CN106451500B - 一种基于暂态波形拟合的相间负荷转移终端装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于暂态波形拟合的相间负荷转移终端装置，所述终端装置包括交流主电路模块、采样模块、指令操作模块和主控模块，所述主控模块分别与所述采样模块、指令操作模块相连，所述采样模块和所述指令操作模块还与所述交流主电路模块相连。本发明实施方式提供的基于暂态波形拟合的相间负荷转移终端装置，能够在换相操作过程中快速实现相间负荷转移，避免用户停电；能够在换相操作中分断点和闭合点瞬间电流为零，避免产生较大的冲击电流，实现相间负荷平稳转移，减小对换相装置本体和用电设备的冲击。目的是通过自动调整配电变压器和低压线路的三相负荷不平衡，降低电能损耗，较少低电压问题，解决配电变压器单相过载问题。

Description

一种基于暂态波形拟合的相间负荷转移终端装置

技术领域

本发明涉及低压配电及节能技术领域，特别涉及一种基于暂态波形拟合的相间负载转移终端装置。

背景技术

在目前的低压线路中通常包含A相、B相、C相三相相线和零线，如果三相电路的负荷不平衡，那么会引起配电变压器和低压线路的电能损耗增大，可能会引发低电压问题、甚至烧毁变压器的单相绕组。

当前，三相负荷不平衡自动调节的方法有电源侧相间跨接电容方法、动态无功补偿方法、负载侧负荷转移方法等。其中，相间跨接电容方法的原理是通过在低压母线上跨接电容器，从负荷比较重的相向负荷比较轻的相分流电流，使配变低压出口三相电流基本平衡。该方法的优点是调节装置比较简单，安装比较方便，缺点是只能调节配电变压器三相电流的不平衡，不能调节低压线路的三相电流不平衡。动态无功率补偿方法是近几年来研发的新方法，其原理与相间跨接电容方法相似，其优点是既调节电流不平衡，也调节电压不平衡。该方法的优点是功能齐全，调节精细，响应速度快，缺点也是只能调节配电变压器三相电流的不平衡，不能调节低压线路的三相电流不平衡，而且装置本身功耗比较高，成本比较高。

负载侧负荷转移方法的原理是采用数个安装于单相用户分支线路的自动换相终端，将用户部分负荷从负荷比较重的相自动转移到负荷比较轻的相，从而实现配电变压器出口和线路三相电流基本平衡，该方法既能降低变压器的电能损耗，又能降低线路的电能损耗，而且成本比较低。

目前常用的相间负荷转移方法是采用过零选相方法，即在ABC三相电路中，当负荷比较重的当前相的电流波形过零时分断该相，当负荷比较轻的目标相电压波形过零时闭合该相。该方法的问题是，由于线路分断后，负载侧电路中存在感生电动势，当目标相电压过零时，闭合点的电压并不为零，线路闭合瞬间，会产生比较大的电流，对用电设备或电器产生比较大的冲击，或产生操作过电压，影响用电设备的正常使用，或者导致电能质量下降。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种基于暂态波形拟合的相间负荷转移终端装置，能够在换相操作过程中快速实现相间负荷转移，避免用户停电；能够在换相操作中分断点和闭合点瞬间电流等于零，避免产生较大的冲击电流，实现相间负荷平稳转移，减小对换相装置本体和用电设备的冲击。目的是通过自动调整配电变压器和低压线路的三相负荷不平衡，降低电能损耗，较少低电压问题，解决配电变压器单相过载问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于暂态波形拟合的相间负荷转移终端装置，所述终端装置包括交流主电路模块、采样模块、指令操作模块和主控模块，所述主控模块分别与所述采样模块、指令操作模块相连，所述采样模块和所述指令操作模块还与所述交流主电路模块相连，其中：所述交流主电路模块包括电源侧电路、开关电路和负载侧电路，所述电源侧电路包括并联的A相电路、B相电路、C相电路，所述开关电路中包括与各相电路相对应的并联的双向可控硅和磁保持继电器，其中，各个双向可控硅与控制电路相连，所述负载侧电路包括电流互感器、电压互感器和负载侧输出端子；所述A相电路、B相电路、C相电路的结构相同，均包括输入端子和电压互感器；所述采样模块用于采集所述负载侧电路中电流互感器的电流信号以及采集所述当前相电路中电压互感器的电压信号；所述指令操作模块用于向各个双向可控硅的控制电路传输所述主控模块下达的导通触发指令，所述指令操作模块还用于向各个磁保持继电器传输所述主控模块下达的分断指令或闭合指令。

进一步地，所述A相电路、B相电路、C相电路还包括熔断器或空气开关。

进一步地，所述终端装置还包括电源模块、数据存储模块和显示键盘电路模块，其中，所述电源模块用于为所述终端装置中的各个模块供电，所述显示键盘电路模块和所述数据存储模块均与所述主控模块相连。

进一步地，所述双向可控硅的控制电路为过零导通和过零截止的电路。

进一步地，所述终端装置还包括与所述主控模块相连的通信接口模块，所述通信接口模块用于接收从当前相电路向目标相电路切换的换相指令，并将所述换相指令发送至所述主控模块。

由以上本发明实施方式提供的技术方案可见，本发明实施方式通过对负载侧电路中电流互感器的电流信号进行检测并且利用双向可控硅的工作特性，从而可以在电流信号过零时对当前相进行分断。此外，在线路分断之后，通过对目标相中电压互感器和负载侧电路中电压互感器的电压信号进行检测并且利用双向可控硅及其控制电路的工作特性，从而可以在目标相电路中的电压与负载侧感生电动势的电压相等时，将目标相电路闭合，可以保证在目标相电路闭合点的瞬间电流等于零。这样便不会在线路中产生较大的冲击电流，从而能够保护用电设备。

附图说明

图1为本发明实施方式中交流电路分断之后的电压波形图；

图2为本发明实施方式中从A相到B相的换相过程波形图；

图3为本发明实施方式中从A相到C相的换相过程波形图；

图4为本发明实施方式中基于暂态波形拟合的相间负荷转移终端装置的结构示意图；

图5为本发明实施方式中交流主电路模块的电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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它实施方式，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于暂态波形拟合的相间负荷转移终端装置。参见附图4、5，所述终端装置包括交流主电路模块1、采样模块3、指令操作模块4、主控模块6和通信接口模块8，所述主控模块6分别与所述通信接口模块8、采样模块3、指令操作模块4相连，所述采样模块3和所述指令操作模块4还与所述交流主电路模块1相连。

在本实施方式中，所述交流主电路模块1包括电源侧电路、开关电路和负载侧电路，其中，所述电源侧电路包括并联的A相电路、B相电路、C相电路，所述开关电路中包括与各相电路相对应的并联的双向可控硅14、19、114和磁保持继电器15、110、115，其中，各个双向可控硅与控制电路相连。所述控制电路用于控制对应的双向可控硅导通或截止。所述负载侧电路包括电流互感器116、电压互感器117和负载侧输出端子118，所述A相电路、B相电路、C相电路的结构相同，均包括输入端子11、16、111和电压互感器13、18、113。在本实施方式中，所述双向可控硅的控制电路为过零导通和过零截止的的电路。

请参阅图1。在本实施方式中，各相电路中的电压信号均为正弦波形。三相电路中的电压信号的相位为相差120°。在同一时刻，只能有一条相电路处于闭合状态，其它两条相电路处于分断状态。假设当前A相电路处于闭合状态，B相和C相电路处于分断状态。那么当A相电路在某个时刻分断后，会在负载侧产生感生电动势，图1中的虚线便是感生电动势的波形。从图1中可以看出，A相电路分断之后在负载侧产生的感生电动势随着时间推移会逐渐衰减为0。

请参见附图2，A相电路的电流信号200过零点的时刻为T0和T2，A相电路的电压信号100的过零点的时刻为T1。由图2可见，在T1时刻，当电压信号100过零时，电流信号200并不为零。因此，如果在T1时刻分断A相电路，那么分断点还是会有较大的电流。在本实施方式中，可以在T2时刻，也就是电流信号200过零时分断A相电路，分断点的瞬间电流等于零。而此时在负载侧电路中还可以产生如图2中虚线所示的感生电动势。为了在B相电路闭合点，电源侧电路的电压与负载侧电路的感生电动势电压能够相同，可以在如图2所示的T3时刻，也就是当感生电动势的电压波形与B相电路输入的电压波形300相交时闭合B相电路。这样，B相电路闭合时，电源侧的电压与负载侧的电压相等，从而闭合点的瞬间电流等于零。在B相电路闭合后，电路中便可以产生B相电流500。

同样地，请参阅图3，在A相电路分断后，可以在T4时刻，也就是负载侧的感生电动势的电压波形与C相电路输入的电压波形400相交时，闭合C相电路，从而使得闭合点的瞬间电流等于零。在C相电路闭合后，电路中便可以产生C相电流600。

参见附图4、5。在本实施方式中，所述通信接口模块8用于接收从当前相电路向目标相电路切换的换相指令，并将所述换相指令发送至所述主控模块6。为了便于描述，假设所述当前相为A相，所述目标相为B相。这样，所述主控模块6便通过采样模块采集所述负载侧电路中电流互感器116的电流信号以及采集所述当前相电路中电压互感器13的电压信号。

在本实施方式中，在对A相电路进行分断时，通过采样模块3采集所述负载侧电路中电流互感器116的电流信号以及采集所述当前相电路中电压互感器13的电压信号。当检测到如图2所示的电流波形200由正变为0时(即在图2中的T0点)，由于双向可控硅14的控制电路有过零导通的特性，因此在电流为0时，其控制电路导通继而双向可控硅14被触发导通。在双向可控硅14导通之后，主控模块6便通过指令操作模块4向磁保持继电器15下达分断指令，从而分断磁保持继电器15的主触点S和辅助节点K。这样，A相电路便通过双向可控硅14导通。

在本实施方式中，当检测到图2中的电流波形200由负变为0时(即在图2的T2点)，主控模块6可以通过指令操作模块4向双向可控硅14的控制电路下达截止指令。这样，在图2的电流波形200过零点T2时刻，双向可控硅14及其控制电路由于具有过零截止的特性，从而可以截止。这样，A相电路便可以在电流波形200过零时分断。

在本实施方式中，在对B相电路进行闭合操作时，主控模块6须在A相电路对应的磁保持继电器15处于分断状态，并且负载侧电流互感器116的电流为0时，通过指令操作模块4向双向可控硅19的控制电路下达导通指令，由于双向可控硅19的控制电路具有过零导通的特性，所以在T3时刻，B相电路中电源侧电压和负载侧感生电动势电压相同时，加载于双向可控硅19的控制电路两端的电压相同，即两端电压为零，双向可控硅19的控制电路导通从而使双向可控硅19被触发导通。这样，B相电路便可以通电。随后，主控模块6可以通过指令操作模块4向磁保持继电器110下达闭合指令，从而可以在磁保持继电器110的主触点S和辅助节点K闭合后，分断双向可控硅19的控制电路，这样，双向可控硅19及其控制电路便在过零点截止。B相电路可以由磁保持继电器110持续通电。

上述“从A相到B相”的换相操作过程同样适用于“从B相到C相”和“从C相到A相”的两相相位差120°的换相操作。

对于“从A相到C相”、“从C相到B相”以及“从B相到A相”的两相相位差240°的换相操作，其分断过程与上述的分断过程一致，以从A相到C相为例，其闭合过程如下所述：

请参阅图3，主控模块6须在A相电路对应的磁保持继电器15处于分断状态，并且负载侧电流互感器116的电流为0时，通过指令操作模块4向双向可控硅114的控制电路下达导通指令，由于双向可控硅114的控制电路具有过零导通的特性，所以在T4时刻，C相电路中电源侧电压和负载侧感生电动势电压相同时，加载于双向可控硅114的控制电路两端的电压相同，即两端电压为零，双向可控硅114的控制电路导通从而双向可控硅114被触发导通。这样，C相电路便可以通电。随后，主控模块6可以通过指令操作模块4向磁保持继电器115下达闭合指令，从而可以在磁保持继电器115的主触点S和辅助节点K闭合后，分断双向可控硅114的控制电路，这样，双向可控硅114及其控制电路便在过零点截止。C相电路可以由磁保持继电器115持续通电。

由上可见，所述指令操作模块4用于向各个双向可控硅的控制电路传输所述主控模块下达的导通触发指令，所述指令操作模块还用于向各个磁保持继电器传输所述主控模块下达的分断指令或闭合指令。

在本发明一个实施方式中，所述A相电路、B相电路、C相电路还包括熔断器12、17、112，所述熔断器可以对各相电路中的最大电流进行限制，当电路中电流超过最大限制值时，熔断器便会熔断，从而保护线路中的电子器件不受损坏。所述熔断器还可以替换为空气开关。

在本发明一个实施方式中，所述终端装置还包括电源模块2、数据存储模块5和显示键盘电路模块7，其中，所述电源模块2用于为所述终端装置中的各个模块供电，所述显示键盘电路模块7和所述数据存储模块5均与所述主控模块6相连。其中，所述显示键盘电路模块7作为主控模块6与外界的交互模块，用户通过所述显示键盘电路模块7向所述主控模块6下达各种指令，所述主控模块6也通过所述显示键盘电路模块7向用户显示当前装置的各项参数。所述数据存储模块5则存储终端装置在进行数据处理过程中产生的数据。

由以上本发明实施方式提供的技术方案可见，本发明实施方式通过对负载侧电路中电流互感器的电流信号进行检测并且利用双向可控硅及其控制电路的工作特性，从而在电流信号过零时对当前相进行分断。此外，在线路分断之后，通过对目标相中电压互感器和负载侧电路中电压互感器的电压信号进行检测并且利用双向可控硅及其控制电路的工作特性，从而在目标相电路中的电压与负载侧感生电动势的电压相等时，将目标相电路闭合，这样在闭合点瞬间电流为零，便不会在线路中产生较大冲击电流，从而能够保护用电设备。

上面对本发明的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。本发明的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本发明旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

Claims (5)

1.一种基于暂态波形拟合的相间负荷转移终端装置，所述终端装置包括交流主电路模块、采样模块、指令操作模块和主控模块，其特征在于，所述主控模块分别与所述采样模块、指令操作模块相连，所述采样模块和所述指令操作模块还与所述交流主电路模块相连，其中：

所述交流主电路模块包括电源侧电路、开关电路和负载侧电路，所述电源侧电路包括并联的A相电路、B相电路和C相电路，所述开关电路中包括与各相电路相对应的并联的双向可控硅和磁保持继电器，其中，各个双向可控硅与控制电路相连，所述负载侧电路包括电流互感器、电压互感器和负载侧输出端子；所述A相电路、B相电路、C相电路的结构相同，均包括输入端子和电压互感器；

所述采样模块用于采集所述负载侧电路中电流互感器的电流信号以及采集当前相电路中电压互感器的电压信号；

所述指令操作模块用于向各个双向可控硅的控制电路传输所述主控模块下达的导通触发指令，所述指令操作模块还用于向各个磁保持继电器传输所述主控模块下达的分断指令或闭合指令；

其中，所述主控模块还用于在所述A相电路分断后，根据所述负载侧电路的感应波形与B相电路输入的电压波形相交时控制闭合所述B相电路。

2.根据权利要求1所述的终端装置，其特征在于，所述A相电路、B相电路、C相电路还包括熔断器或空气开关。

3.根据权利要求1所述的终端装置，其特征在于，所述终端装置还包括电源模块、数据存储模块和显示键盘电路模块，其中，所述电源模块用于为所述终端装置中的各个模块供电，所述显示键盘电路模块和所述数据存储模块均与所述主控模块相连。

4.根据权利要求1所述的终端装置，其特征在于，所述双向可控硅的控制电路为过零导通和过零截止的电路。

5.根据权利要求1所述的终端装置，其特征在于，所述终端装置还包括与所述主控模块相连的通信接口模块，所述通信接口模块用于接收从当前相电路向目标相电路切换的换相指令，并将所述换相指令发送至所述主控模块。