一种基于PWM变流器的自动换相设备检测装置及方法与流程

本发明属于装备检测技术领域，具体涉及一种基于pwm变流器的自动换相设备检测装置及方法。

背景技术：

当前，我国低压配电网大多是通过10kv/0.4kv变压器以三相四线制的方式为用户供电。然而，由于用户的分散性和负荷的多样性以及切入的随机性，几乎所有的低压配电网都存在三相不平衡问题。这种三相不平衡问题会导致电网中的线路损耗以及变压器的铜损、铁损增加，甚至会降低变压器的出力，进而影响到电能的正常供应以及降低电能质量，危害系统的安全运行和用户的安全用电。

为了解决这一问题，人工改线调整负荷的方式固然可行，但既不安全也不经济，从而低压自动换相负荷平衡设备在电网中得到大规模应用，以实现对三相不平衡问题的自动调节治理。但是，目前投入使用的低压自动换相负荷平衡设备中存在一些调节能力不足、精准度较低、故障率较高等问题，给电网和用电企业带来诸多经济损失。另外，自动换相负荷平衡设备在现场投运时，往往需要在停电的状态下对其进行性能等方面的测试，这既会扩大用户的停电范围，也会给现场操作人员带来一些触电的风险。

因此，亟需发明一种低压自动换相负荷平衡设备的检测装置，以在低压自动换相负荷平衡设备投入使用前，便可实现对设备的性能进行测试，为设备是否投入使用和设备性能的提升提供一定的参考依据。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于pwm变流器的自动换相设备检测装置及方法，以实现对当前低压自动换相负荷平衡设备性能的检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于pwm变流器的自动换相设备检测装置，自动换相设备包括选相器和相线切换箱，选相器和相线切换箱并联接入三相四线制系统的abc三相线路中；且选相器和相线切换箱相连，用于控制相线切换箱的工作；

所述的检测装置包括pwm变流器、现场控制器、无线手持终端和三相对称负荷；

pwm变流器包括不控桥整流器、直流电容和三相四桥臂逆变器；

低压配电网三相四线制系统中的abc三相作为不控桥整流器的输入，不控桥整流器的输出连接直流电容，再通过三相四桥臂逆变器输出交流电供给三相对称负荷；

现场控制器包括变流器控制模块、数据分析模块、选相器接收模块、控制芯片、第一射频信号收发模块；

变流器控制模块与pwm变流器相连，用于控制三相四桥臂逆变器中的开关器件的动作；

选相器接收模块与选相器相连，用于接收由选相器发送的三相电流实时检测值；

控制芯片分别与变流器控制模块、数据分析模块、选相器接收模块、第一射频信号收发模块相连，用于控制变流器控制模块、数据分析模块、选相器接收模块、第一射频信号收发模块的工作，还用于控制将选相器接收模块接收到的三相电流实时检测值发送至数据分析模块，并控制将数据分析模块的分析结果通过第一射频信号收发模块发送到无线手持终端；

数据分析模块用于对接收到的三相电流实时检测值进行数据处理分析。

进一步，优选的是，无线手持终端包括微处理器、触摸液晶显示屏和第二射频信号收发模块；

第二射频信号收发模块与第一射频信号收发模块无线连接；

微处理器分别与触摸液晶显示屏、第二射频信号收发模块相连，用于控制触摸液晶显示屏、第二射频信号收发模块的工作；

触摸液晶显示屏用于输入三相不平衡电压及不平衡度阈值并通过第二射频信号收发模块发送至现场控制器，还用于显示数据分析模块的分析结果。

进一步，优选的是，无线手持终端还包括蜂鸣器和信号灯；微处理器分别与蜂鸣器、信号灯相连，用于控制蜂鸣器和信号灯的工作。

本发明同时提供一种基于pwm变流器的自动换相设备检测方法，采用上述基于pwm变流器的自动换相设备检测装置，包括如下步骤：

s1：输入三相电流不平衡度阈值：

通过无线手持终端，向现场控制器输入三相电流不平衡度阈值；

s2：输入预设的三相不平衡电压及不平衡度值，产生三相电流不平衡度值：

通过无线手持终端向现场控制器发送三相不平衡电压及不平衡度阈值，变流器控制模块根据接收到的指令向三相四桥臂逆变器发送三相不平衡电压控制信号，预设的三相电压不平衡度值可取大于阈值小于100%的任意值，三相四桥臂逆变器输出的三相不平衡电压作用在三相对称负荷，产生三相不平衡电流及不平衡度值；

s3：实时采集三相电流，进行不平衡度值计算分析：

选相器实时采集三相不平衡电流，并据其进行分析、生成实时调整方案，并产生相线切换箱切换调整指令，传递给相线切换箱；

s4：相线切换箱接收动作信号，进行负荷调整切换：

相线切换开关箱接收来自选相器的控制信号，进行相线切换，对应相线接入负荷，调整三相电流不平衡度值；

s5：采集调整后的三相电流，进行不平衡度值计算分析：

利用选相器将调整后的三相电流传输给现场控制器，现场控制器的数据分析模块分析采集进来的三相不平衡电流，计算三相电流不平衡度值；

s6：调节后的三相电流不平衡度值与阈值比较，分析本次检测结果：

将调节后的三相电流不平衡度值与三相电流不平衡度阈值进行比较，若自动换相设备调节后的三相电流不平衡度值小于设定的阈值，则判定本次检测结果合格，否则本次检测结果不合格，并将检测结果利用射频信号传输给无线手持终端；

进一步，优选的是，三相电流不平衡度阈值为20%。

进一步，优选的是，还包括开机自检步骤，具体如下：

自动换相设备和检测装置上电以后，检查设备各部分通信是否正常；首先闭锁相线切换箱，检测人员通过无线手持终端向三相四桥臂逆变器发出三相对称电压控制信号，观测三相电流是否对称，如果对称，则说明无线手持终端和pwm变流器工作正常；再手动给选相器一个控制信号，观测相线切换箱是否按给定指令动作，如果动作，则选相器和相线切换开关箱工作正常；开机自检通过；之后输入三相电流不平衡度阈值。

进一步，优选的是，还包括无线手持终端显示检测结果步骤，具体如下：

无线手持终端接收来自现场控制器的检测结果，将三相电流以及三相电流不平衡度值显示在无线手持终端的触摸液晶显示屏上，若本次检测结果合格，则信号指示灯绿灯亮起，否则信号指示灯红灯亮起，蜂鸣器发声报警。

本发明中不控桥整流器的目的是为直流电容提供能量，三相四桥臂逆变器的作用是获得幅值不等的三相电压，获得的三相不对称电压作用在三相对称负荷时，便可以产生三相不平衡电流，同时，四桥臂的结构确保了三相逆变器可输出三相不对称电压。

选相器的主要作用是实时采集线路中的abc三相电流，并据其生成电流不平衡度值自动调节方案，从而产生并发出相线切换箱的动作指令；相线切换箱的作用是按照接收到的动作指令进行相线切换，从而实现对配电网三相电流不平衡度值的自动实时调整。

当对自动换相设备进行检测时，由无线手持终端发出指令，pwm变流器动作，自动换相设备实时调整，现场控制器收集信息并进行判断，整个检测系统的信息交互示意图如图2所示。

所述被检测设备与检测装置的动作时序如图4所示。

为确保检测过程中被检测设备和检测装置能够有序动作，规定了各个模块的动作时序。首先是设备开机自检，检测设备各模块通信是否有问题，若没有问题则进入后续装置检测程序。首先是操作无线手持终端，发出三相四桥臂逆变器控制指令；随后三相四桥臂逆变器动作，按控制指令输出三相不平衡电压；选相器工作，采集线路三相电流，进行不平衡度值计算分析，生成相线切换箱动作指令；相线切换开关箱按指令动作，进行负荷切换调整；现场控制器接收来自选相器传递的自动调整后的abc三相电流，计算不平衡度值，与设定的电流不平衡度阈值进行比较，得出本次检测结果；将检测结果传输给无线手持终端，液晶显示屏显示数据信息，对应指示灯亮起，蜂鸣器发声，检测人员记录本次测试结果。然后，可进行下一轮检测，被检测设备和检测装置各部分依次动作。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明通过一种基于pwm变流器的自动换相设备检测装置及方法，提供了一种对当前低压自动换相设备性能的检测途径；避免了在未知低压自动换相设备性能的前提下将其投入使用，进而避免了投入使用后对设备进行现场测试和维护需要切断用户供电带来的损失，以及潜在的安全操作隐患。

现有的低压自动换相设备的检测装置及方法，常采用切换负荷的方式来给被测试设备提供一个三相电流不平衡度值，这种方式虽然可行，但测试过程中需要进行频繁的切换，工作量大且电流不平衡度值预设范围有限，并存在一定的安全隐患；而本发明采取pwm变流器，可以轻松调节逆变器输出电压，在三相对称负荷不变的前提下，很容易便能实现三相电流不平衡度值的预设要求，且逆变器输出电压灵活可控，从而电流不平衡度的预设值调节范围更加宽广。另一方面，现有的检测装置及方法常依赖于只使用一个检测控制装置来分析检测结果，由于要铺设通信/控制线，检测控制装置一般要求安装在测试现场，这对检测人员操作而言存在一定的安全隐患；而本发明专利采用无线手持终端的方式，通过射频信号收发，可以轻松地给现场控制器发送控制指令，且能将检测过程中的电信息量通过液晶显示屏实时显示，还利用指示灯，蜂鸣器等外设将检测结果可视可听，人机交互十分友好，方法可靠，实施简单，操作方便。所述装置一旦投入使用，可大大降低检测成本和安全隐患，提升检测灵活度和工作效率。

本发明专利采用pwm变流器来构造三相不平衡电流，相比于传统通过切换负荷等方法改变电流，省去了很多负荷投切环节，操作简单，可靠性高；同时，pwm变流器的增加可防止在测试时造成配电网的不平衡问题。

由于电力电子器件的可控特性，使得三相不平衡电压的输出范围更加宽广，相比于传统方法，不平衡电流度值的预设值更加多样，满足多次测试的要求。

本发明专利利用无线手持终端操作整个测试过程，相比于传统在现场带电测试的方法，检测过程安全可靠；

无线手持终端修改测试参数方便快捷，易于进行多次试验，提升检测结果的可靠性，同时，无线手持终端可通过液晶显示屏、指示灯、蜂鸣器等模块将检测结果多样化展示，检测结果可视可听，人机交互十分友好。且采用无线手持终端的方式，可让现场测试人员处于安全区域操作，大大提高安全系数。

附图说明

图1为本发明基于pwm变流器的自动换相设备检测装置的结构示意图；

图2为本发明检测装置信息交互图；

图3为本发明检测方法流程图；

图4为被检测设备与检测装置的动作时序图；

其中，1、pwm变流器；2、现场控制器；3、无线手持终端；4、三相对称负荷；5、不控桥整流器；6、直流电容；7、三相四桥臂逆变器；8、选相器；9、相线切换箱；10、变流器控制模块；11、数据分析模块；12、选相器接收模块；13、控制芯片；14、第一射频信号收发模块；15、微处理器；16、触摸液晶显示屏；17、第二射频信号收发模块；18、蜂鸣器；19、信号灯。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

如图1~2所示，一种基于pwm变流器的自动换相设备检测装置，自动换相设备包括选相器8和相线切换箱9，选相器8和相线切换箱9并联接入三相四线制系统的abc三相线路中；且选相器8和相线切换箱9相连，用于控制相线切换箱9的工作；

所述的检测装置包括pwm变流器1、现场控制器2、无线手持终端3和三相对称负荷4；

pwm变流器1包括不控桥整流器5、直流电容6和三相四桥臂逆变器7；

低压配电网三相四线制系统中的abc三相作为不控桥整流器5的输入，不控桥整流器5的输出连接直流电容6，再通过三相四桥臂逆变器7输出交流电供给三相对称负荷4；

现场控制器2包括变流器控制模块10、数据分析模块11、选相器接收模块12、控制芯片13、第一射频信号收发模块14；

变流器控制模块10与pwm变流器1相连，用于控制三相四桥臂逆变器中的开关器件的动作；

选相器接收模块12与选相器8相连，用于接收由选相器发送的三相电流实时检测值；

控制芯片13分别与变流器控制模块10、数据分析模块11、选相器接收模块12、第一射频信号收发模块14相连，用于控制变流器控制模块10、数据分析模块11、选相器接收模块12、第一射频信号收发模块14的工作，还用于控制将选相器接收模块12接收到的三相电流实时检测值发送至数据分析模块11，并控制将数据分析模块11的分析结果通过第一射频信号收发模块14发送到无线手持终端3；

数据分析模块11用于对接收到的三相电流实时检测值进行数据处理分析。

优选，无线手持终端3包括微处理器15、触摸液晶显示屏16和第二射频信号收发模块17；

第二射频信号收发模块17与第一射频信号收发模块14无线连接；

微处理器15分别与触摸液晶显示屏16、第二射频信号收发模块17相连，用于控制触摸液晶显示屏16、第二射频信号收发模块17的工作；

触摸液晶显示屏16用于输入三相不平衡电压及不平衡度阈值并通过第二射频信号收发模块17发送至现场控制器2，还用于显示数据分析模块11的分析结果。

优选，无线手持终端3还包括蜂鸣器18和信号灯19；微处理器15分别与蜂鸣器18、信号灯19相连，用于控制蜂鸣器18和信号灯19的工作。

如图3所示，一种基于pwm变流器的自动换相设备检测方法，采用上述基于pwm变流器的自动换相设备检测装置，包括如下步骤：

s1：输入三相电流不平衡度阈值：

通过无线手持终端，向现场控制器输入三相电流不平衡度阈值；

s2：输入预设的三相不平衡电压及不平衡度值，产生三相电流不平衡度值：

通过无线手持终端向现场控制器发送三相不平衡电压及不平衡度阈值，变流器控制模块根据接收到的指令向三相四桥臂逆变器发送三相不平衡电压控制信号，预设的三相电压不平衡度值可取大于阈值小于100%的任意值，三相四桥臂逆变器输出的三相不平衡电压作用在三相对称负荷，产生三相不平衡电流及不平衡度值；

s3：实时采集三相电流，进行不平衡度值计算分析：

选相器实时采集三相不平衡电流，并据其进行分析、生成实时调整方案，并产生相线切换箱切换调整指令，传递给相线切换箱；

s4：相线切换箱接收动作信号，进行负荷调整切换：

相线切换开关箱接收来自选相器的控制信号，进行相线切换，对应相线接入负荷，调整三相电流不平衡度值；

s5：采集调整后的三相电流，进行不平衡度值计算分析：

利用选相器将调整后的三相电流传输给现场控制器，现场控制器的数据分析模块分析采集进来的三相不平衡电流，计算三相电流不平衡度值；

s6：调节后的三相电流不平衡度值与阈值比较，分析本次检测结果：

将调节后的三相电流不平衡度值与三相电流不平衡度阈值进行比较，若自动换相设备调节后的三相电流不平衡度值小于设定的阈值，则判定本次检测结果合格，否则本次检测结果不合格，并将检测结果利用射频信号传输给无线手持终端；

优选，三相电流不平衡度阈值为20%。

优选，还包括开机自检步骤，具体如下：

自动换相设备和检测装置上电以后，检查设备各部分通信是否正常；首先闭锁相线切换箱，检测人员通过无线手持终端向三相四桥臂逆变器发出三相对称电压控制信号，观测三相电流是否对称，如果对称，则说明无线手持终端和pwm变流器工作正常；再手动给选相器一个控制信号，观测相线切换箱是否按给定指令动作，如果动作，则选相器和相线切换开关箱工作正常；开机自检通过；之后输入三相电流不平衡度阈值。

优选，还包括无线手持终端显示检测结果步骤，具体如下：

无线手持终端接收来自现场控制器的检测结果，将三相电流以及三相电流不平衡度值显示在无线手持终端的触摸液晶显示屏上，若本次检测结果合格，则信号指示灯绿灯亮起，否则信号指示灯红灯亮起，蜂鸣器发声报警。

为确保检测结果的可靠性，消除一次检测带来的误差，可通过设置不同的三相不平衡电压的方法构造多组三相不平衡电流预设值，进行多次检测，综合多次检测结果得出被检测的低压自动换相设备是否合格。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。