CN110867876B

CN110867876B - 基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置

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Publication number: CN110867876B
Application number: CN201911209420.XA
Authority: CN
Inventors: 张翼洲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-01
Filing date: 2019-12-01
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2039-12-01
Also published as: CN110867876A

Abstract

本发明涉及低压线路三相换相的技术领域，尤其涉及在两相电源之间调相的智能控制系统。公开了基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置，所述装置的结构为三进两出式，输入端连接三相交流电源的两根相线和一根N线，输出端连接用户单相线路的相线和N线，所述的一种低压线路三进两出式智能调相装置，包含三路取样模块、智能控制模块、驱动模块、双电源模块、物联网模块。本发明根据负荷不规则动态变化，通过装置的分析做出跟踪调整，切换用户电源，对电流采样值小于预设值的用户线路进行调整，使其处在最佳相电源上等待用电，并把用户用电数据通过物联网模块发送至云端数据库存储。

Description

基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置

技术领域

本发明涉及低压线路三相换相的技术领域，尤其涉及物联网通信模式下的两相电源之间调相的智能控制系统。

背景技术

随着我国人民生活水平的整体提高，在居民、医院、学校、工厂等场所空调、热水器、电动机等大功率用电设备不断接入，使低压供电系统的三相负荷严重偏载，局部过负荷现象时有发生，不仅影响供电系统的供电能力和供电质量，由此引发的电力系统事故和故障也不断增加。现有的低压供电系统三相负荷平衡仍然是根据负荷检测、数据监控，发现电力系统故障和事故时，通过人工调整电网平衡，工作量大且效率较低。2015年之后，相关电力企业设计一系列关于调整三相负荷以达到平衡的装置用来代替传统的人工方式，但是其缺点如下：

1、所有平衡装置均采用实时控制方式，对用户三相线路的负荷大小进行分析，分析后立即通过装置进行换相。从其效果可看出三相线路负荷趋向于平衡，但是如果平衡装置使用继电器作为换相开关，当用户使用电能时，尤其是大功率用电设备工作时，用户线路中会产生较大的电流，此时开关装置执行换相操作，将在换相的瞬间产生电弧，电弧效应伴随着大量的光和热，其热量和以达到平衡点频繁的换相动作足以加速开关装置的老化速度，若电流足够大时，甚至直接造成开关触头的黏连，给用户用电带来危险。如果平衡装置使用可控硅作为换相开关，可有效的防止电弧效应，但是可控硅一般使用在线路终端，保护单独的用电设备，而平衡装置是将可控硅开关安装在用户相线的进线处，进线端后接入插座回路和照明回路，若插座回路中一台用电设备发生短路，会导致可控硅在短路保护器跳闸之前就损毁，造成用户家中停电。而更换可控硅开关需专业电工人士，从而浪费人力和物力。而在负荷电流过零点换相会带来小于20ms的失电时间，会使用户部分用电器复位，给用户的用电带来诸多不便。

2、所有平衡装置均为三相检测，通过单片机分析之后使用三相开关完成换相。其缺点是，如果此装置的芯片出现问题，将导致开关误动或者拒动，若大量开关出现同时换相在同一相线，将对整个电网造成冲击，这是有概率发生的事件，发生后果不堪设想。

3、所有平衡装置均为两个硬件部分组成，一是安装在变压器次级侧的检测装置，二是安装在单相用户线路进线处的动作装置，二者之间距离较远。检测装置将信号提供给单片机处理，处理之后动作信号通过电力载波装置或者无线电传输装置发送给动作装置。电力线作为能量传输介质并不适合作为通信信道，其内部噪音信号较大，会对控制信号造成干扰。使用无线电传输装置是解决通信问题的有效办法，但是仅仅发送控制指令就使用一个专用的并且需要加密的发送器，其成本过高。

4、2019年10月14日，在国家电网提出的《泛在电力物联网白皮书》的需求中，要求用电设备在工作时能将用户的用电数据统计整理，根据用电数据挖掘用户潜在的消费信息。目前，此功能处于基本建设阶段，尚有诸多不足需在近些年完善。

随着社会的快速发展，国民经济的增长与国民日常的生活越来越离不开电力资源，但是电能在实际的配送过程中经常会遇到偷窃现象，不法分子进行偷窃电能一方面会给供电企业带来较大的经济损失，另外也会给社会的用电安全带来了一定的隐患。因此就需要在用电监察管理工作中加强用电监察，维护用电秩序，切实做到让偷窃电不法分子无处遁形。

发明内容

针对上述内容，本发明专利的目的在于提供基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置：

1、使其能够在用户单相低压线路负载低于预设值时，将用户单相线路接在三相电源中最合适的一相电源上，当用户接通电源使用用电器时，负载正好接入在指定的电源中，装置只检测信号，不再发生切换相电的动作。

2、当用户陆续用电的时候，负荷呈不规则动态变化的趋势，通过装置检测模块的分析，根据负荷的变化实时的做出跟踪调整，对负载采样值小于预设值的用户线路进行调整，使其处在最佳相电源上等待用电，用电的人数越多，三相负荷越平衡。此种方法既避免了在用电过程中进行换相的操作，也起到了调节三相负荷平衡的作用。

3、平衡装置设有两个检测端、一个单刀双掷磁保持换相开关，通过对两相线路的检测，判断出哪一相负荷量较不平衡，从而进行换相，不需要三相判断也可以完成负荷平衡。如果极端情况出现，最多使三分之一的用户换相到一相电源，不至于对电网造成冲击。

4、当平衡装置工作在单相线路电流采样值低于预设值时，智能控制模块将电源采样信息通过物联网模块传送至云端。当平衡装置工作在单相线路电流采样值高于预设值时，智能控制模块将电压和电流采样信息通过物联网模块传送至云端。

5、本发明专利体积较小，需安装于固定配电箱内。检测装置即为取样模块的一个部分，检测对象是接入用户家中的两根相线，检测的取样值通过电路导线传输给控制模块，由控制模块给出动作信号，动作装置即为驱动模块的一个部分，响应动作信号，做出开关行为。

6、在完成负荷平衡的同时，智能控制模块可将一个周期内的用电数据发送至云端数据库存储，做出用户负荷曲线，并与用户电表的周期用电数据进行比较，若两者数据大致相等，则可认为无窃电现象，若智能控制装置发送的数据与用户电表的周期数据不符，则认为有窃电现象。

本发明采用以下技术方案是：

基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置，由三路取样模块、智能控制模块、驱动模块、双电源模块、物联网模块组成。

所述的三路取样模块包含相电压检测和负荷电流检测，用于对低压线路的两相相电压检测、对用户单相相线线路的电流检测；相电压检测输入端并联连接在低压线路的三相交流线路的其中两个相线回路上，输出端连接智能控制模块；电流检测输入端并联连接在用户单相线路回路上，模块输出端连接智能控制模块；

所述的智能控制模块是以单片机为处理器对相电压取样信号和负荷电流取样信号根据具体判断程序进行分析，向驱动模块发出触发信号，通过物联网模块向云端发出采集信息，其模块串联于三路取样模块于驱动模块之间；

所述的驱动模块是以电机驱动器式换相开关或单刀双掷磁保持换相开关作为驱动装置，两种驱动方式的输入接口连接在低压线路的两根相线处，输出接口连接在用户单相线路的相线处，整个驱动模块串联在低压两相电源与用户单相线路之间；驱动模块的控制线路连接于单片机信号触发管脚；

所述的双电源模块是采用单相电流源模块和单相电压源模块向调相装置供电，电流源模块输入端连接单相低压线路，输出端连接单片机电源管脚，电压源模块输入端连接单相低压线路，输出端连接驱动模块。

所述的物联网模块是以物联网通信芯片为核心，把智能控制模块采集的取样信号通过物联网模块传送至云端，其模块一端连接在单片机指定管脚，一端连接在发送天线。

基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置，其特征在于：

当装置工作在用户单相线路电流采样值低于预设值时，智能控制模块根据程序设定完成线路换相的切换；

当装置工作在用户单相线路电流采样值高于预设值时，装置处于静默状态，检测电流采样，停止切换三相电源；

基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置的物联网模块工作特点，其特征在于：

当装置工作在单相线路电流采样值低于预设值时，智能控制模块将电源采样信息通过物联网模块传送至云端。

当装置工作在单相线路电流采样值高于预设值时，智能控制模块将用户电压和电流采样信息通过物联网模块传送至云端。

本发明专利的技术效果是：

1、超前控制：安装本装置后，可以在用户使用电能前完成换相操作，不会造成负荷损失和用户投诉。

2、自动调节：装置会根据负荷实时变化情况自动换相，不需要人工监视和手动换相。

3、规避风险：采用两相检测和两相控制，从理论上可以做到三相负荷趋近平衡的要求，也规避了三相换相到一相的风险。

4、反馈控制：在装置输出端连接用户进线处，安装电流传感器，作为反馈控制信号输入。对当前开关的状态进行反馈，每一次换相开关动作之后，电流反馈端都会向控制装置反馈一次信号，以防止换错电源。

5、物联网数据信息平台：安装本装置后，可实时将用户用电数据信息发送至云端数据库中存储，通过与电表数据对比，能准确及时的查找到窃电用户，为用户建立安全、可靠的用电信息数据库，为泛在电力物联网生态园的建设奠定基础。

本装置安装方便、结构简单、安全可靠，只需要在用户单相电表进线处安装，即可收到明显效果。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

图2为本发明的工作原理流程图。

图3为本发明专利的技术特征原理图。

具体实施方式

结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置，包含三路取样模块、智能控制模块、驱动模块、双电源模块、物联网模块。

所述的智能控制模块是以单片机为处理器对相电压取样信号和负荷电流取样信号根据具体判断程序进行分析，向驱动模块发出触发信号，其模块串联于三路取样模块于驱动模块之间；

所述的双电源模块是采用单相电流源模块和单相电压源模块向调相装置供电，电流源模块输入端连接单相低压线路，输出端连接单片机电源管脚，电压源模块输入端连接单相低压线路，输出端连接驱动模块和物联网模块。

结合图1、图2所述：基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置的工作原理是：

三路取样模块分别对A、B、C三相电源中两相电源进行取样，假设是A相和B相，首先对装置输出端的输出线路进行电流检测, 如果电流取样大于预设值，对用户电压、电流取样，换相开关维持原态，并把检测信号通过物联网模块发送至云端; 如果电流检测小于预设值，对A、B两相的电压、电流、功率因数、相位等数据进行检测，将A、B两相的各类检测值发送给智能控制模块分析，分析之后发送控制信号，对两相电源对应的换相开关进行操作，将负荷较轻一相电源的开关合闸，负荷较重一相电源的开关断开，若A相负荷较重，B相负荷较轻，则将B相电源的开关接通，A相电源的开关断开，将用户负载线路接入B相电源中，并把各类检测信号通过物联网模块发送至云端；假设取样的是A相和C相、假设取样的是B相和C相均是同理。

基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置的工作特点，其特征在于：

当装置工作在用户单相线路电流采样值高于预设值时，装置处于静默状态，检测用户电压、电流采样，停止切换三相电源；

当装置工作在单相线路电流采样值高于预设值时，智能控制模块将电压和电流采样信息通过物联网模块传送至云端。

如图3所示：基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置的技术特征原理图，在A、B、C三相电源上，尽量均分的分配两相电源给智能调相装置，使调相装置能够均匀的控制三相电源的换相。从图3可知，基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置的两条输入端分别连接低压线路的两条相线，输出端连接用户相线进线端，此技术特征为三进两出式，意为：三根线路作为输入端进入装置，两根线路作为输出端输出装置。

以上所述为本发明较佳的实施案例，对于本领域技术人员而言，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其他相应的改变，或者在不脱离本发明原理及控制方法的情况下，对实施方式所进行改变、形变、修改、替换仍落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于物联网、大数据的低压自动预分布三相线路平衡装置的工作方法，所述平衡装置的结构为三进两出式，输入端连接三相交流电源的两根相线和一根N线，输出端连接用户单相线路的相线和N线，所述装置包含三路取样模块、智能控制模块、驱动模块、双电源模块、物联网模块；

所述的三路取样模块包含相电压检测和负荷电流检测，用于对低压线路的两相电压检测、对用户单相线路的电流检测；相电压检测输入端并联连接在低压线路的三相交流线路的其中两个相线回路上，输出端连接智能控制模块；电流检测输入端并联连接在用户单相线路回路上，输出端连接智能控制模块；

所述的智能控制模块是以单片机为处理器对相电压取样信号和负荷电流取样信号根据具体判断程序分析，向驱动模块发出触发信号，串联于三路取样模块与驱动模块之间；

所述的双电源模块是采用单相电流源模块和单相电压源模块向平衡装置供电，单相电流源模块输入端连接单相低压线路、输出端连接单片机电源管脚，单相电压源模块输入端连接单相低压线路、输出端连接驱动模块；

所述的物联网模块是以物联网通信芯片为核心，把智能控制模块采集的取样信号通过物联网模块传送至云端，其一端连接在单片机指定管脚，一端连接在发送天线；

其特征在于：

三路取样模块分别对A、B、C三相电源中两相电源进行取样，首先对平衡装置输出端的用户单相线路进行电流检测, 当电流检测值高于预设值时，平衡装置处于静默状态，对用户单相线路电压、电流取样，作为驱动装置的换相开关维持原态，并把取样信号通过物联网模块发送至云端；如果电流检测值小于预设值，智能控制模块根据程序设定完成线路换相的切换，具体为：对两相的电压、电流、功率因数、相位进行检测并将所有检测值发送给智能控制模块分析，分析之后发送控制信号，对两相电源对应的换相开关进行操作，将负荷较轻一相电源的开关合闸，负荷较重一相电源的开关断开，当用户接通电源使用用电器时，用户负荷线路正好接在三相电源负荷较轻的一相上，并把各类检测信号通过物联网模块发送至云端。