CN206023237U - 一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统。涉及电能表技术领域，该系统当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上。包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块，还包括节点J1和控制器以及分别与控制器连接的三相平衡监测器、一号电压采样电路、单相逆变电源、隔离变压器、二号电压采样电路和接口功率监测器；单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。

Description

一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统

技术领域

本实用新型涉及电能表技术领域，具体涉及一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统。

背景技术

随着经济社会的发展，用电设备的类型越来越多。由于目前的供电系统一般都是三相供电系统，在三相供电系统中，如果三相上的功率出现较大的不对称时，就会出现电网的不平衡运行，就会出现电网抖动。

当电网运行在不平衡状态时，电网中的变压器就处于不对称运行状态，处于不对称运行状态的变压器会使变压器的零序电流过大，过大的零序电流会使变压器的局部零件温度增高，如果变压器的局部零件温度增高过大就可能会烧毁变压器，从而造成供电系统的停电事故。

当电网不平衡运行时，如果要想让不平衡运行的电网变为平衡运行的电网，目前采取的办法是将位于一个大范围片区的高功率相线上的一部分负载人工切换到另一个大范围片区的低功率相线上。由于这种切换方式在瞬间切换的负载较多，导致瞬间切换的冲击电流过大，过大的冲击电流不仅会烧坏切换设备，还由于在负载切换的那一瞬间，该负载切换前后的供电相线不同会导致该负载工作发生混乱甚至损坏。

由于具体负载都是由某个具体用户使用的，每个具体用户的所有用电都要用电能表进行电能计量，因此，如果能以电能表所连接的所有负载为相线切换的基本相线切换单元，那么只要整个电网中的每个基本相线切换单元内的功率是基本平衡的则就能保证整个电网的功率也是基本平衡的，就会电网处于平衡运行状态。

以电能表所连接的所有负载为相线切换的基本相线切换单元，这不仅增加了电网相线切换的灵活性，由于一个电能表上连接的负载相对于一个大范围片区来说少得多，这种相线切换所产生的冲击电流也要小得很多。因此，如果能由电能表及时将连接在该电能表高功率相线上的一部分负载切换到该电能表低功率相线上，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，大大提高了电网运行的稳定性。因此，设计一种能根据连接在三相四线电能表各相线上负载的功率不平衡自动实现将高功率相线上的一部分负载切换到低功率相线上，尽量使三相四线电能表各相线上的功率平衡的三相四线电能表系统显得非常必要。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有三相四线电能表没有相线切换功能，导致出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时不能将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上的不足，提供一种当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上的一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块，还包括节点J1和控制器以及分别与控制器连接的三相平衡监测器、一号电压采样电路、单相逆变电源、隔离变压器、二号电压采样电路和接口功率监测器。单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。

还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，13≤i≤48。

还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接。节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接。

三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接。

单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K42与节点J6连接。

还包括分别与所述接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口。

还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19。

所述节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，所述节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K38、节点J17和二号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接。

所述节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，所述节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，所述节点J11、开关K32和节点J19依次串联连接，所述节点J15、开关K36和节点J19依次串联连接，所述节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，所述节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，所述节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，所述节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，所述节点J4、开关K19和节点J16依次串联连接，所述节点J9、开关K27和节点J16依次串联连接，所述节点J5、开关K20和节点J13依次串联连接，所述节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接。

所述节点J1、开关K43和节点J19依次串联连接，所述节点J1、开关K44和节点J17依次串联连接，所述节点J1、开关K45和节点J16依次串联连接，所述节点J1、开关K46和节点J13依次串联连接，所述节点J1、开关K47和节点J10依次串联连接。所述节点J1、开关K48和节点J5依次串联连接。

本方案在使用时，假设在一般情况下，一号负载接口和二号负载接口都是由A相供电，三号负载接口和四号负载接口都是由B相供电，五号负载接口和六号负载接口都是由C相供电。

本方案的三相平衡监测器在设定时间间隔内对三相四线电能表的A相、B相和C相进行功率平衡监测，并将监测的数据上传给控制器，控制器立即对三相平衡监测器上传的数据进行计算处理。如果控制器对三相平衡监测器上传的数据计算处理后出现任意两相功率的差大于设定值时，则找出当前功率最大的相线，若当前功率最大的相线为A相。

然后控制器就立即给接口功率监测器一个工作指令，接口功率监测器立即对一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口进行功率监测，并将监测结果上传控制器，控制器收到一至五号负载接口上传来的数据后立即进行计算处理。如果计算后得到将一号负载接口上的负载加到六号负载接口上或者加到六号负载接口上是最能让电网各相功率保持平衡的，那么在控制器的控制下就将一号负载接口的供电电源从A相切换到C相。

一号负载接口的供电电源从A相切换到C相的切换过程如下：

首先，假设在切换前，开关K17、开关K18、开关K19、开关K20、开关K25、开关K26、开关K27、开关K28、开关K32、开关K33、开关K36、开关K37、开关K40、开关K41、开关K42、开关K43、开关K44、开关K45、开关K46、开关K47和开关K48都处于断开状态，开关K13、开关K14、开关K15、开关K16、开关K21、开关K22、开关K23、开关K24、开关K29、开关K30、开关K31、开关K34、开关K35、开关K38和开关K39都处于闭合状态。

然后，一号电压采样电路的开关将A相接通，一号电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器。

然后，开关K42闭合接通C相与单相逆变电源，单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成闭环控制，在控制器中产生SPWM的驱动信号，使单相逆变电源输出的电压波形经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时，同时闭合开关K43和断开开关K39，此时一号负载接口上的供电电源状态还是和A相上的电源状态相同。

然后，控制器采用移相控制，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与C相电压同幅值同相位时，并同时断开开关K43和闭合开关K17，此时一号负载接口上的供电电源状态就完全和C相上的电源状态相同，即此时一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相。

最后将开关K42断开，使单相逆变电源被旁路退出，至此一次相位切换作业结束。其它负载接口切换原理相同。

本方案的三相四线电能表系统当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，智能化程度高，可靠性好。

作为优选，还包括与控制器连接的存储器。存储器便于存储三相四线电能表的信息，使用方便简单。

作为优选，还包括过滤器，过滤器串联连接在单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端之间的连线上。过滤器提高了隔离变压器输入的可靠性，进而使得隔离变压器输出的可靠性更高。

作为优选，隔离变压器的变比大于1.17。由于单相逆变电源输出的正弦电压的幅值最大只有输入电压的0.85倍，因此在滤波器的后边接上隔离变压器，变比大于1.17，以使切换系统的输出电压幅值达到220V，提高了系统的实用性和可靠性。

本发明能够达到如下效果：

本实用新型三相四线电能表系统当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，智能化程度高，可靠性好。

附图说明

图1是本实用新型实施例切换前的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图2是本实用新型实施例切换过程中使隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图3是在图2的基础上让开关K43闭合，让开关K39断开时的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图4是本实用新型实施例一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相上的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图5是本实用新型控制器与各个开关的一种电路原理连接结构示意框图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统，参见图1、图5所示，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块110，其特征在于，还包括节点J1、过滤器104和控制器107以及分别与控制器连接的三相平衡监测器101、一号电压采样电路102、单相逆变电源103、隔离变压器105、存储器106、二号电压采样电路108和接口功率监测器109。过滤器串联连接在单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端之间的连线上，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。隔离变压器的变比大于1.17。

还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，13≤i≤48。

还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接。节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接。

三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接。

单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K42与节点J6连接。

还包括分别与所述接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口201、二号负载接口202、三号负载接口203、四号负载接口204、五号负载接口205和六号负载接口206。

还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19。

所述节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，所述节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K38、节点J17和二号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接。

所述节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，所述节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，所述节点J11、开关K32和节点J19依次串联连接，所述节点J15、开关K36和节点J19依次串联连接，所述节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，所述节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，所述节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，所述节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，所述节点J4、开关K19和节点J16依次串联连接，所述节点J9、开关K27和节点J16依次串联连接，所述节点J5、开关K20和节点J13依次串联连接，所述节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接。

所述节点J1、开关K43和节点J19依次串联连接，所述节点J1、开关K44和节点J17依次串联连接，所述节点J1、开关K45和节点J16依次串联连接，所述节点J1、开关K46和节点J13依次串联连接，所述节点J1、开关K47和节点J10依次串联连接。所述节点J1、开关K48和节点J5依次串联连接。

本实施例在使用时，参见图1所示，假设在一般情况下，一号负载接口和二号负载接口都是由A相供电，三号负载接口和四号负载接口都是由B相供电，五号负载接口和六号负载接口都是由C相供电。

本实施例的三相平衡监测器在设定时间间隔内对三相四线电能表的A相、B相和C相进行功率平衡监测，并将监测的数据上传给控制器，控制器立即对三相平衡监测器上传的数据进行计算处理。如果控制器对三相平衡监测器上传的数据计算处理后出现任意两相功率的差大于设定值时，则找出当前功率最大的相线，若当前功率最大的相线为A相。

然后控制器就立即给接口功率监测器一个工作指令，接口功率监测器立即对一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口进行功率监测，并将监测结果上传控制器，控制器收到一至五号负载接口上传来的数据后立即进行计算处理。如果计算后得到将一号负载接口上的负载加到六号负载接口上或者加到六号负载接口上是最能让电网各相功率保持平衡的，那么在控制器的控制下就将一号负载接口的供电电源从A相切换到C相。

一号负载接口的供电电源从A相切换到C相的切换过程如下：

首先，参见图1所示，假设在切换前，开关K17、开关K18、开关K19、开关K20、开关K25、开关K26、开关K27、开关K28、开关K32、开关K33、开关K36、开关K37、开关K40、开关K41、开关K42、开关K43、开关K44、开关K45、开关K46、开关K47和开关K48都处于断开状态，开关K13、开关K14、开关K15、开关K16、开关K21、开关K22、开关K23、开关K24、开关K29、开关K30、开关K31、开关K34、开关K35、开关K38和开关K39都处于闭合状态。

然后，参见图1所示，一号电压采样电路的开关将A相接通，一号电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器。

然后，参见图1所示，开关K42闭合接通C相与单相逆变电源，单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成闭环控制，在控制器中产生SPWM的驱动信号，使单相逆变电源输出的电压波形经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。参见图2所示，当隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时，同时闭合开关K43和断开开关K39，此时一号负载接口上的供电电源状态还是和A相上的电源状态相同。

然后，参见图3所示，控制器采用移相控制，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与C相电压同幅值同相位时，并同时断开开关K43和闭合开关K17，此时一号负载接口上的供电电源状态就完全和C相上的电源状态相同，即此时一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相。

参见图4所示，最后将开关K42断开，使单相逆变电源被旁路退出，至此一次相位切换作业结束。其它负载接口切换原理相同。

本实施例的三相四线电能表系统当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，智能化程度高，可靠性好。

上面结合附图描述了本实用新型的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。

Claims (4)

1.一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块(110)，其特征在于，还包括节点J1和控制器(107)以及分别与控制器连接的三相平衡监测器(101)、一号电压采样电路(102)、单相逆变电源(103)、隔离变压器(105)、二号电压采样电路(108)和接口功率监测器(109)；单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接；

还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，13≤i≤48；

还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接；节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接；

三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接；

单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K42与节点J6连接；

还包括分别与所述接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口(201)、二号负载接口(202)、三号负载接口(203)、四号负载接口(204)、五号负载接口(205)和六号负载接口(206)；

还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19；

所述节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，所述节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K38、节点J17和二号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接；

所述节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，所述节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，所述节点J11、开关K32和节点J19依次串联连接，所述节点J15、开关K36和节点J19依次串联连接，所述节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，所述节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，所述节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，所述节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，所述节点J4、开关K19和节点J16依次串联连接，所述节点J9、开关K27和节点J16依次串联连接，所述节点J5、开关K20和节点J13依次串联连接，所述节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接；

所述节点J1、开关K43和节点J19依次串联连接，所述节点J1、开关K44和节点J17依次串联连接，所述节点J1、开关K45和节点J16依次串联连接，所述节点J1、开关K46和节点J13依次串联连接，所述节点J1、开关K47和节点J10依次串联连接；所述节点J1、开关K48和节点J5依次串联连接。

2.根据权利要求1所述的一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统，其特征在于，还包括与控制器连接的存储器(106)。

3.根据权利要求1所述的一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统，其特征在于，还包括过滤器(104)，过滤器串联连接在单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端之间的连线上。

4.根据权利要求1所述的一种能自动调节三相平衡的三相四线电能表系统，其特征在于，隔离变压器的变比大于1.17。