一种低压电网电能质量控制系统的制作方法

本实用新型属于低压输电技术领域，尤其涉及一种低压电网电能质量控制系统。

背景技术：

电压作为电能质量的一个重要评价指标，是保障供电服务的基本条件，关系到供用电质量和服务社会经济发展的能力。近年来，我国社会经济持续稳定发展，城乡居民消费水平不断提高，特别是受国家“家电下乡”等系列惠民政策的激励，农村用电需求一直保持较快增长趋势。农村配电网建设改造相对滞后，致使部分区域的供电电压偏低，已不能很好满足工农业生产和农村居民生活用电需求。

配电网尤其是农村电网具有点多、线长、面广、负荷分散、用电集中的特点，致使农村电压长期性不稳定。农村用电负荷的随机性、季节性、周期性特征明显。用电低峰时电压高，用电高峰时段低电压问题突出，造成了部分家用电器无法正常使用。

电压不稳定、三相不平衡的问题除了影响用户的正常用电，还会降低电器设备的使用效率和经济效益，影响生产设备的正常运行和产品质量，增加电网功率损耗和电能损耗，危及电力系统和供用电设备的安全运行。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低压电网电能质量控制系统，旨在解决现有技术中电压不稳定、三相不平衡的问题除了影响用户的正常用电，还会降低电器设备的使用效率和经济效益，影响生产设备的正常运行和产品质量，增加电网功率损耗和电能损耗，危及电力系统和供用电设备的安全运行的问题。

本实用新型是这样实现的，一种低压电网电能质量控制系统，所述低压电网电能质量控制系统包括交流三相负荷自动平衡系统和交流电压自动稳压系统；

所述交流三相负荷自动平衡系统包括通过第一接入点接入A相线的A相采样电路、通过第二接入点接入B相线的B相采样电路和通过第三接入点接入C 相线的C相采样电路；

所述A相采样电路、B相采样电路和C相采样电路的输出端均连接信号转换和整流电路，所述信号转换和整流电路连接对A相线、B相线和C相线分别进行电压监测且用于控制切换相线的单片机，所述单片机连接继电器组合电路，所述继电器组合电路包括第一继电器开关、第二继电器开关和第三继电器开关；

所述交流三相负荷自动平衡系统还包括第一接触器、第二接触器和第三接触器，所述第一接触器包括第一接触开关和第一通电线圈，所述第二接触器包括第二接触开关和第二通电线圈，所述第三接触器包括第三接触开关和第三通电线圈；

所述第一接触开关安装在位于所述第一接入点下游的所述A相线上，所述第二接触开关安装在位于所述第二接入点下游的所述B相线上，所述第三接触开关安装在位于所述第三接入点下游的所述C相线上；

所述第一通电线圈与所述第一继电器开关连接，所述第二通电线圈与所述第二继电器开关连接，所述第三通电线圈与所述第三继电器开关连接；

交流电压自动稳压系统包括升压变压器、整流电路和逆变电路；

所述升压变压器的输入端设有交流A相输入端口、交流B相输入端口、交流C相输入端口、交流A相中低压输出端口、交流B相中低压输出端口和交流C相中低压输出端口；

所述整流电路包括第一整流分支电路、第二整流分支电路和第三整流分支电路，所述第一整流分支电路与所述交流A相中低压输出端口连接，所述第二整流分支电路与所述交流B相中低压输出端口连接，所述第三整流分支电路与所述交流C相中低压输出端口连接；

所述逆变电路连接在所述整流电路的输出端，所述逆变电路包括第一逆变分支电路、第二逆变分支电路和第三逆变分支电路，所述第一逆变分支电路与380V交流A相输出端口连接，所述第二逆变分支电路与380V交流B相输出端口连接，所述第三逆变分支电路与380V交流C相输出端口连接。

作为一种改进的方案，所述第一继电器开关、第二继电器开关和第三继电器开关均为单刀双掷开关；

所述继电器组合电路包括继电器互锁控制电路；

所述继电器互锁控制电路包括电源接入端、第一接线段、第二接线段以及第三接线段；

所述第一接线段一端与所述第一通电线圈连接，另一端设有第一触点；

所述第二接线段一端与所述第二通电线圈连接，另一端设有第二触点；

所述第三接线段一端与所述第三通电线圈连接，另一端设有第三触点；

所述第一继电器开关与所述第二继电器开关之间设有第四接线段，所述第四接线段的一端与所述第一继电器开关的静触点连接，另一端设有第四触点；

所述第二继电器开关与所述第三继电器开关之间设有第五接线段，所述第五接线段的一端与所述第二继电器的静触点连接，另一端设有第五触点，所述第二继电器开关的动触点扣合在所述第四触点或第二触点上；

所述第三继电器开关的静触点与所述电源接入端连接，所述第三继电器开关的动触点扣合在所述第五触点或第三触点上。

作为一种改进的方案，所述第一触点为所述第一继电器开关的常闭触点，所述第二触点为所述第二继电器的常开触点，所述第四触点为所述第二继电器的常闭触点，所述第三触点为所述第三继电器开关的常开触点，所述第五触点为所述第三继电器开关的常闭触点。

作为一种改进的方案，所述交流三相负荷自动平衡系统还包括接触器互锁控制电路；

所述接触器互锁控制电路包括连接在相线和中性线之间且相互并联的第一路互锁电路、第二路互锁电路和第三路互锁电路；

所述第一接触器、第二接触器和第三接触器均还包括第一辅助接触开关和第二辅助接触开关；

所述第一路互锁电路包括依次串接在所述相线和中性线之间的第一继电器开关、第二接触器的第一辅助接触开关、第三接触器的第一辅助接触开关和第一通电线圈；

所述第二路互锁电路包括依次串接在所述相线和中性线之间的第二继电器开关、第一接触器的第一辅助接触开关、第三接触器的第二辅助接触开关和第二通电线圈；

所述第三路互锁电路包括依次串接在所述相线和中性线之间的第三继电器 开关、第一接触器的第二辅助接触开关、第二接触器的第二辅助接触开关和第三通电线圈。

作为一种改进的方案，所述第一整流分支电路、第二整流分支电路和第三整流分支电路均由两个第一晶体二极管组成。

作为一种改进的方案，所述第一逆变分支电路、第二逆变分支电路以及第三逆变分支电路均包括串联在一起的第一智能功率模块电路和第二智能功率模块电路；

所述第一逆变分支电路的第一智能功率模块电路和第二智能功率模块电路之间连线引出的线路连接至所述380V交流A相输出端口；

所述第二逆变分支电路的第一智能功率模块电路和第二智能功率模块电路之间连线引出的线路连接至所述380V交流B相输出端口；

所述第三逆变分支电路的第一智能功率模块电路和第二智能功率模块电路之间连线引出的线路连接至所述380V交流C相输出端口。

作为一种改进的方案，所述第一智能功率模块电路和第二智能功率模块电路均包括绝缘栅双极晶体管和第二晶体二极管，其中：

所述第一智能功率模块电路的绝缘栅双极晶体管与所述第二晶体二极管并联后串接在所述整流电路的两端；

所述第一智能功率模块电路的绝缘栅双极晶体管的集电极与所述第二智能功率模块电路的绝缘栅双极晶体管的发射极之间的连线引出的线路连接至所述380V交流A相输出端口，或380V交流B相输出端口，或380V交流C相输出端口。

作为一种改进的方案，所述交流电压自动稳压系统还包括位于所述逆变电路前端的第一滤波电路，所述第一滤波电路并在所述整流电路的两端；

所述第一滤波电路由2个电容电路并联组成，所述电容电路包括串联的若干个电容；

所述交流电压自动稳压系统还包括位于所述第一滤波电路前端的第二滤波电路，所述第二滤波电路并在所述整流电路两端，所述第二滤波电路包括第一电感器。

作为一种改进的方案，所述380V交流A相输出端口、380V交流B相输出端 口以及380V交流C相输出端口的前端分别设有一个第二电感器。

作为一种改进的方案，所述升压变压器用来与所述交流A相中低压输出端口、交流B相中低压输出端口和交流C相中低压输出端口连接侧分别设有若干档位的电压抽头，所述电压抽头包括400V档位、480V档位、690V档位、900V档位以及1140V档位。

在本实用新型实施例中，低压电网电能质量控制系统包括交流三相负荷自动平衡系统和交流电压自动稳压系统，其中：

交流三相负荷自动平衡系统包括A相采样电路、B相采样电路、C相采样电路、整流电路、单片机、继电器组合电路以及第一接触器、第二接触器和第三接触器；整流电路连接单片机，单片机连接继电器组合电路，第一接触器包括第一接触开关和第一通电线圈，第二接触器包括第二接触开关和第二通电线圈，第三接触器包括第三接触开关和第三通电线圈；第一通电线圈与第一继电器开关连接，第二通电线圈与第二继电器开关连接，第三通电线圈与第三继电器开关连接，单片机用于对各路相线电压进行监测，并将用户负荷切换到负荷最轻的相线上，实现对三相负荷的自动平衡，快速切相，同时也降低因偏相造成的变压器烧毁事故；

交流电压自动稳压系统包括升压变压器、整流电路和逆变电路；升压变压器的输入端设有交流A相输入端口、交流B相输入端口、交流C相输入端口、交流A相中低压输出端口、交流B相中低压输出端口和交流C相中低压输出端口；整流电路包括第一整流分支电路、第二整流分支电路和第三整流分支电路，第一整流分支电路与交流A相中低压输出端口连接，第二整流分支电路与交流B相中低压输出端口连接，第三整流分支电路与交流C相中低压输出端口连接；逆变电路连接在所述整流电路的输出端，逆变电路包括第一逆变分支电路、第二逆变分支电路和第三逆变分支电路，第一逆变分支电路与380V交流A相输出端口连接，第二逆变分支电路与380V交流B相输出端口连接，第三逆变分支电路与380V交流C相输出端口连接，逆变电路稳定的为用电设备提供380V交流供电电压，实现对电压的稳定作用，同时降低了线路损耗，提高供电质量。

由于继电器互锁控制电路和接触器互锁控制电路的设置，使整个交流三相负荷自动平衡系统安全平稳快速的切相，避免相线间短路造成的安全事故。

附图说明

图1是本实用新型提供的交流三相负荷自动平衡系统的结构示意图；

图2是本实用新型提供的继电器互锁控制电路的结构示意图；

图3是本实用新型提供的接触器互锁控制电路的结构示意图；

图4是本实用新型提供的交流电压自动稳压系统的结构示意图；

其中，1-第一接入点，2-第二接入点，3-第三接入点，4-A相采样电路，5-B相采样电路，6-C相采样电路，7-信号转换和整流电路，8-单片机，9-继电器组合电路，10-第一继电器开关，11-第二继电器开关，12-第三继电器开关，13-第一接触开关，14-第一通电线圈，15-第二接触开关，16-第二通电线圈，17-第三接触开关，18-第三通电线圈，19-电源接入端，20-第一接线段，21-第二接线段，22-第三接线段，23-第一触点，24-第二触点，25-第三触点，26-第四接线段，27-第四触点，28-第五接线段，29-第五触点，30-第一路互锁电路，31-第二路互锁电路，32-第三路互锁电路，33-第一接触器的第一辅助接触开关，34-第一接触器的第二辅助接触开关，35-第二接触器的第一辅助接触开关，36-第二接触器的第二辅助接触开关，37-第三接触器的第一辅助接触开关，38-第三接触器的第二辅助接触开关，39-升压变压器，40-整流电路，41-交流A相输入端口，42-交流B相输入端口，43-交流C相输入端口，44-交流A相中低压输出端口，45-交流B相中低压输出端口，46-交流C相中低压输出端口，47-第一整流分支电路，48-第二整流分支电路，49-第三整流分支电路，50-第一逆变分支电路，51-第二逆变分支电路，52-第一智能功率模块电路，53-第二智能功率模块电路，54-绝缘栅双极晶体管，55-第二晶体二极管，56-第一滤波电路，57-第二滤波电路，58-电容，59-第一电感器，60-第二电感器，61-380V交流A相输出端口，62-380V交流B相输出端口，63-380V交流C相输出端口，64-第三逆变分支电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型提供的交流三相负荷自动平衡系统的结构示意图， 为了便于说明，图中仅给出了与本实用新型相关的部分。

交流三相负荷自动平衡系统包括通过第一接入点1接入A相线的A相采样电路4、通过第二接入点2接入B相线的B相采样电路5和通过第三接入点3接入C相线的C相采样电路6；

A相采样电路4、B相采样电路5和C相采样电路6的输出端均连接信号转换和整流电路7，信号转换和整流电路7连接对A相线、B相线和C相线分别进行电压监测且用于控制切换相线的单片机8，单片机8连接继电器组合电路9，继电器组合电路9包括第一继电器开关10、第二继电器开关11和第三继电器开关12；

交流三相负荷自动平衡系统还包括第一接触器、第二接触器和第三接触器，第一接触器包括第一接触开关13和第一通电线圈14，第二接触器包括第二接触开关15和第二通电线圈16，第三接触器包括第三接触开关17和第三通电线圈18；

第一接触开关13安装在位于第一接入点1下游的A相线上，第二接触开关15安装在位于第二接入点下游的B相线上，第三接触开关17安装在位于第三接入点下游的C相线上；

第一通电线圈14与第一继电器开关10连接，第二通电线圈16与第二继电器开关11连接，第三通电线圈18与第三继电器开关12连接。

其中，上述A相采样电路4、B相采样电路5和C相采样电路6均由互感器构成，其主要用于对对应相线上的电压、电流进行采集，并将采集到的电压传送给信号转换和整流电路7，然后再交由单片机8进行定时监测，持续监测一段时间，并对过去这一段时间各个相线的电压值进行计算，并控制将用电设备的使用相线切换到负荷最轻的相线上，对于互感器的连接结构，在此不再赘述。

该持续监测一段时间为24小时，24小时一般能体现相线上用电负荷的状态。

在该实施例中，第一继电器开关10、第二继电器开关11和第三继电器开关12均为单刀双掷开关，使整个电路结构简单，操控性强。

在本实用新型实施例中，在上述继电器组合电路9中还包括继电器互锁控制电路，该继电器互锁控制电路用于对保障切相的安全性，即在将用电负荷切换到下一相线之前，另外两个相线上保证处于电路切断状态。

其中，如图2所示，上述继电器互锁控制器电路包括电源接入端19、第一接线段20、第二接线段21以及第三接线段22；

第一接线段20一端与第一通电线圈14连接，另一端设有第一触点23；

第二接线段21一端与第二通电线圈16连接，另一端设有第二触点24；

第三接线段22一端与第三通电线圈18连接，另一端设有第三触点25；

第一继电器开关10与第二继电器开关11之间设有第四接线段26，第四接线段26的一端与第一继电器开关10的静触点连接，另一端设有第四触点27；

第二继电器开关11与第三继电器开关12之间设有第五接线段28，第五接线段28的一端与第二继电器的静触点连接，另一端设有第五触点29，第二继电器开关11的动触点扣合在第四触点27或第二触点24上；

第三继电器开关12的静触点与电源接入端19连接，第三继电器开关12的动触点扣合在第五触点29或第三触点25上。

在该实施例中，如图2所示，第一触点23为第一继电器开关10的常闭触点，第二触点24为第二继电器的常开触点，第四触点27为第二继电器的常闭触点，第三触点25为第三继电器开关12的常开触点，第五触点29为第三继电器开关12的常闭触点。

在本实用新型实施例中，交流三相负荷自动平衡系统还包括接触器互锁控制电路，该接触器互锁控制电路用于对保障切相的安全性，即在将用电负荷切换到下一相线之前，另外两个相线上保证处于电路切断状态，即不管继电器开关的状态如何，都处于电路切断状态。

如图3所示，接触器互锁控制电路包括连接在相线和中性线之间且相互并联的第一路互锁电路30、第二路互锁电路31和第三路互锁电路32；

其中，第一接触器、第二接触器和第三接触器均还包括第一辅助接触开关和第二辅助接触开关；

第一路互锁电路30包括依次串接在相线和中性线之间的第一继电器开关10、第二接触器的第一辅助接触开关35、第三接触器的第一辅助接触开关37和第一通电线圈14；

第二路互锁电路31包括依次串接在相线和中性线之间的第二继电器开关11、第一接触器的第一辅助接触开关33、第三接触器的第二辅助接触开关38和 第二通电线圈16；

第三路互锁电路32包括依次串接在相线和中性线之间的第三继电器开关12、第一接触器的第二辅助接触开关34、第二接触器的第二辅助接触开关36和第三通电线圈18。

为了便于说明，结合图3对接触器互锁控制电路的工作原理进行说明：

假设目前用电负荷在第一路互锁电路30上，经单片机8持续24小时的监测，判定相线B是三相中负荷最轻的相线，因此，需要控制将用电负荷切换到相线B上，此时，单片机8给第一继电器开关发送断开指令，给第二继电器开关发送闭合指令；

第一继电器开关断开，第二继电器开关闭合，同时控制第二接触器的第一辅助接触开关、第二辅助接触开关均处于断开状态，而第一接触器的第一辅助接触开关33、第三接触器的第二辅助接触开关均处于闭合状态，此时，第二路互锁电路处于通电状态；

第二接触器的第二通电线圈16上电，吸合第二接触开关15闭合，将用电负荷切换到相线B上。

如图4所示，交流电压自动稳压系统包括升压变压器39、整流电路40和逆变电路；

所述升压变压器39的输入端设有交流A相输入端口41、交流B相输入端口42、交流C相输入端口43、交流A相中低压输出端口44、交流B相中低压输出端口45和交流C相中低压输出端口46；

所述整流电路40包括第一整流分支电路47、第二整流分支电路48和第三整流分支电路49，所述第一整流分支电路47与所述交流A相中低压输出端口44连接，所述第二整流分支电路48与所述交流B相中低压输出端口45连接，所述第三整流分支电路49与所述交流C相中低压输出端口46连接；

所述逆变电路连接在所述整流电路40的输出端，所述逆变电路包括第一逆变分支电路50、第二逆变分支电路51和第三逆变分支电路64，所述第一逆变分支电路50与380V交流A相输出端口61连接，所述第二逆变分支电路51与380V交流B相输出端口62连接，所述第三逆变分支电路64与380V交流C相输出端口63连接。

其中，上述升压变压器39主要用于将变压器输送的电压从380V提升到400-1140V的范围，然后通过整流电路40将交流电整流为直流电，然后将整流得到的直流电输送至逆变器进行重新逆变为符合用电设备需求的380V交流电，并稳定输出。

在本实用新型实施例中，第一整流分支电路47、第二整流分支电路48和第三整流分支电路49均由两个第一晶体二极管组成。

如图4所示，第一逆变分支电路50、第二逆变分支电路51以及第三逆变分支电路64均包括串联在一起的第一智能功率模块电路52和第二智能功率模块电路53；

所述第一逆变分支电路50的第一智能功率模块电路52和第二智能功率模块电路53之间连线引出的线路连接至所述380V交流A相输出端口61；

所述第二逆变分支电路51的第一智能功率模块电路52和第二智能功率模块电路53之间连线引出的线路连接至所述380V交流B相输出端口62；

所述第三逆变分支电路64的第一智能功率模块电路52和第二智能功率模块电路53之间连线引出的线路连接至所述380V交流C相输出端口63。

其中，第一智能功率模块电路52和第二智能功率模块电路53均包括绝缘栅双极晶体管54和第二晶体二极管55，其中：

所述第一智能功率模块电路52的绝缘栅双极晶体管54与所述第二晶体二极管55并联后串接在所述整流电路40的两端；

所述第一智能功率模块电路52的绝缘栅双极晶体管54的集电极与所述第二智能功率模块电路53的绝缘栅双极晶体管54的发射极之间的连线引出的线路连接至所述380V交流A相输出端口61，或380V交流B相输出端口62，或380V交流C相输出端口63。

在本实用新型实施例中，在整流电路40后端侧设置滤波电路，其中，该滤波电路可以包括第一滤波电路56和第二滤波电路57，具体为：

交流电压自动稳压系统还包括位于所述逆变电路前端的第一滤波电路56，所述第一滤波电路56并在所述整流电路40的两端；

第一滤波电路56由2个电容电路并联组成，所述电容电路包括串联的若干个电容58。

同时，交流电压自动稳压系统还包括位于所述第一滤波电路56前端的第二滤波电路57，所述第二滤波电路57并在所述整流电路40两端，所述第二滤波电路57包括第一电感器59。

在本实用新型实施例中，380V交流A相输出端口61、380V交流B相输出端口62以及380V交流C相输出端口63的前端分别设有一个第二电感器60，该第二电感器60的设置对逆变电路输出的信号进行调整，使其更符合正弦波波形，在此不再赘述。

如图4所示，升压变压器4用来与所述交流A相中低压输出端口44、交流B相中低压输出端口45和交流C相中低压输出端口46连接侧分别设有若干档位的电压抽头，所述电压抽头包括400V档位、480V档位、690V档位、900V档位以及1140V档位，当逆变电路输出的电压有浮动时，则通过调整不同的电压抽头的档位进行调整，使输出的电压为380V，在此不再赘述。

在本实用新型实施例中，交流三相负荷自动平衡系统包括A相采样电路4、B相采样电路5、C相采样电路6、信号转换和整流电路7、单片机8、继电器组合电路9以及第一接触器、第二接触器和第三接触器；信号转换和整流电路7连接单片机8，单片机8连接继电器组合电路9，第一接触器包括第一接触开关13和第一通电线圈14，第二接触器包括第二接触开关15和第二通电线圈16，第三接触器包括第三接触开关17和第三通电线圈18；第一通电线圈14与第一继电器开关10连接，第二通电线圈16与第二继电器开关11连接，第三通电线圈18与第三继电器开关12连接，单片机8用于对各路相线电压进行监测，并将用户负荷切换到负荷最轻的相线上，实现对三相负荷的自动平衡，快速切相，同时也降低因偏相造成的变压器烧毁事故；

同时，交流电压自动稳压系统包括升压变压器39、整流电路40和逆变电路；升压变压器39的输入端设有交流A相输入端口41、交流B相输入端口42、交流C相输入端口43、交流A相中低压输出端口44、交流B相中低压输出端口45和交流C相中低压输出端口46；整流电路40包括第一整流分支电路47、第二整流分支电路48和第三整流分支电路49，第一整流分支电路47与交流A相中低压输出端口44连接，第二整流分支电路48与交流B相中低压输出端口45连接，第三整流分支电路49与交流C相中低压输出端口46连接；逆变电路连接 在所述整流电路40的输出端，逆变电路包括第一逆变分支电路50、第二逆变分支电路51和第三逆变分支电路64，第一逆变分支电路50与380V交流A相输出端口连接，第二逆变分支电路51与380V交流B相输出端口连接，第三逆变分支电路64与380V交流C相输出端口连接，逆变电路稳定的为用电设备提供380V交流供电电压，实现对电压的稳定作用，同时降低了线路损耗，提高供电质量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。