CN107785917A - 具有三相平衡调节的三相四线电能表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有三相平衡调节的三相四线电能表。涉及电能表技术领域，该三相四线电能表当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上。包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块，还包括节点J1和控制器以及分别与控制器连接的三相平衡监测器、单相逆变电源、隔离变压器、二号电压采样电路和接口功率监测器；单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。

Description

具有三相平衡调节的三相四线电能表

技术领域

本发明涉及电能表技术领域，具体涉及具有三相平衡调节的三相四线电能表。

背景技术

随着经济社会的发展，用电设备的类型越来越多。由于目前的供电系统一般都是三相供电系统，在三相供电系统中，如果三相上的功率出现较大的不对称时，就会出现电网的不平衡运行，就会出现电网抖动。

当电网运行在不平衡状态时，电网中的变压器就处于不对称运行状态，处于不对称运行状态的变压器会使变压器的零序电流过大，过大的零序电流会使变压器的局部零件温度增高，如果变压器的局部零件温度增高过大就可能会烧毁变压器，从而造成供电系统的停电事故。

当电网不平衡运行时，如果要想让不平衡运行的电网变为平衡运行的电网，目前采取的办法是将位于一个大范围片区的高功率相线上的一部分负载人工切换到另一个大范围片区的低功率相线上。由于这种切换方式在瞬间切换的负载较多，导致瞬间切换的冲击电流过大，过大的冲击电流不仅会烧坏切换设备，还由于在负载切换的那一瞬间，该负载切换前后的供电相线不同会导致该负载工作发生混乱甚至损坏。

由于具体负载都是由某个具体用户使用的，每个具体用户的所有用电都要用三相四线电能表进行电能计量，因此，如果能以三相四线电能表所连接的所有负载为相线切换的基本相线切换单元，那么只要整个电网中的每个基本相线切换单元内的功率是基本平衡的则就能保证整个电网的功率也是基本平衡的，就会电网处于平衡运行状态。

以三相四线电能表所连接的所有负载为相线切换的基本相线切换单元，这不仅增加了电网相线切换的灵活性，由于一个三相四线电能表上连接的负载相对于一个大范围片区来说少得多，这种相线切换所产生的冲击电流也要小得很多。因此，如果能由三相四线电能表及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，大大提高了电网运行的稳定性。因此，设计一种能根据连接在三相四线电能表各相线上负载的功率不平衡自动实现将高功率相线上的一部分负载切换到低功率相线上，尽量使三相四线电能表各相线上的功率平衡的三相四线电能表显得非常必要。

发明内容

本发明是为了解决现有三相四线电能表没有相线切换功能，导致出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时不能将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上的不足，提供一种当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关的具有三相平衡调节的三相四线电能表。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

具有三相平衡调节的三相四线电能表，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块，还包括节点J1和控制器以及分别与控制器连接的三相平衡监测器、一号电压采样电路、单相逆变电源、隔离变压器、二号电压采样电路和接口功率监测器。单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。

还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，13≤i≤48。

还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接。节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接。

三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接。

单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K42与节点J6连接。

还包括分别与接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口。

还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19。

节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K38、节点J17和二号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接。

节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，节点J11、开关K32和节点J19依次串联连接，节点J15、开关K36和节点J19依次串联连接，节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，节点J4、开关K19和节点J16依次串联连接，节点J9、开关K27和节点J16依次串联连接，节点J5、开关K20和节点J13依次串联连接，节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接。

节点J1、开关K43和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K44和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K45和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K46和节点J13依次串联连接，节点J1、开关K47和节点J10依次串联连接。节点J1、开关K48和节点J5依次串联连接。

所述开关K40、开关K41和关K42均为电路结构完全相同的复合开关；复合开关包括一号节点、二号节点、切换开关K_a、节点M_a、电感L_a、节点M_b、电容Ca、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、电容C₀、光电耦合器OPT、电阻R₀、自用电供电模块、磁驱动电力路和硅驱动电路，切换开关K_a包括可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c，光电耦合器OPT包括发光二极管D₅和光敏三极管Q₀；可控硅开关K_b的一端和磁保持继电器开关K_c的一端分别连接在一号节点上，在同一时间断面内一号节点只能连接在A相、B相和C相这三相中的其中一相上；可控硅开关K_b的另一端、磁保持继电器开关K_c的另一端、电感L_a的一端、二极管D₁的正极端和二极管D₃的负极端都连接在节点M_a上，电感L_a的另一端、电容Ca的一端和电容C₀的一端都连接在节点M_b上，电容Ca的另一端连接在二号节点上，二号节点连接在零线N上，二极管D₂的正极端和二极管D₄的负极端都连接在电容C₀的另一端上，二极管D₁的负极端和二极管D₂的负极端都连接在发光二极管D₅的正极端上，二极管D₃的正极端和二极管D₄的正极端都连接在发光二极管D₅的负极端上，光敏三极管Q₀的发射极接地，光敏三极管Q₀的集电极分别与电阻R₀的一端和控制器连接，电阻R₀的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关K_b的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关K_c的控制端和控制器连接。

本方案在使用时，假设在一般情况下，一号负载接口和二号负载接口都是由A相供电，三号负载接口和四号负载接口都是由B相供电，五号负载接口和六号负载接口都是由C相供电。

本方案的三相平衡监测器在设定时间间隔内对三相四线电能表的A相、B相和C相进行功率平衡监测，并将监测的数据上传给控制器，控制器立即对三相平衡监测器上传的数据进行计算处理。如果控制器对三相平衡监测器上传的数据计算处理后出现任意两相功率的差大于设定值时，则找出当前功率最大的相线，若当前功率最大的相线为A相。

然后控制器就立即给接口功率监测器一个工作指令，接口功率监测器立即对一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口进行功率监测，并将监测结果上传控制器，控制器收到一至五号负载接口上传来的数据后立即进行计算处理。如果计算后得到将一号负载接口上的负载加到六号负载接口上或者加到六号负载接口上是最能让电网各相功率保持平衡的，那么在控制器的控制下就将一号负载接口的供电电源从A相切换到C相。

一号负载接口的供电电源从A相切换到C相的切换过程如下：

首先，假设在切换前，开关K17、开关K18、开关K19、开关K20、开关K25、开关K26、开关K27、开关K28、开关K32、开关K33、开关K36、开关K37、开关K40、开关K41、开关K42、开关K43、开关K44、开关K45、开关K46、开关K47和开关K48都处于断开状态，开关K13、开关K14、开关K15、开关K16、开关K21、开关K22、开关K23、开关K24、开关K29、开关K30、开关K31、开关K34、开关K35、开关K38和开关K39都处于闭合状态。

然后，一号电压采样电路的开关将A相接通，一号电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器。

然后，开关K42闭合接通C相与单相逆变电源，单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成闭环控制，在控制器中产生SPWM的驱动信号，使单相逆变电源输出的电压波形经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时，同时闭合开关K43和断开开关K39，此时一号负载接口上的供电电源状态还是和A相上的电源状态相同。

然后，控制器采用移相控制，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与C相电压同幅值同相位时，并同时断开开关K43和闭合开关K17，此时一号负载接口上的供电电源状态就完全和C相上的电源状态相同，即此时一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相。

最后将开关K42断开，使单相逆变电源被旁路退出，至此一次相位切换作业结束。其它负载接口切换原理相同。

在本方案的复合开关中，电感L_a采用高频电感，电感L_a的电感为几十微亨。当可控硅开关K_b或磁保持继电器开关K_c导通瞬间，电容Ca的阻抗约为0，而由于电感L_a的存在，电感L_a在导通瞬间，其频率变化很大，电感L_a的阻抗也很大，抑制了电源导通瞬间的冲击电流；当电路正常工作时，由于电源频率为50Hz工频，则电感L_a的阻抗很小。

在电感L_a中，电感L_a的电压U_La超前电感L_a的电流I₁90度，即电感L_a的电流I₁落后电感L_a的电压U_La90度。

在电容C₀中，电容C₀的电流I₂超前电容C₀的电压U_C090度，即电容C₀的电压U_C0落后电容C₀的电流I₂90度。

电流I₁通过电感L_a、电容Ca形成闭合回路，则有电感L_a上的电压U_La超前电感L_a上的电流I₁90度。

当电感L_a的电压U_La在某个时刻的节点M_a点为正、节点M_b点为负时，则电流I₂从节点M_a点通过二极管D₁、发光二极管D₅、二极管D₄和电容C₀形成支路。

忽略二极管D₁、发光二极管D₅和二极管D₄的压降，显然有即U_La＝U_C0，即电感L_a的电压U_La等于电容C₀的电压U_C0。显然有电感L_a上的电压U_La滞后电容C₀上的电流I₂90度，从而有电容C₀上的电流I₂与电感L_a上的电流I₁互为反向，即电流I₂与电流I₁互为反向。U_CN是C相上的电压。

当电流I₂正向且大于发光二极管D₅发光的最小电流时，光电耦合器的输出信号U_IO即从高电平变为低电平，合理选择电容C₀，使电容C₀上的电流I₂正向过零点且能快速达到发光二极管D₅发光的最小电流。

当电流I₂正向过零点后，光电耦合器的输出信号U_IO即从高电平变为低电平，由于电流I₂与电流I₁反向，则有当光电耦合器的输出信号U_IO从低电平变为高电平时，电流I₁刚好处于正向过零点。因此光电耦合器的输出信号U_IO从低电平变为高电平时，即获得了电流I₁的过零点电流。当获得了电流I₁的过零点电流时，控制器即可立即给磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合信号。如果需要让磁保持继电器开关K_c断开，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；如果需要让磁保持继电器开关K_c闭合，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合。本方案从通过获取电流过零点时的准确时间点，再根据该准确时间点对磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合的控制信号来使磁保持继电器开关K_c的触点断开或闭合，此时流过磁保持继电器开关K_c的电流小，在小电流时断开或闭合磁保持继电器开关K_c，使得磁保持继电器开关K_c的触点不易损坏。从而有效地延长了磁保持继电器开关K_c的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

在投入复合开关时，因为可控硅开关K_b导通的瞬间，由于电感L_a的电流抑制作用，不会发生大的冲击电流，又由于可控硅开关K_b的导通压降很小，且电感L_a在工频频率下阻抗很小，节点M_a和节点M_b两点间的压降较小，此时闭合磁保持继电器开关K_c，对磁保持继电器开关K_c的触点损害很小，从而有效地延长了控硅开关K_b的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

本方案在可控硅开关K_b处于导通且磁保持继电器开关K_c处于闭合时，如果要关断可控硅开关K_b，则在电流I₁过零点时才让可控硅开关K_b断开，这样能够有效保护可控硅开关K_b的使用寿命。

本方案只有在要向C相投入复合开关的可控硅开关K_b时才采用电压过零点时投入，只要复合开关上有电流的情况下都采用电流过零来进行投入或切除，大大提高了复合开关的使用寿命，可靠性较高，安全性较好。

本方案中，当可控硅开关K_b导通时，在磁保持继电器开关K_c还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关K_c也是导通的，即可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c此时同时处于导通状态。由于可控硅开关K_b支路具有电感L_a的导通电阻，显然磁保持继电器开关K_c支路的阻抗要远远小于可控硅开关K_b支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关K_c的电流大于流过可控硅开关K_b支路的电流。若磁保持继电器开关K_c不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。本方案从通过获取电感L_a支路的电流I₁过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关K_c的触点，让磁保持继电器开关K_c在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关K_c上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关K_c的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。

本方案的三相四线电能表当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，并且各个负载接口的供电相线可任意切换，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关。该三相四线电能表不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，结构简单，智能化程度高，可靠性好。本方案在投切复合开关时，通过获取电流过零点，再发出控制信号，断开或闭合复合开关的触点，切换电流小不易损坏复合开关的触点，有效地延长了复合开关的寿命。

作为优选，还包括与控制器连接的存储器。存储器便于存储三相四线电能表的信息，使用方便简单。

作为优选，还包括过滤器，过滤器串联连接在单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端之间的连线上。过滤器提高了隔离变压器输入的可靠性，进而使得隔离变压器输出的可靠性更高。

作为优选，隔离变压器的变比大于1.17。由于单相逆变电源输出的正弦电压的幅值最大只有输入电压的0.85倍，因此在滤波器的后边接上隔离变压器，变比大于1.17，以使切换三相四线电能表的输出电压幅值达到220V，提高了三相四线电能表的实用性和可靠性。

作为优选，还包括复合开关的精确过零投切控制方法，所述复合开关的精确过零投切控制方法如下：

(1-1)投入复合开关；

(1-1-1)当要向火线C投入复合开关时，先检测火线C上电压U_CN过零点时的准确时间点，当电压U_CN过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通；

(1-1-2)当可控硅开关K_b导通设定时间后，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合；

(1-1-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断，此时只由磁保持继电器开关K_c保持供电回路工作，至此完成复合开关向火线C的投入工作；

(1-2)切除复合开关；

(1-2-1)当要切除火线C上的复合开关时，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通，延时一段时间使可控硅开关K_b可靠导通；

(1-2-2)在可控硅开关K_b导通的情况下，再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；

(1-2-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断；至此复合开关已从火线C上完全切除。

本发明能够达到如下效果：

本发明三相四线电能表当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，智能化程度高，可靠性好。

附图说明

图1是本发明实施例切换前的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图2是本发明实施例切换过程中使隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图3是在图2的基础上让开关K43闭合，让开关K39断开时的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图4是本发明实施例一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相上的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图5是本发明控制器与各个开关的一种电路原理连接结构示意框图。

图6是本发明复合开关与控制器和C相相连接的一种电路原理连接结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：具有三相平衡调节的三相四线电能表，参见图1、图5所示，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块110，其特征在于，还包括节点J1、过滤器104和控制器107以及分别与控制器连接的三相平衡监测器101、一号电压采样电路102、单相逆变电源103、隔离变压器105、存储器106、二号电压采样电路108和接口功率监测器109。过滤器串联连接在单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端之间的连线上，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。隔离变压器的变比大于1.17。

还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，13≤i≤48。

还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接。节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接。

三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接。

单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K42与节点J6连接。

还包括分别与接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口201、二号负载接口202、三号负载接口203、四号负载接口204、五号负载接口205和六号负载接口206。

还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19。

节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K38、节点J17和二号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接。

节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，节点J11、开关K32和节点J19依次串联连接，节点J15、开关K36和节点J19依次串联连接，节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，节点J4、开关K19和节点J16依次串联连接，节点J9、开关K27和节点J16依次串联连接，节点J5、开关K20和节点J13依次串联连接，节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接。

节点J1、开关K43和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K44和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K45和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K46和节点J13依次串联连接，节点J1、开关K47和节点J10依次串联连接。节点J1、开关K48和节点J5依次串联连接。

所述开关K40、开关K41和关K42均为电路结构完全相同的复合开关；复合开关包括一号节点701、二号节点702、切换开关K_a、节点M_a、电感L_a、节点M_b、电容Ca、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、电容C₀、光电耦合器OPT、电阻R₀、自用电供电模块901、磁驱动电力路502和硅驱动电路503，切换开关K_a包括可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c，光电耦合器OPT包括发光二极管D₅和光敏三极管Q₀；可控硅开关K_b的一端和磁保持继电器开关K_c的一端分别连接在一号节点701上，在同一时间断面内一号节点701只能连接在A相、B相和C相这三相中的其中一相上；可控硅开关K_b的另一端、磁保持继电器开关K_c的另一端、电感L_a的一端、二极管D₁的正极端和二极管D₃的负极端都连接在节点M_a上，电感L_a的另一端、电容Ca的一端和电容C₀的一端都连接在节点M_b上，电容Ca的另一端连接在二号节点702上，二号节点702连接在零线N上，二极管D₂的正极端和二极管D₄的负极端都连接在电容C₀的另一端上，二极管D₁的负极端和二极管D₂的负极端都连接在发光二极管D₅的正极端上，二极管D₃的正极端和二极管D₄的正极端都连接在发光二极管D₅的负极端上，光敏三极管Q₀的发射极接地，光敏三极管Q₀的集电极分别与电阻R₀的一端和控制器连接，电阻R₀的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关K_b的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关K_c的控制端和控制器连接。

图6是本发明复合开关与控制器和C相相连接的一种电路原理连接结构示意图。复合开关与B相和C相的连接电路和复合开关与A相的连接电路相同。

本实施例在使用时，参见图1所示，假设在一般情况下，一号负载接口和二号负载接口都是由A相供电，三号负载接口和四号负载接口都是由B相供电，五号负载接口和六号负载接口都是由C相供电。

本实施例的三相平衡监测器在设定时间间隔内对三相四线电能表的A相、B相和C相进行功率平衡监测，并将监测的数据上传给控制器，控制器立即对三相平衡监测器上传的数据进行计算处理。如果控制器对三相平衡监测器上传的数据计算处理后出现任意两相功率的差大于设定值时，则找出当前功率最大的相线，若当前功率最大的相线为A相。

然后控制器就立即给接口功率监测器一个工作指令，接口功率监测器立即对一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口进行功率监测，并将监测结果上传控制器，控制器收到一至五号负载接口上传来的数据后立即进行计算处理。如果计算后得到将一号负载接口上的负载加到六号负载接口上或者加到六号负载接口上是最能让电网各相功率保持平衡的，那么在控制器的控制下就将一号负载接口的供电电源从A相切换到C相。

一号负载接口的供电电源从A相切换到C相的切换过程如下：

首先，参见图1所示，假设在切换前，开关K17、开关K18、开关K19、开关K20、开关K25、开关K26、开关K27、开关K28、开关K32、开关K33、开关K36、开关K37、开关K40、开关K41、开关K42、开关K43、开关K44、开关K45、开关K46、开关K47和开关K48都处于断开状态，开关K13、开关K14、开关K15、开关K16、开关K21、开关K22、开关K23、开关K24、开关K29、开关K30、开关K31、开关K34、开关K35、开关K38和开关K39都处于闭合状态。

然后，参见图1所示，一号电压采样电路的开关将A相接通，一号电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器。

然后，参见图1所示，开关K42闭合接通C相与单相逆变电源，单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成闭环控制，在控制器中产生SPWM的驱动信号，使单相逆变电源输出的电压波形经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。参见图2所示，当隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时，同时闭合开关K43和断开开关K39，此时一号负载接口上的供电电源状态还是和A相上的电源状态相同。

然后，参见图3所示，控制器采用移相控制，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与C相电压同幅值同相位时，并同时断开开关K43和闭合开关K17，此时一号负载接口上的供电电源状态就完全和C相上的电源状态相同，即此时一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相。

参见图4所示，最后将开关K42断开，使单相逆变电源被旁路退出，至此一次相位切换作业结束。其它负载接口切换原理相同。

在本实施例的复合开关中，电感L_a采用高频电感，电感L_a的电感为几十微亨。当可控硅开关K_b或磁保持继电器开关K_c导通瞬间，电容Ca的阻抗约为0，而由于电感L_a的存在，电感L_a在导通瞬间，其频率变化很大，电感L_a的阻抗也很大，抑制了电源导通瞬间的冲击电流；当电路正常工作时，由于电源频率为50Hz工频，则电感L_a的阻抗很小。

在电感L_a中，电感L_a的电压U_La超前电感L_a的电流I₁90度，即电感L_a的电流I₁落后电感L_a的电压U_La90度。

在电容C₀中，电容C₀的电流I₂超前电容C₀的电压U_C090度，即电容C₀的电压U_C0落后电容C₀的电流I₂90度。

电流I₁通过电感L_a、电容Ca形成闭合回路，则有电感L_a上的电压U_La超前电感L_a上的电流I₁90度。

当电感L_a的电压U_La在某个时刻的节点M_a点为正、节点M_b点为负时，则电流I₂从节点M_a点通过二极管D₁、发光二极管D₅、二极管D₄和电容C₀形成支路。

忽略二极管D₁、发光二极管D₅和二极管D₄的压降，显然有即U_La＝U_C0，即电感L_a的电压U_La等于电容C₀的电压U_C0。显然有电感L_a上的电压U_La滞后电容C₀上的电流I₂90度，从而有电容C₀上的电流I₂与电感L_a上的电流I₁互为反向，即电流I₂与电流I₁互为反向。U_CN是C相上的电压。

当电流I₂正向且大于发光二极管D₅发光的最小电流时，光电耦合器的输出信号U_IO即从高电平变为低电平，合理选择电容C₀，使电容C₀上的电流I₂正向过零点且能快速达到发光二极管D₅发光的最小电流。

当电流I₂正向过零点后，光电耦合器的输出信号U_IO即从高电平变为低电平，由于电流I₂与电流I₁反向，则有当光电耦合器的输出信号U_IO从低电平变为高电平时，电流I₁刚好处于正向过零点。因此光电耦合器的输出信号U_IO从低电平变为高电平时，即获得了电流I₁的过零点电流。当获得了电流I₁的过零点电流时，控制器即可立即给磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合信号。如果需要让磁保持继电器开关K_c断开，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；如果需要让磁保持继电器开关K_c闭合，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合。本实施例从通过获取电流过零点时的准确时间点，再根据该准确时间点对磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合的控制信号来使磁保持继电器开关K_c的触点断开或闭合，此时流过磁保持继电器开关K_c的电流小，在小电流时断开或闭合磁保持继电器开关K_c，使得磁保持继电器开关K_c的触点不易损坏。从而有效地延长了磁保持继电器开关K_c的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

在投入复合开关时，因为可控硅开关K_b导通的瞬间，由于电感L_a的电流抑制作用，不会发生大的冲击电流，又由于可控硅开关K_b的导通压降很小，且电感L_a在工频频率下阻抗很小，节点M_a和节点M_b两点间的压降较小，此时闭合磁保持继电器开关K_c，对磁保持继电器开关K_c的触点损害很小，从而有效地延长了控硅开关K_b的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

本实施例在可控硅开关K_b处于导通且磁保持继电器开关K_c处于闭合时，如果要关断可控硅开关K_b，则在电流I₁过零点时才让可控硅开关K_b断开，这样能够有效保护可控硅开关K_b的使用寿命。

本实施例只有在要向C相投入复合开关的可控硅开关K_b时才采用电压过零点时投入，只要复合开关上有电流的情况下都采用电流过零来进行投入或切除，大大提高了复合开关的使用寿命，可靠性较高，安全性较好。

还包括复合开关的精确过零投切控制方法，所述复合开关的精确过零投切控制方法如下：

(1-1)投入复合开关；

(1-1-1)当要向火线C投入复合开关时，先检测火线C上电压U_CN过零点时的准确时间点，当电压U_CN过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通；

(1-1-2)当可控硅开关K_b导通设定时间后，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合；

(1-1-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断，此时只由磁保持继电器开关K_c保持供电回路工作，至此完成复合开关向火线C的投入工作；

(1-2)切除复合开关；

(1-2-1)当要切除火线C上的复合开关时，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通，延时一段时间使可控硅开关K_b可靠导通；

(1-2-2)在可控硅开关K_b导通的情况下，再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；

(1-2-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断；至此复合开关已从火线C上完全切除。

本实施例中，当可控硅开关K_b导通时，在磁保持继电器开关K_c还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关K_c也是导通的，即可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c此时同时处于导通状态。由于可控硅开关K_b支路具有电感L_a的导通电阻，显然磁保持继电器开关K_c支路的阻抗要远远小于可控硅开关K_b支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关K_c的电流大于流过可控硅开关K_b支路的电流。若磁保持继电器开关K_c不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。本实施例从通过获取电感L_a支路的电流I₁过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关K_c的触点，让磁保持继电器开关K_c在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关K_c上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关K_c的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。

本实施例的三相四线电能表当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，并且各个负载接口的供电相线可任意切换，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关。该三相四线电能表不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，结构简单，智能化程度高，可靠性好。本实施例在投切复合开关时，通过获取电流过零点，再发出控制信号，断开或闭合复合开关的触点，切换电流小不易损坏复合开关的触点，有效地延长了复合开关的寿命。

上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。

Claims (5)

1.具有三相平衡调节的三相四线电能表，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块(110)，其特征在于，还包括节点J1和控制器(107)以及分别与控制器连接的三相平衡监测器(101)、一号电压采样电路(102)、单相逆变电源(103)、隔离变压器(105)、二号电压采样电路(108)和接口功率监测器(109)；单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接；

还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，13≤i≤48；

还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接；节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接；

三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接；

单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K42与节点J6连接；

还包括分别与所述接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口(201)、二号负载接口(202)、三号负载接口(203)、四号负载接口(204)、五号负载接口(205)和六号负载接口(206)；

还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19；

所述节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，所述节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K38、节点J17和二号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接；

所述节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，所述节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，所述节点J11、开关K32和节点J19依次串联连接，所述节点J15、开关K36和节点J19依次串联连接，所述节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，所述节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，所述节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，所述节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，所述节点J4、开关K19和节点J16依次串联连接，所述节点J9、开关K27和节点J16依次串联连接，所述节点J5、开关K20和节点J13依次串联连接，所述节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接；

所述节点J1、开关K43和节点J19依次串联连接，所述节点J1、开关K44和节点J17依次串联连接，所述节点J1、开关K45和节点J16依次串联连接，所述节点J1、开关K46和节点J13依次串联连接，所述节点J1、开关K47和节点J10依次串联连接；所述节点J1、开关K48和节点J5依次串联连接；

所述开关K40、开关K41和关K42均为电路结构完全相同的复合开关；所述复合开关包括一号节点(701)、二号节点(702)、切换开关K_a、节点M_a、电感L_a、节点M_b、电容Ca、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、电容C₀、光电耦合器OPT、电阻R₀、自用电供电模块(901)、磁驱动电力路(502)和硅驱动电路(503)，切换开关K_a包括可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c，所述光电耦合器OPT包括发光二极管D₅和光敏三极管Q₀；所述可控硅开关K_b的一端和磁保持继电器开关K_c的一端分别连接在一号节点(701)上，在同一时间断面内所述一号节点(701)只能连接在A相、B相和C相这三相中的其中一相上；所述可控硅开关K_b的另一端、磁保持继电器开关K_c的另一端、电感L_a的一端、二极管D₁的正极端和二极管D₃的负极端都连接在节点M_a上，所述电感L_a的另一端、电容Ca的一端和电容C₀的一端都连接在节点M_b上，所述电容Ca的另一端连接在二号节点(702)上，所述二号节点(702)连接在零线N上，所述二极管D₂的正极端和二极管D₄的负极端都连接在电容C₀的另一端上，二极管D₁的负极端和二极管D₂的负极端都连接在发光二极管D₅的正极端上，二极管D₃的正极端和二极管D₄的正极端都连接在发光二极管D₅的负极端上，所述光敏三极管Q₀的发射极接地，所述光敏三极管Q₀的集电极分别与电阻R₀的一端和控制器连接，电阻R₀的另一端与自用电供电模块连接，所述硅驱动电路分别与可控硅开关K_b的控制端和控制器连接，所述磁驱动电路分别与磁保持继电器开关K_c的控制端和控制器连接。

2.根据权利要求1所述的具有三相平衡调节的三相四线电能表，其特征在于，还包括与控制器连接的存储器(106)。

3.根据权利要求1所述的具有三相平衡调节的三相四线电能表，其特征在于，还包括过滤器(104)，过滤器串联连接在单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端之间的连线上。

4.根据权利要求1所述的具有三相平衡调节的三相四线电能表，其特征在于，隔离变压器的变比大于1.17。

5.根据权利要求1所述的具有三相平衡调节的三相四线电能表，其特征在于，包括复合开关的精确过零投切控制方法，所述复合开关的精确过零投切控制方法如下：

(1-1)投入复合开关；

(1-1-1)当要向火线C投入复合开关时，先检测火线C上电压U_CN过零点时的准确时间点，当电压U_CN过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通；

(1-1-2)当可控硅开关K_b导通设定时间后，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合；

(1-1-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断，此时只由磁保持继电器开关K_c保持供电回路工作，至此完成复合开关向火线C的投入工作；

(1-2)切除复合开关；

(1-2-1)当要切除火线C上的复合开关时，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通，延时一段时间使可控硅开关K_b可靠导通；

(1-2-2)在可控硅开关K_b导通的情况下，再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；

(1-2-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断；至此复合开关已从火线C上完全切除。