一种基于三选一负荷切换开关模块的低压负荷自平衡装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种基于三选一负荷切换开关模块的低压负荷自平衡装置，适用 于城市配网低压侧的三相不平衡治理，属电力电子技术领域的产品节能产品。
【背景技术】
[0002] 在我国的电力系统，电能的消耗主要是依靠配网来实现的，尤其是依靠配网低 压侧供电来实现的。低压电力负荷，通常是指交流220V/380V系统所带的负荷。交流 220V/380V系统通常由三相四线组成，即A相、B相、C相、N相(零线)，其接带的负荷几乎包 括了现代家电和所有种类的工、农业用电设备。
[0003] 显然，配网低压侧所接带的负荷可能包含单相负荷和三相负荷。对于三相电机负 荷而言，正常运行时，三相是处于平衡状态的。对居民用户来说，其负荷几乎都是单相的。 由于各个家庭的用电设备的性质、功率大小不一样，且随着社会的发展，用电设备会不断增 加，每家用电的增加量不相等，纵然是原先初装时三相用户平均分配，也不可能是三相负荷 随时处于平衡状态。其次，由于用电的季节性、时段性以及不同时率，一定会造成三相负荷 的大小不可预测，也即非常容易造成三相负荷不平衡。事实证明，在某些地方，不平衡率有 的高达80%以上，可以说低压电力系统三相负荷绝对平衡是理想状态，不平衡是常态。
[0004] 三相负荷不平衡，给电力系统带来的第一大危害是线路损耗增大，线损增大的数 值与电流的平方成正比。
[0005] 假设某配变的三相负荷电阻相等且等于R，在平衡状态，该配变的线路损耗 」P=I2R,且」P a=」Pb=」Pc。三相总线损Σ」P=3I2R。
[0006] 当系统处于不平衡状态时，假设A相负荷为零，而B、C两相平均分担了 A相的电 流，则线路损耗」PA=〇,」PB=(1. 5I)2R=2. 251?,」Pc=(l. 5I)2R=2. 251?, Σ」P=4. 5 I2R, 线损增加量是：4. 5 I2R-3I2R=1. 5I2R，也即线损增加了 50%。不难算出，若三相所带负荷由一 相接带，此时的Σ」P= (3I)2R=9I2R。线损增加量是：9I2R-3I2R=6I 2R，线损是平衡状态时的 3倍，也即线损增加了 200%。
[0007] 事实上，我们通常看到的线路冒火的现象，大部分是该线路过载引起的。对电力系 统而言，增加了故障抢修次数，增加了运维成本，降低了供电可靠性。
[0008] 三相负荷不平衡，给电力系统带来的第二大危害是变压器产生附加铁损。三相负 荷不平衡，给电力系统带来的第三大危害是产生附加铜损。
[0009] 三相负荷不平衡，给电力系统带来的第四大危害是产生电压偏移，严重时会导致 产生三相电压不平衡，影响三相电动机的运行出力甚至烧毁电机。
[0010] 因此，我们可以说，把三相负荷实时调整到不平衡度最小，也就是使线损最小化， 也即节能。
[0011] 当前，电力系统为了解决三相不平衡问题，常用的办法是派人到居民用电现场去 调整负荷。但遗憾的是，三相负荷不平衡是一种动态过程，它会随时发生变化，靠人工调整 负荷的办法只能解决暂时的问题，而绝不能解决根本问题。费工、费时，收效甚微。
【发明内容】
[0012] 本实用新型目的在于提供基于三选一负荷切换开关模块的低压负荷自平衡装置， 适用于城市配网低压侧电力负荷三相不平衡治理。
[0013] 本实用新型的原理框图见附图1、2。
[0014] 本实用新型由信号变换电路（1)、数据采集与计算模块（2)、CPU(3)、电源（4)、通 讯模块（5)、显示模块（6)、存储器（7)及三选一负荷切换开关模块（8)、零相电流补偿模块 (9)组成。
[0015] 信号变换电路（1)是把高电压、大电流的信号变换成适合数据采集与计算模块 (2)工作的电路；
[0016] 数据采集与计算模块（2)是用于数据采集并计算出有功功率、无功功率、功率因 数、电压、电流等参数的模块；
[0017] CPU(3)是用于计算不平衡度、与上位机通讯、采集三选一负荷切换开关模块（8) 上的数据并下发换相命令的芯片；
[0018] 电源（4)是把交流220V变为适合本装置使用的电源模块；
[0019] 通讯模块（5)是与上位机通讯的模块，根据实际现场的情况，可以是载波、无线、有 线等通讯方式；
[0020] 显示模块（6)是用于显示计算结果的显示电路，根据需要，可以是液晶、LED等。
[0021] 存储器（7)是用于存储本装置一些设置参数的非易挥发性芯片。
[0022] 三选一负荷切换开关模块（8)是基于本申请人申报的专利模块，实用新型专利申 请号：201510109521.5，发明专利【申请号】201520141714. 4,该模块具有"三选一"的唯一 性和可靠性。在任何时候都不会产生短路和开路，且具有在大负荷下实现了真正的过零切 换，停电时间短等优点。
[0023] 零相电流补偿模块（9)是应用"王氏定理"实现的使零相电流最小化的电路。
[0024] 本装置的优势是：
[0025] 1、随时使单元楼处的负荷处于"最小不平衡"下运行；
[0026] 2、随时使配变处于"最小不平衡"下运行；
[0027] 3、可以根据需要，任意扩展三选一负荷切换开关模块的个数；
[0028] 4、零相电流补偿模块的加入，在功率因数不产生"过补偿"（注：过补偿是指负荷 的功率因数由感性变为容性，发生此情况会产生较大的线损）的情况下，使零相电流最小， 同时，可以适度改善电压质量；
[0029] 5、大负荷真正过零投切，在任何时候都不会产生短路和开路，停电时间短，设备寿 命长；
[0030] 6、设备造价低廉，自身功耗小，安装方便简捷。
【附图说明】
[0031] 附图1为原理框图，
[0032] 附图2为零相电流补偿模块框图。 具体实施方案
[0033] 如附图1、2,三相四线民用电进入信号变换电路（1)，把交流高电压、大电流信号 变换成后适合数据采集与计算模块（2)工作的信号。同时，该三相四线电路引出到三选一 负荷切换开关模块1 (8)到三选一负荷切换开关模块N (8)及零相电流补偿模块（9)。
[0034] 数据采集与计算模块（2)是一块三相计量芯片，该芯片具有强大的采集及计算功 能，实时采集信号变换电路（1)来的交流信号，算出三相正、反有功功率、无功功率、三相电 压、电流、各相功率因数、三相正、反有功电度、正反无功电度等电气参数。
[0035] CPU(3)实时采集"数据采集与计算模块（2)"计算出的结果，并把结果传送到 显示模块（6)循环显示。同时，通过公式
实时计算出当前的不平衡 度，并记下这个不平衡度值。式中：ImM是二相电流中的最大值，I MIW是二相电流中的最小 值，S是当前不平衡度的百分值。当不平衡度δ超过某个定值(该定值是人工设置，存 储在存储器（7))时，CPU(3)通过RS-485通讯接口，按照自定义的通讯协议，