CN205666629U - 一种三相不平衡调整装置的控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相不平衡调整装置的控制器，包括主控芯片、外部电流信号采集单元、外部电流信号预处理单元、内部电流信号采集单元、内部电流信号预处理单元、电压信号采集单元、电压信号预处理单元、同步信号采集单元、温度信号采集单元、开关量信号采集单元、电源输入单元、电源模块单元、快速开关脉冲驱动单元、可控开关电平驱动单元、风机控制单元、LED控制单元、过热保护控制单元、RS485通信单元以及人机接口单元；该控制器通过控制装置开关的投切，切换负荷接入的相线，使三相趋于平衡；通过控制所述可控开关电平驱动单元的输出电平，检测装置接入负荷的大小，无需在装置的负荷接入端安装电流传感器，节省了空间和成本。

Description

一种三相不平衡调整装置的控制器

技术领域

本实用新型涉及低压电网电力电子技术领域，尤其涉及一种三相不平衡调整装置的控制器。

背景技术

农网改造中,采取了诸如将配电变压器设置在负荷中心、缩短供电半径、选用较大截面积导线等措施，极大地改善了农村低压电网状况，构建了一个良好的电网“ 硬件”。

农网改造及“ 同网同价”实施后，大量的大功率家用电器进入寻常百姓家，造成单相负荷激增，三相负荷不平衡的问题越来越严重，导致电网运行状况变差。三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路的电压降，降低用户的电压质量，影响用户的生产、生活用电；三相电流不平衡度较大时，产生的零序电流非常大，有时甚至会烧断系统零线，使负荷中性点向负荷大的相移动，负荷大的相电压降低了，负荷小的相电压则会升高，若升高后的电压大大超过低压电器的额定电压，则会造成用户大量家用电器烧毁的事故；三相负荷不平衡，使变压器和低压电网损耗增大，会导致变压器和线路因发热严重而烧毁，一方面增大供电成本，另一方面停电检修会造成长时间停电，降低了供电可靠性，影响了供电企业的经济效益。

目前国内解决低压配网三相负荷不平衡这一问题，通常是采用人工切换单相负荷供电相的方式，但是这种方法存在着一定的局限性。一方面，由于负荷变化频繁，需要经常切换调整，增加了人力成本；另一方面，人工切换需要配置负荷监测设备，以确保负荷换相的正确性，且换相时需要先对负荷停电再进行操作，负荷的停电时间往往要超过30分钟，严重影响了用户的正常用电。

本实用新型针对上述情况，设计了一种三相不平衡调整装置的控制器，该控制器可实时监控装置内部三相进线电流值、装置外部配网线路中的三相电流值、以及电网三相电压值，并实时计算三相不平衡度，当不平衡度超出标准的要求时，控制器可通过快速开关脉冲驱动单元和可控开关电平驱动单元控制装置开关的投切，自动切换单相负荷接入电力系统的相线，使不平衡度降低，三相趋于平衡。

发明内容

本实用新型的发明目的是为低压电网三相不平衡调整装置提供一种高性能控制器。该控制器可实时监控装置外部的电网三相电流、三相电压值以及装置内部三相进线电流值，计算并存储三相不平衡度的实时值，当不平衡度超出标准的要求时，控制器通过快速开关的脉冲驱动单元和可控开关电平驱动单元控制装置开关的投切，自动切换单相负荷接入电力系统的相线，使不平衡度降低，三相趋于平衡。控制器输出的快速开关脉冲驱动信号，周期可控制在10毫秒以内（据GB/T30137-2013，10毫秒以内的电压跌落不认为是电压中断），因此可以认为负荷切换过程无断电。该控制器通过控制可控开关电平驱动单元的输出电平信号，可以检测装置接入负荷的大小，无需在负荷接入端安装电流传感器，节省了装置的空间和成本。

本实用新型具体通过如下技术手段实现其发明目的：一种三相不平衡调整装置的控制器，包括主控芯片、外部电流信号采集单元、外部电流信号预处理单元、内部电流信号采集单元、内部电流信号预处理单元、电压信号采集单元、电压信号预处理单元、同步信号采集单元、温度信号采集单元、开关量信号采集单元、电源输入单元、电源模块单元、快速开关脉冲驱动单元、可控开关电平驱动单元、风机控制单元、LED控制单元、过热保护控制单元、RS485通信单元以及人机接口单元；所述快速开关脉冲驱动单元由脉冲分时复用电路和高速MOSFET驱动器组成，所述脉冲分时复用电路由三个缓存器Q1、Q2、Q3组成；所述主控芯片输出到所述快速开关脉冲驱动单元的信号Signal，与所述脉冲分时复用电路的输入端连接，所述脉冲分时复用电路的输出信号Pulse与所述高速MOSFET驱动器的输入端连接；所述信号Signal由三个分时使能信号Signal-EN1、Signal-EN2、Signal-EN3以及一个脉冲信号Signal-Pulse组成，所述信号Pulse由三个分时脉冲信号Pulse1、Pulse2、Pulse3组成；所述分时使能信号Signal-EN1和所述脉冲信号Signal-Pulse与所述缓存器Q1的输入端连接，所述Q1的输出信号为Pulse1，所述分时使能信号Signal-EN2和所述脉冲信号Signal-Pulse与所述缓存器Q2的输入端连接，所述Q2的输出信号为Pulse2，所述分时使能信号Signal-EN3和所述脉冲信号Signal-Pulse与所述缓存器Q3的输入端连接，所述Q3的输出信号为Pulse3。

所述外部电流信号采集单元采集配网线路上的三相电流信号，经过所述外部电流信号预处理单元处理之后，输入到所述主控芯片；所述内部电流信号采集单元采集装置三相进线电流信号，经过所述内部电流信号预处理单元处理之后，输入到所述主控芯片；所述电压信号采集单元采集装置的三相进线交流电压信号，经过所述电压信号预处理单元处理后，输入到所述主控芯片；所述同步信号采集单元采集装置三相进线电压的交流同步信号，输入到所述主控芯片；所述温度信号采集单元采集装置内部的温度信号，输入到所述主控芯片；所述开关量信号采集单元采集装置的开、停机信号，以及各种故障信号，输入到所述主控芯片；所述电源输入单元将控制器外部的电源信号接入，通过所述电源模块单元进行电平转换，输出适合主控芯片工作的电源信号；所述主控芯片与所述人机接口单元进行数据交互，对装置人机界面的主要参数进行设置；所述主控芯片与RS485通讯单元进行数据交互，读取装置负荷接入模块的可控开关状态信息和负荷切换模块的快速开关及可控开关状态信息；若装置内部温度过高，则所述主控芯片输出保护信号到过热保护控制单元，对装置进行停机保护；所述主控芯片根据装置的运行状态输出各种LED指示灯的控制信号到所述LED控制单元，经过信号调理之后，驱动LED指示灯的开合；所述主控芯片输出风机控制信号到所述风机控制单元，经过信号调理之后，驱动风机的启停；所述主控单元输出可控开关的控制信号到所述可控开关电平驱动单元，通过阻抗变换、功率放大、电平转换、滤波、校正等一系列处理之后，驱动可控开关的开合；所述主控单元输出快速开关的控制信号到所述快速开关脉冲驱动单元，生成适合快速开关的驱动脉冲，驱动快速开关的开合。

当装置接入负荷后，首先，所述内部电流采集单元第一次采集装置进线端的三相电流值信号IA1、IB1、IC1，经过所述内部电流预处理单元处理之后，存入所述主控芯片内部的寄存器中；然后，所述可控开关电平驱动单元输出半个交流周期的低电平，使与某个负荷连接的可控开关断开，此时所述内部电流采集单元第二次采集装置进线端的三相电流值信号IA2、IB2、IC2，经过所述内部电流预处理单元处理之后，输入所述主控芯片，与寄存器中的IA1、IB1、IC1分别进行比较运算，计算绝对值|IA1-IA2|，|IB1-IB2|，|IC1-IC2|，取计算得到的绝对值不接近0的数值为该接入负荷的大小。控制器采用该检测和计算方法，无需在负荷接入端安装电流传感器，有效节省了装置的空间和成本。

作为本实用新型的可选实施方式：所述三个分时使能信号Signal-EN1、Signal-EN2、Signal-EN3间隔一定的交流周期输出高、低电平，可产生3路快速开关脉冲驱动信号，所述3路快速开关脉冲驱动信号的周期小于一个交流周期，初始相位差小于半个交流周期。

相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1）该控制器通过控制可控开关电平驱动单元的输出电平信号，可以检测装置接入负荷的大小，无需在负荷接入端安装电流传感器，节省了装置的空间和成本。

2）通过快速开关的脉冲驱动单元和可控开关电平驱动单元控制装置开关的投切，自动切换单相负荷接入电力系统的相线，降低不平衡度，使三相趋于平衡。

3）控制器输出的快速开关脉冲驱动信号，周期可控制在10毫秒以内。

4）该控制器可实时监控电网三相负荷的电流、电压值，计算并存储三相负荷不平衡度的实时值。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的三相不平衡调整装置控制器的原理图。

图2为本实用新型所述快速开关脉冲驱动单元的原理图。

图3为本实用新型所述脉冲分时复用电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的三相不平衡调整装置控制器包括主控芯片、外部电流信号采集单元、外部电流信号预处理单元、内部电流信号采集单元、内部电流信号预处理单元、电压信号采集单元、电压信号预处理单元、同步信号采集单元、温度信号采集单元、开关量信号采集单元、电源输入单元、电源模块单元、快速开关脉冲驱动单元、可控开关电平驱动单元、风机控制单元、LED控制单元、过热保护控制单元、RS485通信单元以及人机接口单元。

本实施例的工作原理如下：外部电流信号采集单元采集配网线路上的三相电流信号，经过外部电流信号预处理单元处理之后，输入到主控芯片；内部电流信号采集单元采集配网线路上的三相电流信号，经过内部电流信号预处理单元处理之后，输入到主控芯片；主控芯片根据现场实际需求选择采用外部电流信号或者内部电流信号。所述电压信号采集单元采集装置的三相进线交流电压信号，经过所述电压信号预处理单元处理后，输入到所述主控芯片。主控芯片根据所采集的三相电流信号和三相电压信号，计算三相不平衡度值，若该值超过标准的要求，则根据当前三相负荷的不平衡度状况进行决策，输出可控开关的控制信号到可控开关电平驱动单元，通过阻抗变换、功率放大、电平转换、滤波、校正等一系列处理之后，驱动可控开关的开合；输出快速开关的控制信号到快速开关脉冲驱动单元，生成适合快速开关的驱动脉冲，驱动快速开关的开合。通过控制可控开关和快速开关的开合，切换负荷所在的相线，达到调整三相不平衡度的目的。同步信号采集单元采集装置三相进线电压的交流同步信号，输入到主控芯片，配合可控开关电平驱动信号及快速开关脉冲驱动信号的生成；温度信号采集单元采集装置内部的温度信号，输入到主控芯片，若装置内部温度过高，则主控芯片输出保护信号到过热保护控制单元，对装置进行停机保护；开关量信号采集单元采集装置的开、停机信号，以及各种故障信号，输入到所述主控芯片，配合主控芯片生成各种运行指令；主控芯片与RS485通讯单元进行数据交互，读取装置负荷接入模块的可控开关状态信息和负荷切换模块的快速开关及可控开关状态信息，并向装置的负荷切换模块及各负荷接入模块发出运行指令；电源输入单元将控制器外部的电源信号接入，通过电源模块单元进行电平转换，输出适合主控芯片工作的电源信号；主控芯片与人机接口单元进行数据交互，对装置人机界面的主要参数进行设置；主控芯片根据装置的运行状态输出各种LED指示灯的控制信号到所述LED控制单元，经过信号调理之后，驱动LED指示灯的开合；主控芯片输出风机控制信号到风机控制单元，经过信号调理之后，驱动风机的启停。

本实用新型所述的快速开关脉冲驱动单元原理图如图2所示，由脉冲分时复用电路和高速MOSFET驱动器组成，主控芯片输出信号Signal到快速开关脉冲驱动单元内部的脉冲分时复用电路，脉冲分时复用电路的输出信号Pulse与高速MOSFET驱动器的输入端连接，所述信号Signal由三个分时使能信号Signal-EN1、Signal-EN2、Signal-EN3以及一个脉冲信号Signal-Pulse组成，所述信号Pulse由三个分时脉冲信号Pulse1、Pulse2、Pulse3组成。

所述脉冲分时复用电路的原理图如图3所示，由三个缓存器Q1、Q2、Q3组成，分时使能信号Signal-EN1和脉冲信号Signal-Pulse与缓存器Q1的输入端连接，Q1的输出信号为Pulse1，分时使能信号Signal-EN2和脉冲信号Signal-Pulse与缓存器Q2的输入端连接， Q2的输出信号为Pulse2，分时使能信号Signal-EN3和脉冲信号Signal-Pulse与缓存器Q3的输入端连接，Q3的输出信号为Pulse3。当使能信号Signal-EN1为高电平时，Q1的输出为正向脉冲，该正向脉冲输出到高速MOSFET驱动器，产生驱动快速开关的驱动脉冲信号，使快速开关导通；当使能信号Signal-EN1为低电平时，Q1的输出为0，高速MOSFET驱动器的输出也为0，快速开关断开；当使能信号Signal-EN2为高电平时，Q2的输出为正向脉冲，该正向脉冲输出到高速MOSFET驱动器，产生驱动快速开关的驱动脉冲信号，使快速开关导通；当使能信号Signal-EN2为低电平时，Q2的输出为0，高速MOSFET驱动器的输出也为0，快速开关断开；当使能信号Signal-EN3为高电平时，Q3的输出为正向脉冲，该正向脉冲输出到高速MOSFET驱动器，产生驱动快速开关的驱动脉冲信号，使快速开关导通；当使能信号Signal-EN3为低电平时，Q3的输出为0，高速MOSFET驱动器的输出也为0，快速开关断开。三个分时使能信号Signal-EN1、Signal-EN2、Signal-EN3中的任意两个都可以间隔0.5个交流周期输出高、低电平脉冲阵列，产生2路周期小于0.5个交流周期的快速开关脉冲驱动信号。

当装置接入负荷后，首先，所述内部电流采集单元第一次采集装置进线端的三相电流值信号IA1、IB1、IC1，经过所述内部电流预处理单元处理之后，存入所述主控芯片内部的寄存器中；然后，所述可控开关电平驱动单元输出半个交流周期的低电平，使与某个负荷连接的可控开关断开，此时所述内部电流采集单元第二次采集装置进线端的三相电流值信号IA2、IB2、IC2，经过所述内部电流预处理单元处理之后，输入所述主控芯片，与寄存器中的IA1、IB1、IC1分别进行比较运算，计算绝对值|IA1-IA2|，|IB1-IB2|，|IC1-IC2|，取计算得到的绝对值不接近0的数值为该接入负荷的大小。控制器采用该检测和计算方法，无需在负荷接入端安装电流传感器，有效节省了装置的空间和成本。

该控制器通过控制可控开关电平驱动单元的输出电平信号，可以检测装置接入负荷的大小，无需在负荷接入端安装电流传感器，节省了装置的空间和成本。控制器通过快速开关的脉冲驱动单元和可控开关电平驱动单元控制装置开关的投切，自动切换单相负荷接入电力系统的相线，降低不平衡度，三相趋于平衡；控制器输出的快速开关脉冲驱动信号，周期可控制在10毫秒以内；该控制器可实时监控电网三相负荷的电流、电压值，计算并存储三相负荷不平衡度的实时值。

Claims (4)

1.一种三相不平衡调整装置的控制器，包括主控芯片、外部电流信号采集单元、外部电流信号预处理单元、内部电流信号采集单元、内部电流信号预处理单元、电压信号采集单元、电压信号预处理单元、同步信号采集单元、温度信号采集单元、开关量信号采集单元、电源输入单元、电源模块单元、快速开关脉冲驱动单元、可控开关电平驱动单元、风机控制单元、LED控制单元、过热保护控制单元、RS485通信单元以及人机接口单元；所述快速开关脉冲驱动单元由脉冲分时复用电路和高速MOSFET驱动器组成，所述脉冲分时复用电路由三个缓存器Q1、Q2、Q3组成；所述主控芯片输出到所述快速开关脉冲驱动单元的信号Signal，与所述脉冲分时复用电路的输入端连接，所述脉冲分时复用电路的输出信号Pulse与所述高速MOSFET驱动器的输入端连接；所述信号Signal由三个分时使能信号Signal-EN1、Signal-EN2、Signal-EN3以及一个脉冲信号Signal-Pulse组成，所述信号Pulse由三个分时脉冲信号Pulse1、Pulse2、Pulse3组成；所述分时使能信号Signal-EN1和所述脉冲信号Signal-Pulse与所述缓存器Q1的输入端连接，所述Q1的输出信号为Pulse1，所述分时使能信号Signal-EN2和所述脉冲信号Signal-Pulse与所述缓存器Q2的输入端连接，所述Q2的输出信号为Pulse2，所述分时使能信号Signal-EN3和所述脉冲信号Signal-Pulse与所述缓存器Q3的输入端连接，所述Q3的输出信号为Pulse3。

2.根据权利要求1所述的三相不平衡调整装置的控制器，其特征在于：所述同步信号采集单元采集装置三相进线电压的交流同步信号，输入到所述主控芯片，配合所述可控开关电平驱动信号及所述快速开关脉冲驱动信号的生成；所述温度信号采集单元采集装置内部的温度信号，输入到所述主控芯片，若装置内部温度过高，则所述主控芯片输出保护信号到所述过热保护控制单元，对装置进行停机保护；所述开关量信号采集单元采集装置的开、停机信号，以及各种故障信号，输入到所述主控芯片，配合所述主控芯片生成各种运行指令；所述主控芯片与所述RS485通讯单元进行数据交互，读取装置负荷接入模块的可控开关状态信息和负荷切换模块的快速开关及可控开关状态信息，并向装置的负荷切换模块及各负荷接入模块发出运行指令。

3.根据权利要求1所述的三相不平衡调整装置的控制器，其特征在于：所述三个分时使能信号Signal-EN1、Signal-EN2、Signal-EN3中的任意两个都可以间隔0.5个交流周期输出高、低电平脉冲阵列，产生2路快速开关脉冲驱动信号。

4.根据权利要求3所述的三相不平衡调整装置的控制器，其特征在于：上述2路快速开关脉冲驱动信号的周期小于0.5个交流周期。