CN110661275A - 一种换相开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换相开关，属于低压配电网电能质量治理领域。该换相开关包括控制器、A/D转换单元、模拟量采集单元和继电器执行机构，模拟量采集单元通过A/D转换单元与控制器相连，控制器控制连接继电器执行机构，换相开关还包括通信模块，通信模块连接控制器，控制器还设置有模拟测试模块，用于在模拟测试模块接收到测试指令时，通过与上位机通信获取当前接入负荷和当前相位的模拟信息，并根据收到当前接入负荷和当前相位的模拟信息生成模拟切换相位指令。该换相开关通过设置模拟测试模块，经过上位机发送模拟信息，实现对换相开关的模拟投切操作，进而实现换相开关的自检，检测过程无需依靠外部设备进行模拟投切，使得换相开关的检测更加方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种换相开关，属于低压配电网电能质量治理领域。
背景技术
在低压配电网中配电变压器是连接配电线路与用户之间的桥梁，肩负着向用户分配电能的重任，它的安全稳定运行是保证用户用电的基础。然而目前，大量配电变压器存在三相不平衡的问题，严重影响了供电企业的效益和用户的电能质量，同时也危害了人身设备的安全。
三相不平衡的缺陷在于：1)增加线路损耗：在三相四线制供电网中，由于导线存在阻抗，所以电流通过的时候就会产生损耗。其损耗与通过电流的平方成正比。当相电流平衡的时候，系统的电能损耗最小，不平衡时，损耗增加。
2)降低配变变压器出力以及增加铁损：由于变压器在设计的时候，每相的容量额定值相等，最大允许的出力受到每相的额定值限制。三相不平衡时，负载轻的相得不到完全利用，配变变压器总的配变出力降低。而且三相不平衡时，配电系统就会产生零序电流，零序电流进入金属构件时，就会产生磁滞和磁涡流损耗，使设备发热，加速设备的老化。
3)电动机效率降低：三项不平衡状况下，就会产生正序、负序、零序电压。在负序电压比正序电压小的时候，正负序电压产生的磁场方向相反，负序电压产生的磁场起到起到抑制作用，所以降低了电动机效率。
4)影响用户用电质量：三相负荷不平衡情况下，中性点会发生漂移，引起各相电压发生变化，带来接在负载重的相的用户，电压会偏低，在轻载相的用户电压会偏高等后果。
为解决上述问题，一般采用换相开关来实现三相平衡。目前的换相开关装置通过换相控制器采集、运算电力参数值，当电力参数值不平衡度超出规定值，一次进行不平衡判比、换相，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内，最终目标是要实现配电网支路的三相电流负荷幅值大小尽可能一致，各负荷相位相差120度。如申请公布号为CN108988363A的中国专利申请文件，该文件公开了一种换相开关装置，包括辅助电源、执行模块、继电器驱动模块、电压采集模块、电流采集模块、状态采集模块以及主控芯片组，主控芯片组根据电压采集模块和电流采集模块运算得到各馈线单元下各支路的电力参数值，当除漏电流值以外的电力参数值在不平衡可调节范围内时，按照换相控制时序输出控制指令至继电器驱动模块，由继电器驱动模块驱动执行模块动作，实现不平衡的调节。虽然上述方案能够解决三相不平衡的问题，但是，对于换相开关自身是否有问题，只能通过外部设备进行检测，使得对换相开关本身的测试比较麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换相开关，用以解决目前针对换相开关的测试只能依靠外部设备导致测试麻烦的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种换相开关，包括控制器、A/D转换单元、模拟量采集单元和继电器执行机构，模拟量采集单元通过A/D转换单元与控制器相连，控制器控制连接所述继电器执行机构，所述换相开关还包括通信模块，所述通信模块连接所述控制器，所述控制器还设置有模拟测试模块，用于在模拟测试模块接收到测试指令时，通过与上位机通信获取当前接入负荷和当前相位的模拟信息，并根据收到的当前接入负荷和当前相位的模拟信息生成模拟切换相位指令。
有益效果是：该换相开关设置模拟测试模块，通过上位机发送模拟信息，实现对换相开关的模拟投切操作，进而实现换相开关的自检，检测过程无需依靠外部设备进行模拟投切，使得换相开关的检测更加方便。
为了进一步的方便测试，模拟测试模块用于接收上位机所下发的开启测试模拟状态的测试指令。
为了进一步的实现测试的灵活性，所述换相开关还包括用于选取换相开关状态的按键模块，所述按键模块连接所述控制器；换相开关状态包括测试模拟状态和正常工作状态。
为了进一步的方便操作人员操作和观察，所述换相开关还包括用于显示换相开关状态以及当前相位的显示模块，所述显示模块连接所述控制器。
为了进一步的保证三相平衡，所述控制器还根据模拟量采集单元采集到的负荷相的电压和电流数据确定有功功率和无功功率，并根据所确定的有功功率和无功功率控制继电器执行机构进行换相处理。
附图说明
图1为本发明换相开关原理示意图；
图2为本发明换相开关的安装连接示意图。
具体实施方式
换相开关实施例：
本发明的主要构思在于，在控制器上设置模拟测试模块可以接收测试指令，通过与上位机通信获取模拟信息，以实现换相开关的自检，使得换相开关的检测更加方便。
本实施例提出的换相开关包括控制器、A/D转换单元、模拟量采集单元、通信模块和继电器执行机构，模拟量采集单元通过A/D转换单元与控制器相连，控制器控制连接继电器执行机构，通信模块域控制器连接，控制器还设置有模拟测试模块。如图1所示，控制器采用单片机，单片机的型号为STM32F103Vct6，A/D转换单元为AD转换芯片，模拟量采集单元为PT(电压互感器)/CT(电流互感器)，控制器通过控制IO接口连接继电器执行机构。当然作为其他实施方式，控制器、A/D转换单元以及模拟量采集单元的具体实施方式本发明不做限制，只要实现相应的功能即可。
PT/CT用于在实际接入负荷时，采集当前负荷相的电压及电流数据，AD转换芯片用于将PT/CT所采集或发送的信号从模拟信号转换为数字信号，继电器执行机构用于接收切换相位指令控制当前负荷相位，通信模块用于与上位机(即PC)通信连接，模拟测试模块用于在接收到测试指令时，通过与上位机通信获取当前接入负荷和当前相位的模拟信息，并根据收到当前接入负荷和当前相位的模拟信息生成模拟切换相位指令。而且，换相开关为测试模拟状态时，PT/CT所连接的负荷开关处于切除状态，不实际接入负荷。
为了进一步保证自检的便利性，模拟测试模块通过通信模块接收接收上位机所下发的测试指令传送至模拟测试模块，模拟测试模块根据上位机所下发的测试指令进入测试模拟状态，并根据上位机所给的模拟信息生成模拟切换相位指令，以实现换相开关的自检功能。本实施例中，通信模块可以是PLC载波模块，也可以是上位机通信模块，并且通信模块通过控制器上的USART(同步/异步串行收发接口)通信接口实现PLC控制系统(可编程逻辑控制器)或者上位机与换相开关之间的通信，作为其他实施方式，通信模块采用其他类型的接收器等，本发明对通信模块的具体实施方式不做限制。
除了上位机下发测试指令，使得换相开关进入测试模拟状态，换相开关可以包括按键模块，按键模块连接控制器，通过按键模块切换换相开关的状态(换相开关状态包括测试模拟状态和正常工作状态)，进而使得换相开关进入测试模拟状态，这样可以更加灵活的切换换相开关状态。而且，作为按键模块的一个扩展，可以设置更加复杂的按键，不仅可以切换换相开关的状态，还可以通过按键进行模拟信息的输入。
为了便于观看换相开关的状态和当前的相位信息，换相开关还包括显示模块，显示模块与控制器连接，在测试模拟状态的情况下，换相开关的模拟投切可以在显示模块中显示，并不实际的切换相位。本实施例中，显示模块为led灯，通过灯的不同颜色表示换相开关的状态和当前的相位信息，作为其他实施方式，显示模块也可以是显示器，直接通过数字或者文字显示，当然在人为可以判断的情况下，显示模块也可以没有。
本实施例中，在接入实际负荷时，为了保证幅值三相基本一致，控制器还根据PT/CT采集到的负荷相的电压和电流数据确定有功功率、无功功率以及潮流方向，并根据所确定的有功功率、无功功率以及潮流方向控制继电器执行机构进行换相处理。控制器还与远程的控制终端通信连接，由控制终端向换相开关发送查询和控制命令，换相开关向远程终端发送所查询的信息以及执行控制命令。PT/CT采集到的负荷相的电压和电流数据为采样点数组或者采样波形，根据采样点数组或者采样波形计算有功功率、无功功率以及潮流方向。
计算有功功率和无功功率前首先按照如图2的示意图将换相开关进行安装，负荷经过一条配电线路的A、B、C三相连接PT/CT，然后PT/CT定时采集负荷相的电压和电流波形数据，每个周期T采集32个点，PT/CT所采集的三相电压分别为Ua、Ub、Uc，负荷电流为IL，进而计算有功功率、无功功率以及潮流方向后，根据这些信息进行换相开关的换相操作。如何计算有功功率、无功功率以及潮流方向为现有技术，本发明不做过多介绍。
该换相开关采用有功功率和无功功率作为换相依据，实现了三相平衡，而且该换相开关中包括模拟测试模块实现了换相开关的自检，使得换相开关的检测更加方便，在测试模拟状态下时，换相开关不必接入实际用电负荷，即ABC三相不实际投入。
该换相开关还能够适用于其他地方，例如：具有光伏、风电等其他储能并网负荷支路中。
Claims (5)
1.一种换相开关，包括控制器、A/D转换单元、模拟量采集单元和继电器执行机构，模拟量采集单元通过A/D转换单元与控制器相连，控制器控制连接所述继电器执行机构，其特征在于，所述换相开关还包括通信模块，所述通信模块连接所述控制器，所述控制器还设置有模拟测试模块，用于在模拟测试模块接收到测试指令时，通过与上位机通信获取当前接入负荷和当前相位的模拟信息，并根据收到的当前接入负荷和当前相位的模拟信息生成模拟切换相位指令。
2.根据权利要求1所述的换相开关，其特征在于，所述模拟测试模块用于接收上位机所下发的开启测试模拟状态的测试指令。
3.根据权利要求1所述的换相开关，其特征在于，所述换相开关还包括用于选取换相开关状态的按键模块，所述按键模块连接所述控制器；换相开关状态包括测试模拟状态和正常工作状态。
4.根据权利要求1所述的换相开关，其特征在于，所述换相开关还包括用于显示换相开关状态以及当前相位的显示模块，所述显示模块连接所述控制器。
5.根据权利要求1所述的换相开关，其特征在于，所述控制器还根据模拟量采集单元采集到的负荷相的电压和电流数据确定有功功率和无功功率，并根据所确定的有功功率和无功功率控制继电器执行机构进行换相处理。
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2019
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