台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的方法及其装置与流程

本发明属于电力设备领域，尤其涉及一种台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的方法及其装置。

背景技术：

公用配电台区是指由单台或多台配电变压器为多个用户提供供电电源的供电方式，目前我国城镇和农村多采用此类供电模式，其中，大部分为单台三相变压器，主要为多个用电负荷小于3千瓦的用户提供单相220伏生活电源。此类低压供电系统一般适用于单用户负荷小，具有实时变化大、用户数量多、分布范围广、三相负荷的分配较难控制等特点。这也造成配变三相负荷不平衡，用户末端电压变化大。而配电变压器三相负荷不平衡带来的主要危害有：1、变压器出力不足，不能达到满容量供电，浪费资源；2、造成变压器过热和铁芯饱和，影响变压器寿命；3、造成用户电压质量达不到要求。

为了解决上述技术问题，人们提出了各种各样的改进方案，例如，国家知识产权局就公开了一种智能区间稳压三相平衡节电系统{申请号：201020291240.9}，其解决的技术方案是，三相平衡变压器的输入端与电压传感器相连，电压传感器经A/D转换器由输入接口接输入寄存器，输入寄存器与微机CPU相连，微机CPU上装有存储器，微机CPU经接口接有显示器、编程器，微机C PU输出端装有输出寄存器，输出寄存器同继电器相连，继电器与三相平衡变压器输入端、输出端上的交流接触器相连。

亦或者是国家知识产权局就公开的低压三相负荷不平衡自动调相器{申请号：201310581053.2}，包括控制电路，相位切换机构，控制电路包括：由D1、D2、D3组成的三相整流桥，R1、R2、R3、R4、R5、R6组的分压电路，IC1、IC2、IC3组成的电压比较器，D5、M2、R8组的设定比较电压电路，延时触发电器由IC3、M1、R8构成，相位切换器K负责三相电压的选取工作。

上述技术方案虽然在一定程度上达到了稳压的目的，但仍然存在以下技术问题：1、采用CPU进行变压器电压的平衡控制，造成生产成本较高，再忽略用户端的感受，不利于用户端的用电质量；2、低压三相负荷不平衡自动调相器在电压选择时采用机械装置的转动进行选取，选取时间长，易出现用户端断电事情的发生，不利于用户端的电器保护；3、低压三相负荷不平衡自动调相器在三相电压相近时可能产生误判，造成切换电压相动作，不利于用户端的电器保护等技术问题。

技术实现要素：

本发明针对上述的变压器三相负荷平衡以及用户末端电压存在的技术问题，提出一种设计合理、方法简单、加工方便、成本低廉且能够平衡三相负荷，提高用户的用电质量的台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的方法及其装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的方法，包括以下有效步骤：

a、通过对三相电压的取样将其变化为和输入交流电压有效值呈线性关系的直流电压信号；

b、将三相电压取样所获得直流电压信号进行比较，确定电压最高相；

c、确定电压最高相后，将其直流电压信号通过延时电路后，变化为后级可控硅触发电路控制信号，进而通过控制可控硅导通和截止，以使负荷投切到电压最高相。

作为优选，所述c步骤中，确定电压最高相后，利用分压电路和电压互锁电路确保电压最高相的直流电压信号进入延时电路。

本发明还提供一种台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的装置，包括与三相电压电性连接且用于切换三相电压的开关控制模块以及用于控制开关控制模块的控制电路，所述控制电路包括依次电性连接的电压取样模块、优先投送选择模块、延时投送模块以及输出优先相投切信号产生模块，其中，电压取样模块用于与三相电压连接取样并将每相的电压取样变化为和输入交流电压有效值呈线性关系的直流电压信号；所述优先投送选择模块用于确定三相电压中的最高相并确保只有电压最高相直流电压信号输送至延时投送模块；所述延时投送模块用于延缓信号输送；所述输出优先相投切信号产生模块用于输出三相电压切换信号并发送给开关控制模块。

作为优选，还包括用于避免开关控制模块误动作造成输出相间短路的电压检测电路和输出残压锁定保护模块。

作为优选，还包括用于避免用户电压质量达标情况下换相投切的输出高电压锁定电路。

作为优选，所述开关控制模块包括与输出优先相投切信号产生模块电性相连的光耦以及与光耦电性相连的晶闸管继电器，所述晶闸管继电器用于连通单相电压和用电端。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

1、本发明通过根据用户端电压使用状况，通过调整切换最高电压供用户使用来避免三相负荷不平衡所造成的技术问题，本发明所提供的方法新颖，从根源处解决三相负荷不平衡的问题，同时，本发明提供的装置结构简单、成本低廉、所使用元器件均为常用元器件，且通过电路的设置，在电压进行比较的同时，选出最高电压相进行电压相切换，使整个电压相切换小于0.04秒，有效的保护了用户端电器的使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例2提供的台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的装置的结构原理图；

图2为实施例2提供的台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的装置的电路图；

图3为实施例2提供的电压取样模块的电路图；

图4为实施例2提供的优先投送选择模块的电路图；

图5为实施例2提供的延时投送模块以及输出优先相投切信号产生模块的电路图；

图6为实施例2提供的输出残压锁定保护模块和输出高电压锁定电路。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1，本实施例提供了台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的方法

通过对三相不平衡台区及各类负荷点电压的研究发现：当变压器三相电压不平衡时反映在负荷侧的主要指标就是负荷较重的一相电压较低，这也是造成末端用户电压较低的主要原因，其数值和变压器负荷率、三相不平衡率和线路等效电阻有关，根据这一特性，本实施例提供了该台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的方法。

首先通过对三相电压的取样，获取实时的三相电压的电压值，然后将取样电压变化为和输入交流电压有效值呈线性关系的直流电压信号，具体的，可以通过固定变比的互感器和整流滤波电路将取样电压变化为直流电压信号，需要注意的是，需要单独对每相电压进行变化。

然后，将三相电压取样所获得直流电压信号进行比较，此处可以设置集成比较器电路确定电压最高相，在确定最高相过程中，为了避免小范围的电压变化(比如空调等大型用电器的开闭)造成频繁动作，在使用时，最好采用投送相优先占位电路，既其他非投送相电压高于投送相设定值(一般设为5伏)时才能挤占投送相位置，在本实施例中，所说的优先占位电路是由电阻组成分压电路，起到投入向优先占位的作用，二极管组成电压互锁电路，共同构成投送相优先占位电路，来确定电压最高相，确定电压最高相后，将其直流电压信号通过延时电路，延时电路的目的是为了躲避短时电压变化(如空调启动电流引起的短时变化)以避免频繁动作，直流电压信号通过延时电路后，变化为后级可控硅触发电路控制信号，进而通过控制可控硅导通和截止，以使负荷投切到电压最高相。

通过上述方法的利用，利用电路和电器元件的配合，使用户端所使用的电压时刻保持在最高电压，来保证用户端的用电质量，同时，通过电压相的切换，也是三相电压之间的负荷达到一种平衡状态，使变压器在最大程度上达到满容量供电，避免浪费资源，同时，也避免了变压器过热和铁芯饱和，提高了变压器的使用寿命。

实施例2，本实施例提供一种台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的装置：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，该装置包括与三相电压电性连接且用于切换三相电压的开关控制模块以及用于控制开关控制模块的控制电路，控制电路主要用于发出控制信号开控制开关控制模块，在本实施例中，电压的每一相均连接有一个开关控制模块，而控制电路包括依次电性连接的电压取样模块、优先投送选择模块、延时投送模块以及输出优先相投切信号产生模块，还包括用于避免开关控制模块误动作造成输出相间短路的电压检测电路和输出残压锁定保护模块以及用于避免用户电压质量达标情况下换相投切的输出高电压锁定电路，其中，开关控制模块包括与输出优先相投切信号产生模块电性相连的光耦以及与光耦电性相连的晶闸管继电器，晶闸管继电器用于连通单相电压和用电端，利用光耦的电、光、电的特性，发送控制信号给晶闸管继电器，在本实施例中，晶闸管继电器为双向晶闸管无触电开关。

其中，电压取样模块用于与三相电压连接取样并将每相的电压取样变化为和输入交流电压有效值呈线性关系的直流电压信号，具体的说，如图2、图3所示，电压取样模块包括与单相电压连接的互感器，在本实施例中，互感器为具有固定变比的变压器，而互感器则电性连接有整流硅桥，使电压变化为直流电压信号，更为具体的说，是将每相工频电压变成8.4伏左右的直流电压信号在本实施例中，而有效值呈线性关系的直流电压信号是指每一相的电压变化比值为定值。

而优先投送选择模块的具体作用是用于确定三相电压中的最高相并确保只有电压最高相直流电压信号输送至延时投送模块，具体的说，如图2、图4所示，本模块具体的由运算放大器、电阻以及二极管等电器元件相配合形成投送相优先占位电路，具体的说，由运算放大器、电阻等组成比较器电路，拿A相电压来说，首先进行其他B、C两相电压进行比较，确定电压最高相，然后让A相电压与第一次比较中电压较高相进行比较，确定三相电压中的最高相电压，为了既其他非投送相电压高于投送相设定值(一般设为5伏)时才能挤占投送相位置，在本实施例中，使R3、R6和R8；R20、R21和R23；R39、R40和R41组成分压电路，起到投入向优先占位的作用。D6、D7、D20、D21、D36、D37组成电压互锁电路，确保产生唯一的优先相，具体的说，电压最高的一相比较器输出端为+12伏，其他两相比较器输出为0伏，以确保产生唯一的优先相。以A相电压最高为例，A相比较器同相端高于反相端，输出为+12V,输出的+12伏电压通过电阻反馈正电压信号，提升该相比较器同相端电压5V左右，以保证只有其他各相输入端电压高于此相电压后5V才能动作。同时输出+12V电压信号给其他两反相端，通过电阻给电容器充电，提升其反向端电压至1.3V左右，锁住该两相比较器不动作，优先相选定好后，将直流电压信号输送给延时投送模块，若此时B相电压高于A相电压5V以上，A相比较器反相端电压将高于同相端电压比较器翻转，A相比较器输出为0v，则输出优先相投切信号产生模块控制该相的开关控制模块断开，同时，反馈到B相比较器、C相比较器的电压为零，然后，重复之前动作，完成优先相确定，整个过程到开关控制模块动作完成需要0.04秒，这个时间段能够保证切换过程对电器无任何影响产生，效果远远高于通过机械的方式进行选择。

而延时投送模块用于延缓信号输送；输出优先相投切信号产生模块用于输出三相电压切换信号并发送给开关控制模块，如图2、图5所示，该电路也是由运算放大器、电阻以及二极管等电器元件组成，延时的目的是为了躲避短时电压变化(如空调启动电流引起的短时变化)以避免开关控制模块来回动作，而输出优先相投切信号产生模块主要是用于传输直流电压信号发送给开关控制模块，简单的来说，就是优先相确定后，只有其直流电压信号才能通过。

考虑到晶闸管继电器之间的误动作可能造成输出相间短路，在本实施例中，设置避免开关控制模块误动作造成输出相间短路的电压检测电路和输出残压锁定保护模块，电压检测电路由互感器、整流硅桥等电器元件组成，输出残压锁定保护模块由电容、运算放大器、电阻等电器元件组成，通过电压检测电路获取返回电压，经互感器、整流硅桥等电器元件动作后，输送给输出残压锁定保护模块，进而产生残压检测信号，并将其输送至输出优先相投切信号模块，控制开关控制模块动作。

考虑到用户的电压质量在达标情况下，由于三相间的电压差值超过超过了5V，为了避免电压相进行切换，设置了用于避免用户电压质量达标情况下换相投切的输出高电压锁定电路，返回电压经电压检测电路、高电压锁定电路后，输出高压检测信号至输出优先相投切信号产生模块，用以控制开关控制模块。

在本实施例中，所描述的各个模块中电器元件的连接方式均通过电路图进行详细的描述，在本实施例中，不再对其连接方式进行详细的描述，且本实施例所提供电路图完成能够使本领域技术人员制备出该装置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。