一种换相开关装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种换相开关装置及其控制方法，属配用电技术领域。

背景技术：

换相开关是低压台区三相不平衡最有效的治理装置，它能够从用户负载源端实时的将一部分负载进行调整，使装置接入点时刻保持三相负载基本平衡，实现低压台区的三相不平衡治理。常规的换相开关在本地自平衡模式下运行时，需要装置自身对固定负载和可调负载进行计算，将可调整负载切换至固定负载最小的一相，以达到电网侧进一步平衡的目标。因此装置至少需要用到四个电流互感器来进行电流数据的采集，一方面是采集单相可调整负载的大小，另一方面是采集负载侧或电网侧三相负载的大小。但对于负载侧或电网侧三相负载数据的采集，需要三个电流互感器，而且常规换相开关的电路结构要求互感器外接，增加了现场安装的工作量。

常规换相开关的电路结构及配置方式如图1所示，三相固定负载的零线位于换相开关的外部，需要外接三相电流互感器进行电流的采集，一方面成本较高，另一方面破坏了换相开关的结构整体性，增加了装置现场安装工作量。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对现有低压台区三相不平衡和常规换相开关的电路存在的问题，提出一种换相开关装置及其控制方法。

本实用通过以下技术方案实现，一种换相开关装置，包括换向开关、单向可调负载和三相固定负载，还包括零线电流互感器；将三相固定负载的零线连接零线电流互感器的一端，零线电流互感器的另一端连接电网侧零线。所述装置以单个零线电流互感器代替三个三相电流互感器，实现调整相别。

一种换相开关的控制方法，所述方法通过对固定负载及可调负载的零线电流进行采集和计算，直接将可调负载切换至固定负载电流最小的一相，实现对最小负载相的补偿；零线电流最小时可调负载所在相别即是目标相别，从而实现对调整相别的选择。

所述计算方法如下：

定义a相基波电压的实时值为其中ua为电网基波电压有效值，固定负载零线电流的基波分量实时值为其中iln为固定负载零线电流的基波分量有效值，为固定负载零线电流基波分量与电网电压基波分量的相位差，通过对ua进行锁相得到与ua同频同相的单位相量cosωt和sinωt；与iln相乘滤波后再相除并查余切表可以得到通过类似方法可以得到icn与电网a相基波电压的相角差

其中，icn为单相可调负载电流基波分量瞬时值；为固定负载零线电流基波分量与电网a相电压基波分量的相角差；iln为固定负载零线基波分量有效值；

由此得到固定负载基波零线电流与三种可调负载基波零线电流的相角差分别为：

当固定负载零线电流与可调负载零线电流的相角差接近180°时，两个零线电流可以相互抵消的最多，电网侧的零线电流最小；因此选择以下三个计算式中最小的角度，即可得到负载的目标相别；其中，为固定负载零线电流基波分量与单相可调负载零线电流基波分量的相角差；为固定负载零线电流基波分量与单相可调负载在当前相超前一相时零线基波电流的相角差；为固定负载零线电流基波分量与单相可调负载在当前相滞后一相时零线基波电流的相角差。

如当最小时，即可调负载在当前相的超前一相为零线电流最小的一相：

本发明的工作原理如下，换相开关三相不平衡治理的最终目标是使接入点的电网侧零线电流最小，对于可调负载来说，其调整的目标相别只有三种，当前相、当前相超前一相或当前相滞后一相。常规的换相开关由于检测了固定负载侧的三相电流和可调负载的电流，可以通过计算直接将可调负载切换至固定负载电流最小的一相，实现对最小负载相的补偿，达到平衡治理的目标。固定负载零线电流的方向同样包含了三相电流大小的信息，通过对零线电流的检测，可以叠加得到可调负载在任意相别时电网侧零线电流的大小，零线电流最小时可调负载所在相别即是目标相别，从而实现对调整相别的选择。

本发明的有益效果是，本发明通过对换相开关的电路结构进行改进，以单个零线电流互感器代替三个三相电流互感器，增强了装置的整体性，降低了装置的成本，有效提升了产品竞争力。

附图说明

图1为现有常规换相开关的电路结构；

图2为本发明换相开关的电路结构及配置方式；

图3为可调负载与固定负载零线电流叠加的三种方式，

图3(a)为可调负载与固定负载零线电流叠加示意图，

图3(b)为可调负载超前一相与固定负载零线电流叠加示意图，

图3(c)可调负载滞后一相与固定负载零线电流叠加示意图；

图4为电压电流相角差计算流程。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图所示。

本实施例对常规换相开关的电路结构改进，如图2所示，将三相固定负载的零线通过换相开关内部，以零线电流互感器代替固定负载的三个三相电流互感器，三相固定负载的零线连接零线电流互感器的一端，零线电流互感器的另一端连接电网侧零线。

可调负载的零线电流相位会根据换相开关的切换而变化，但只存在三种情况。第一种，如图3(a)所示，即可调负载在当前运行相，其与固定负载的零线电流叠加得到换相开关接入点电网侧的零线电流。第二种是可调负载超前一相(超前120°)并与固定负载零线电流叠加，如图3(b)；第三种是可调负载滞后一相(滞后120°)并与固定负载零线电流叠加，如图3(c)所示。通过这三种叠加方式可以得到可调负载在任意一相时电网侧零线电流的大小，选择零线电流最小的一相，即是换相开关的切换目标相。

三种零线电流叠加方式计算原理均相似，本实施例以第二种方式为例进行详细说明：

控制器均以采样实时值作为计算基础，定义a相基波电压的实时值为ua＝ua×cosωt，固定负载的基波电流的实时值为通过对ua进行锁相可以得到与ua同频同相的单位相量cosωt和sinωt。与iln相乘滤波后再相除并查余切表可以得到如图4所示。通过类似方法可以得到icn与电网a相基波电压的相角差其中，icn为单相可调负载电流基波分量瞬时值；为固定负载零线电流基波分量与电网a相电压基波分量的相角差；iln为固定负载零线基波分量有效值。

由此可以得到固定负载基波零序电流与三种可调负载基波零线电流的相角差分别为

当固定负载零线电流与可调负载零线电流的相角差接近180°时，两个零线电流可以相互抵消的最多，电网侧的零线电流最小。因此选择以下三个计算式中最小的角度，即可得到负载的目标相别；其中，为固定负载零线电流基波分量与单相可调负载零线电流基波分量的相角差；为固定负载零线电流基波分量与单相可调负载在当前相超前一相时零线基波电流的相角差；为固定负载零线电流基波分量与单相可调负载在当前相滞后一相时零线基波电流的相角差。

如当最小时，即可调负载在当前相的超前一相为零线电流最小的一相。

其中，为固定负载零线电流与可调负载零线电流超前一相时的相角差与180°的差。