状态，计算三相电流不平衡度和负载率；

步骤1-3：判断所述输出模块的第i个负荷出线是否发生轻载；若发生轻载且三相电流不平衡度b1超过限值，则设置三相电流不平衡度b1的超限次数计时器t41的计数值加1后执行步骤1-5；若没有发生轻载则执行步骤1-4判断所述第i个负荷出线是否发生重载；

步骤1-4：当所述第i个负荷出线发生重载且三相电流不平衡度b3超过限值，则设置三相电流不平衡度b3的超限次数计时器t43的计数值加1后执行步骤1-5；

当所述第i个负荷出线没有发生重载且三相电流不平衡度b3超过限值，则设置三相电流不平衡度b2的超限次数计时器t42的计数值加1后执行步骤1-5；

步骤1-5：向所述自动换相装置发送换相相序状态指令，具体为：

步骤1-5-1：判断三相电流不平衡度b3的超限次数计时器t43是否超过限值，若超过限值则向自动换相装置发送换相相序状态指令，若没有超过限值执行步骤1-5-2；

步骤1-5-2：判断三相电流不平衡度b2的超限次数计时器t42是否超过限值，若超过限值则向自动换相装置发送换相相序状态指令，若没有超过限值执行步骤1-5-3；

步骤1-5-3：判断三相电流不平衡度b1的超限次数计时器t41是否超过限值，若超过限值则向自动换相装置发送换相相序状态指令；

优选的，所述步骤1-3还包括：

当第i个负荷出线发生轻载且三相电流不平衡度b1没有超过限值时，判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度b1的统计周期t21的值；

若所述检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将所述检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动所述检测计时器t31后返回步骤1-2；

若所述检测计时器t31的值不大于统计周期t21的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2；

优选的，所述步骤1-4还包括：

当所述第i个负荷出线发生重载且三相电流不平衡度b3没有超过限值时，执行下述步骤：

步骤1-4-1-1：判断三相电流不平衡度b3的检测计时器t33的值是否大于三相电流不平衡度b3的统计周期t23的值；

若所述检测计时器t33的值大于统计周期t23的值，则将所述检测计时器t33和超限次数计时器t43的值设置为零，启动所述检测计时器t33后执行步骤1-4-1-2；

若所述检测计时器t33的值不大于统计周期t23的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2；

步骤1-4-1-2：判断三相电流不平衡度b2的检测计时器t32的值是否大于三相电流不平衡度b2的统计周期t22的值；

若所述检测计时器t32的值大于统计周期t22的值，则将所述检测计时器t32和超限次数计时器t42的值设置为零，启动所述检测计时器t32后执行步骤1-4-1-3；

若所述检测计时器t32的值不大于统计周期t22的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2；

步骤1-4-1-3：判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度b1的统计周期t21的值；

若所述检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将所述检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动所述检测计时器t31后返回步骤1-2；

若所述检测计时器t31的值不大于统计周期t21的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2；

优选的，所述步骤1-4还包括：

当所述第i个负荷出线没有发生重载且三相电流不平衡度b3没有超过限值时，执行下述步骤：

步骤1-4-2-1：判断三相电流不平衡度b2的检测计时器t32的值是否大于三相电流不平衡度b2的统计周期t22的值；

若所述检测计时器t32的值大于统计周期t22的值，则将所述检测计时器t32和超限次数计时器t42的值设置为零，启动所述检测计时器t32后执行步骤1-4-2-2；

若所述检测计时器t32的值不大于统计周期t22的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2；

步骤1-4-2-2：判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度bi的统计周期t21的值；

若所述检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将所述检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动所述检测计时器t31后返回步骤1-2；

若所述检测计时器t31的值不大于统计周期t21的值，则延时t1时间后返回步骤1-2；

优选的，所述步骤3中所述换相开关模块中换相开关单元的操作指令包括顺序换相操作指令和跳跃换相操作指令；

所述跳跃换相操作指令包括不停电旋转换相和短暂停电直接换相。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种低压负荷并行在线自动换相装置，是在现代通信技术、自动控制技术、电力电子技术的基础上，利用智能优化算法对配电台区用户用电负荷的相序状态组合进行优化选择，然后通过可控开关将用户用电负荷在A、B、C三相之间随意切换，从而使配电台区三相负荷达到平衡：

①：该装置充分融合了机械开关和电力电子开关两种器件的优点，既能实现电压和电流过零无缝切换的功能，又可保证对低压电网和用户用电负荷无冲击，保障供电可靠性和电压质量；

②：该装置利用遗传优化算法可以保证低压台区三相负荷不平衡度达到最小，在此同时使开关的切换次数最少，可以提高低压负荷并行在线自动换相装置的使用寿命；

③：该装置除可以具备三相负荷调整功能外，还可以适当选择兼具过流、过压等故障保护，漏电保护等功能；

2、本发明提供的一种低压负荷并行在线自动换相装置的操作方法，可以实现电压过零导通和电流过零关断的在线无弧负荷换相，换相过程对负荷无冲击，保持供电连续性，确保低压配电网供电可靠性和供电质量；

3、本发明提供的一种低压负荷并行在线自动换相装置的操作方法，对各个换相开关单元可以进行并行独立操作，整个装置可靠性大大提高；

4、本发明提供的一种低压负荷并行在线自动换相装置的操作方法，根据具体工况和三相负荷不平衡严重程度，决定是否进行换相操作，减少了低压负荷并行在线自动换相装置的频繁操作，同时满足了重过载情况下换相的及时性；

5、本发明提供的一种低压负荷并行在线自动换相装置，其换相开关模块可以模块化扩展，便于生产和维护。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种低压负荷并行在线自动换相装置的结构示意图；

图2：本发明实施例中自动换相装置的换相开关模块的结构示意图；

图3：本发明实施例中自动换相装置的输入模块的结构示意图；

图4：本发明实施例中自动换相装置的应用连接图；

图5：本发明实施例中一种低压负荷并行在线自动换相装置的换相操作方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出了一种低压负荷并行在线自动换相装置及其操作方法，如图4所示，自动换相装置是在配变终端(低压负荷在线自动换相控制终端)依据用户负荷状态与配变低压侧三相负荷不平衡度监测判断情况，根据具体工况和三相负荷不平衡严重程度，决定是否进行换相操作，然后进行优化决策并发出控制命令后，低压负荷并行在线自动换相装置的各个换相开关单元根据控制指令独立并行按固定换相操作流程进行换相操作，实现低压负荷在线自动换相，在不影响供电可靠性的情况下使配变低压侧三相负荷自动达到平衡分配，实现在线治理低压电网三相负荷不平衡。

一、低压负荷并行在线自动换相装置

如图1所示，本实施例中自动换相装置包括控制电路，以及依次连接的输入模块、换相开关模块和输出模块。其中，

(一)输入模块包括A相端子面板、B相端子面板和C相端子面板，每个端子面板均包括一个进线端子和N个出线端子，N为低压负荷的个数。如图3所示，A相端子面板包括出线端子1、出线端子2、…、出线端子i、…出线端子N。

(二)输出模块包括N个负荷出线端子，分别于低压负荷连接，N为低压负荷的个数。

(三)换相开关模块包括N个换相开关单元，换相开关单元包括主回路和辅助回路。

1、主回路

包括A相端子、B相端子、C相端子、负荷端子、A相可控开关、B相可控开关、C相可控开关、三相电压互感器和单相电流互感器。具体连接关系为：

(1)A相可控开关连接于A相端子与负荷端子之间，B相可控开关连接于B相端子与负荷端子之间，C相可控开关连接于C相端子与负荷端子之间。

(2)三相电压互感器，将A相电压、B相电压和C相电压发送到控制电路。

(3)单相电流互感器将低压负荷的电流发送到控制电路。

第i个换相开关单元中的A相端子与输入模块的A相端子面板的第i个出线端子连接；

第i个换相开关单元中的B相端子与输入模块的B相端子面板的第i个出线端子连接；

第i个换相开关单元中的C相端子与输入模块的C相端子面板的第i个出线端子连接；

第i个换相开关单元中的负荷端子与输出模块中的第i个负荷出线端子连接；i＝1，...，N。

2、辅助回路

如图2所示，包括并联的第一过渡电路和第二过渡电路。

(2)第一过渡电路由第一相序选择开关和第一晶闸管单元串联组成。

第一相序选择开关包括A相的可控开关FL1KA、B相的可控开关FL1KB和C相的可控开关FL1KC；第一晶闸管单元包括反向并联的晶闸管T1L和晶闸管T1U，晶闸管T1L的阳极与主回路的负荷端子连接。

(2)第二过渡电路由第二相序选择开关和第二晶闸管单元串联组成.

第二相序选择开关包括A相的可控开关FL2KA、B相的可控开关FL2KB和C相的可控开关FL2KC；第二晶闸管单元包括反向并联的晶闸管T2L和晶闸管T2U，晶闸管T2L的阳极与主回路的负荷端子连接。

(四)控制电路，接收配变终端下发的换相相序状态指令，计算换相开关模块中换相开关单元的操作指令，实现低压负荷进行在线换相。

控制电路包括数据采集单元、换相指令计算单元、换相指令输出单元、数据存储单元、通信单元和电源。

1、数据采集单元，采集换相开关模块中三相电压互感器输出的A相电压、B相电压和C相电压，采集换相开关模块中单相电流互感器输出的低压负荷的电流，以及采集低压负荷的相序状态，并将上述电压、电流和相序状态发送到配电终端。

2、换相指令计算单元，通过通信单元接收配变终端下发的换相相序状态指令，计算换相开关模块中换相开关单元的操作指令；

3、配变终端，依据控制电路发送的数据计算换相相序状态指令。

4、换指令输出单元，包括晶闸管触发脉冲产生电路和可控开关开断指令产生电路。

(1)晶闸管触发脉冲产生电路，依据换相指令计算单元输出的操作指令向换相开关模块中的辅助回路发送晶闸管触发脉冲，导通或者闭锁晶闸管。

(2)可控开关开断指令产生电路，依据相指令计算单元输出的操作指令向换相开关模块中的主回路发送A相可控开关开断信号或者B相可控开关开断信号或者C相可控开关开断信号，以及向辅助回路发送的第一相序选择开关开断信号和第二相序选择开关开断信号，从而对A相、B相或者C相进行换相。

二、低压负荷并行在线自动换相装置的操作方法

如图5所示，本实施例中自动换相装置的操作方法的具体步骤为：

(一)自动换相装置中控制电路采集电网的三相电压、低压负荷的电流和低压负荷接入电网的相序状态。

(二)自动换相装置中配变终端依据电压、电流和相序状态，计算换相相序状态指令。本实施例中采用遗传优化算法确定换相相序状态指令，具体步骤为：

1、设定对三相电流不平衡度进行检测的时间间隔t1，设定轻载对应的三相电流不平衡度b1的统计周期t21，设定正常负载对应的三相电流不平衡度b2的统计周期t22，设定重载对应的三相电流不平衡度b3的统计周期t23，周期t21＞t22＞t23；

设置三相电流不平衡度b1的检测计时器t31、三相电流不平衡度b2的检测计时器t32和三相电流不平衡度b3的检测计时器t33的初始值均为零；

设置三相电流不平衡度b1的超限次数计时器t41、三相电流不平衡度b2的超限次数计时器t42和三相电流不平衡度b3的超限次数计时器t43的初始值均为零。

2、依据电压、电流和相序状态，计算三相电流不平衡度和负载率。

本实施例中，若输出模块的第i个负荷出线的负载率η≤30％，则发生轻载；

若输出模块的第i个负荷出线的负载率30＜η≤70％，则正常负载；

输出模块的第i个负荷出线的负载率η＞70％，则发生重载。

3、判断输出模块的第i个负荷出线是否发生轻载；若发生轻载且三相电流不平衡度b1超过限值，则发置三相电流不平衡度b1的超限次数计时器t41的计数值加1后执行步骤5；若没有发生轻载则执行步骤4判断所述第i个负荷出线是否发生重载。

当第j个负荷出线发生轻载且三相电流不平衡度b1没有超过限值时，判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度b1的统计周期t21的值；

若所述检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将所述检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动所述检测计时器t31后返回步骤2；

若所述检测计时器t31的值不大于统计周期t21的的值，则延时t1时间后返回步骤2。

4、(1)当第i个负荷出线发生重载且三相电流不平衡度b3超过限值，则设置三相电流不平衡度b3的超限次数计时器t43的计数值加1后执行步骤5。

当第i个负荷出线发生重载且三相电流不平衡度b3没有超过限值时，执行下述步骤：

①：判断三相电流不平衡度b3的检测计时器t33的值是否大于三相电流不平衡度b3的统计周期t23的值；

若所述检测计时器t33的值大于统计周期t23的值，则将所述检测计时器t33和超限次数计时器t43的值设置为零，启动所述检测计时器t33后执行步骤②；

若所述检测计时器t33的值不大于统计周期t23的的值，则延时t1时间后返回步骤2；

②：判断三相电流不平衡度b2的检测计时器t32的值是否大于三相电流不平衡度b2的统计周期t22的值；

若检测计时器t32的值大于统计周期t22的值，则将检测计时器t32和超限次数计时器t42的值设置为零，启动检测计时器t32后执行步骤③；

若检测计时器t32的值不大于统计周期t22的的值，则延时t1时间后返回步骤2；

③：判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度b1的统计周期t21的值；

若检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动检测计时器t31后返回步骤2；

若检测计时器t31的值不大于统计周期t21的的值，则延时t1时间后返回步骤2。

(2)当第i个负荷出线没有发生重载且三相电流不平衡度b3超过限值，则设置三相电流不平衡度b2的超限次数计时器t42的计数值加1后执行步骤5。

当第i个负荷出线没有发生重载且三相电流不平衡度b3没有超过限值时，执行下述步骤：

①：判断三相电流不平衡度b2的检测计时器t32的值是否大于三相电流不平衡度b2的统计周期t22的值；

若检测计时器t32的值大于统计周期t22的值，则将检测计时器t32和超限次数计时器t42的值设置为零，启动检测计时器t32后执行步骤②；

若检测计时器t32的值不大于统计周期t22的的值，则延时t1时间后返回步骤2；

②：判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度b1的统计周期t21的值；

若检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动检测计时器t31后返回步骤2；

若检测计时器t31的值不大于统计周期t21的值，则延时t1时间后返回步骤2。

5、向自动换相装置发送换相相序状态指令，具体为：

(1)判断三相电流不平衡度b3的超限次数计时器t43是否超过限值，若超过限值则向自动换相装置发送换相相序状态指令，若没有超过限值执行步骤(2)。

(2)判断三相电流不平衡度b2的超限次数计时器t42是否超过限值，若超过限值则向自动换相装置发送换相相序状态指令，若没有超过限值执行步骤(3)。

(3)判断三相电流不平衡度b1的超限次数计时器t41是否超过限值，若超过限值则向自动换相装置发送换相相序状态指令，若没有超过限制，则执行下述步骤：

①：判断三相电流不平衡度b3的检测计时器t33的值是否大于三相电流不平衡度b3的统计周期t23的值；若检测计时器t33的值大于统计周期t23的值，则将检测计时器t33和超限次数计时器t43的值设置为零，启动检测计时器t33后执行步骤②；若检测计时器t33的值不大于统计周期t23的的值，则延时t1时间后返回步骤2。

②：判断三相电流不平衡度b2的检测计时器t32的值是否大于三相电流不平衡度b2的统计周期t22的值；若检测计时器t32的值大于统计周期t22的值，则将检测计时器t32和超限次数计时器t42的值设置为零，启动检测计时器t32后执行步骤③；若检测计时器t32的值不大于统计周期t22的的值，则延时t1时间后返回步骤2。

③：判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度b1的统计周期t21的值；若检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动检测计时器t31后返回步骤2，若检测计时器t31的值不大于统计周期t21的的值，则延时t1时间后返回步骤2。

(三)自动换相装置中控制电路依据换相相序状态指令，计算装置中换相开关模块中换相开关单元的操作指令，实现低压负荷进行在线换相。

换相开关模块中换相开关单元的操作指令包括顺序换相操作指令和跳跃换相操作指令。

1、顺序换相操作指令

顺序换相操作流程具体包括将负荷支路从A相换到B相、B相换到C相、C相换到A相，当负荷支路初始状态在A相时，将负荷支路从A相换相至B相的具体流程如下：

(1)控制电路向换相开关模块中的辅助回路发送可控开关开断指令，第一过渡电路中A相可控开关FL1KA和第二过渡电路中B相可控开关FL2KB同时闭合；

(2)在A相可控开关FL1KA和B相可控开关FL2KB完全闭合后，检测负荷支路上的电压ua是否过零。如果不是过零，则继续检测负荷支路上的电压ua是否过零；如果过零则转入步骤(3)。

(3)控制电路向换相开关模块中的辅助回路发送晶闸管出发脉冲，第一过渡电路中的晶闸管T1L和晶闸管T1U触发导通，其中晶闸管T1L负半周期导通，晶闸管T1U正半周期导通。

(4)在晶闸管T1L和晶闸管T1U稳定导通后，检测负荷支路的电流是否过零。如果不是过零，则继续检测负荷支路的电流是否零；如果过零则转入步骤(5)。

(5)断开换相开关模块中主回路的A相可控开关。

(6)在A相可控开关断开后，检测负荷支路的电压ua是否正向过零。如果不是正向过零，则继续检测负荷支路的电压ua是否正向过零；如果正向过零则转入步骤(7)。

(7)拆除第一过渡电路中的晶闸管T1L的触发脉冲；同时继续给晶闸管T1U触发脉冲到四分之一个周波，之后拆除过晶闸管T1U的触发脉冲，并同时给第二过渡电路的晶闸管T2U触发脉冲；延迟四分之一个周波后，给第二过渡电路的晶闸管T2L触发脉冲。

(8)在第二过渡电路的晶闸管T2L和晶闸管T2U稳定导通后，检测负荷支路上的电压ub是否过零。如果不是过零，则继续检测负荷支路的电压ub是否过零；如果过零则转入步骤(9)

(9)闭合换相开关模块中主回路的B相可控开关。

(10)在B相可控开关稳定接通后，拆除第二过渡电路的晶闸管T2L和晶闸管T2U的触发脉冲。

(11)第二过渡电路的晶闸管T2L和晶闸管T2U完成关断后，将第一过渡电路A相的可控开关FL1KA和第二过渡电路B相的可控开关FL2KB都断开。

其中，为简便换相过程，步骤(2)中的电压过零检测、步骤(4)中的电流过零检测和步骤(4)中的电压过零检测可不要。

2、跳跃换相操作指令

跳跃换相操作指令是指将负荷支路从A相换到C相、C相换到B相、B相换到A，起包括不停电旋转和短暂停电直接调整两种方案。

(1)不停电旋转换相

当负荷支路初始状态在A相时，将负荷支路从A相换相至C相可以采取不停电旋转方案为：先把负荷支路从A相换相至B相，再把负荷支路从B相换相至C相，可以实现完全不停电操作。

(2)短暂停电直接换相

当负荷支路初始状态在A相时，将负荷支路直接从A相换相至C相的短暂停电直接调整方案的具体过程如下：

①：控制电路向换相开关模块中的辅助回路发送可控开关开断指令，第一过渡电路中A相可控开关FL1KA和第二过渡电路中C相可控开关FL2KC同时闭合。

②：在A相可控开关FL1KA和C相可控开关FL2KC完全闭合后，检测负荷支路上的电压ua是否过零。如果不是过零，则继续检测负荷支路上的电压ua是否过零；如果过零则转入少骤③。

③：控制电路向换相开关模块中的辅助回路发送晶闸管出发脉冲，第一过渡电路中晶闸管T1L和晶闸管T1U触发导通，其中，晶闸管T1U正半周期导通，下晶闸管T1L负半周期导通。

④：在晶闸管T1L和晶闸管T1U稳定导通后，检测负荷支路的电流是否过零。如果不是过零，则继续检测负荷支路的电流是否零；如果过零则转入步骤⑤。

⑤：断开换相开关模块中主回路的A相可控开关。

⑥：在A相可控开关关断开后，检测负荷支路的电压ua是否正向过零。如果不是正向过零，则继续检测负荷支路的电压ua是否正向过零；如果正向过零则转入步骤⑦。

⑦拆除第一过渡电路中晶闸管T1L的触发脉冲，同时继续给第一过渡电路中晶闸管T1U触发脉冲到四分之一个周波，之后拆除过晶闸管T1U的触发脉冲。

⑧：再延迟四分之一个周波后，给第二过渡电路中晶闸管T2U触发脉冲。

⑨：再延迟四分之一个周波后，给第二过渡电路中晶闸管T2L触发脉冲。

⑩：在第二过渡电路中晶闸管T2U和晶闸管T2L稳定导通后，检测负荷支路上的电压ub是否过零。如果不是过零，则继续检测负荷支路的电压ub是否过零；如果过零则转入步骤(11)。

(11)：闭合换相开关模块中主回路的C相可控开关。

(12)：在C相可控开关稳定接通后，拆除第二过渡电路中晶闸管T2U和晶闸管T2L。

(13)：第二过渡电路中晶闸管T2U和晶闸管T2L完成关断后，将第一过渡电路中A相可控开关FL1KA和第二过渡电路中C相可控开关FL2KC同时闭合都断开。

其中，为简便换相过程，步骤②中的电压过零检测、步骤④中的电流过零检测和步骤⑩中的电压过零检测可不要。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种低压负荷并行在线自动换相装置，其特征在于，所述装置包括控制电路，以及依次连接的输入模块、换相开关模块和输出模块；

所述输入模块包括A相端子面板、B相端子面板和C相端子面板，每个端子面板均包括一个进线端子和N个出线端子，N为所述低压负荷的个数；所述输出模块包括N个负荷出线端子；

所述换相开关模块包括N个换相开关单元，所述换相开关单元包括主回路和辅助回路；

所述控制电路，接收配变终端下发的换相相序状态指令，计算所述换相开关模块中换相开关单元的操作指令，实现所述低压负荷在线换相。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主回路包括A相端子、B相端子、C相端子、负荷端子、A相可控开关、B相可控开关、C相可控开关、三相电压互感器和单相电流互感器；

A相可控开关连接于A相端子与负荷端子之间，B相可控开关连接于B相端子与负荷端子之间，C相可控开关连接于C相端子与负荷端子之间；

所述三相电压互感器，将A相电压、B相电压和C相电压发送到所述控制电路；

所述单相电流互感器，将所述低压负荷的电流发送到所述控制电路；

第i个所述换相开关单元中的A相端子与所述输入模块的A相端子面板的第i个出线端子连接；第i个所述换相开关单元中的B相端子与所述B相端子面板的第i个出线端子连接；第i个所述换相开关单元中的C相端子与所述C相端子面板的第i个出线端子连接；第i个所述换相开关单元中的负荷端子与所述输出模块中的第i个负荷出线端子连接；i＝1，...，N。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辅助回路包括并联的第一过渡电路和第二过渡电路；

所述第一过渡电路由第一相序选择开关和第一晶闸管单元串联组成，所述第一相序选择开关包括A相的可控开关FL1KA、B相的可控开关FL1KB和C相的可控开关FL1KC，所述第一晶闸管单元包括反向并联的晶闸管T1L和晶闸管T1U，所述晶闸管T1L的阳极与所述主回路的负荷端子连接；

所述第二过渡电路由第二相序选择开关和第二晶闸管单元串联组成；所述第二相序选择开关包括A相的可控开关FL2KA、B相的可控开关FL2KB和C相的可控开关FL2KC，所述第二晶闸管单元包括反向并联的晶闸管T2L和晶闸管T2U，所述晶闸管T2L的阳极与所述主回路的负荷端子连接。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括数据采集单元、换相指令计算单元、换相指令输出单元、数据存储单元、通信单元和电源；

所述数据采集单元，采集所述换相开关模块中三相电压互感器输出的A相电压、B相电压和C相电压，采集所述换相开关模块中单相电流互感器输出的低压负荷的电流，以及采集低压负荷的相序状态，并将所述电压、电流和相序状态发送到所述配电终端；

所述换相指令计算单元，通过通信单元接收配变终端下发的换相相序状态指令，计算所述换相开关模块中换相开关单元的操作指令；所述配变终端，依据所述控制电路发送的数据计算换相相序状态指令；

所述换相指令输出单元，包括晶闸管触发脉冲产生电路和可控开关开断指令产生电路；所述晶闸管触发脉冲产生电路，依据所述操作指令向所述换相开关模块中的辅助回路发送晶闸管触发脉冲，导通或者闭锁晶闸管；所述可控开关开断指令产生电路，依据所述操作指令向所述换相开关模块中的主回路发送A相可控开关开断信号、B相可控开关开断信号、C相可控开关开断信号，以及辅助回路发送第一相序选择开关开断信号和第二相序选择开关开断信号。

5.一种如权利1所述的低压负荷并行在线自动换相装置的操作方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：所述装置中控制电路采集电网的三相电压、低压负荷的电流和低压负荷接入电网的相序状态；

步骤2：所述装置中配变终端依据所述电压、电流和相序状态，计算换相相序状态指令；

步骤3：所述控制电路依据所述换相相序状态指令，计算所述装置中换相开关模块中换相开关单元的操作指令，实现所述低压负荷在线换相。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2计算换相相序状态指令包括：

步骤1-1：设定对三相电流不平衡度进行检测的时间间隔t1，设定轻载对应的三相电流不平衡度b1的统计周期t21，设定正常负载对应的三相电流不平衡度b2的统计周期t22，设定重载对应的三相电流不平衡度b3的统计周期t23，所述周期t21＞t22＞t23；

设置三相电流不平衡度b1的检测计时器t31、三相电流不平衡度b2的检测计时器t32和三相电流不平衡度b3的检测计时器t33的初始值均为零；

设置三相电流不平衡度b1的超限次数计时器t41、三相电流不平衡度b2的超限次数计时器t42和三相电流不平衡度b3的超限次数计时器t43的初始值均为零；

步骤1-2：依据所述电压、电流和相序状态，计算三相电流不平衡度和负载率；

步骤1-3：判断所述输出模块的第i个负荷出线是否发生轻载；若发生轻载且三相电流不平衡度b1超过限值，则设置三相电流不平衡度b1的超限次数计时器t41的计数值加1后执行步骤1-5；若没有发生轻载则执行步骤1-4判断所述第i个负荷出线是否发生重载；

步骤1-4：当所述第i个负荷出线发生重载且三相电流不平衡度b3超过限值，则设置三相电流不平衡度b3的超限次数计时器t43的计数值加1后执行步骤1-5；

当所述第i个负荷出线没有发生重载且三相电流不平衡度b3超过限值，则设置三相电流不平衡度b2的超限次数计时器t42的计数值加1后执行步骤1-5；

步骤1-5：向所述自动换相装置发送换相相序状态指令，具体为：

步骤1-5-1：判断三相电流不平衡度b3的超限次数计时器t43是否超过限值，若超过限值则向自动换相装置发送换相相序状态指令，若没有超过限值执行步骤1-5-2；

步骤1-5-2：判断三相电流不平衡度b2的超限次数计时器t42是否超过限值，若超过限值则向自动换相装置发送换相相序状态指令，若没有超过限值执行步骤1-5-3；

步骤1-5-3：判断三相电流不平衡度b1的超限次数计时器t41是否超过限值，若超过限值则向自动换相装置发送换相相序状态指令。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤1-3还包括：

当第i个负荷出线发生轻载且三相电流不平衡度b1没有超过限值时，判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度b1的统计周期t21的值；

若所述检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将所述检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动所述检测计时器t31后返回步骤1-2；

若所述检测计时器t31的值不大于统计周期t21的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤1-4还包括：

当所述第i个负荷出线发生重载且三相电流不平衡度b3没有超过限值时，执行下述步骤：

步骤1-4-1-1：判断三相电流不平衡度b3的检测计时器t33的值是否大于三相电流不平衡度b3的统计周期t23的值；

若所述检测计时器t33的值大于统计周期t23的值，则将所述检测计时器t33和超限次数计时器t43的值设置为零，启动所述检测计时器t33后执行步骤1-4-1-2；

若所述检测计时器t33的值不大于统计周期t23的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2；

步骤1-4-1-2：判断三相电流不平衡度b2的检测计时器t32的值是否大于三相电流不平衡度b2的统计周期t22的值；

若所述检测计时器t32的值大于统计周期t22的值，则将所述检测计时器t32和超限次数计时器t42的值设置为零，启动所述检测计时器t32后执行步骤1-4-1-3；

若所述检测计时器t32的值不大于统计周期t22的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2；

步骤1-4-1-3：判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度b1的统计周期t21的值；

若所述检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将所述检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动所述检测计时器t31后返回步骤1-2；

若所述检测计时器t31的值不大于统计周期t21的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤1-4还包括：

当所述第i个负荷出线没有发生重载且三相电流不平衡度b3没有超过限值时，执行下述步骤：

步骤1-4-2-1：判断三相电流不平衡度b2的检测计时器t32的值是否大于三相电流不平衡度b2的统计周期t22的值；

若所述检测计时器t32的值大于统计周期t22的值，则将所述检测计时器t32和超限次数计时器t42的值设置为零，启动所述检测计时器t32后执行步骤1-4-2-2；

若所述检测计时器t32的值不大于统计周期t22的的值，则延时t1时间后返回步骤1-2；

步骤1-4-2-2：判断三相电流不平衡度b1的检测计时器t31的值是否大于三相电流不平衡度b1的统计周期t21的值；

若所述检测计时器t31的值大于统计周期t21的值，则将所述检测计时器t31和超限次数计时器t41的值设置为零，启动所述检测计时器t31后返回步骤1-2；

若所述检测计时器t31的值不大于统计周期t21的值，则延时t1时间后返回步骤1-2。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述换相开关模块中换相开关单元的操作指令包括顺序换相操作指令和跳跃换相操作指令；

所述跳跃换相操作指令包括不停电旋转换相和短暂停电直接换相。