CN111555313A - 一种三相负荷平衡电表箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相负荷平衡电表箱，其中处理器将相电流的不平衡率以及不平衡相电流绝对值分别对应与预设阈值进行比对判断是否超阈值；如超阈值，则执行切换，控制继电器组动作，切换到三相不平衡率最小的继电器组。而且三相负荷平衡电表箱多种切换组合形式，可以提前预判最佳运行方式，避免了其他调整方式调整中的盲目性。处理器通过高速运算评估了所有可能的运行方式，并选择最佳的方式投入，故本装置的选择是最佳的。处理器可以预先获取预设值，或者最佳切换策略，也可设定调整基准值，进行切换，避免频繁调整。可依据历史数据等综合评估选择投运相，显著降低切换次数。而且通过两相间切换法，减少了执行元件数量和处理器运算负担。

Description

一种三相负荷平衡电表箱

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种三相负荷平衡电表箱。

背景技术

目前绝大部分农村和部分城区的居民用电都采用公用配电变压器为核心的低压供电方式。农村公用配电台区是指由单台或多台配电变压器为多个用户提供供电电源的供电方式，其中，大部分是单台三相变压器为多个用电负荷小于3千瓦的用户提供单相220伏生活电源。此类低压供电系统一般单用户负荷小，实时变化大，用户数量多，分布范围广，三相负荷的分配较难控制。造成配变三相负荷不平衡，用户末端电压变化大。配电变压器三相负荷不平衡带来的主要危害有：

变压器出力不足，不能达到满容量供电，造成电力浪费资源。而且还造成变压器过热和铁芯饱和，影响变压器寿命。三相负荷不平衡还会带来用户电压质量达不到要求，影响其正常用电。三相负荷不平衡使得变压器铜铁损增高，低压线路损耗增大。

现有的公用低压配电台区多采用用户电能表集中安装在电表箱供电方式。这样作为三相进线方式因各个用户负荷不断变化，也很难维持三相平衡，进而还是出现上述的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种三相负荷平衡电表箱，其特征在于，包括：三相电源开关，电能表组，处理器，多组继电器组，多个整流滤波器以及出线端；

三相电源开关的输入端连接三相四线电源；三相电源开关输出三相电；

继电器组包括至少三个继电器；

第一继电器组的输入端连接三相电源开关输出的A相电和B相电；第一继电器组中的每个继电器分别对应连接一块电能表；

第二继电器组的输入端连接三相电源开关输出的B相电和C相电；第二继电器组中的每个继电器分别对应连接一块电能表；

第三继电器组的输入端连接三相电源开关输出的C相电和A相电；第三继电器组中的每个继电器分别对应连接一块电能表；

电能表组中所有电能表的输出端连接出线端；

每个继电器与电能表之间连接整流滤波器；

所有整流滤波器的直流输出端连接处理器；

处理器分别与每个继电器线圈连接，通过给发送信号线圈，控制继电器节点的通断。

优选地，处理器通过(I最大相电流-I最小相电流)/I最大相电流得出相电流的不平衡率；

处理器通过不平衡电流绝对值I最大相电流-I最小相电流得出不平衡相电流绝对值；

将相电流的不平衡率以及不平衡相电流绝对值分别对应与预设阈值进行比对判断是否超阈值；

如超阈值，则执行切换，控制继电器组动作，切换到三相不平衡率最小的继电器组。

优选地，处理器还用于将相电流的不平衡率以及不平衡相电流绝对值分别对应与历史数据进行比对，判断波动是否超阈值；

如如超阈值，则执行切换，控制继电器组动作，切换到三相不平衡率最小的继电器组；或投切到在上一个监控时间段内，投切次数最多运行方式能写投切控制。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明中的处理器将相电流的不平衡率以及不平衡相电流绝对值分别对应与预设阈值进行比对判断是否超阈值；如超阈值，则执行切换，控制继电器组动作，切换到三相不平衡率最小的继电器组。

而且本发明中的三相负荷平衡电表箱多种切换组合形式，可以提前预判最佳运行方式，避免了其他调整方式调整中的盲目性。

处理器通过高速运算评估了所有可能的运行方式，并选择最佳的方式投入，故本装置的选择是最佳的。

处理器可以预先获取预设值，或者最佳切换策略，也可设定调整基准值，进行切换，避免频繁调整。

本发明中，处理器可依据历史数据等综合评估选择投运相，显著降低切换次数。而且通过两相间切换法，减少了执行元件数量和处理器运算负担。

通过双节点继电器，避免了切换过程中因动作不同步造成的相间短路现象，减少了传统的保护电路，提高了切换速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为三相负荷平衡电表箱示意图；

图2为三相负荷平衡电表箱实施例示意图。

具体实施方式

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器5装置和/ 或微控制器装置中实现这些功能实体。

本发明提供一种三相负荷平衡电表箱，如图1所示，包括：三相电源开关1，电能表组3，处理器5，多组继电器组2，多个整流滤波器4以及出线端6；

三相电源开关1的输入端连接三相四线电源；三相电源开关1输出三相电；继电器组2包括至少三个继电器；

第一继电器组2的输入端连接三相电源开关1输出的A相电和B相电；第一继电器组2中的每个继电器分别对应连接一块电能表；第二继电器组2 的输入端连接三相电源开关1输出的B相电和C相电；第二继电器组2中的每个继电器分别对应连接一块电能表；第三继电器组2的输入端连接三相电源开关1输出的C相电和A相电；第三继电器组2中的每个继电器分别对应连接一块电能表；电能表组3中所有电能表的输出端连接出线端6；每个继电器与电能表之间连接整流滤波器4；所有整流滤波器4的直流输出端连接处理器5；处理器5分别与每个继电器线圈连接，通过给发送信号线圈，控制继电器节点的通断。

本发明中为了能够实现线圈的回路，处理器5分别与每个继电器线圈的第一端连接，每个继电器线圈的第二端接地。电能表的输入端分别连接零线和火线。

处理器5可以作为集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器5执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器5执行的指令。

处理器5包括一个或多个处理器5执行，如一个或多个数字信号处理器 5(DSP)，通用微处理器5，特定应用集成电路(ASICs)，现场可编程门阵列 (FPGA)，或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此，术语“处理器5，”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外，在一些方面，本公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。

为便于说明本发明所涉及的实施方式，电能表组3设置有九块电能表。

多组继电器组2包括三组继电器，每组继电器组2设有三个继电器。

根据接线图可以看出电能表B1-B3,可以通过继电器在A、B两相之间切换，B4-B6可以在B、C两相之间切换，B7-B9可以在C、A两相之间切换。

其中，两相切换即可达到任意一相最多可投入N-3个用户负荷，最少投入0个负荷的选择，因A、B、C三相是完全对等存在的，因此两相切换产生的组合已包括三相平衡最优选方式。

可以节省控制元件数量，节约成本。

减少微处理器5运算负担，提高运算速度。

本发明中，还包括：人机交互装置，无线通信模块以及显示屏；人机交互装置，无线通信模块以及显示屏分别连接处理器5；处理器5通过人机交互装置获取用户输入的控制指令以及数据信息；处理器5通过显示屏显示当前运行状态；处理器5通过无线通信模块与上位机通信连接；处理器5通过人机交互装置获取用户输入的投切控制指令，并进行投切。

具体的，可以对上述状态进行编码，通过图2可以看出，九个继电器，每个继电器有吸合和释放两个状态，将释放态定义为0，吸合态定义为1。九个继电器的状态即可产生000000000-111111111512个组合，每个组合对应一个二进制数和512个十进制数。也就是0-511的切换组合形式。

继电器中，第一输入端与输出端为常开状态配置；第二输入端与输出端为常闭状态配置。处理器5通过控制继电器的控制状态，进而可控制常开触点的闭合，以及常闭触点的断开。

为了对处理器5输出的控制信号的准确性，抗干扰性能，处理器5与每个继电器线圈之间设置有光电耦合器7和限流电阻8。整流滤波器4通过模数转换器9连接处理器5。继电器的输出端与电能表之间还设有电流互感器11；电流互感器11与处理器5连接。处理器5通过连接电流互感器可以获取每个继电器输出的相电流。基于上述配置了九个继电器，那么对于配置了电流互感器CT1至CT9，九个电流互感器。

那么，处理器5通过(I最大相电流-I最小相电流)/I最大相电流得出相电流的不平衡率；处理器5通过不平衡电流绝对值I最大相电流-I最小相电流得出不平衡相电流绝对值；

将相电流的不平衡率以及不平衡相电流绝对值分别对应与预设阈值进行比对判断是否超阈值；如超阈值，则执行切换，控制继电器组2动作，切换到三相不平衡率最小的继电器组2。

也就是说，通过计算可确定采样时刻每种组合方式各相可产生的电流和，不平衡率【(I最大相-I最小相)/I最大相】，【不平衡电流绝对值I最大相-I最小相】，并和对应的数据标签、采集时间一起存数据库表文件中。

处理器5根据当前运行的方式组合所产生的三相不平衡率、三相不平衡电流的绝对值和预设的基准值确定是否进行切换，切换到三相不平衡率最小的组合。

若出现多种三相不平衡率相近的组合，处理器5将参考历史数据，优先投入到历史投入次数最多的运行方式，以减少投切次数，应为三相中电压最高相一般是系统中负荷最低相故也可根据当前三相电压的值优先投运大负荷在高电压相的运行方式，这样可以平衡整个低压系统的三相负荷。以上功能可以使用软件系统轻易实现，

进一步的讲，如果相电流的波动出现超出历史数据的阈值；则执行切换，控制继电器组2动作，切换到三相不平衡率最小的继电器组2；或投切到在上一个监控时间段内，投切次数最多运行方式能写投切控制。

这样不仅仅是对相电流的不平衡率以及不平衡相电流绝对值的比对，还结合了历史数据的比对，实现了动态控制。

为了能够进一步监控三相负荷平衡电表箱的运行状态以及各个相电的状态，系统的不平衡状态，处理器还用于实时对三相电流值，相电流的不平衡率，不平衡相电流绝对值以及电表数据进行数据采集处理，对上述数据进行提取，在APi函数的控制下，配置成三相电流值清单列表，相电流的不平衡率清单列表，不平衡相电流绝对值清单列表以及电表数据清单列表，将上述清单列表转换成json清单列表数据，通过httpResponseMessage的方式将上述清单列表通过getResult方法处理，再通过fromJson方法将待提取的json清单列表数据转换成productionModel清单列表数据，并由Xml的形式展示上述清单列表。

这样可以通过上位机对各个三相负荷平衡电表箱进行动态监控，保证电力系统的稳定运行。

处理器还用于配置对三相电流值，相电流的不平衡率，不平衡相电流绝对值以及电表数据进行查看、编辑、增加、删除、输入和输出的操作端口；

通过连接上位机获取三相负荷平衡电表箱的地址标识，并根据三相负荷平衡电表箱的地址标识确定三相负荷平衡电表箱所用的通讯规约；使处理器与上位机通过WIFI或者zigee或CAN的形式通信连接，上位机对三相负荷平衡电表箱组成网络拓扑结构进行管理监控；整合三相负荷平衡电表箱的三相电流值，相电流的不平衡率，不平衡相电流绝对值以及电表数据，通过线路、表格、图形的形式进行显示；

处理器将三相负荷平衡电表箱的三相电流值，相电流的不平衡率，不平衡相电流绝对值以及电表数据，按照时间段、或投切执行时间点、或按照预设的条件配置成梯形图、或曲线图、或图表在上位机进行显示。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三相负荷平衡电表箱，其特征在于，包括：三相电源开关，电能表组，处理器，多组继电器组，多个整流滤波器以及出线端；

三相电源开关的输入端连接三相四线电源；三相电源开关输出三相电；

继电器组包括至少三个继电器；

第一继电器组的输入端连接三相电源开关输出的A相电和B相电；第一继电器组中的每个继电器分别对应连接一块电能表；

第二继电器组的输入端连接三相电源开关输出的B相电和C相电；第二继电器组中的每个继电器分别对应连接一块电能表；

第三继电器组的输入端连接三相电源开关输出的C相电和A相电；第三继电器组中的每个继电器分别对应连接一块电能表；

电能表组中所有电能表的输出端连接出线端；

每个继电器与电能表之间连接整流滤波器；

所有整流滤波器的直流输出端连接处理器；

处理器分别与每个继电器线圈连接，通过给发送信号线圈，控制继电器节点的通断。

2.根据权利要求1所述的三相负荷平衡电表箱，其特征在于，

处理器与每个继电器线圈之间设置有光电耦合器和限流电阻。

3.根据权利要求1或2所述的三相负荷平衡电表箱，其特征在于，

整流滤波器通过模数转换器连接处理器。

4.根据权利要求1或2所述的三相负荷平衡电表箱，其特征在于，

继电器的输出端与电能表之间还设有电流互感器；

电流互感器与处理器连接。

5.根据权利要求1或2所述的三相负荷平衡电表箱，其特征在于，

继电器组中的第一输入端连接一相电，第二输入端连接另一相电；

继电器的输出端通过整流滤波器连接电能表组中一个电能表；

第一输入端与输出端为常开状态配置；

第二输入端与输出端为常闭状态配置。

6.根据权利要求1或2所述的三相负荷平衡电表箱，其特征在于，

处理器通过(I最大相电流-I最小相电流)/I最大相电流得出相电流的不平衡率；

处理器通过不平衡电流绝对值I最大相电流-I最小相电流得出不平衡相电流绝对值；

将相电流的不平衡率以及不平衡相电流绝对值分别对应与预设阈值进行比对判断是否超阈值；

如超阈值，则执行切换，控制继电器组动作，切换到三相不平衡率最小的继电器组。

7.根据权利要求1或2所述的三相负荷平衡电表箱，其特征在于，

还包括：人机交互装置，无线通信模块以及显示屏；

人机交互装置，无线通信模块以及显示屏分别连接处理器；

处理器通过人机交互装置获取用户输入的控制指令以及数据信息；

处理器通过显示屏显示当前运行状态；

处理器通过无线通信模块与上位机通信连接；

处理器通过人机交互装置获取用户输入的投切控制指令，并进行投切。

8.根据权利要求6所述的三相负荷平衡电表箱，其特征在于，

处理器还用于将相电流的不平衡率以及不平衡相电流绝对值分别对应与历史数据进行比对，判断波动是否超阈值；

如如超阈值，则执行切换，控制继电器组动作，切换到三相不平衡率最小的继电器组；或投切到在上一个监控时间段内，投切次数最多运行方式能写投切控制。

9.根据权利要求7所述的三相负荷平衡电表箱，其特征在于，

处理器还用于实时对三相电流值，相电流的不平衡率，不平衡相电流绝对值以及电表数据进行数据采集处理，对上述数据进行提取，在APi函数的控制下，配置成三相电流值清单列表，相电流的不平衡率清单列表，不平衡相电流绝对值清单列表以及电表数据清单列表，将上述清单列表转换成json清单列表数据，通过httpResponseMessage的方式将上述清单列表通过getResult方法处理，再通过fromJson方法将待提取的json清单列表数据转换成productionModel清单列表数据，并由Xml的形式展示上述清单列表。

10.权利要求7所述的三相负荷平衡电表箱，其特征在于，

处理器还用于配置对三相电流值，相电流的不平衡率，不平衡相电流绝对值以及电表数据进行查看、编辑、增加、删除、输入和输出的操作端口；

通过连接上位机获取三相负荷平衡电表箱的地址标识，并根据三相负荷平衡电表箱的地址标识确定三相负荷平衡电表箱所用的通讯规约；

使处理器与上位机通过WIFI或者zigee或CAN的形式通信连接，上位机对三相负荷平衡电表箱组成网络拓扑结构进行管理监控；

整合三相负荷平衡电表箱的三相电流值，相电流的不平衡率，不平衡相电流绝对值以及电表数据，通过线路、表格、图形的形式进行显示；

处理器将三相负荷平衡电表箱的三相电流值，相电流的不平衡率，不平衡相电流绝对值以及电表数据，按照时间段、或投切执行时间点、或按照预设的条件配置成梯形图、或曲线图、或图表在上位机进行显示。

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