一种分布式的三相负荷自动平衡装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种分布式的三相负荷自动平衡装置，基于三相负荷平衡的思路，来治理电网中三相不平衡的问题。包括：总控制单元、三相子结点单元和换相电源单元。总控制单元负责监测整个台区的不平衡度并发送控制指令，三相子结点单元负责监测下属的单元并标记区域，换相电源单元解决最为核心的无感换相问题，包括控制单元、升压变压器、整流电路、逆变电路及开关组单元。换相电源单元是在换相过程中提供给负载的替代电源，输出与电网同频同相的电压。当电网出现不平衡时，总控制单元发送换相指令，通过换相电源的相位追踪实现对负荷的无感换相，可以有效的从根本上解决三相不平衡问题，是一套完整的自动的治理三相不平衡的装置。

A Distributed Three-Phase Load Auto-Balancing Device

The invention provides a distributed three-phase load automatic balancing device, which is based on the idea of three-phase load balancing to solve the problem of three-phase unbalance in power grid. It includes: general control unit, three-phase sub-node unit and commutation power supply unit. The main control unit monitors the unbalance of the whole station area and sends control instructions. The three-phase sub-node unit monitors the subordinate units and marks the area. The commutation power supply unit solves the core non-inductive commutation problem, including the control unit, step-up transformer, rectifier circuit, inverter circuit and switching unit. The commutation power supply unit is an alternative power supply provided to the load during commutation, which outputs the same frequency and phase voltage as the power grid. When the power grid is unbalanced, the general control unit sends commutation instructions and realizes the induction-free commutation of load by phase tracking of the commutation power supply. It can effectively and fundamentally solve the problem of three-phase unbalance. It is a complete set of automatic devices to control three-phase unbalance.

【技术实现步骤摘要】
一种分布式的三相负荷自动平衡装置
本专利技术属于低压三相配电
，尤其涉及一种分布式的三相负荷自动平衡装置。
技术介绍
在低压配电网侧，由于越来越多的大功率负荷、非线性负载接入电网，以及用户用电的随机性和不确定性，导致负荷的不平衡分布，电网中存在着严重的三相不平衡现象。电网在三相负荷不平衡的条件下运行，会产生零序电流，该电流随三相负荷不平衡的程度变化，不平衡度越大，零序电流也越大。零序电流会增加变压器的损耗，严重时还会损害变压器。所以，解决三相不平衡问题既是对能源合理利用的要求，更是建立环境友好型社会和智慧城市的要求。目前解决三相不平衡的办法主要有：1.采用人工换相的方法，经过长时间三相负荷不平衡的累积，切断电源，通过人工的方式调节平衡，这种方法较为常见，通常情况下，农网用电作为三相不平衡调解过程中的牺牲品，也会带来很大的损失；2.利用无功补偿装置进行补偿，但是该装置只能在出现不平衡时进行补偿，且调节效果有限，并不能从根本上解决三相不平衡；3.智能机械开关方式的换相技术，该技术虽然能够在整体上平衡，但仍然存在对负载冲击大等缺点。尽管目前三相不平衡治理存在多种解决办法，但都不能从根本上解决。本专利技术另辟蹊径，从引起单相不平衡的负荷不平衡来考虑，提出了三相负荷平衡的解决思路，当电网中出现不平衡时，将负载从电流较大的一相切换到电流较小的一相上来，并解决了在换相过程中负荷无感知换相的技术问题。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种分布式的三相负荷平衡装置。通过在台区检测电网中的三相不平衡度，发送指令到换相电源执行换相，且保证负荷在换相过程中正常工作，从而实现三相负荷平衡的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术一种分布式的三相负荷平衡装置，包括总控制单元、三相子结点单元和换相电源单元。总控制单元由电压电流采集电路、通讯单元和显示单元组成，实现台区内三相不平衡度的监测、分析、发送和显示；三相子结点单元为换相电源单元上属区域的划分，由电压电流采集电路、通讯单元和信息存储单元组成；换相电源单元为整个装置的核心组成部分，包括包括控制单元、通信单元、AC-DC整流电路，DC-AC逆变电路，滤波网络，可调式升压变压器以及开关组单元；换相电源在接收到换相指令时进入工作模式，在换相完成和未接收到换相指令时退出工作模式。可选地，其控制结构包括三层控制单元，第一层控制为总控制单元，负责整个台区的控制指令；第二层控制为三相子结点控制单元，负责台区下属区域的控制指令；第三层控制为单相电用户侧控制单元（换相电源控制单元），负责接收控制指令并执行换相。可选地，还包括通讯单元，所述通讯单元分别连接在所述台区总控单元和所述单相电用户侧控制单元，分别负责发送总控单元的控制指令和接收台区总控单元的指令。可选地，还包括数据处理单元，所述数据处理单元将所述台区总控单元和各个三相子结点控制单元采集到的数据进行存储、计算；当台区内三相不平衡超过设定值时，数据处理单元经过分析，得出需要换相的结果并生成换相指令。可选地，所述换相电源单元的各个部分的连接方式为，四线端入口分别接一个开关元件，以此把换相电源接在不同的相上，将三相电压上开关的另一端连接在一起与零线上开关的一端分别作为升压变压器的两个输入端；升压变压器输出端接整流电路，整流电路输出经过电容滤波接逆变电路，所述逆变电路输出连接LC滤波网络，输出端各连接一个开关，将开关的输出端连接到两端接线口，连接负载。可选地，还包括定时单元，电压电流采集单元由定时单元触发，在保证数据有效的前提下，进行有间隔的采样。可选地，所述换相电源单元还包括相位信号提取电路，包括三相电压信号采集，过零比较器，施密特触发器，用于提取各相电压的相位信号。可选地，所述换相电源单元DC-AC逆变电路包括四个MOS管或其他功率开关管，连接在所述DC-DC整流电路之后。可选地，还包括锁频锁相单元，将所述施密特触发器整形后的相位信号送入控制器，所述控制器通过改变驱动信号改变逆变电压的相位。可选地，还包括闭环控制单元，将所述滤波网络输出端通过电压隔离采样，将模拟信号转化为数字信号，输入所述控制单元，控制单元通过改变驱动信号稳定逆变输出电压。可选地，还包括选相开关组单元，开关组分别连接在三相子节点单元与所述换相电源单元之间，换相电源单元与用户侧负载之间以及三相子节点单元与用户侧负载之间，分别控制将用户侧负载接在哪一相上，包括至少9个开关为一组。可选地，所述换相电源单元输出220V/50Hz电压。可选地，还包括弱电电源单元，包括降压变压器、整流电路、稳压电路，输出可供所述控制单元、通讯单元、信号提取电路的弱电电源。可选地，还包括大数据处理单元，负责分析所采集到的数据，根据采集到的数据，分析并预测某个时间段内为用电高峰期，预测可能出现的三相不平衡，并提前换相。本专利技术提供的一种分布式的三相负荷平衡装置的有益效果：本专利技术通过主控制单元对台区三相不平衡度的检测，并发送指令给换相电源单元；换相电源单元作为负载在换相过程中电网的替代电源，可以实现在换相过程中负载无感换相。本专利技术从三相不平衡产生的根本原因上来解决问题，不仅对电网冲击小，而且不影响用电器的正常工作，减少了由于三相不平衡造成的对电网资源的浪费，具有十分重要的意义。附图说明：为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例的系统结构框图；图2为本专利技术实施例换相电源的组成示意图；图3为本专利技术实施例换相电源连接示意图；图4为本专利技术实施例相位信号提取结构示意图；具体实施方法:为了使本专利技术的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本专利技术的实施方式做进一步的详细解释。参照附图1，本专利技术提供的一种分布式的三相负荷平衡装置，包括三层结构，总控制单元（1）负责整个区域范围内的三相不平衡度检测，经过算法分析，发送换相指令，保证整个区域内的三相平衡；三相子结点单元（2）负责检测下属区域内的三相不平衡度，负责将下属的单相用电侧进行区域划分；负载侧（3）即为单相用电侧，通过换相电源单元（4）连接用户的单相用电器；其中总控制单元下分为N个三相子结点单元（2），三相子节点单元（2）下可接N个负载（3）。参照附图2，换相电源单元（4）包括三相四线输入端（5）和负载输出端（3），其中，输入端（5）接三相子结点单元（2），输出端接负载（3）；三相电压输入连接开关组单元（7），三个开关（100、101、102）分别控制换相电源单元的接在不同的相位上，经过开关组单元（7）之后，输出为单相电压，连接升压变压器（8），由于后级逆变电路会消耗电压，为了保证换相电源输出电压与电网电压大小相等，需要在前级接入升压变压器（8）；升压后的电压信号经过整流电路（9）输出直流信号，在经过逆变电路（10）和滤波网络（11）后输出交流信号，该交流信号频率与电网频率相同，与电网电压幅度相同，且相位信号可控；滤波之后的电压信号连接开关单元（6）（200、201），这两路开关负责在负载（3）换相时，控制负载接在换相电源单元。参照附图3，本专利技术提出一种分布式的三相负荷平衡器的核心换相电源单元，换相过程包括一组开关单元至少9个为一组执行换相；具体换相执行过程为：步骤1：电网中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式的三相负荷自动平衡装置，其特征在于，包括：总控制单元、三相子结点单元和换相电源单元；所述总控制单元用于配电侧区域范围内三相不平衡度测量，总控制单元连接在低压总配电侧输出端，包括电压电流采集电路、通讯单元和显示单元；所述电压电流采集电路，包括三相电压电流信号和零线电压电流信号采集共八路信号采集，将模拟信号转换为可以计算的数字信号，连接在所述配电总控制单元电压输出侧；所述通讯单元负责发送总控制单元的控制指令；所述显示单元通过配电总控制单元控制显示当前各项电能质量参数；所述三相子结点单元用于台区范围内的信号采集，低压总配电侧输出端下接N个三相子结点单元，三相子结点单元的输出端接四线端接口，下属的单元取单相电压；包括子结点控制单元、电压电流采集电路、通讯单元和信息存储单元，所述信息存储单元存储子结点控制单元下的各相电流电压信号以及下属换相电源单元的信息；所述换相电源单元为所述一种分布式的三相负荷平衡装置的核心，用于提供换相过程中保证负荷正常工作的替代电源，所述换相电源单元安装在所述三相子结点控制单元与用户侧之间，所述换相电源接包括一个四线输入端口和一个两端的输出端口；包括控制单元、通信单元、AC‑DC整流电路，DC‑AC逆变电路，滤波网络，可调式升压变压器以及开关组单元；换相电源在接收到换相指令时进入工作模式，在换相完成和未接收到换相指令时退出工作模式。...

【技术特征摘要】
1.一种分布式的三相负荷自动平衡装置，其特征在于，包括：总控制单元、三相子结点单元和换相电源单元；所述总控制单元用于配电侧区域范围内三相不平衡度测量，总控制单元连接在低压总配电侧输出端，包括电压电流采集电路、通讯单元和显示单元；所述电压电流采集电路，包括三相电压电流信号和零线电压电流信号采集共八路信号采集，将模拟信号转换为可以计算的数字信号，连接在所述配电总控制单元电压输出侧；所述通讯单元负责发送总控制单元的控制指令；所述显示单元通过配电总控制单元控制显示当前各项电能质量参数；所述三相子结点单元用于台区范围内的信号采集，低压总配电侧输出端下接N个三相子结点单元，三相子结点单元的输出端接四线端接口，下属的单元取单相电压；包括子结点控制单元、电压电流采集电路、通讯单元和信息存储单元，所述信息存储单元存储子结点控制单元下的各相电流电压信号以及下属换相电源单元的信息；所述换相电源单元为所述一种分布式的三相负荷平衡装置的核心，用于提供换相过程中保证负荷正常工作的替代电源，所述换相电源单元安装在所述三相子结点控制单元与用户侧之间，所述换相电源接包括一个四线输入端口和一个两端的输出端口；包括控制单元、通信单元、AC-DC整流电路，DC-AC逆变电路，滤波网络，可调式升压变压器以及开关组单元；换相电源在接收到换相指令时进入工作模式，在换相完成和未接收到换相指令时退出工作模式。2.根据权利要求1所述的一种分布式的三相负荷自动平衡装置，其特征在于，其控制结构包括三层控制单元，第一层控制为总控制单元，负责整个台区的控制指令；第二层控制为三相子结点控制单元，负责台区下属区域的控制指令；第三层控制为单相电用户侧控制单元（换相电源控制单元），负责接收控制指令并执行换相。3.根据权利要求1所述的一种分布式的三相负荷自动平衡装置，其特征在于，还包括通讯单元，所述通讯单元分别连接在所述台区总控单元和所述单相电用户侧控制单元，分别负责发送总控单元的控制指令和接收台区总控单元的指令。4.根据权利要求1所述的一种分布式的三相负荷自动平衡装置，其特征在于，还包括数据处理单元，所述数据处理单元将所述台区总控单元和各个三相子结点控制单元采集到的数据进行存储、计算；当台区内三相不平衡超过设定值时，数据处理单元经过分析，得出需要换相的结果并生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建军，卫娜，李亚东，赵二刚，俞梅，李春明，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12