CN110098627A

CN110098627A - 一种换相装置、方法、系统及三相功率平衡方法、系统

Info

Publication number: CN110098627A
Application number: CN201910522344.1A
Authority: CN
Inventors: 石磊; 王清华
Original assignee: Chongqing Daqo Tailai Electric Co Ltd
Current assignee: Chongqing Daqo Tailai Electric Co Ltd
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2019-08-06
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: CN110098627B

Abstract

本申请公开了一种换相装置，包括三个与三相交流电网中的三条供电线路一一对应的换相单元，每个所述换相单元均包括二极管、第一开关和第二开关，其中：所述二极管的导通方向为预设电流方向；所述二极管与所述第一开关串联后与所述第二开关并联；所述第二开关的第一端与对应供电线路连接，第二端连接公共负载。可见，本申请中公共负载通过三个换相单元分别与三条供电线路连接，换相单元之间可以通过第一开关、第二开关的动作以及二极管本身的特性实现换相，同时保证三相交流电网对公共负载的供电不中断，公共负载的电压波形连续，没有瞬时跳变。相应的，本申请还公开了一种换相方法、系统及三相功率平衡方法、系统。

Description

一种换相装置、方法、系统及三相功率平衡方法、系统

技术领域

本发明涉及电气设备应用领域，特别涉及一种换相装置、方法、系统及三相功率平衡方法、系统。

背景技术

三相不平衡指电力系统中三相电流或电压幅值不一致，且幅值超过规定范围。在低压三相四线制的配电网系统中，大部分配电变压器均采用三相变压器，变压器出口三相负荷理论上应该达到对称，但是由于用户负荷类型多为单相负荷，或单相负荷与三相负荷混用，负荷分布不均衡以及大功率单相负荷用电的不同时性，使得三相负荷不平衡，供电质量降低，电网与电气设备安全运行受到严重威胁。

为了解决三相不平衡的问题，现有技术存在一种换相方法如图1所示，这种方法在初始状态下可根据需要任意接入A、B、C相，但是从某一相切换到另一相时必须先回到初始状态再接入另一相，在这个换相过程中会短暂的断电情况，约为6～14ms，这种断电会给配电设备带来较大的冲击，同时影响用电设备正常工作，灯光会出现闪烁，导致敏感电子设备工作异常。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种换相时供电不中断的换相装置、方法、系统及三相功率平衡方法、系统。其具体方案如下：

一种换相装置，包括三个与三相交流电网中的三条供电线路一一对应的换相单元，每个所述换相单元均包括二极管、第一开关和第二开关，其中：

所述二极管的导通方向为预设电流方向；

所述二极管与所述第一开关串联后与所述第二开关并联；

所述第二开关的第一端与对应供电线路连接，第二端连接公共负载。

优选的，所述预设电流方向为由对应供电线路流向所述公共负载。

优选的，所述预设电流方向为由所述公共负载流向对应供电线路。

相应的，本发明还公开了一种换相方法，应用于上述任一项所述换相装置，包括：

当初始供电线路通过初始换相单元中第二开关的初始电流与预设电流方向相反，闭合所述初始换相单元中第一开关，等待至所述初始电流与所述预设电流方向相同，断开所述初始换相单元中第二开关并闭合目标换相单元中第一开关，等待至所述初始电流经过所述初始供电线路与所述目标供电线路的自然换相点后，断开所述初始换相单元中第一开关并闭合所述目标换相单元中第二开关；

其中，所述初始换相单元为与所述初始供电线路连接的换相单元，所述目标换相单元为与所述目标供电线路连接的换相单元。

优选的，所述断开所述初始换相单元中第一开关并闭合所述目标换相单元中第二开关之后还包括：

等待至所述目标供电线路的目标电流与所述预设电流方向相反，断开所述目标换相单元中第一开关。

相应的，本发明还公开了一种换相系统，包括：

如上文任一项所述换相装置；

换相存储器，用于存储换相程序；

换相处理器，用于执行所述换相程序时实现如上文任一项所述换相方法的步骤。

相应的，本发明还公开了一种三相功率平衡方法，包括：

获取三相交流电网中每一相负载的功率；

利用如上文所述换相系统转移所述负载，使三相所述负载的功率的平衡度在预设范围内。

优选的，所述获取三相交流电网中每一项负载的功率之前，还包括：

获取三相交流电网中换相装置的位置分布；

所述获取三相交流电网中每一相负载的功率之后，还包括：

根据所述位置分布，确认三相交流电网中每一相可换相负载的功率和非换相负载的功率；

所述利用换相系统转移所述负载，使三相所述负载的功率的平衡度在预设范围内的过程，具体包括：

利用换相系统转移所述可换相负载，使三相所述可换相负载和所述非换相负载的总功率的平衡度在预设范围内。

优选的，所述获取三相交流电网中每一相负载的功率的过程，具体包括：

获取三相交流电网中每一相负载的运行参数，以确定对应的功率。

相应的，本发明还公开了一种三相功率平衡系统，包括：

一个或多个如上文所述的一种换相系统；

主存储器，用于存储功率平衡程序；

主处理器，用于执行所述功率平衡程序时实现如上文任一项所述三相功率平衡方法的步骤。

本发明公开了一种换相装置，包括三个与三相交流电网中的三条供电线路一一对应的换相单元，每个所述换相单元均包括二极管、第一开关和第二开关，其中：所述二极管的导通方向为预设电流方向；所述二极管与所述第一开关串联后与所述第二开关并联；所述第二开关的第一端与对应供电线路连接，第二端连接公共负载。可见，本发明中公共负载通过三个换相单元分别与三条供电线路连接，换相单元之间可以通过第一开关、第二开关的动作以及二极管本身的特性实现换相，同时保证三相交流电网对公共负载的供电不中断，公共负载的电压波形连续，没有瞬时跳变，解决了现有技术中灯光闪烁、敏感电子设备工作异常的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种换相方法的动作示意图；

图2为本发明实施例中一种换相装置的结构分布图；

图3为本发明实施例中一种换相方法的步骤流程图；

图4为本发明实施例中一种换相过程的波形示意图；

图5为本发明实施例中一种换相系统的结构分布图；

图6为本发明实施例中一种三相功率平衡方法的步骤流程图；

图7为本发明实施例中一种具体的三相功率平衡方法的步骤流程图；

图8为本发明实施例中一种三相功率平衡系统的结构分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种换相装置，参见图2所示，包括三个与三相交流电网中的三条供电线路A、B、C一一对应的换相单元As、Bs、Cs，每个所述换相单元均包括二极管XD、第一开关X1和第二开关X2，X＝A、B或C，其中：

所述二极管XD的导通方向为预设电流方向；

所述二极管XD与所述第一开关X1串联后与所述第二开关X2并联；

所述第二开关X2的第一端与对应供电线路连接，第二端连接公共负载。

其中，这里的第一开关X1和第二开关X2一般选择继电器或可控开关管。

其中，三个换相单元中二极管XD和第一开关X1串联后连接于对应的供电线路与公共负载之间，但是具体的二极管XD和第一开关X1的先后顺序没有必须的规定，可以由二极管XD与公共负载连接，也可以由第一开关X1与公共负载连接。

具体的，三个换相单元中的二极管XD均保持同一个导通方向，二极管XD朝向公共负载的一端可以均为阳极，也可以均为阴极，因此所述预设电流方向可以为由对应供电线路流向所述公共负载，还可以为由所述公共负载流向对应供电线路。可以理解的是，图2中的换相装置以阳极朝向公共负载为例。

本发明实施例公开了一种换相装置，包括三个与三相交流电网中的三条供电线路一一对应的换相单元，每个所述换相单元均包括二极管、第一开关和第二开关，其中：所述二极管的导通方向为预设电流方向；所述二极管与所述第一开关串联后与所述第二开关并联；所述第二开关的第一端与对应供电线路连接，第二端连接公共负载。可见，本发明中公共负载通过三个换相单元分别与三条供电线路连接，换相单元之间可以通过第一开关、第二开关的动作以及二极管本身的特性实现换相，同时保证三相交流电网对公共负载的供电不中断，公共负载的电压波形连续，没有瞬时跳变，解决了现有技术中灯光闪烁、敏感电子设备工作异常的问题。

相应的，本发明实施例还公开了一种换相方法，应用于上述所述换相装置，参见图3所示，包括：

S11：当初始供电线路通过初始换相单元中第二开关的初始电流与预设电流方向相反，闭合所述初始换相单元中第一开关；

可以理解的，在本实施例的动作实施之前，初始换相单元中第二开关闭合，初始供电线路通过该第二开关向公共负载供电；

S12：等待至所述初始电流与所述预设电流方向相同，断开所述初始换相单元中第二开关并闭合目标换相单元中第一开关；

S13：等待至所述初始电流经过所述初始供电线路与所述目标供电线路的自然换相点后，断开所述初始换相单元中第一开关并闭合所述目标换相单元中第二开关；

具体的，以图4的波形图为例，配合图2的换相装置，此时预设电流方向对应供电线路电压为正的时刻，设定初始供电线路为A，目标供电线路为B，初始换相单元为As，目标换相单元为Bs，线路A电压零点对应时间点为t1，线路B电压零点对应时间点为t2，线路A与线路B在电压为正时的交点为自然换相点tc。

对应步骤S11，当线路A电压U_A为负，闭合第一开关A1；实际上，在此之前，第二开关A2保持闭合，线路A一直通过第二开关A2向公共负载供电。对应S12，等待至时间轴t1点，线路A电压U_A为正，此时线路A通过第一开关A1和第二开关A2向公共负载供电，然后断开第二开关A2并闭合换相单元Bs中的第一开关B1，此时二极管AD和BD的两端均连接了供电线路和公共负载，但是在t1到自然换相点tc之间，线路A的电压U_A高于线路B的电压U_B，因此只有二极管AD导通、二极管BD未导通，而自然换相点tc之后，线路A的电压U_A低于线路B的电压U_B，使得二极管AD断开、二极管BD导通，实际上完成了公共负载的供电线路由线路A切换到线路B的动作，实际上，这一切换动作建立在线路A和B断开了第二开关A2和B2，只通过二极管AD和BD连接公共负载，而二极管AD和BD根据两线路的具体压差会自动改变导通状态，在自然换相点tc实现自动关断或导通。由于通过公共负载的电流波形没有中断和跳变，又称为此换相动作为无忧换相。对应步骤S13，等待至自然换相点tc后，断开初始换相单元As中第一开关A1，可以理解的是，整个换相动作已经完成，此时进行收尾，避免下一个自然换相点再次换相到线路A，同时闭合目标换相单元Bs中第二开关B2，保证线路B的电压为负时依然能够通过供电电流。

进一步的，步骤S13之后，还可以包括：

S14：等待至所述目标供电线路的目标电流与所述预设电流方向相反，断开所述目标换相单元中第一开关。

最后实现目标供电线路通过目标换相单元中第二开关向公共负载供电。

以图4为例，则在时间点t2后断开换相单元Bs中第一开关B1，线路B只通过第二开关B2向公共负载供电。

可以理解的是，如果各换相单元中二极管的方向与图2恰好相反，则具体实施方式也对应发生变化，自然换相点为两线路在电压为负时的交点，与图4中正电压的自然换相点tc不同。

可见，本实施例通过选择恰当的时机切换各路开关，使自然换相点前后初始换相单元和目标换相单元中只有第一开关闭合，进而利用二极管自身的特性，实现初始供电线路和目标供电线路的无缝切换，再通过第二开关进行正常供电。因此，本实施例中切换各路开关的时间要求不苛刻，以图4为例，步骤S11中闭合开关A1的动作发生t1之前、在线路A的电压为负的半个周期内即可，步骤S12中断开开关A2和闭合开关B1的动作发生在时间t1到tc内即可，步骤S13中断开开关A1和闭合开关B2的动作发生在时间tc到t2内即可；这种宽裕的时间要求，足以使需要考虑延时变化的一般电力继电器作为动作开关应用在本实施例中。

相应的，本发明实施例还公开了一种换相系统，参见图5所示，包括：

如上文任一项所述换相装置11；

换相存储器12，用于存储换相程序；

换相处理器13，用于执行所述换相程序时实现如上文任一项所述换相方法的步骤。

其中，具体有关换相装置11或换相方法的内容，可以参照上文实施例中相关描述，此处不再赘述。

相应的，本实施例中换相系统具有与上文实施例中换相装置或换相方法相同的有益效果，此处不再赘述。

相应的，本发明还公开了一种三相功率平衡方法，参见图6所示，包括：

S21：获取三相交流电网中每一相负载的功率；

S22：利用如上文任一项所述换相系统转移所述负载，使三相所述负载的功率的平衡度在预设范围内。

可以理解的是，这里说的利用换相系统转移负载，是指将负载从三相交流电网的某一相转移至另一相，以降低三相之间的不平衡度。

由于该换相系统在换向过程中不会断电、不会跳变，因此负载转移过程中并不会出现灯光闪烁、电子设备异常等情况出现。

其中，具体的三相功率平衡方法的步骤，参见图7所示，包括：

S31：获取三相交流电网中换相装置的位置分布；

S32：获取三相交流电网中每一相负载的功率；

具体的，获取三相交流电网中每一相负载的运行参数例如电流、电压信息，以确定对应的功率。

S33：根据所述位置分布，确认三相交流电网中每一相可换相负载的功率和非换相负载的功率；

可以理解的是，负载的类型决定了是否能够进行换相和配置换相装置，有些负载不能换相或现实中还未配置换相装置，本实施例中三相交流电网包括多种负载，而本实施例的换相对象只有确实配置了换相系统的可换相负载，其他负载均为非换相负载。

S34：利用换相系统转移所述可换相负载，使三相所述可换相负载和所述非换相负载的总功率的平衡度在预设范围内。

可以理解的是，本步骤的趋势是将功率较大的一相线路的可换相负载转移到另外两相线路上去，具体的转移顺序和转移方案此处不作规定，以实际要求和经验为准。

实际实验证明，利用本实施例中三相功率平衡方法，只需要对三相交流电网中总负荷中三分之一的负载配置换相系统，就可以比较显著的降低交流电网的三相不平衡度。

其中，具体有关换相系统的内容，可以参照上文实施例中相关描述，此处不再赘述。

相应的，本发明还公开了一种三相功率平衡系统，参见图8所示，包括：

一个或多个如上文所述的一种换相系统21；

主存储器22，用于存储功率平衡程序；

主处理器23，用于执行所述功率平衡程序时实现如上文任一项所述三相功率平衡方法的步骤。

其中，具体有关三相功率平衡方法的内容，可以参照上文实施例中相关描述，此处不再赘述。

相应的，本实施例中三相功率平衡系统具有与上文实施例中三相功率平衡方法相同的有益效果，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种换相装置、方法、系统及三相功率平衡方法、系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种换相装置，其特征在于，包括三个与三相交流电网中的三条供电线路一一对应的换相单元，每个所述换相单元均包括二极管、第一开关和第二开关，其中：

所述二极管的导通方向为预设电流方向；

所述二极管与所述第一开关串联后与所述第二开关并联；

2.根据权利要求1所述换相装置，其特征在于，所述预设电流方向为由对应供电线路流向所述公共负载。

3.根据权利要求2所述换相装置，其特征在于，所述预设电流方向为由所述公共负载流向对应供电线路。

4.一种换相方法，其特征在于，应用于权利要求1至3任一项所述换相装置，包括：

5.根据权利要求4所述换相方法，其特征在于，所述断开所述初始换相单元中第一开关并闭合所述目标换相单元中第二开关之后还包括：

6.一种换相系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至3任一项所述换相装置；

换相存储器，用于存储换相程序；

换相处理器，用于执行所述换相程序时实现如权利要求4或5任一项所述换相方法的步骤。

7.一种三相功率平衡方法，其特征在于，包括：

获取三相交流电网中每一相负载的功率；

利用如权利要求6所述换相系统转移所述负载，使三相所述负载的功率的平衡度在预设范围内。

8.根据权利要求7所述三相功率平衡方法，其特征在于，

所述获取三相交流电网中每一项负载的功率之前，还包括：

获取三相交流电网中换相装置的位置分布；

所述获取三相交流电网中每一相负载的功率之后，还包括：

所述利用如权利要求6所述换相系统转移所述负载，使三相所述负载的功率的平衡度在预设范围内的过程，具体包括：

利用所述换相系统转移所述可换相负载，使三相所述可换相负载和所述非换相负载的总功率的平衡度在预设范围内。

9.根据权利要求8所述三相功率平衡方法，其特征在于，所述获取三相交流电网中每一相负载的功率的过程，具体包括：

10.一种三相功率平衡系统，其特征在于，包括：

一个或多个如权利要求6所述的一种换相系统；

主存储器，用于存储功率平衡程序；

主处理器，用于执行所述功率平衡程序时实现如权利要求7至9任一项所述三相功率平衡方法的步骤。