CN107276106B - 一种低压选相平衡系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种低压选相平衡系统，其特征在于它包括三相进线开关S1、控制器T4、三相复合开关T3、汇集母线B1、三相整流模块T1、单相全桥逆变器模块T2、单相出线开关S2和单相负荷；其工作方法包括：系统启动，闭合开关，一相导通，单相负荷供电；负荷平衡调整；电源切换；负荷平衡补偿；其优越性为：具有极快的响应速度、并且不会导致单相负荷电压突变；待机效率高、工作稳定，而且结构简单，有效地节约了产品成本，便于维护，易于操作，性价比较高；可以实现有源滤波，无功补偿功能。

Description

一种低压选相平衡系统及其工作方法

(一)技术领域：

本发明属于电力设备技术领域，涉及电能质量三相不平衡治理方向，尤其是一种低压选相平衡系统及其工作方法。

(二)背景技术：

三相负荷平衡是保证用户电能质量的重要条件之一，然而在实际供电系统中，三相负荷不平衡是低压配电网常见现象，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过多而造成该相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁等严重后果。具体影响如下：

1)三相负荷严重不对称，中性点电位就会发生偏移，线路压降和功率损失就会大大增加；

2)增加线路的电能损耗；

3)增加配电变压器的电能损耗；

4)配变出力减少；

5)配变产生零序电流；

6)影响用电设备的安全运行。

目前解决三相不平衡方法主要有两大类，一种是基于三相桥逆变器的三相不平衡补偿方法，另一种是基于晶闸管强迫切换的选相平衡方法。基于三相桥逆变器的方法不但可以实现三相不平衡补偿，还可以实现有源滤波和无功补偿等电能质量治理功能，但由于该方案成本较高，并且要求电力电子设备长期运行，其可靠性和可维护性难以保证。基于晶闸管强迫切换的方法成本较低，并且可靠性高，但晶闸管在换相过程中存在电压中断和相位不一致问题，会影响用户的供电可靠性，并且该方法功能扩展性差，不易实现产品的兼容。

因此，采取高新技术手段减少和避免三相不平衡带来的危害已经成为现代企业供电技术的迫切问题。研究低成本，高可靠性、高性能和功能可扩展的选相平衡系统意义重大。

(三)发明内容：

本发明的目的是提出一种低压选相平衡系统及其工作方法，它可以克服现有技术不足，是一种结构简单，操作方便的电能质量管理系统，通过使用三相整流桥和单相全桥逆变器，同时将供电系统与单相负荷之间串入复合开关，不但可以实现单相负荷输入相电压无缝切换，而且可以实现单相负荷无功补偿和谐波补偿功能，通过相电压无缝切换功能实现供电系统三相不平衡治理，通过无功补偿和谐波补偿功能降低线路损耗并提高线路利用率。

本发明的技术方案：一种低压选相平衡系统，包括供电系统变压器和中央管理系统，其特征在于它包括三相进线开关S1、控制器T4、三相复合开关T3、汇集母线B1、三相整流模块T1、单相全桥逆变器模块T2、单相出线开关S2和单相负荷；其中，所述三相进线开关S1的输入端与供电系统变压器的A、B、C三相连接，其A、B、C三相输出端分别与三相复合开关T3的输入端以及三相整流模块T1的交流测连接；所述的三相复合开关T3的A、B、C三相输出端分别与汇集母线B1的三相侧A、B、C三相连接；所述单相负荷依单相出线开关S2连接在汇集母线B1的的单向测输出端与供电系统变压器的零线输出端N之间；所述控制器T4的输入端连接中央管理系统的输出端，其输出端与三相复合开关T3的输入端及单相全桥逆变器模块T2的输入端连接；所述单相全桥逆变器模块T2的交流侧零线输入端与单相出线开关S2输入连接，其交流侧火线输入端则与汇集母线B1连接；所述三相整流模块T1的直流侧与单相全桥逆变器模块T2的直流侧连接；所述单相全桥逆变器模块T2的交流侧零线与三相进线开关S1的零线输出端N连接。

所述控制器T4的输入端接收中央管理系统的通讯信号C1，其输出端输出控制信号K1与三相复合开关T3的输入端连接，同时输出控制信号K2与单相全桥逆变器模块T2的输入端连接。

所述三相复合开关T3由三个双向晶闸管与三个接触器并联组成；所述三个双向晶闸管分别串接在三相进线开关S1的输出端和汇集母线B1之间，三者之间呈并联连接；所述三个接触器分别并联在三个双向晶闸管两端。

所述三相整流模块T1为常规整流电路拓扑结构。

所述单相全桥逆变器模块T2是单相全桥逆变器与LCL滤波器组成电路拓扑结构，其连接是常规连接。

一种低压选相平衡系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①供电系统中的A相、B相、C相分别连接各自的单相负荷，而单相负荷L1通过低压选相平衡系统与供电系统连接，系统启动工作后，闭合三相进线开关S1和单相出线开关S2，三相复合开关T3任何时刻只有A、B、C三相中的其中一相导通，即通过该相接触器的闭合实现导通，为单相负荷L1供电，此时，单相全桥逆变器模块T2工作在无功补偿和谐波补偿的电流源模式下；

②当中央管理系统通过检测三相各自功率实时分析三相功率是否失去平衡，若此时供电系统中的A相电源所带负荷L1与L3容量过重，而B相电源所带负荷L4容量较轻，则中央管理系统将向低压选相平衡系统发出命令将该系统所带的负荷L1由A相电源切换到B相电源，这样便实现了将A相电源所带的负荷L1转移到由B相电源供电，从而减轻了A相电源负荷容量，加重了B相电源负荷容量，最终实现三相的负荷平衡；

③切换过程包括如下步骤，断开三相复合开关T3中的A相接触器，同时导通三相复合开关T3中的A相双向晶闸管，以确保电流不中断，A相双向晶闸管导通后则停止晶闸管的触发，因此，在A相双向晶闸管的电流过零点后则会使其关断，关断时刻将单相全桥逆变器模块T2由电流源工作模式切换到电压源工作模式继续为A相负荷供电，其供电能量来自于三相整流模块REC；

④单相全桥逆变器模块T2调整其输出的交流电压的相位，将初始相位从A相调整到与B相一致，此刻停止单相全桥逆变器模块T2工作，并同时触发三相复合开关T3中的B相双向晶闸管，确保负荷电流不中断；

⑤闭合三相复合开关T3中的B相接触器，同时停止触发B相双向晶闸管，最终完成单相负荷由原先A相供电切换到B相供电的过程，从而实现了三相负荷平衡的补偿。

本发明的优越性：1、本发明使用了复合开关与单相逆变器配合切换技术，不但具有极快的响应速度、并且不会导致单相负荷电压突变；2、复合开关的适用导致待机效率高、工作稳定，而且结构简单，有效地节约了产品成本，便于维护，易于操作，性价比较高；3、可以实现有源滤波，无功补偿功能。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种低压选相平衡系统的整体结构示意图。

图2为本发明所涉一种低压选相平衡系统中三相整流模块REC的电路原理示意图。

图3为本发明所涉一种低压选相平衡系统中单相逆变器模块INV的电路原理示意图。

(五)具体实施方式：

实施例：一种低压选相平衡系统(见图1)，包括供电系统变压器和中央管理系统，其特征在于它包括三相进线开关S1、控制器T4、三相复合开关T3、汇集母线B1、三相整流模块T1、单相全桥逆变器模块T2、单相出线开关S2和单相负荷；其中，所述三相进线开关S1的输入端与供电系统变压器的A、B、C三相连接，其A、B、C三相输出端分别与三相复合开关T3的输入端以及三相整流模块T1的交流测连接；所述的三相复合开关T3的A、B、C三相输出端分别与汇集母线B1的三相侧A、B、C三相连接；所述单相负荷依单相出线开关S2连接在汇集母线B1的的单向测输出端与供电系统变压器的零线输出端N之间；所述控制器T4的输入端连接中央管理系统的输出端，其输出端与三相复合开关T3的输入端及单相全桥逆变器模块T2的输入端连接；所述单相全桥逆变器模块T2的交流侧零线输入端与单相出线开关S2输入连接，其交流侧火线输入端则与汇集母线B1连接；所述三相整流模块T1的直流侧与单相全桥逆变器模块T2的直流侧连接；所述单相全桥逆变器模块T2的交流侧零线与三相进线开关S1的零线输出端N连接。

所述控制器T4的输入端接收中央管理系统的通讯信号C1，其输出端输出控制信号K1与三相复合开关T3的输入端连接，同时输出控制信号K2与单相全桥逆变器模块T2的输入端连接(见图1)。

所述三相复合开关T3(见图1)由三个双向晶闸管与三个接触器并联组成；所述三个双向晶闸管分别串接在三相进线开关S1的输出端和汇集母线B1之间，三者之间呈并联连接；所述三个接触器分别并联在三个双向晶闸管两端。

所述三相整流模块T1为常规整流电路拓扑结构(见图2)。

所述单相全桥逆变器模块T2是单相全桥逆变器与LCL滤波器组成电路拓扑结构，其连接是常规连接(见图3)。

一种低压选相平衡系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①供电系统中的A相、B相、C相分别连接各自的单相负荷，而单相负荷L1通过低压选相平衡系统与供电系统连接，系统启动工作后，闭合三相进线开关S1和单相出线开关S2，三相复合开关T3任何时刻只有A、B、C三相中的其中一相导通，即通过该相接触器的闭合实现导通，如B相，此时可以将负荷L1切换到供电系统B相，为单相负荷L1供电，此时，单相全桥逆变器模块T2工作在无功补偿和谐波补偿的电流源模式下；

②当中央管理系统通过检测三相各自功率实时分析三相功率是否失去平衡，若此时供电系统中的A相电源所带负荷L1与L3容量过重，而B相电源所带负荷L4容量较轻，则中央管理系统将向低压选相平衡系统发出命令将该系统所带的负荷L1由A相电源切换到B相电源，这样便实现了将A相电源所带的负荷L1转移到由B相电源供电，从而减轻了A相电源负荷容量，加重了B相电源负荷容量，最终实现三相的负荷平衡；

③切换过程包括如下步骤，断开三相复合开关T3中的A相接触器，同时导通三相复合开关T3中的A相双向晶闸管，以确保电流不中断，A相双向晶闸管导通后则停止晶闸管的触发，因此，在A相双向晶闸管的电流过零点后则会使其关断，关断时刻将单相全桥逆变器模块T2由电流源工作模式切换到电压源工作模式继续为A相负荷供电，其供电能量来自于三相整流模块REC；

④单相全桥逆变器模块T2调整其输出的交流电压的相位，将初始相位从A相调整到与B相一致，此刻停止单相全桥逆变器模块T2工作，并同时触发三相复合开关T3中的B相双向晶闸管，确保负荷电流不中断；

⑤闭合三相复合开关T3中的B相接触器，同时停止触发B相双向晶闸管，最终完成单相负荷由原先A相供电切换到B相供电的过程，从而实现了三相负荷平衡的补偿。

Claims (4)

1.一种低压选相平衡系统，包括供电系统变压器和中央管理系统，其特征在于它包括三相进线开关S1、控制器T4、三相复合开关T3、汇集母线B1、三相整流模块T1、单相全桥逆变器模块T2、单相出线开关S2和单相负荷；其中，所述三相进线开关S1的输入端与供电系统变压器的A、B、C三相连接，其A、B、C三相输出端分别与三相复合开关T3的输入端以及三相整流模块T1的交流测连接；所述的三相复合开关T3的A、B、C三相输出端分别与汇集母线B1的三相侧A、B、C三相连接；所述单相负荷依单相出线开关S2连接在汇集母线B1的的单向测输出端与供电系统变压器的零线输出端N之间；所述控制器T4的输入端连接中央管理系统的输出端，其输出端与三相复合开关T3的输入端及单相全桥逆变器模块T2的输入端连接；所述单相全桥逆变器模块T2的交流侧零线输入端与单相出线开关S2输入连接，其交流侧火线输入端则与汇集母线B1连接；所述三相整流模块T1的直流侧与单相全桥逆变器模块T2的直流侧连接；所述单相全桥逆变器模块T2的交流侧零线与三相进线开关S1的零线输出端N连接。

2.根据权利要求1所述一种低压选相平衡系统，其特征在于所述控制器T4的输入端接收中央管理系统的通讯信号C1，其输出端输出控制信号K1与三相复合开关T3的输入端连接，同时输出控制信号K2与单相全桥逆变器模块T2的输入端连接。

3.根据权利要求1所述一种低压选相平衡系统，其特征在于所述三相复合开关T3由三个双向晶闸管与三个接触器并联组成；所述三个双向晶闸管分别串接在三相进线开关S1的输出端和汇集母线B1之间，三者之间呈并联连接；所述三个接触器分别并联在三个双向晶闸管两端。

4.一种低压选相平衡系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①供电系统中的A相、B相、C相分别连接各自的单相负荷，而单相负荷L1通过低压选相平衡系统与供电系统连接，系统启动工作后，闭合三相进线开关S1和单相出线开关S2，三相复合开关T3任何时刻只有A、B、C三相中的其中一相导通，即通过该相接触器的闭合实现导通，为单相负荷L1供电，此时，单相全桥逆变器模块T2工作在无功补偿和谐波补偿的电流源模式下；

②当中央管理系统通过检测三相各自功率实时分析三相功率是否失去平衡，若此时供电系统中的A相电源所带负荷L1与L3容量过重，而B相电源所带负荷L4容量较轻，则中央管理系统将向低压选相平衡系统发出命令将该系统所带的负荷L1由A相电源切换到B相电源，这样便实现了将A相电源所带的负荷L1转移到由B相电源供电，从而减轻了A相电源负荷容量，加重了B相电源负荷容量，最终实现三相的负荷平衡；

③切换过程包括如下步骤，断开三相复合开关T3中的A相接触器，同时导通三相复合开关T3中的A相双向晶闸管，以确保电流不中断，A相双向晶闸管导通后则停止晶闸管的触发，因此，在A相双向晶闸管的电流过零点后则会使其关断，关断时刻将单相全桥逆变器模块T2由电流源工作模式切换到电压源工作模式继续为A相负荷供电，其供电能量来自于三相整流模块REC；

④单相全桥逆变器模块T2调整其输出的交流电压的相位，将初始相位从A相调整到与B相一致，此刻停止单相全桥逆变器模块T2工作，并同时触发三相复合开关T3中的B相双向晶闸管，确保负荷电流不中断；

⑤闭合三相复合开关T3中的B相接触器，同时停止触发B相双向晶闸管，最终完成单相负荷由原先A相供电切换到B相供电的过程，从而实现了三相负荷平衡的补偿。