配电网三相开关装置及经济型三相不平衡调节器的制作方法

本实用新型属于电力系统设备技术领域，涉及支持配电网动态负荷平衡调节的配电网三相开关装置和经济型三相不平衡调节器。

背景技术：

随着工业的发展，不平衡非线性负荷，单相用户用电同样与日俱增。然而这种用电方式极大程度的会导致三相负荷的不平衡，增加线路损耗，影响电能质量，降低用户端电压。故国内外对于三相负荷不平衡的调整研究早已开展。

目前，对于三相电流不平衡处理措施主要有：(1)采用人工调控的方法。运行维护人员定时监测，随时调控。一旦发现三相负荷不平衡的现象，针对负载手动换相。但此种方法需要大量的人力物力，并且换相时延长，可靠性低。(2)在用户端与线路中增加无功补偿装置。无功补偿以无功补偿装置为主体，就传统技术而言，可分为以下六大类：同步调相机、固定补偿电容器、饱和电抗器(SR)、机械投切电容器(MSC)、静止无功补偿器(SVC)和静止无功发生器(SVG)。随着近几年IGBT的出现以及大量应用，脉宽调制技术与相控技术等的出现，使得无功补偿技术快速发展。电力无源滤波器，电力有源滤波器和单位功率因数变流器等应运而生。但因价格昂贵，易出现谐波等缺点，应用受到很大限制。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供配电网三相开关装置和经济型三相不平衡调节器。

本实用新型技术方案包括一种配电网三相开关装置，包括A相的换相开关、B相的换相开关、C相的换相开关，由接触器K₁、K₂、K₃，二极管V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈、V₉、V₁₀、V₁₁、V₁₂，以及电源功率控制器KA₁、KA₂、KA₃、KA₄、KA₅、KA₆组成；

所述A相的换相开关中，电源功率控制器KA₁的阳极与一个二极管V₁阴极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₁的阴极与一个二极管V₁阳极都连接二极管V₇的阳极，构成一个电路拓扑结构；另一个电源功率控制器KA₂的阴极与一个二极管V₂阳极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₂的阳极与一个二极管V₂阴极都连接二极管V₈的阴极，构成另一个电路拓扑结构；两个电路拓扑结构和接触器K₁并联；

所述B相的换相开关中，电源功率控制器KA₃的阳极与一个二极管V₃阴极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₃的阴极与一个二极管V₃阳极都连接二极管V₉的阳极，构成一个电路拓扑结构；另一个电源功率控制器KA₄的阴极与一个二极管V₄阳极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₄的阳极与一个二极管V₄阴极都连接二极管V₁₀的阴极，构成另一个电路拓扑结构；两个电路拓扑结构和接触器K₂并联；

所述C相的换相开关中，电源功率控制器KA₅的阳极与一个二极管V₅阴极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₅的阴极与一个二极管V₅阳极都连接二极管V₁₁的阳极，构成一个电路拓扑结构；另一个电源功率控制器KA₆的阴极与一个二极管V₆阳极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₆的阳极与一个二极管V₆阴极都连接二极管V₁₂的阴极，构成另一个电路拓扑结构；两个电路拓扑结构和接触器K₃并联，共同构成C相的换相开关。

而且，所述电源功率控制器采用可控硅整流器。

本实用新型相应提出一种经济型三相不平衡调节器，由换相开关模块和中央控制区模块组成，在配电网中各条负载支路上分别设置换相开关模块，所有换相开关模块集中连接到中央控制区模块；三相电流输入端与三相线路相连接，换相开关模块的三相电流输出端与用户相连接；

所述中央控制区模块包含控制模块和载波模块，控制模块和载波模块连接；所述换相开关模块包含配电网三相开关装置和选相开关控制器单元，配电网三相开关装置连接选相开关控制器单元；

所述配电网三相开关装置包括A相的换相开关、B相的换相开关、C相的换相开关，由接触器K₁、K₂、K₃，二极管V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈、V₉、V₁₀、V₁₁、V₁₂，以及电源功率控制器KA₁、KA₂、KA₃、KA₄、KA₅、KA₆组成；

所述A相的换相开关中，电源功率控制器KA₁的阳极与一个二极管V₁阴极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₁的阴极与一个二极管V₁阳极都连接二极管V₇的阳极，构成一个电路拓扑结构；另一个电源功率控制器KA₂的阴极与一个二极管V₂阳极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₂的阳极与一个二极管V₂阴极都连接二极管V₈的阴极，构成另一个电路拓扑结构；两个电路拓扑结构和接触器K₁并联；

所述B相的换相开关中，电源功率控制器KA₃的阳极与一个二极管V₃阴极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₃的阴极与一个二极管V₃阳极都连接二极管V₉的阳极，构成一个电路拓扑结构；另一个电源功率控制器KA₄的阴极与一个二极管V₄阳极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₄的阳极与一个二极管V₄阴极都连接二极管V₁₀的阴极，构成另一个电路拓扑结构；两个电路拓扑结构和接触器K₂并联；

所述C相的换相开关中，电源功率控制器KA₅的阳极与一个二极管V₅阴极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₅的阴极与一个二极管V₅阳极都连接二极管V₁₁的阳极，构成一个电路拓扑结构；另一个电源功率控制器KA₆的阴极与一个二极管V₆阳极都连接三相电流输入端，电源功率控制器KA₆的阳极与一个二极管V₆阴极都连接二极管V₁₂的阴极，构成另一个电路拓扑结构；两个电路拓扑结构和接触器K₃并联，共同构成C相的换相开关。

而且，所述电源功率控制器采用可控硅整流器。

而且，在配电网三相开关装置的出线端串联设置电流互感器。

而且，中央控制区模块的控制模块在远程设置，载波模块设置在负载端附近，各换相开关模块中的选相开关控制器分别连接到载波模块。

而且，所述选相开关控制器与载波模块通过RS485或射频相连接，载波模块通过载波通讯与控制模块建立通信连接。

而且，所述选相开关控制器使用馈线终端装置FTUSY20。

而且，所述中央控制区模块的控制模块采用数字信号处理芯片TMS320LF2407A。

与现有技术相比，本实用新型具有以下明显的优点：

本实用新型所提供的配电网三相开关装置，在使用时性能优良：电压为零时电力电子开关动作，且单相用户负荷基本为阻性时，电流与电压为同相位。故同样是在电流为零时切换，无动作时的大电流产生，所以开关不存在长期发热现象，有利于保护电路，极大的延长使用寿命，减小维护费用。进一步提供的经济型三相不平衡调节器支持通过中央控制区模块监测负荷不平衡度并发出选相切换命令，与链接于低压配电网三相线路的换相开关模块进行物联网的信息交流，通过采用物联网进行载波通讯，支持用户使用时远程控制换相开关模块，有效地降低传输消耗和成本，提高经济效益。并且，所需装置体积小，便于在配电网中安装使用，应用前景广泛，具有重要的市场价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例的配电网三相开关装置示意图。

图2为本实用新型实施例的经济型三相不平衡调节器结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本实用新型技术方案。

本实用新型实施例的电源功率控制器优选采用可控硅整流器。参见图1，所述换相开关模块的配电网三相开关装置包含接触器K₁、K₂、K₃、二极管V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈、V₉、V₁₀、V₁₁、V₁₂、可控硅整流器KA₁、KA₂、KA₃、KA₄、KA₅、KA₆。

三相分别的换相开关结构相同，例如所述可控硅整流器KA₃分别与一个二极管V₃反向并联，并再串联一个与可控硅整流器方向相同的二极管V₉，构成一个电路拓扑结构P₁；所述电路拓扑结构P₁与另一个结构相同但电力电子器件方向完全反向的电路拓扑结构P₂、接触器K₂并联，共同构成一相的换相开关。

即可控硅整流器KA₃的阳极与一个二极管V₃阴极都连接三相电流输入端，可控硅整流器KA₃的阴极与一个二极管V₃阳极都连接二极管V₉的阳极，构成一个电路拓扑结构P₁；另一个可控硅整流器KA₄的阴极与一个二极管V₄阳极都连接三相电流输入端，可控硅整流器KA₄的阳极与一个二极管V₄阴极都连接二极管V₁₀的阴极，构成一个电路拓扑结构P₂；P₁、P₂和接触器K₂并联，共同构成一相的换相开关；

同理，可控硅整流器KA₃的阳极与一个二极管V₃阴极都连接三相电流输入端，可控硅整流器KA₃的阴极与一个二极管V₃阳极都连接二极管V₉的阳极，构成一个电路拓扑结构；另一个可控硅整流器KA₄的阴极与一个二极管V₄阳极都连接三相电流输入端，可控硅整流器KA₄的阳极与一个二极管V₄阴极都连接二极管V₁₀的阴极，构成另一个电路拓扑结构；两个电路拓扑结构和接触器K₂并联，共同构成一相的换相开关；

可控硅整流器KA₅的阳极与一个二极管V₅阴极都连接三相电流输入端，可控硅整流器KA₅的阴极与一个二极管V₅阳极都连接二极管V₁₁的阳极，构成一个电路拓扑结构；另一个可控硅整流器KA₆的阴极与一个二极管V₆阳极都连接三相电流输入端，可控硅整流器KA₆的阳极与一个二极管V₆阴极都连接二极管V₁₂的阴极，构成另一个电路拓扑结构；两个电路拓扑结构和接触器K₃并联，共同构成一相的换相开关。

以上配电网三相开关装置可以在配电网构建时配合安装，具体实施时可以支持进一步集成使用。参见图2，本实用新型实施例提供一种经济型三相不平衡调节器，包括换相开关模块(如图2中M)和中央控制区模块(如图2中N)，换相开关模块与中央控制区模块连接，三相电流输入端与三相线路相连接，换相开关模块的三相电流输出端与用户相连接。具体实施时，可根据具体负载线路情况，在配电网中每条负载支路上分别设置换相开关模块，所有换相开关模块集中连接到中央控制区模块。

所述中央控制区模块包含控制模块、载波模块，控制模块和载波模块连接；所述换相开关模块包含配电网三相开关装置、选相开关控制器单元，配电网三相开关装置连接选相开关控制器单元。选相开关控制器单元可被简称为SCU。

所述换相开关模块的选相开关控制器可采用现有的馈线终端装置实现。优选地，实施例使用FTUSY20装置。

所述中央控制区模块的控制模块可采用现有的数字信号处理芯片实现。优选地，实施例使用TMS320LF2407A芯片。

具体实施时，中央控制区模块的控制模块可在远程设置，载波模块设置在负载端附近，各换相开关模块中的选相开关控制器分别连接到载波模块。所述选相开关控制器与载波模块通过RS485或射频相连接，载波模块通过载波通讯与控制模块建立通信连接，进行信息交换。实施例中，所述换相开关模块的选相开关控制器与中央控制区模块中的载波模块通过串口RS485相连接，所述换相开关模块(M)的选相开关控制器和换相开关模块(M)的三相的换相开关通过低压线路相连接。例如，配电网三相开关装置通过A、B、C三相低压导线与380V低压配电输电线路相连接，并同样通过A、B、C三相低压导线与选相开关控制器相连接，支持通过信号传输进行接触器KA₁、KA₂、KA₃的通断控制。因电力电子开关的快速性，进行换相时可将动作时间控制在5ms以内。

中央控制区模块中的载波模块收到配电变压器低压侧的三相电流数据后，通过载波通讯发给控制模块，具体实施时，本领域技术人员可以自行采用现有选相技术等通过软件方式设定控制模块进行分析计算，形成不平衡调节命令，并将命令下发到换相开关模块，控制开关选相进行负荷调节。本实用新型只提供硬件方面的设计，只要求进行硬件结构的保护。

本实用新型进一步提出，配电网三相开关装置的出线端串联设置电流互感器TA。所述换相开关模块中的选相开关控制器分别连接配电网三相开关装置、载波模块以及电流互感器TA。电流互感器TA在配电网三相开关装置的电力电子开关出线端串联，并与选相开关控制器通过低压线路相连，电流互感器TA监测负荷电流的结果经选相开关控制器上传到中央控制区模块的控制模块，支持进行系统状态判断。具体实施时，也可以利用其它现有的电流采集设备。

为便于实施参考起见，使用配电网三相开关装置进行换相操作时，建议的工作流程是：假设从M相换相到N相(为了叙述方便以M、N相代替A、B、C相中的一相，且M和N表示不同的相)，换相前M相接触器导通，M相晶闸管和二极管组合拓扑电路断开，N相接触器和N相晶闸管、二极管组合拓扑电路断开。进行换相时，只需首先给M相的两个晶闸管触发信号使其导通，并断开M相接触器，此时因电压与电流的正负均可通过M相的两个方向相反的晶闸管和二极管拓扑结构，保证用电的连续性；此时再触发N相两个晶闸管使其导通，并不对M相两个晶闸管提供触发脉冲使其关断，此时便将负荷换相到N相中，且电流由N相的两个方向相反的晶闸管和二极管拓扑结构流通。为保证用电稳定性并减少发热时间，导通N相的接触器，且不再给N相的晶闸管发触发信号，此时电流由N相的接触器导通，至此，完成换相任务。

例如从A相换相到B相：换相前A相接触器(K₁)导通，A相晶闸管、二极管组合拓扑电路、B相接触器(K₂)和B相晶闸管、二极管组合拓扑电路均断开。进行换相时，首先给KA₁，KA₂触发信号使其导通，并断开接触器K₁，此时因电压与电流的正负均可通过不同通路KA₁，V₁或KA₂，V₂，保证用电的连续性；此时再触发KA₃，KA₄使其导通，并不再给KA₁，KA₂提供触发信号使其关断，此时便将负荷换相到B相中。为保证用电稳定性并减小发热时间，控制接触器K₂导通，此时便可以完成换相操作。

这样当三相负荷不平衡需要进行换相操作时，在配电网三相开关装置的电力电子开关动作的过程中，用户端不会感觉到停电的发生，提高了供电可靠性，因为电力电子开关具有较大的开关速度，其动作时间远小于人的视觉反应时间；同时，避免了在进行换相操作时使两相同时接通而导致相间短路，对电网造成不利影响，二极管具有单向导通性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。