CN107769232A - 基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于用电管理技术应用领域,涉及三相负荷的调整,尤其涉及一种基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置及其应用。包括安装于表箱T接点三相主线负荷侧的电流互感器以及与电流互感器二次侧电性连接并依次设置的检波电路、放大整流滤波电路、减法器电路、输出控制机构以及继电器输出电路,与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于,本发明通过提供一种基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,利用电流的检测、对比,进而实现三相电的切换,解决了现有三相电压不平衡所导致的供电质量下降,同时,配合之前的申请,达到彻底解决供电质量下降的问题。
Description
技术领域
本发明属于用电管理技术应用领域,涉及三相负荷的调整,尤其涉及一种基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置及其应用。
背景技术
公用低压配电***一般是由单台配电变压器为多个用户提供供电电源。此类低压供电***存在单用户负荷小,实时变化大,用户数量多,分布范围广,三相负荷的分配较难控制。造成线路和为其供电的变压器三相电流不平衡,而且这种不平衡是随机的和实时的,较难人为控制。三相负荷不平衡会造成的变压器和低压线路损耗增加;设备寿命降低安全隐患增加;三相电压不平衡供电质量下降。尤其是由此引起的居民客户端电压质量下降,是造成客户投诉的重要原因,给供电用电优质服务造成严重负面影响。为解决这一问题,目前大部分供电单位采用人工调整电表箱供电相序的方法,但由于用户负荷随机变化的特性,需对电表箱进行实时的调整,占用了供电员工的大量工作量,效果也不理想。
目前,现有针对三相负荷的调整主要有两种技术方案,一种是在变压器出口检测电流信号,多点负荷调整。其原理是根据变压器出口的三相电流确定相关编号的的电表箱的投送相序,通过专用通讯方式由总控制器发布投切命令,带有执行机构的相关编号的表箱进行投送动作,已达到三相平衡的目的。据介绍国内已有单位尝试类似技术,但实际应用没有成功案例。本方案存在技术难度大,通讯实现难度大,可靠性差。调整过程中可能出现出口电流平衡,但分支电流不平衡,由于线路压降存在造成部分用户低电压。
另外一种是变压器出口及分支线多点检测电流信号,多点负荷调整。其原理是根据变压器出口及各支线电流作为依据确定线路后面相关编号的的电表箱的投送相序,通过专用通讯方式由总控制器发布投切命令,带有执行机构的相关编号的表箱进行投送动作,以达到三相平衡的目的。经查新国内无类似技术。本方案技术难度更大,需双向通讯,当前没有成熟的低成本通讯技术。
为了解决上述技术问题,申请人于2016年向国家知识产权局提供了一种台区三相负荷及用户末端电压平衡调整的方法及其装置(申请号:201610736405.0),上述技术方案虽然有效的解决了台区三相负荷自动切换的技术问题,但为了进一步对上述装置和方法提出优化技术方案,故提出本技术方案。
发明内容
本发明针对上述的的技术方案提供一种更为优化的技术方案。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为,本发明提供一种基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,包括安装于表箱T接点三相主线负荷侧的电流互感器以及与电流互感器二次侧电性连接并依次设置的检波电路、放大整流滤波电路、减法器电路、输出控制机构以及继电器输出电路,其中,所述检波电路用于将电流互感器输出的三相的检测电流信号二次输出为0-2mA的信号电流;所述放大整流滤波电路用于将0-2mA的信号电流放大、整流、滤波后产生0-5V的电压信号;所述减法器电路用于将0-5V的电压信号输出为5-0V的电压信号;所述输出控制机构通过对比三相的电压信号对比确定唯一一相投送信号使负荷较低,电压较高的相投入使用,所述继电器输出电路用于根据输出控制机构的输出结果进行三相电之间的切换。
作为优选,所述输出控制机构为与减法器电路电性连接AD转换器以及与三相AD转换器电性连接的微处理器,所述微处理器用于对比三相的电压信号并确定唯一一相投送信号使负荷较低,电压较高的相投入使用。
根据权利要求2所述的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,其特征在于,所述微处理器处理的流程包括以下步骤:
a、将三个A/D转换器的数据存入相应寄存器,并对三个数据进行比较,选
出数据最大的一相,并给最高相标识寄存器赋值为该相标识码;
b、然后再读取三个A/D转换器的数据并替换相应寄存器的数值,并给在运
行相的数值加权;
c、将加权后的数值与其它两相进行比较,选取最大相,判断是否和标识寄
存器一致;
d、若最大相数值和标示寄存器一致,若一致返回b步骤,若不一致,则进
入延时子程序,所述延时子程序为单片机处理器延时5分钟后再一次取值、加权、判断最大相、和标识寄存器中的标识码进行比较若变为一致,则返
回b步骤,若不一致则重新对标识寄存器赋值,单片机处理器非最高相对
应的输出接口置0,最高相对应的输出接口置1;
e、在最高相对应的输出接口置1后,则进入加权子程序并运行一小时后,
重新进入b步骤,所述加权子程序为对在运行相进行二次加权。
作为优选,所述b步骤中,加权值为3A。
作为优选,所述e步骤中,二次加权值为20~30A。
作为优选,所述输出控制机构包括与减法器电路依次电性连接的输出反馈迟滞信号叠加电路、比较器电路、延时电路以及输出三相自锁电路,其中,输出反馈迟滞信号叠加电路与继电器电路之间还设置有输出信号反馈和初始投送优先锁定电路,其中,所述输出反馈迟滞信号叠加电路将减法器电路所输出的输入信号和输出信号反馈和初始投送优先锁定电路所输出的反馈信号进行加法运算得出三相电压信号并输送至比较器电路;所述比较器电路用于将输出反馈迟滞信号叠加电路所输入的三相电压信号进行比较并将唯一一项电压最高相即电流最小项输出高电平;所述延时电路将比较器电路所输出的高电平信号延时1~2分钟;所述输出三相自锁电路用于配合延时电路进行延时投切和防止同时输出两相高电平造成短路。
本发明还提供了上述基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置的应用方法,所述基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置用于安装在主线和支线前端。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于,
1、本发明通过提供一种基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,利用电流的检测、对比,进而实现三相电的切换,解决了现有三相电压不平衡所导致的供电质量下降,同时,配合之前的申请,达到彻底解决供电质量下降的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例提供的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置的电路总图;
图2位实施例提供的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置的安装图;
图3位实施例1提供的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置的电路图;
图4为实施例提供的微处理器控制原理图;
图5为实施例1提供的微处理器控制的流程图;
图6位实施例1提供的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置的继电器端的电路图
图7为实施例1提供的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置的信号控制端的电路图;
图8为实施例2提供的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置的继电器端的电路图;
图9为实施例3提供的现有低压公用配电网络拓扑图;
图10为实施例3提供的实施例1或实施例2配合台区三相负荷及用户末端电压平衡调整装置使用的低压公用配电网络拓扑图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
如图1、图2所示,本发明的原理为:本装置通过将开合式电流互感器安装于表箱T接点主线负荷侧,测量数值不包括本装置电流。投运后,本装置将检测的三相电流值通过电流取样电路变成电压信号,通过比对,选出唯一一项电压最高相即电流最小项被输出高电平进而控制继电器接通,实现三相线之间的切换,达到平衡负荷,提高用电质量的目的。
实施例1,如图3、图4、图5、图6所示,本实施例提供一种采用微处理器的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置。
本实施例所提供基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,包括安装于表箱T接点三相主线负荷侧的电流互感器以及与电流互感器二次侧电性连接并依次设置的检波电路、放大整流滤波电路、减法器电路以及输出控制机构,其中,电流互感器为开合式电流互感器,每一相线上各设置一个,每一个电流互感器均与检波电路、放大整流滤波电路、减法器电路,三个减法器电路最后与一个输出控制机构连通,在本实施例中,检波电路由D101-301二极管和R101组成,将电流互感器二次侧的0-5A电流输出为0-2mA的信号电流;IC1-1、IC2-1、IC3-1和电阻R102-302、R103-303、IC101-301组成的同相放大器将0-2mA的信号电流放大、整流、滤波后产生0-5V的电压信号;IC1-2\IC2-2\IC3-2及***R105-108/R205-208/R305-308组成减法器电路,减法器电路和基准电压(5V)进行减法运算,得到0-5V的信号电压再输出至输出控制机构。
在本实施例中,输出控制机构为与减法器电路电性连接AD转换器以及与三相AD转换器电性连接的微处理器,AD转换器的主要目的是将电压信号转换为数字信号,进而方便微处理器,进行对比,实现切换,在本实施例中,微处理器选用AT89C51芯片,当然,也可以选用其他微处理,基于本原理的应用,都应处于本发明的保护范围内。
AT89C51芯片为8位8051内核芯片,内含9个EPROM,内部存储空间为4K,内部ROM为512B,最高外频40MHz。本处理器含4个I/O接口,P1作为输出接口,输出接口通过光电耦合器隔离,以增强抗干扰能力。P0、P1口作为数据采集接口。其软件***见逻辑图。开机运行初始化程序,依次将三个A/D转换器的数据存入相应寄存器,微处理器对三个数据进行比较,选出组大的一相,并给最高相标识寄存器赋值为该项标识码,将P1对应的接口置1。程序进入下一步循环模式,首先再读取三个A/D转换器的数据并替换相应寄存器的数值,给在运行相的数值加权,数值可调,一般设为3A,防止设备频繁切换,将加权后的数值与其它两相进行比较,选取最大相,判断是否和标识寄存器一致,若一致返回,若不一致,则运行延时子程序,延时5分钟后再一次取值、加权、判断最大相,和标识寄存器中的标识码进行比较若变为一致,则返回,若不一致则重新对标识寄存器赋值,P1置0,最高相对应的P1口置1,运行一小时加权子程序,对在运行相进行二次加权,一般设置为20-30A,目的是为了尽可能的保持在运行相的稳定,避免频繁切换。程序返回进入循环监测。本程序设计考虑了对在运行相的加权,以避免由于短暂的、或间歇的大负荷造成设备的频繁切换,以延长设备的使用寿命,避免切换过程中的谐波发生。
为了实现线路的投切,本实施例还提供了继电器电路,继电器电路由光电耦合器、防短路电路、继电器和独立12伏电源组成。其中光电耦合器的作用是使电气交流部分和单片机处理器进行完全的电气隔离的,避免较为恶劣的电磁环境对单片机处理器的干扰。防短路保护电路取样端通过C1-C6连接输出继电器节点或晶闸管的输出端两接点,进行整流滤波,当继电器闭合或晶闸管导通时,其间电压为0-1V。不足以使该相的两个光电耦合器导通。从而限制其他相的控制信号传导,起到保证同一时间只能有一相导通的作用,避免短路故障,固体继电器采用小电流触发性,触发电压3-36V,触发电流小于等于10毫安。保证可靠触发。
实施例2,本实施例提供一种采用电子元件组成对比电路的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置
如图7、图8所示,本实施例与实施例1相比,本实施例通过设置电路来替代微处理器的结构,来达到对比的目的,采用本技术方案相较于实施例1,成本较低且无需安装AD转换器进行信号转换。
本实施例所提供的输出控制机构包括与减法器电路依次电性连接的输出反馈迟滞信号叠加电路、比较器电路、延时电路以及输出三相自锁电路,其中,输出反馈迟滞信号叠加电路与继电器电路之间还设置有输出信号反馈和初始投送优先锁定电路,其中,所述输出反馈迟滞信号叠加电路将减法器电路所输出的输入信号和输出信号反馈和初始投送优先锁定电路所输出的反馈信号进行加法运算得出三相电压信号并输送至比较器电路;所述比较器电路用于将输出反馈迟滞信号叠加电路所输入的三相电压信号进行比较并将唯一一项电压最高相即电流最小项输出高电平;所述延时电路将比较器电路所输出的高电平信号延时1~2分钟;所述输出三相自锁电路用于配合延时电路进行延时投切和防止同时输出两相高电平造成短路。
以上电路结构均为现有常见的电路,在本实施例中,只是将其进行有效的结合,来达到本发明的目的,同时,在附图中给出了详细的电路结构,故在此不对其详细表述。
实施例3,本实施例提供上述实施例1或实施例2在低压公用配电网的具体应用
如图9、图10所示,上述实施例1或实施例2安装于主线和支线前端,这样,可以自动选择电流最小相投入,在主线和支线的末端选用台区三相负荷及用户末端电压平衡调整装置,可以选择电压最高相投入,这样设置的目的主要是线路前段电流较大,使用电流型选相器,可平衡大部分负荷,末端电压差异较大,选择电压检测型选相器可进一步平衡三相负荷,并且可保证末端用户电压质量。
通过上述的设置,进而达到完全解决三相负荷不平衡的问题。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域,但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,其特征在于,包括安装于表箱T接点三相主线负荷侧的电流互感器以及与电流互感器二次侧电性连接并依次设置的检波电路、放大整流滤波电路、减法器电路、输出控制机构以及继电器输出电路,其中,所述检波电路用于将电流互感器输出的三相的检测电流信号二次输出为0-2mA的信号电流;所述放大整流滤波电路用于将0-2mA的信号电流放大、整流、滤波后产生0-5V的电压信号;所述减法器电路用于将0-5V的电压信号输出为5-0V的电压信号;所述输出控制机构通过对比三相的电压信号对比确定唯一一相投送信号使负荷较低,电压较高的相投入使用,所述继电器输出电路用于根据输出控制机构的输出结果进行三相电之间的切换。
2.根据权利要求1所述的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,其特征在于,所述输出控制机构为与减法器电路电性连接AD转换器以及与三相AD转换器电性连接的微处理器,所述微处理器用于对比三相的电压信号并确定唯一一相投送信号使负荷较低,电压较高的相投入使用。
3.根据权利要求2所述的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,其特征在于,所述微处理器处理的流程包括以下步骤:
a、将三个A/D转换器的数据存入相应寄存器,并对三个数据进行比较,选出数据最大的一相,并给最高相标识寄存器赋值为该相标识码;
b、然后再读取三个A/D转换器的数据并替换相应寄存器的数值,并给在运行相的数值加权;
c、将加权后的数值与其它两相进行比较,选取最大相,判断是否和标识寄存器一致;
d、若最大相数值和标示寄存器一致,若一致返回b步骤,若不一致,则进入延时子程序,所述延时子程序为单片机处理器延时5分钟后再一次取值、加权、判断最大相、和标识寄存器中的标识码进行比较若变为一致,则返回b步骤,若不一致则重新对标识寄存器赋值,单片机处理器非最高相对应的输出接口置0,最高相对应的输出接口置1;
e、在最高相对应的输出接口置1后,则进入加权子程序并运行一小时后,重新进入b步骤,所述加权子程序为对在运行相进行二次加权。
4.根据权利要求3所述的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,其特征在于,所述b步骤中,加权值为3A。
5.根据权利要求4所述的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,其特征在于,所述e步骤中,二次加权值为20~30A。
6.根据权利要求1所述的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置,其特征在于,所述输出控制机构包括与减法器电路依次电性连接的输出反馈迟滞信号叠加电路、比较器电路、延时电路以及输出三相自锁电路,其中,输出反馈迟滞信号叠加电路与继电器电路之间还设置有输出信号反馈和初始投送优先锁定电路,其中,所述输出反馈迟滞信号叠加电路将减法器电路所输出的输入信号和输出信号反馈和初始投送优先锁定电路所输出的反馈信号进行加法运算得出三相电压信号并输送至比较器电路;所述比较器电路用于将输出反馈迟滞信号叠加电路所输入的三相电压信号进行比较并将唯一一项电压最高相即电流最小项输出高电平;所述延时电路将比较器电路所输出的高电平信号延时1~2分钟;所述输出三相自锁电路用于配合延时电路进行延时投切和防止同时输出两相高电平造成短路。
7.上述权利要求1~6任一项所述的基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置的应用方法,其特征在于,所述基于现场电流的公用台区三相负荷的平衡装置用于安装在主线和支线前端。
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