CN102394501A - 基于电网负荷动态平衡的节能方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在智能电网领域中，对单相负荷进行有载调度的方法和装置，该装置在三相线路输入端安装一台主控器，在线路每个单相分支处各安装一台从控器，主控器与从控器通过通信接***换信息。当线路功率不平衡度超限时，主控器优化制定控制方案，操纵从控器在相间转换单相负荷，转换过程中，对负荷没有瞬时断电，对电网没有冲击干扰，使配电线路动态运行于负荷平衡状态，彻底解决线路不平衡损耗问题。

Description

基于电网负荷动态平衡的节能方法与装置

技术领域

本发明属于智能电网自动化技术领域，涉及电力负荷有载换相的方法与装置，尤其是一种通过控制负荷动态平衡实现节能的全新技术。

背景技术

电力***的最终用户包含大量的单相负荷，尤其是商业与民用设施：如电取暖设施、空调器、电热水器、冰箱、照明设施、商用机械，计算机及各种家用电器。其数量越来越多，功率越来越大，对供电可靠性与供电质量要求越来越高，用电需求的随机性也越来越强，这使得配电网低压侧三相负荷的不平衡问题越来越严重。

众所周知，由于三相负荷不平衡造成的三相电压不平衡会危及配电网络及用电设备运行的安全性，影响继电保护***的可靠性。

配电网络三相负荷不平衡是增加线损的重要因素。理论分析与现场测量都证实：同一配网线路在负荷不平衡度为100％状态下的线损率是负荷平衡状态下的6至15倍。通过平衡负荷来降低线损，有很大的节能空间。

面对三相负荷不平衡问题，目前国内外普遍采取的措施是尽可能在三相电网上均匀配置单相负荷的所谓静态分配方法。面对负荷的变动和用电时间的随机性，这种静态分配方法由于不能应对频繁变动的负荷，其弊端越来越明显。

也有采用补偿方法，如：向电压不平衡节点注入无功功率，分别调节三相电压以实现电压平衡的方法(如中国专利CN2924883Y)其本质是用无功调节电压，以增加有功损耗换取电压平衡。

还有把电气化铁道供电站采用的SVC技术移植到低压配网以解决瞬态三相电压不平衡的方法(如中国专利CN1450704A)是一种瞬态补偿冲击性负荷的方法，但设备复杂昂贵，不适用于低压配网的负荷模式，也没有节能效果。

中国专利CN 101286654A提出了一种以电压不平衡度作控制参量，每个单相负荷用6个复合开关转换，每次在相间转换10％负荷的方法来求得三相电压平衡。但该专利对负荷平衡方法的关键问题：如何选择哪一个负荷进行转换？如何进行在线转换？如何兼顾有功与无功都没有涉及。如果转换负荷必须伴随着承受断电，这种转换方案的实用性就很差了。

无功实际是一种不平衡负荷，它造成的电压不平衡与线损也是极其明显的，只有对有功与无功统一实施负荷平衡，才能使电力***运行于最高效的状态。

电压不平衡度与不平衡负荷之间的关系受电源内阻影响，难以体现负荷不平衡线路损耗状况，更无法兼顾有功与无功的平衡；每次在相间转换10％负荷的方法缺乏理论支持；用普通复合开关转换负荷也难于避免断电困扰；这些都是负荷动态平衡必须解决的关键问题。

正是由于缺少负荷有载换相的设备，也缺少负荷动态平衡的理论，目前应对负荷不平衡问题一直采用静态平衡方法。

本发明以有载换相开关为硬件，以负荷平衡算法为软件，使负荷动态平衡成为可能。

电力***最理想的运行状态是三相电压幅值相等，相位差120°，三相电流幅值相等，与三相电压同相位。本发明为实现以上目标提供了一种有效的方法。

发明内容

本发明提供了一种在智能电网领域中，对单相负荷进行实时调度的方法和装置，以解决以往技术方案的不足，通过负荷在相间有载转换，实现三相负荷动态平衡，从而使配电网实时运行于最佳负荷分配状态。

负荷自动平衡节电装置由一只主控器与多只从控器组成，在电网三相线上(例如配电变压器三相母线出口处或每条三相馈线到单相馈线转换配电箱处)安装一台主控器，在该条线路每个欲作负荷转换的三相至单相线路分支处安装一台从控器，三相四线制输入线连接到从控器输入端，单相负荷连接到从控器输出端，主控器与从控器通过通信接***换信息。

该装置的控制参量是三相功率不平衡度，如被控制线路上装有可投切的纯无功负荷(电容器或电抗器)，有功功率与无功功率两个分量都实施平衡控制，对被控制线路上没有可投切的纯无功负荷，仅对有功功率实施平衡控制。

各从控器测量自身单相负荷的电压、电流、功率、电量等负荷参数，并把这些参数连同当前供电相线与自身地址报告给主控器；主控器测量三相线路的电压、电流、功率、电量等负荷参数，并计算功率不平衡度，当主控器监测到功率不平衡度超过预置的控制门限时，根据全线路内负荷的状况优化出负荷调整方案，操纵从控器在相间调整负荷，使被控电网动态运行于平衡状态，从而降低线损。

从控器由测量模块、微机***、控制接口、通信接口与有载换相开关组成。从控器测量本负荷的单相电压、电流、功率与电量等负荷参数，把自己的逻辑地址，供电相线与负荷参数报告给主控器，并执行主控器发来的操纵命令，驱动有载换相开关在不断电状态下实现单相负荷在不同相线之间转换。换相过程对负荷没有瞬时断电，对电网没有冲击干扰。

主控器由测量模块、微机***、控制接口、通信接口组成。主控器接收从控器上报的信息，分相记录从控器的地址与负荷参数；主控器测量被控制线路的三相电压、电流、功率与电量，参照各从控器的负荷参数，优化出最佳的负荷转换策略，并操纵从控器实施相应的负荷转移；主控器通过测量三相负荷的变化监测从控器的操作效果，并实时计算、记录被控制线路的线损值与线损率。

本发明的技术特点及效果

本发明以功率不平衡度作为控制对象，采用有载换相开关对有功负荷与无功负荷作统一调度，实现三相负荷最佳分配；全部控制操作均在不断电状态下实施，用户不会受到停电困扰，线路有功与无功始终处于动态平衡状态，从根本上解决供电线路负荷不平衡的困扰。

实施本发明对电力用户尤其是像政府机关、军事设施、金融机构、大型写字楼、宾馆饭店、医院等负荷复杂，对瞬时断电敏感的用户，可取得节能与提高供电可靠性的效果；对供电企业可取得减低线损、提高输电能力、提高供电质量、提高供电可靠性等经济效益。

实际上，主控器可以取代目前的台区计量表计；从控器可取代用户电表；有载换相开关可取代用户侧分支线路保护的断路器；无功平衡设备可取代变压器出口处的无功补偿设备，又易于实现就地补偿，其节能效果远优于目前的集中补偿方式。实施低压负荷自动平衡节电***不会显着增加配网成本，是一种性能价格比优良的新型节电技术。

附图说明

本发明共有七张附图

附图一：基于电网负荷动态平衡的节能***结构图。

附图二：主控器结构图。

附图三：从控器结构图。

附图四：有载换相开关结构图。

附图五：有载换相开关驱动程序框图。

附图六：有载换相开关原理图。

附图七：有载换相过渡过程现场录波图

具体的实施方法

以下结合附图说明本发明具体的实施方法的例证：

附图一：基于电网负荷动态平衡的节能***结构图显示了该***总体配置与接线。

负荷自动平衡节电装置由一只主控器与多只从控器组成，在电网三相线上(例如配电变压器三相母线出口处或每条三相馈线到单相馈线转换配电箱处)安装一台主控器，在该条线路每个欲作负荷转换的三相至单相线路分支处各安装一台从控器，三相四线制输入线连接到从控器输入端，单相负荷连接到从控器输出端，主控器与从控器通过通信接***换信息。

该装置的控制参量是三相功率不平衡度，如被控制线路装有可投切的纯无功负荷(电容器或电抗器)，有功功率与无功功率两个分量实施都平衡控制；对被控制线路没有可投切的纯无功负荷的线路，仅对有功功率实施平衡控制。

各从控器测量自身单相负荷的电压、电流、功率、电量等负荷参数，并把这些参数连同当前供电相线与自身地址报告给主控器；主控器测量三相线路的电压、电流、功率、电量等负荷参数，并计算功率不平衡度。当主控器监测到功率不平衡度超过预置的控制门限时，根据全线路内负荷的状况优化出负荷调整方案，操纵从控器在相间调整负荷，使被控电网动态运行于平衡状态，从而降低线损。

附图二：主控器结构图显示主控器内部结构及其工作原理：

主控器由电力计量模块、微机***、控制接口与通信接口组成。

电力计量模块的电压输入端连接到低压配网A、B、C、N 4条馈线；电流输入端连接到母线电流互感器CTa、CTb、CTc的二次侧接线端；计量芯片可采用典型的电度表芯片，如3片CS5463或1片ADE7878等，均可满足计量精度与可靠性的要求。电力计量模块除实现通常的电度表功能外，还把测量到的三相电压、电流、功率、电量数据提供给微机***，根据这些参数实施负荷平衡控制，计算线损值与线损率。

微机***可采用任何单片机***，只要有适用的运算与存储资源，有良好的电磁兼容性能即可满足要求，如PIC或MCS系列单片机。

控制接口采用光隔离器件作***隔离以提高电磁兼容性能。

通信接口可采用RS232或485接口；远程通信可采用电缆、光缆或无线模块。

主控器从通信接口接收从控器上报的信息，分相记录从控器的地址与负荷参数。

微机***除满足电力计量的功能需求外，实时计算功率不平衡度。当不平衡度超过预先设定的门限，微机启动仿真计算，制订负荷平衡的调整方案。

微机***通过通信接口操纵从控器执行负荷转移，通过控制接口操纵<投切开关>投切电容器。

负荷转移策略的优化算法遵循在转移操作次数最少的约束条件下追求负荷转移后功率不平衡度最小的原则，由微机对负荷各种可能的组合进行仿真，寻求最佳方案。

以下说明确定负荷调整策略的步骤：

负荷转移仿真算法对有功功率和无功功率分别处理，首先把有功负荷调整到尽量平衡，然后把各相无功负荷调整到尽可能小。

对有功功率先采用直接移动模式，然后采用互换模式进行仿真：

(一)有功直接移动模式：

1.计算三相正序有功功率值。

2.分别计算出各相有功功率与正序有功功率的差，即目标转移量。正值表示该相需要转出的量值+Δp，负值表示该相需要转入的量值-Δp。

3.如果有两个需要转入的相，分别对每个转入相进行仿真计算。

4.针对需要转入量+Δp，在所有转出相中搜索各个负荷，寻求与+Δp最接近的负荷作为转移对象。在转出相与转入相之间做一次转移仿真，形成新的负荷组合。

5.对这一新负荷组合，再次计算有功功率不平衡度。如计算值小于转换前的不平衡度，则此次转移方案为可采用的方案。记录下该方案及其对应的不平衡度，否则放弃此次仿真。

6.对其它需要转入相进行步骤2至6的仿真计算，记录下相应的可采用的方案。

7.重复调用步骤1至7的仿真计算，直至新负荷组合的不平衡度不再收敛。

(二)有功互换模式：

8.针对需要转入相的每个负荷L(i)，在所有需要转出相负荷中搜索与该转入相负荷之差最接近+Δp的负荷L(k)，在转入相与转出相之间作L(i)与L(k)的对调仿真。

9.计算对调后的有功功率不平衡度。如小于对调前的不平衡度，则此次转移方案为可采用的方案。记录下该方案及其对应的不平衡度，否则放弃此次仿真。

10.对其它需要转入相进行步骤8至9的仿真计算，记录下相应的可采用的方案。

11.重复步骤8至10的仿真计算，直至新负荷组合的不平衡度不再收敛，或不平衡度已满足要求。

然后进行无功功率平衡仿真。无功功率为正的相应该投入并联电容器，无功功率为负的相应该切除并联电容器。

首先进行三相对称仿真，然后进行单相转换仿真，最后进行单相投切仿真。

(三)对无功功率对称部分进行平衡仿真：

12.分相计算无功功率。当三相无功功率全是正值时，其中的最小值+Qmin就是三相共补的投入控制量，从闲置的角接电容中选择容量最接近3倍+Qmin的电容器进行三相投入仿真；当三相无功功率全是负值时，其中的最大值-Qmax就是三相共补的切除控制量，从运行的角接电容中选择容量最接近3倍-Qmax的电容器进行三相切除仿真；分相计算无功功率，如比调整前的无功功率值更接近‘零’，则此次转移方案为可采用的方案。记录下该方案及其对应的无功功率值，否则放弃此次仿真。

13.重复重复步骤12的仿真计算，直至新负荷组合的无功功率不再收敛。本步骤仿真后各相剩余的无功功率成为不对称无功调整量。

(四)对无功功率不对称部分进行平衡仿真：

14.当三相无功功率值有正有负时，三相无功都是不对称无功调整量，与步骤13后形成的不对称无功调整量采用相同的仿真算法，正值为投入控制量，负值为切除控制量。如果有2个投入相，先从其中一个投入相开始仿真：

15.直接转移：选择切除相中容量与投入控制量最接近的单相电容器，进行从切除相到投入相的转移仿真，如仿真后的无功功率比仿真前的无功功率更接近‘零’，则此次转移方案为可采用的方案。记录下该方案及其对应的无功功率值，否则放弃此次仿真。

16.然后对另一个投入相重复步骤15的仿真。

(五)直接投切单相电容器仿真：

17.直接投入：直接转移后如投入控制量仍不满足期望值时，从闲置的单相电容器中选择容量最接近投入控制量的电容器对投入相进行投入仿真；如切除控制量仍不满足期望值时，从切除相运行的单相电容器中选择容量最接近切除控制量的电容器进行切除仿真；如仿真后的无功功率比步骤16后的无功功率更接近‘零’，则此次转移方案为可采用的方案。记录下该方案及其对应的无功功率，否则放弃此次仿真。

18.重复重复步骤14至17的仿真计算，直至新负荷组合的无功功率不再收敛或已满足要求。

19.如果仿真后三相上都有单相电容器投入，且容量能与闲置的角接电容器匹配，则进行投入该角接电容器替换出相应单相电容器的仿真。

(六)方案综合

在全部记录下来的可采用的调整方案中，去除互相矛盾的方案与重复的方案，根据实际操作次数最少的约束条件确定负荷调整的最终方案。

(七)验证

主控器按照调整方案，操纵相应的从控器实施负荷转换，并接收从控器完成操后作发回的反馈信息，重新测量负荷调整后的功率不平衡度与无功功率，以确认此次调整是否成功。

如被控制线路上装有可投切的纯无功负荷，优化方案实施全部(一)至(七)的仿真层作业，如线路上没有可投切的纯无功负荷，优化方案省略(三)至(五)，实施其余仿真作业

同时，主控器用本身计量的有功电量与用户侧从控器或电度表上传的有功电量相减，计算出并记录下累计线损值与线损率。

附图三：从控器结构图显示了从控器内部结构及其功能：

从控器由电力计量模块、微机***、控制接口、通信接口与有载换相开关组成。

电力计量模块的电压输入端连接到《有载换相开关》输出端P、N上；电流输入端连接到电流互感器CT的二次侧接线端；计量芯片可采用典型的单相电度表芯片，如CS5463可满足计量精度与可靠性的要求。电力计量模块除实施通常的电度表功能外，还把该负荷的电压、电流、功率、电量诸参数提供给微机***，通过通信接口上报给主控器。

微机***可采用任何单片机***，只要有适用的运算与存储资源，有良好的电磁兼容性即可满足要求，如PIC或MCS系列单片机。

通信接口可采用RS232或485接口；远端通信可采用电缆、光缆或无线模块。

微机***除满足电力计量的功能需求外，还负责操纵有载换相开关实施负荷转换。

控制接口采用光隔离器件作***隔离以提高电磁兼容性能。

附图四：有载换相开关结构图显示了开关内部结构及其工作原理：

有载换相开关由断路器、换相电子开关、机械开关、驱动控制模块、控制接口、键盘与显示器组成。

三相四线制输入线A、B、C相线连接到断路器相应输入端，断路器的A、B、C相输出端分别连接三路换相开关输入端；每路换相开关由机械开关与电力电子开关并联，本例中每相的电力电子开关由2只硅可控整流器Qa1与Qa2、Qb1与Qb2、Qc1与Qc2反向并联组成，附加吸收组件与压敏电阻作保护；机械开关采用单相接触器RL_a、RL_b、RL_c，每只接触器附有通断状态传感器，三路换相开关输出端连接在一起，连接到有载换相开关输出端P，输入中线N直接连接到有载换相开关输出端N；单相负荷接在输出端子P与N上。

驱动与控制模块控制电力电子开关与机械开关的闭合与断开，实施有载换相操作。键盘用于手动操作有载换相开关，显示器用于显示有载换相开关工作状态，控制接口用于与微机***交换信息，执行遥控操作。

附图五：有载换相开关驱动程序框图显示了驱动控制模块的控制逻辑：

步骤1至8：有载换相开关实时监控本身工作状态与输入操作信号，当出现两相机械接点同时闭合的‘接点非法状态’时立即闭锁输入断路器，避免出现相间短路故障；当同时出现两路以上操作指令的‘输入信号非法’时，拒绝接受操作指令。当且仅当‘接点状态’与‘输入信号’均合法时，《有载换相开关》才可***作，实施以下12项操作：

例如：A相投入操作指令为‘A’；B投入操作指令为‘B’；C相投入操作指令为‘C’；切除操作指令为‘T’。

步骤9至15：当仅有A相机械接点闭合(负荷由A相供电)时，可进行3项操作：

1.输入B相投入操作指令‘B’时，把负荷从A相转换到B相。

2.输入C相投入操作指令‘C’时，把负荷从A相转换到C相。

3.输入切除操作指令‘T’时，从A相切除负荷。

步骤16至22：当仅有B相机械接点闭合(负荷由B相供电)时，可进行3项操作：

4.输入A相投入操作指令‘A’时，把负荷从B相转换到A相。

5.输入C相投入操作指令‘C’时，把负荷从B相转换到C相。

6.输入切除操作指令‘T’时，从B相切除负荷。

步骤23至29：当仅有C相机械接点闭合(负荷由C相供电)时，可进行3项操作：

7.输入A相投入操作指令‘A’时，把负荷从C相转换到A相。

8.输入B相投入操作指令‘B’时，把负荷从C相转换到B相。

9.输入切除操作指令‘T’时，从C相切除负荷。

步骤30至35：当没有机械接点闭合时(没有负荷)，可进行3项操作：

10.输入A相投入操作指令‘A’时，把负荷投到A相。

11.输入B相投入操作指令‘B’时，把负荷投到B相。

12.输入C相投入操作指令‘C’时，把负荷投到C相。

附图六：有载换相开关原理图显示开关的工作原理。

上述的12项操作归并为三项基本操作模式：负荷投入、负荷切除与相间负荷转换操作。

1.附图6A说明单相负荷投入操作的原理：(以A相投入为例)在t1时刻使A相电力电子开关过零闭合，A相线开始对负荷供电。在t2时刻A相机械开关闭合与电力电子开关并联运行，在t3时刻断开A相电力电子开关，由机械开关维持A相供电，完成负荷投入操作。

2.附图6B说明单相负荷切除操作的原理：(以A相切出为例)切除前负荷由闭合的A相机械开关供电，在t1时刻使A相电力电子开关闭合，与A相机械开关并联运行。在t2时刻断开A相机械开关，由A相电力电子开关维持A相供电，在t3时刻过零断开A相电力电子开关，完成负荷切除操作。

3.附图6C说明单相负荷相间转换操作的原理：(以A至B相转换为例)

转换前负荷由闭合的A相机械开关供电，在t1时刻使A相电力电子开关闭合，与A相机械开关并联运行。在t2时刻断开A相机械开关，由A相电力电子开关维持A相供电，在t3时刻断开A相电力电子开关，同时闭合B相电力电子开关，使B相代替A相为负荷供电，在t4时刻闭合B相机械开关，与B相电力电子开关并联运行，在t5时刻断开B相电力电子开关，完成负荷从A相至B相的转换。

附图七：有载换相过程现场录波图显示了实施本专利进行有载换相的过渡过程：

由于电力电子开关使用了过零开关技术，在投切与转换负荷过程中不会产生电流冲击与操作过电压，负荷转换过程中没有瞬时断电现象。录波图是实施本专利的装置在验证实验中录制的。

附图七A，B显示了对电感性负荷实施正相序与负相序换相的过渡过程。

附图七C，D显示了对电容性负荷实施正相序与负相序换相的过渡过程。

附图七E，F显示了对电阻性负荷实施正相序与负相序换相的过渡过程。

附图七G，H显示了在微机运行状态下实施正相序与负相序换相的过渡过程。

录波图中通道1是负荷电流，通道2是负荷电压。

Claims (6)

1.一种基于控制配电网负荷自动平衡的节能装置，其特征是：负荷自动平衡节电装置由一只主控器与多只从控器组成，在电网三相线上(例如配电变压器三相母线出口处或每条三相馈线到单相馈线转换配电箱处)安装一台主控器，在该条线路每个欲作负荷转换的三相至单相线路分支处安装一台从控器，三相四线制输入线连接到从控器输入端，单相负荷连接到从控器输出端，主控器与从控器通过通信接***换信息；该装置的控制参量是三相功率不平衡度，如被控制线路上装有可投切的纯无功负荷(电容器或电抗器)，有功功率与无功功率两个分量都实施平衡控制，如被控制线路上没有可投切的纯无功负荷，仅对有功功率实施平衡控制；各从控器测量自身单相负荷的电压、电流、功率、电量等负荷参数，并把这些参数连同当前供电相线与自身地址报告给主控器；主控器测量三相线路的电压、电流、功率、电量等负荷参数，并计算功率不平衡度，当主控器监测到功率不平衡度超过预置的控制门限时，根据全线路内负荷的状况优化出负荷调整方案，操纵从控器在相间调整负荷，使被控电网动态运行于平衡状态，从而降低线损。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是，从控器由测量模块、微机***、控制接口、通信接口与有载换相开关组成；从控器测量本负荷的单相负荷参数，把自己的逻辑地址，当前供电相线与实时测量的负荷参数通过通信接口报告给主控器，并执行主控器发来的操作命令，驱动有载换相开关在不断电状态下实现单相负荷在不同相线之间转换。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是，主控器由测量模块、微机***、控制接口与通讯接口组成；主控器接收从控器上报的信息，分相记录各从控器的地址与负荷参数；主控器通过计量模块测量本条线路的三相电压、电流、功率与电量，测量值送入微机***，微机***在进行电力计量的同时，还实时监控功率不平衡度，制定负荷转换策略，操纵从控器实施相应的负荷转移，操纵投切开关投切电容器；主控器通过测量线路三相负荷的变化监测从控器的操作效果，并实时计算记录本条线路的线损值与线损率。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是，主控器优化负荷调整方案的算法是：第一仿真层对负荷有功功率作直接转移仿真，即：步骤1，计算正序三相有功功率值；步骤2，分别计算出各相有功功率与正序有功功率的差，即目标转移量，负值表示需要转出该相的量值-Δp正值表示需要转入该相的量值+Δp；步骤3，如果有两个需要转入的相，分别对每个转入相进行仿真计算；步骤4，针对需要转入量+Δp，在所有转出相中搜索各个负荷，寻求与+Δp最接近的负荷作为转移对象，在转出相与转入相之间做一次转移仿真，形成新的负荷组合；步骤5，对这一新负荷组合，再次计算有功功率不平衡度，如计算值小于步骤1的不平衡度，则此次转移方案为可采用的方案，记录下该方案及其对应的不平衡度，否则放弃此次仿真；步骤6，对其它转入相进行步骤4至5的仿真计算，记录下相应的可采用的方案；步骤7，重复步骤1至6的仿真计算，直至新组合负荷的不平衡度不再收敛；第二仿真层对负荷有功功率作互换转移仿真，即：步骤8，针对需要转入相的每个负荷L(i)，在所有需要转出相负荷中搜索与该转入相负荷之差最接近+Δp的负荷L(k)，在转入相与转出相之间作L(i)与L(k)的对调仿真；步骤9，计算对调后的有功功率不平衡度。如计算值小于步骤7后的不平衡度，则此次转移方案为可采用的方案。记录下该方案及其对应的不平衡度，否则放弃此次仿真；步骤10，对其它转入相进行步骤8至9的仿真计算，记录下相应的可采用的方案；步骤11，重复步骤8至10的仿真计算，直至新负荷组合的不平衡度不再收敛，或不平衡度已满足要求；第三仿真层对负荷无功功率对称部分进行投切仿真，即：步骤12，计算无功功率，当三相无功功率全是正值时，其中的最小值Qmin就是三相对称投入控制量，搜索其容量最接近3倍Qmin的闲置的角接电容器作一次投入对称无功负荷仿真，仿真后各相的无功功率成为不对称无功投入控制量；当三相无功功率全是负值时，其中的最大值-Qmax就是三相对称无功的切除控制量，搜索其容量最接近3倍-Qmax的运行中的角接电容器作一次切除对称无功负荷仿真，仿真后各相的无功功率成为不对称无功切除控制量；重新计算无功功率，如果比本次仿真前的无功功率更接近‘零’，则记录为可采用的方案，否则放弃此次仿真；步骤13，重复步骤12的仿真计算，直至新负荷组合的无功功率不再收敛。本步骤仿真后各相剩余的无功功率成为不对称无功调整量；第四仿真层对负荷无功功率不对称部分进行直接转移仿真，即：步骤14，当三相无功功率值有正有负时，三相无功都是不对称无功调整控制量，与步骤13仿真后形成的不对称无功投切控制量采用相同的仿真算法，符号为正的是投入控制量，符号为负的是切除控制量，如有多个投入相，先从其中一相开始仿真；步骤15，在切除相中，选择容量最接近投入相投入控制量的运行中的单相电容器进行从切除相到投入相的负荷转移仿真，重新计算无功功率，如果比仿真前的无功功率更接近‘零’，则记录为可采用的方案，否则放弃此次仿真；步骤16，然后对另一个投入相重复步骤15的仿真；第五仿真层直接投切单相电容器仿真，即：步骤17，如投入控制量仍不满足期望值时，从闲置的单相电容器中选择容量最接近投入控制量的电容器对投入相进行投入仿真；如切除控制量仍不满足期望值时，从切除相运行的单相电容器中选择容量最接近切除控制量的电容器进行切除仿真，如仿真后的无功功率比步骤16后的无功功率更接近‘零’，则此次转移方案为可采用的方案。记录下该方案及其对应的无功功率，否则放弃此次仿真；步骤18，重复步骤14至17的仿真，直至新组合负荷的无功功率不再收敛，或已满足要求；步骤19，如果三相都有单相电容器投入，且其容量能与闲置的角接电容器匹配，则进行投入该角接电容器替换出相应单相电容器的仿真；第六仿真层方案综合在全部记录下来的可采用的调整方案中，去除互相矛盾的方案与重复的方案，根据实际操作次数最少的约束条件确定负荷调整的最终方案；第七仿真层验证主控器按照调整方案，操纵相应的从控器实施负荷转换，并接收从控器完成操作后发回的反馈信息，重新测量负荷调整后的功率不平衡度，以确认此次调整是否成功；如被控制线路上装有可投切的纯无功负荷，优化方案实施全部第一至第七仿真层的作业，如被控制线路上没有可投切的纯无功负荷，优化方案省略第三至第五仿真层，实施其余仿真层的作业。

5.如权利要求1所述的装置，其特征是，有载换相开关由断路器、换相电力电子开关、机械开关、驱动控制模块、控制接口、键盘与显示器组成；三相四线制输入A、B、C相线分别连接到断路器相应输入端，断路器的A、B、C相输出端分别连接三路换相开关输入端，每路换相开关由机械开关与电力电子开关并联，三路换相开关输出端连接在一起，连接到有载换相开关输出端P。输入中线N直接连接到有载换相开关输出端N。单相负荷接在输出端子P，N上；驱动与控制模块控制电子开关与机械开关的闭合与断开，实现负荷有载换相；键盘用于手动操作有载换相开关，显示器用于显示有载换相开关工作状态，控制接口用于与微机***交换信息，执行遥控操作。

6.如权利要求1所述的装置，其特征是，有载换相开关的工作原理是：在当前供电相通过闭合的机械开关向负荷供电状态下，首先，闭合当前供电相的电力电子开关，与当前供电相的机械开关并联运行，适当延时后断开当前供电相的机械开关，由电力电子开关维持供电，适当延时后在同一时刻断开当前供电相的电力电子开关，闭合欲转至相的电力电子开关，使欲转至相代替当前供电相为负荷供电，适当延时后闭合欲转至相的机械开关，与欲转至相的电力电子开关并联运行，适当延时后断开欲转至相的电力电子开关，完成负荷从当前供电相至欲转至相的转换。

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