CN109904864A - 一种自决策型三相自平衡负荷切换开关及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电能质量优化设备技术领域，更具体涉及一种自决策型三相自平衡负荷切换开关及其应用方法，提供一种自决策型三相自平衡负荷切换开关，包括开关主体、底座和智能处理系统，所述开关主体通过螺纹结构安装在底座上，所述智能处理系统包括用于控制整个切换开关动态的单片机、电流传感器、磁保持继电器、若干个换相开关，所述单片机与电流传感器、磁保持继电器均电连接，所述磁保持继电器与若干个换相开关电连接。本发明通过设置，能够实现不同相之间的无扰动换相，换相时间小于20ms，能够确保负荷的连续供电不受影响，该自决策型三相自平衡负荷切换开关设计合理，能够有效的改善配电台区三相不平衡问题，具有雷击等故障警报功能。

Description

一种自决策型三相自平衡负荷切换开关及其应用方法

技术领域

本发明涉及电能质量优化设备技术领域，更具体涉及一种自决策型三相自平衡负荷切换开关及其应用方法。

背景技术

近年来，电能质量问题已提到了一些经济发达国家或地区电力公司的议事日程，当前在配电网一次网架结构不完善的情况下，通过二次系统的弥补一次系统的不足，是一种经济可行的方案，电能质量十分重要，解决用户电能质量问题具有非常重要的意义，三相不平衡问题是电能质量问题之一，它早己被发现，但是具体三相不平衡对电力系统带来的危害有多大，会给系统带来多大的损失，这方面的研究还是欠缺，并且随着通信和电力电子等高新技术的发展和应用，使电力网络三相不平衡的原因更加复杂化，至于对三相不平衡的控制措施目前已经存在一些，主要是通过调节无功的方式和加消弧线圈的方式，但这两种方式目前解决问题的效果不佳：通过调节无功的方式进行补偿时经常出现谐波放大等问题，使补偿效果不佳，加消弧线圈只能起到削减电容电流的作用，对解决三相不平衡问题没有实质的意义，有时反而使三相不平衡度增大，因此系统中还是大量存在三相不平衡的问题，目前还没有找到比较理想的手段和方法来处理三相不平衡问题，为此，本发明提供一种自决策型三相自平衡负荷切换开关。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的缺点与不足，提供一种自决策型三相自平衡负荷切换开关及其应用方法，通过设置，该自决策型三相自平衡负荷切换开关设计合理，能够有效的改善配电台区三相不平衡问题，具有雷击等故障警报功能。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

提供一种自决策型三相自平衡负荷切换开关，包括开关主体、底座和智能处理系统，所述开关主体通过螺纹结构安装在底座上，所述智能处理系统包括用于控制整个切换开关动态的单片机、电流传感器、磁保持继电器、若干个换相开关，所述单片机与电流传感器、磁保持继电器均电连接，所述磁保持继电器与若干个换相开关电连接。

本发明提供一种自决策型三相自平衡负荷切换开关及其应用方法，通过设置，根据不同不平衡度，单片机通过磁保持继电器控制各个换相开关延时打开，或者根据换相开关所带负荷不同，通过磁保持继电器控制各个换相开关优先打开顺序，将磁保持继电器作为负荷分配的执行元件，能够实现不同相之间的无扰动换相，换相时间小于20ms，能够确保负荷的连续供电不受影响，该自决策型三相自平衡负荷切换开关设计合理，能够有效的改善配电台区三相不平衡问题，具有雷击等故障警报功能。

优选地, 所述智能处理系统包括GPS定位器、警示灯、无线收发器、蓄电池和两个电源开关，所述单片机与GPS定位器、警示灯、无线收发器、电源开关均电连接，所述电源开关与蓄电池电连接。

优选地, 所述单片机、电流传感器、磁保持继电器、蓄电池均安装在开关主体内，所述GPS定位器和无线收发器集成在单片机上，若干个换相开关分别安装在开关主体的顶部与底部。

优选地, 所述开关主体的前侧安装有启动开关，所述底座的边角处固定连接有固定座，所述固定座上开设有螺孔，所述螺孔内通过外螺纹与内螺纹配合安装有固定螺栓。

优选地, 所述固定螺栓包括外螺栓和内螺栓，所述外螺栓上开设有膨胀孔，所述内螺栓的一端通过外螺纹与内螺纹配合安装在膨胀孔内，所述外螺栓的一端设置有弹片。

本发明还提供一种根据所述的一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的应用方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：数据统计；开展电网台区三相不平衡问题调研，结合台区三相不平衡度统计数据，对台区进行分类，根据台区分类整理出台区与负载的对应关系，深入开展台区普遍性电能质量问题的调研，调研台区三相不平衡问题成因，结合统计数据分类台区的负荷特性，结合调研结果，分析三相不平衡与其他电能质量的联系，给出三相不平衡治理的指导方案，并对用电信息采集系统历史数据进行整合与分析，结合本台区的三相不平衡的普遍特点，考虑在前期搜集台区资料现状的时候，选取典型台区，事先将台区的复杂接线情况了解清楚，通过画图模拟与仿真的技术手段，达到对协调控制效果的有效掌控；

步骤二：线路抗阻计算；根据低压末端换相开关不同时刻采集的电压、电流数据，获取线路阻抗；

步骤三：低压潮流仿真；当台区首出现不平衡时，用电末端的阻抗及压差均会出现变化，根据所计算的线路阻抗，通过低压潮流仿真技术，得出台区首端不平衡度与线路末端阻抗及相间压差的数学关系，预算本支路换相后的各相电压值，得出线路阻抗及相间压差的换相判据；

步骤四：负荷预测；根据步骤一中的数据统计结果得出台区的负荷预测；

步骤五：自决策控制策略制定；结合台区的负荷预测，得出基于相间电压差的换相时间自适应整定方法，根据不同不平衡度，给出不同动作延时，或者根据换相开关所带负荷不同，给出动作优先级，形成三相不平衡开关负荷切换的自决策型控制策略；

步骤六：三相平衡；根据不同不平衡度，单片机通过磁保持继电器控制各个换相开关延时打开，或者根据换相开关所带负荷不同，通过磁保持继电器控制各个换相开关优先打开顺序，将磁保持继电器作为负荷分配的执行元件，能够实现不同相之间的无扰动换相，换相时间小于20ms，能够确保负荷的连续供电不受影响。

优选地，所述蓄电池通过电线与其中一个电源开关连接，电源开关通过充电电路与换相开关电性连接。

优选地，所述蓄电池通过电线与另一个电源开关连接，所述电源开关通过供电电路分别与GPS定位器、磁保持继电器、警示灯和无线收发器电性连接。

优选地，所述单片机通过指令电路分别与磁保持继电器、警示灯、无线收发器和电源开关电性连接。

优选地，所述磁保持继电器通过执行电路与若干个换相开关电性连接，所述执行电路上串联有保险丝，所述电流传感器用于监测执行电路中的电流。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明的一种自决策型三相自平衡负荷切换开关及其方法，包括开关主体、底座、启动开关、固定座、固定螺栓、外螺栓、内螺栓、膨胀孔、弹片、单片机、电流传感器、GPS定位器、磁保持继电器、换相开关、警示灯、无线收发器、蓄电池和电源开关；

1.本发明从实际应用角度出发，在理论分析方面，通过探究配电变压器损耗的形成原因及影响因素，分析三相不平衡、无功负荷、中线电流对动态损耗的影响，研制不依赖于通讯的自决策型三相自平衡负荷切换开关，实现快速的三相不平衡治理，在试验论证方面，基于在上述方法上，以克服传统三相不平衡治理技术局限、快速实现三相不平衡治理为目标，从实际应用角度出发，根据低压台区负载分布的特点，研究出了不依赖通讯的三相不平衡开关负荷切换的自决策型控制策略，能够实现快速的三相不平衡治理，提供了一套完整解决方案，是提高配电网电能质量、降低配台区损耗的最经济、最有效手段，可大幅度提升配电台区的节能降损技术水平，大幅度提高配电网电压合格率，平衡有功负载，提高电能质量，减少因电能质量问题引起的投诉，从而改善电能质量，提高配电变压器绝缘水平和使用寿命，实现能源的充分利用。

2.此自决策型三相自平衡负荷切换开关将磁保持继电器作为负荷分配的执行元件，可以实现不同相之间的无扰动换相，换相时间小于20ms，能够确保负荷的连续供电不受影响，当雷击发生时，具有发送地理位置的功能，有利于维修的进行。

此自决策型三相自平衡负荷切换开关首次提出三相不平衡开关负荷切换的自决策型控制策略，通过动态调节控制，能够有效的降低三相不平衡度，提高整个电网的安全、稳定、经济运行的水平，电压合格率的提高和电能质量的改善将提升电网企业的自身形象和声誉，与此同时，降低广大用户因谐波源问题、低电压问题等导致的直接、间接经济损失，能够避免出现同步投切造成的震荡及新的三相不平衡问题。

附图说明

图1为本发明一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的结构示意图；

图2为本发明一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的剖面示意图；

图3为本发明一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的固定螺栓结构示意图；

图4为本发明一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的固定螺栓剖面示意图；

图5为本发明一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的智能处理系统示意图；

图6为本发明一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的步骤流程图；

图中：1-开关主体、2-底座、3-启动开关、4-固定座、5-固定螺栓、6-外螺栓、7-内螺栓、8-膨胀孔、9-弹片、10-单片机、11-电流传感器、12-GPS定位器、13-磁保持继电器、14-换相开关、15-警示灯、16-无线收发器、17-蓄电池、18-电源开关。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1至图6为一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的第一实施例，包括开关主体1、底座2和智能处理系统，开关主体1通过螺纹结构安装在底座2上，智能处理系统包括用于控制整个切换开关动态的单片机10、电流传感器11、磁保持继电器13、若干个换相开关14，所述单片机10与电流传感器11、磁保持继电器13均电连接，磁保持继电器13与若干个换相开关14电连接。

其中, 智能处理系统包括GPS定位器12、警示灯15、无线收发器16、蓄电池17和两个电源开关18，单片机10与GPS定位器12、警示灯15、无线收发器16、电源开关18均电连接，所述电源开关18与蓄电池17电连接。

另外, 单片机10、电流传感器11、磁保持继电器13、蓄电池17均安装在开关主体1内，所述GPS定位器12和无线收发器16集成在单片机10上，若干个换相开关14分别安装在开关主体1的顶部与底部。

其中, 开关主体1的前侧安装有启动开关3，底座2的边角处固定连接有固定座4，固定座4上开设有螺孔，所述螺孔内通过外螺纹与内螺纹配合安装有固定螺栓5。

另外, 固定螺栓5包括外螺栓6和内螺栓7，外螺栓6上开设有膨胀孔8，内螺栓7的一端通过外螺纹与内螺纹配合安装在膨胀孔8内，外螺栓6的一端设置有弹片9。

具体地：本发明一种自决策型三相自平衡负荷切换开关，包括开关主体1、底座2和智能处理系统，开关主体1通过螺钉安装在底座2上，开关主体1的前侧安装有启动开关3，底座2的边角处固定连接有固定座4，固定座4上开设有螺孔，螺孔内通过外螺纹与内螺纹配合安装有固定螺栓5，固定螺栓5包括外螺栓6和内螺栓7，外螺栓6上开设有膨胀孔8，内螺栓7的一端通过外螺纹与内螺纹配合安装在膨胀孔8内，外螺栓6的一端设置有弹片9，智能处理系统包括单片机10、电流传感器11、GPS定位器12、磁保持继电器13、若干个换相开关14、警示灯15、无线收发器16、蓄电池17和2个电源开关18，所述警示灯15安装在开关主体1的前侧，所述单片机10、电流传感器11、磁保持继电器13、蓄电池17均安装在开关主体1内，所述GPS定位器12和无线收发器16集成在单片机10上，若干个所述换相开关14分别安装在开关主体1的顶部与底部。

实施例二

如图1至图6为一种自决策型三相自平衡负荷切换开关应用方法的实施例，本实施例为基于实施例一的自决策型三相自平衡负荷切换开关的应用方法，具体步骤如下：

步骤一：数据统计；开展电网台区三相不平衡问题调研，结合台区三相不平衡度统计数据，对台区进行分类，根据台区分类整理出台区与负载的对应关系，深入开展台区普遍性电能质量问题的调研，调研台区三相不平衡问题成因，结合统计数据分类台区的负荷特性，结合调研结果，分析三相不平衡与其他电能质量的联系，给出三相不平衡治理的指导方案，并对用电信息采集系统历史数据进行整合与分析，结合本台区的三相不平衡的普遍特点，考虑在前期搜集台区资料现状的时候，选取典型台区，事先将台区的复杂接线情况了解清楚，通过画图模拟与仿真的技术手段，达到对协调控制效果的有效掌控；

步骤二：线路抗阻计算；根据低压末端换相开关不同时刻采集的电压、电流数据，获取线路阻抗；

步骤三：低压潮流仿真；当台区首出现不平衡时，用电末端的阻抗及压差均会出现变化，根据所计算的线路阻抗，通过低压潮流仿真技术，得出台区首端不平衡度与线路末端阻抗及相间压差的数学关系，预算本支路换相后的各相电压值，得出线路阻抗及相间压差的换相判据；

步骤四：负荷预测；根据步骤一中的数据统计结果得出台区的负荷预测；

步骤五：自决策控制策略制定；结合台区的负荷预测，得出基于相间电压差的换相时间自适应整定方法，根据不同不平衡度，给出不同动作延时，或者根据换相开关14所带负荷不同，给出动作优先级，形成三相不平衡开关负荷切换的自决策型控制策略；

步骤六：三相平衡；根据不同不平衡度，单片机10通过磁保持继电器13控制各个换相开关14延时打开，或者根据换相开关14所带负荷不同，通过磁保持继电器13控制各个换相开关14优先打开顺序，将磁保持继电器13作为负荷分配的执行元件，能够实现不同相之间的无扰动换相，换相时间小于20ms，能够确保负荷的连续供电不受影响。

其中，蓄电池17通过电线与其中一个电源开关18连接，电源开关18通过充电电路与换相开关14电性连接。

另外，蓄电池17通过电线与另一个电源开关18连接，电源开关18通过供电电路分别与GPS定位器12、磁保持继电器13、警示灯15和无线收发器16电性连接。

其中，单片机10通过指令电路分别与磁保持继电器13、警示灯15、无线收发器16和电源开关18电性连接。

另外，磁保持继电器13通过执行电路与若干个换相开关14电性连接，所述执行电路上串联有保险丝，电流传感器11用于监测执行电路中的电流。

具体的工作原理如下：

在使用此自决策型三相自平衡负荷切换开关时，首先进行数据统计，开展电网台区三相不平衡问题调研，结合台区三相不平衡度统计数据，对台区进行分类，根据台区分类整理出台区与负载的对应关系，深入开展台区普遍性电能质量问题的调研，调研台区三相不平衡问题成因，结合统计数据分类台区的负荷特性，结合调研结果，分析三相不平衡与其他电能质量的联系，给出三相不平衡治理的指导方案，并对用电信息采集系统历史数据进行整合与分析，结合本台区的三相不平衡的普遍特点，考虑在前期搜集台区资料现状的时候，选取典型台区，事先将台区的复杂接线情况了解清楚，通过画图模拟与仿真的技术手段，达到对协调控制效果的有效掌控，线路抗阻计算，根据低压末端换相开关不同时刻采集的电压、电流数据，获取线路阻抗。

当台区首出现不平衡时，用电末端的阻抗及压差均会出现变化，根据所计算的线路阻抗，通过低压潮流仿真技术，得出台区首端不平衡度与线路末端阻抗及相间压差的数学关系，预算本支路换相后的各相电压值，得出线路阻抗及相间压差的换相判据，根据上述数据统计结果得出台区的负荷预测，结合台区的负荷预测，得出基于相间电压差的换相时间自适应整定方法。

根据不同不平衡度，给出不同动作延时，或者根据换相开关14所带负荷不同，给出动作优先级，形成三相不平衡开关负荷切换的自决策型控制策略，投入使用时，通过固定座4和固定螺栓5配合将此自决策型三相自平衡负荷切换开关安装好，内螺栓7将外螺栓6的弹片9撑起，使其固定牢靠，避免脱落，将线路接入换相开关14，打开启动开关3，根据不同不平衡度，单片机10通过磁保持继电器13控制各个换相开关14延时打开，或者根据换相开关14所带负荷不同，通过磁保持继电器13控制各个换相开关14优先打开顺序，将磁保持继电器13作为负荷分配的执行元件，能够实现不同相之间的无扰动换相，换相时间小于20ms，能够确保负荷的连续供电不受影响。

外部线路为蓄电池17充电，蓄电池17为整个装置提供电能，电流传感器11用于监测磁保持继电器13和换相开关14之间的电流，00，当雷击发生时，磁保持继电器13和换相开关14之间的保险丝烧断，电流消失，单片机10控制无线收发器16将GPS定位器12监测的地理位置信息发送到外部相应系统，并控制警示灯15亮起，以便维修人员能够快速准确的确定雷击位置进行相应的维修，此自决策型三相自平衡负荷切换开关首次提出三相不平衡开关负荷切换的自决策型控制策略，通过动态调节控制，能够有效的降低三相不平衡度，提高整个电网的安全、稳定、经济运行的水平，电压合格率的提高和电能质量的改善将提升电网企业的自身形象和声誉，与此同时，降低广大用户因谐波源问题、低电压问题等导致的直接、间接经济损失，能够避免出现同步投切造成的震荡及新的三相不平衡问题，该自决策型三相自平衡负荷切换开关设计合理，能够有效的改善配电台区三相不平衡问题，具有雷击等故障警报功能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自决策型三相自平衡负荷切换开关，包括开关主体（1）、底座（2）和智能处理系统，其特征在于，所述开关主体（1）通过螺纹结构安装在底座（2）上，所述智能处理系统包括用于控制整个切换开关动态的单片机（10）、电流传感器（11）、磁保持继电器（13）、若干个换相开关（14），所述单片机（10）与电流传感器（11）、磁保持继电器（13）均电连接，所述磁保持继电器（13）与若干个换相开关（14）电连接。

2.根据权利要求1所述自决策型三相自平衡负荷切换开关，其特征在于, 所述智能处理系统包括GPS定位器（12）、警示灯（15）、无线收发器（16）、蓄电池（17）和两个电源开关（18），所述单片机（10）与GPS定位器（12）、警示灯（15）、无线收发器（16）、电源开关（18）均电连接，所述电源开关（18）与蓄电池（17）电连接。

3.根据权利要求2所述自决策型三相自平衡负荷切换开关，其特征在于, 所述单片机（10）、电流传感器（11）、磁保持继电器（13）、蓄电池（17）均安装在开关主体（1）内，所述GPS定位器（12）和无线收发器（16）集成在单片机（10）上，若干个换相开关（14）分别安装在开关主体（1）的顶部与底部。

4.根据权利要求1所述自决策型三相自平衡负荷切换开关，其特征在于, 所述开关主体（1）的前侧安装有启动开关（3），所述底座（2）的边角处固定连接有固定座（4），所述固定座（4）上开设有螺孔，所述螺孔内通过外螺纹与内螺纹配合安装有固定螺栓（5）。

5.根据权利要求4所述自决策型三相自平衡负荷切换开关，其特征在于, 所述固定螺栓（5）包括外螺栓（6）和内螺栓（7），所述外螺栓（6）上开设有膨胀孔（8），所述内螺栓（7）的一端通过外螺纹与内螺纹配合安装在膨胀孔（8）内，所述外螺栓（6）的一端设置有弹片（9）。

6.一种根据权利要求1至5任一项所述的一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的应用方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：数据统计；开展电网台区三相不平衡问题调研，结合台区三相不平衡度统计数据，对台区进行分类，根据台区分类整理出台区与负载的对应关系，深入开展台区普遍性电能质量问题的调研，调研台区三相不平衡问题成因，结合统计数据分类台区的负荷特性，结合调研结果，分析三相不平衡与其他电能质量的关系，指定出三相不平衡治理的指导方案，并对用电信息采集系统历史数据进行整合与分析，结合本台区的三相不平衡的普遍特点，考虑在前期搜集台区资料现状的时候，选取典型台区，将台区的复杂接线情况进行反馈，通过画图模拟与仿真的技术手段，达到对协调控制效果的有效掌控；

步骤二：线路抗阻计算；根据低压末端换相开关不同时刻采集的电压、电流数据，获取线路阻抗；

步骤三：低压潮流仿真；当台区首出现不平衡时，用电末端的阻抗及压差均会出现变化，根据所计算的线路阻抗，通过低压潮流仿真技术，得出台区首端不平衡度与线路末端阻抗及相间压差的数学关系，预算本支路换相后的各相电压值，得出线路阻抗及相间压差的换相判据；

步骤四：负荷预测；根据步骤一中的数据统计结果得出台区的负荷预测；

步骤五：自决策控制策略制定；结合台区的负荷预测，得出基于相间电压差的换相时间自适应整定方法，根据不同不平衡度，给出不同动作延时，或者根据换相开关（14）所带负荷不同，给出动作优先级，形成三相不平衡开关负荷切换的自决策型控制策略；

步骤六：三相平衡；根据不同不平衡度，单片机（10）通过磁保持继电器（13）控制各个换相开关（14）延时打开，或者根据换相开关（14）所带负荷不同，通过磁保持继电器（13）控制各个换相开关（14）优先打开顺序，将磁保持继电器（13）作为负荷分配的执行元件，进行不同相之间的无扰动换相，换相时间小于20ms，确保负荷的连续稳定供电。

7.根据权利要求6所述的一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的应用方法，其特征在于，所述蓄电池（17）通过电线与其中一个电源开关（18）连接，电源开关（18）通过充电电路与换相开关（14）电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的应用方法，其特征在于，所述蓄电池（17）通过电线与另一个电源开关（18）连接，所述电源开关（18）通过供电电路分别与GPS定位器（12）、磁保持继电器（13）、警示灯（15）和无线收发器（16）电性连接。

9.根据权利要求8所述的一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的应用方法，其特征在于，所述单片机（10）通过指令电路分别与磁保持继电器（13）、警示灯（15）、无线收发器（16）和电源开关（18）电性连接。

10.根据权利要求6至9任一项所述的一种自决策型三相自平衡负荷切换开关的应用方法，其特征在于，所述磁保持继电器（13）通过执行电路与若干个换相开关（14）电性连接，所述执行电路上串联有保险丝，所述电流传感器（11）用于监测执行电路中的电流。