CN109842134B - 一种换相装置、***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换相装置、***及方法，装置包括控制器和移相换相电路；所述移相换相电路的输入端作为换相装置的输入端；所述移相换相电路的输出端并联，作为换相装置的输出端；所述移相换相电路包括依次串联的第一开关和相位调整单元，所述相位调整单元用于对所述移相换相电路进行移相；所述控制器与所述相位调整单元信号连接，用于控制所述相位调整单元对所述移相换相电路进行移相；所述控制器与所述第一开关信号连接，用于控制所述第一开关的通断。具有换相时不存在电能中断，可实现无缝换相，换相时能够为负载提供平稳、高质量的电能，稳定性好，安全性好等优点。

Description

一种换相装置、***及方法

技术领域

本发明涉及多相供电技术领域，尤其涉及一种换相装置、***及方法。

背景技术

我国低压配电网大部分采用三相四线制供电，即配电网经10/0.4kV变压器降压后以三相四线制的形式向广大居民供电。配电线路负载三相平衡是电网安全运行、节能降损、防止人身发生触电的基本保障因素，而居民的用电器一般为单相负载，因此供电公司将居民负荷接进电网时会将单相负荷均匀的接在A、B、C三相上，以使供电线路上实现三相负荷平衡。而随着时间的变化，居民家用电器会不断增多，新增负荷接入电网时供电公司的接线疏忽造成负荷分布不均，经济活动的变化造成线路上各相承担的负荷不断发生变化以及用电的时段不一致等因素都会使低压配电线路产生三相负荷不平衡的现象。如果负荷三相不平衡度很严重，并且持续时间长，会对电网及其设备产生诸多不利影响，比较典型的情况有配电变压器和输电线路的电能损耗增加，配电变压器的出力减小，低压漏电器正常运行受到影响。

现有的智能换相装置虽然能够自动的实现负载自动切换至电压最高的相，但现有技术中是直接通过开着的通断控制来实现换相，如图1所示，因此仍然存在换相时电流大，可能存在拉弧，可能损坏换相设备或负载设备，以及换相时存在电能的短时中断，不够平顺，换相时的电能质量不高等问题。

专利申请号为201721295105.X，名称为《一种三相智能换相开关装置》的实用新型专利为本申请的背景技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种换相时不存在电能中断，可实现无缝换相，换相时能够为负载提供平稳、高质量的电能，稳定性好，安全性好的换相装置、***及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种换相装置：包括控制器和移相换相电路；所述移相换相电路的输入端作为换相装置的输入端；所述移相换相电路的输出端并联，作为换相装置的输出端；

所述移相换相电路包括依次串联的第一开关和相位调整单元，所述相位调整单元用于对所述移相换相电路进行移相；

所述控制器与所述相位调整单元信号连接，用于控制所述相位调整单元对所述移相换相电路进行移相；

所述控制器与所述第一开关信号连接，用于控制所述第一开关的通断。

进一步地，所述移相换相电路还包括旁路开关，所述旁路开关与由所述第一开关和相位调整单元串联后的电路并联；

所述控制器还与所述旁路开关信号连接，用于控制所述旁路开关的通断。

进一步地，所述移相换相电路还包括断路器，所述断路器串联在所述换相装置的输入端与所述旁路开关的输入端之间。

进一步地，所述控制器还包括电压采样单元；所述电压采样单元与所述移相换相电路的输入端连接，用于采集所述移相换相电路的输入端的电压信号。

进一步地，所述控制器还包括网络接口模块，用于所述控制器与外部网络通信。

进一步地，还包括定相换相电路，所述定相换相电路的输入端作为换相装置的输入端，所述定相换相电路的输出端与所述移相换相电路的输出端并联；所述定相换相电路包括串联在输入端和输出端之间的第二开关；

所述控制器还与所述第二开关信号连接，用于控制所述第二开关的通断。

进一步地，所述控制器中还包括存储器，用于存储预设的原始相位值。

一种换相***，包括换相服务器和如上所述的换相装置；所述换相服务器和所述换相装置之间网络连接；

所述换相服务器用于监测供电网的不平衡度，并控制所述换相装置进行换相；

所述换相装置用于在所述换相服务器的控制下进行换相。

一种换相方法，换相装置由原相换相至目标相的过程包括：

S1. 在所述目标相导通时，通过所述原相的相位调整单元调整所述原相的相位，和/或通过所述目标相的相位调整单元调整所述目标相的相位；使得所述原相的相位与所述目标相的相位相同，由所述原相和所述目标相共同供电；

S2. 断开所述原相，由所述目标相单独供电。

进一步地，在所述步骤S2之后，还包括步骤S3：将所述目标相的相位恢复至其原始相位，将所述目标相的相位调整单元旁路。

进一步地，步骤S1中包括：对所述原相进行采样，确定所述原相的相位值；对所述目标相进行采样，确定所述目标相的相位值；

根据所述原相的相位值和所述目标相的相位值确定移相角度；

通过所述原相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述目标相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述原相的相位调整单元和所述目标相的相位调整单元共同调整所述移相角度，使得所述原相的相位和所述目标相的相位相同。

进一步地，步骤S1中，根据所述原相的预设的原始相位值和所述目标相的预设的原始相位值确定移相角度；

通过所述原相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述目标相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述原相的相位调整单元和所述目标相的相位调整单元共同调整所述移相角度，使得所述原相的相位和所述目标相的相位相同。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过设置移相换相电路，通过移相换相电路可使得换相时的原相和目标相的相位一致，从而可以由原相和目标相同时为负载供电，在目标相稳定后，再断开原相对负载的供电，从而可以保证在换相过程中不需要中断对负载的供电，保证换相过程的平稳、平顺过渡，稳定性好，不会产生电弧，输出电能质量高。

2、本发明的移相换相电路还能够在换相完成后，将目标相的相位恢复为原始相位，并通过旁路开关将相位调整单元旁路，从移相换相电路输入的电能直接输出给负载，相位调整单元不需要长时间工作，使用寿命长，在换相完成后，相位调整单元没有接入电路，不会产生谐波，输出电能质量高。

3、本发明的换相装置不需要在每一相都采用移相换相电路，如三相供电中，只要有两相采用移相换相电路，就能够实现在任意两相之间的平稳换相，成本低。

4、本发明的换相装置的控制器还具有存储器，存储各相位的原始相位值，在换相时，可以直接通过存储的原始相位值来指导移相，实现平稳换相，不需要检测各相的相位值，从而结构更为简单，成本更低。

附图说明

图1为现有技术中换相装置的结构示意图。

图2为本发明具体实施例的换相装置结构示意图一。

图3为本发明具体实施例的换相装置结构示意图二。

图4为本发明具体实施例的换相***示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例一：如图2所示，本实施例的换相装置：包括控制器和移相换相电路；所述移相换相电路的输入端作为换相装置的输入端；所述移相换相电路的输出端并联，作为换相装置的输出端；所述移相换相电路包括依次串联的第一开关K1和相位调整单元，所述相位调整单元用于对所述移相换相电路进行移相；所述控制器与所述相位调整单元信号连接，用于控制所述相位调整单元对所述移相换相电路进行移相；所述控制器与所述第一开关K1信号连接，用于控制所述第一开关K1的通断。

在本实施例中，所述移相换相电路还包括旁路开关K2，所述旁路开关K2与由所述第一开关K1和相位调整单元串联后的电路并联；所述控制器还与所述旁路开关K2信号连接，用于控制所述旁路开关K2的通断。通过旁路开关，在以在换相完成后将第一开关K1和相位调整单元旁路，即相位调整单元不会一直处于工作状态，大大的缩短了相位调整单元的工作时间，提高了使用寿命，也大大的降低了由相位调整单元带来的谐波，提高了输出电能的质量。

在本实施例中，所述移相换相电路还包括断路器K3，所述断路器K3串联在所述换相装置的输入端与所述旁路开关的输入端之间。通过断路器K3可以保证电路的安全运行，当负载超出换相装置的允许负荷时，如电流超过允许的最大电流，断路器K3可自动断开，保证换相装置以及负载的安全。

在本实施例中，所述控制器还包括电压采样单元；所述电压采样单元与所述移相换相电路的输入端连接，用于采集所述移相换相电路的输入端的电压信号。

在本实施例中，所述控制器还包括网络接口模块，用于所述控制器与外部网络通信。通过网络接口模块，可以接收外部设备，如三相不平衡控制服务器的指令，换相装置根据该指令在不同相之间进行切换。当然，换相装置也可以自己检测供电网三相的电压情况，自主的决定进行相间的切换。还可以通过换相装置的控制器人工的控制换相装置在不同相之间切换。

本实施例的换相***，如图4所示，包括换相服务器和如上所述的换相装置；所述换相服务器和所述换相装置之间网络连接；所述换相服务器用于监测供电网的不平衡度，并控制所述换相装置进行换相；所述换相装置用于在所述换相服务器的控制下进行换相。如换相服务器监测供电网三相的电压情况，当发现A相的负载较大，而C相负载较小，引起三相之间的不平衡时，需要控制将部分负载由A相切换至C相，以改善三相不平衡性能。此时，换相服务器将换相指令发送至选定的换相装置，由选定的换相装置将其负载由A相切换至C相。

本实施例的换相方法，换相装置由原相换相至目标相的过程包括：S1. 在所述目标相导通时，通过所述原相的相位调整单元调整所述原相的相位，和/或通过所述目标相的相位调整单元调整所述目标相的相位；使得所述原相的相位与所述目标相的相位相同，由所述原相和所述目标相共同供电； S2. 断开所述原相，由所述目标相单独供电。

进一步地，在本实施例中，步骤S1中包括：对所述原相进行采样，确定所述原相的相位值；对所述目标相进行采样，确定所述目标相的相位值；根据所述原相的相位值和所述目标相的相位值确定移相角度；通过所述原相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述目标相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述原相的相位调整单元和所述目标相的相位调整单元共同调整所述移相角度，使得所述原相的相位和所述目标相的相位相同。

进一步地，在本实施例中，在所述步骤S2之后，还包括步骤S3：将所述目标相的相位恢复至其原始相位，将所述目标相的相位调整单元旁路。

在本实施例中，结合图2所示的换相装置，对换相装置的工作原理及换相过程进行进一步地说明。如图2中所示，换相装置中对应于A、B、C三相的电路都为移相换相电路。当需要由A相切换至C相时，A相为原相，C相为目标相，可通过三种方式实现由A相至C相的平稳换相。供电网中A相的相位为0度，B相的相位为120度，C相的相位为240度；换相装置的A相与供电网的A相连接，B相与供电网的B相连接，C相与供电网的C相连接。换相装置通过电压采样单元，可以确定各相的相位，从而可以确定相位调整单元进行移相操作的移相度数。

第一种方式为目标相单独调相：通过控制器控制C相的第一开关K1导通，并控制C相的相位调整单元对C相的相位进行移相，使得C相输出到换相装置输出端的母线的相位与A相输出到母线上的相位相同，即将C相输出的相位由240度调整为0度，此时，断开A相的第一开关K1，此时，即完成了由A相供电至C相供电的切换。

第二种方式为原相单独调相：初始状态为A相的第一开关K1断开，旁路开关K2导通，A相的电能通过A相的旁路开关直接输出为负载供电；在需要进行换相时，先导通A相的第一开关K1，断开A相的旁路开关K2，此时，A相的电能通过A相的第一开关K1和相位调整单元输出；通过A相的相位调整单元调整A相的输出相位，使得A相的输出相位与C相的相位相同，即将A相的相位由0度调整为240度，此时，再控制C相的旁路开关K2导通，由A相和C相共同为负载供电，然后，再断开A相的第一开关K1，单独由C相为负载供电，此时，即完成了由A相供电至C相供电的切换。

第三种方式为原相和目标相均进行调相：初始状态为A相的第一开关K1断开，旁路开关K2导通，A相的电能通过A相的旁路开关直接输出为负载供电；在需要进行换相时，先导通A相的第一开关K1，断开A相的旁路开关K2，此时，A相的电能通过A相的第一开关K1和相位调整单元输出；同时，控制C相的第一开关K1导通，并控制C相的相位调整单元对C相的相位进行移相，C相的电能通过C相的第一开关K1和相位调整单元输出；A相的相位调整单元和C相的相位调整单元均处于工作状态，对本相的相位进行调整，使得输出的相位一致，那么在调相时，可以由A相中的相位调整单元将相位调整60度，调整后的相位为300度，同时C相的相位调整单元也将相位调整60度，调整后的相位也为300度；此时，A相和C相同时为负载供电，然后，断开A相的第一开关K1，由C相单独为负载供电，此时，即完成了由A相供电至C相供电的切换。

在本实施例中，当采用上述第一种和第三种方式进行相位切换时，在相位切换至单独由C相供电后，C相的相位调整单元仍然处于工作状态，即C相的输出端的相位与供电网中C相的相位不一致，具有一定的相位差。由于相位调整单元在工作时会产生一定的谐波，会影响电能质量，不利于电网的稳定运行，也不利于为负载提供高质量的电能。因此，需要进一步的对C相的相位进行调整。以上述第一种方式为例进一步说明，在上述第一种方式中，在断开A相的第一开关K1，由C相单独为负载供电后， C相输出的电能的相位仍然为0度，与供电网中C相的相位不一致。此时，再通过C相的相位调整单元对相位进行调整，使得C相输出的电能的相位恢复至240度，与供电网中C相的相位一致，此时，导通C相的旁路开关K2，再断开C相的第一开关，并停止C相中相位调整单元。此时，供电网中C相的电能直接通过换相装置C相中的旁路开关K2输出给负载，即在换相后，相位调整单元不再工作，从而可以缩短相位调整单元的工作时间，提高其使用寿命，并且由于相位调整单元没有工作，也不会产生谐波，影响电能质量。

需要说明的是，上述仅仅只是以三相供电为例进行说明，对于其它多相供电的情况也同样适应。并且，对于三相供电的情形，上述实施例的换相装置对应设置了A、B、C三相的移相换相电路，当然，也可以只设置两相，如A相和C相，换相装置也只接入供电网的A相和C相，从而节省成本，但同样的功能也相对更为简单，只能在A相和C相之间进行切换。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，也包括控制器和移相换相电路，不同之处还包括定相换相电路。本实施例的换相装置，还包括定相换相电路，所述定相换相电路的输入端作为换相装置的输入端，所述定相换相电路的输出端与所述移相换相电路的输出端并联；所述定相换相电路包括串联在输入端和输出端之间的第二开关K4；所述控制器还与所述第二开关K4信号连接，用于控制所述第二开关K4的通断。如图3所示，换相装置的A相和B相为移相换相电路，C相为定相换相电路。

本实施例的换相***包括换相服务器和如上所述的换相装置；所述换相服务器和所述换相装置之间网络连接；所述换相服务器用于监测供电网的不平衡度，并控制所述换相装置进行换相；所述换相装置用于在所述换相服务器的控制下进行换相。如换相服务器监测供电网三相的电压情况，当发现A相的负载较大，而C相负载较小，引起三相之间的不平衡时，需要控制将部分负载由A相切换至C相，以改善三相不平衡性能。此时，换相服务器将换相指令发送至选定的换相装置，由选定的换相装置将其负载由A相切换至C相。

本实施例的换相方法与实施例一基本相同，不同之处在于由于换相装置包含有定相换相电路，因此，换相装置不能在两个定相换相电路之间进行切换，只能在定相换相电路与移相换相电路，或者称相换相电路与定相换相电路，或者移相换相电路与移相换相电路之间切换。对于定相换相电路与移相换相电路，或者称相换相电路与定相换相电路之间的切换，其基本原理与实施例一中的第一种方式或第二种方式相同，如图3所示的换相装置，A相和B相为移相换相电路，C相为定相换相电路，如果进行由A相至C相之间的换相，则需要采用实施例一中第二种方式所示的方法来实现换相。

实施例三：本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：换相装置的控制器中还包括存储器，用于存储预设的原始相位值。换相装置的控制器中可以不包含有电压采样单元。本实施例的换相***与实施例一相同，换相方法与实施例一基本相同，不同之处在于：在步骤S1中，根据所述原相的预设的原始相位值和所述目标相的预设的原始相位值确定移相角度；通过所述原相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述目标相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述原相的相位调整单元和所述目标相的相位调整单元共同调整所述移相角度，使得所述原相的相位和所述目标相的相位相同。

本实施例的换相装置不需要采样确定各相的相位，而是直接在存储器中记载了各相的相位，如A相的相位角为0度，B相的相位为角120度，C相的相位角为240。在需要进行换相时，如由A相换相至C相时，对于采用实施例一中所示的第一种方式进行换相时，C相直接通过相位调整单元将其输出的相位调整为存储器中所存储在A相的相位角即可，在由A相单独供电切换至C相单独供电后，再控制C相的相位调整单元将输出电能的相位恢复为存储器中所存储的C相的位相角，即240度。在本实施例中，由于不需要电压采样单元，成本更低，换相也更便捷，但是，由于各相的相位角是存储在存储器中，因此，在安装换相装置时，需要严格的将换相装置的各相对应接入到供电网的各相中，即换相装置的A相只能与供电网的A相连接，B相只能与供电网的B相连接，C相只能与供电网的C相连接。否则会引起混乱，使得换相时两相所输出电能的相位不一致，引起相间短路等危险。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种换相方法，其特征在于，换相装置由原相换相至目标相的过程包括：

S1. 当所述目标相导通时，通过所述原相的相位调整单元调整所述原相的相位，和/或通过所述目标相的相位调整单元调整所述目标相的相位；使得所述原相的相位与所述目标相的相位相同，由所述原相和所述目标相共同供电；

S2. 断开所述原相，由所述目标相单独供电；

所述换相装置包括控制器和移相换相电路；所述移相换相电路的输入端作为换相装置的输入端；所述移相换相电路的输出端并联，作为换相装置的输出端；

所述移相换相电路包括依次串联的第一开关和相位调整单元，所述相位调整单元用于对所述移相换相电路进行移相；

所述控制器与所述相位调整单元信号连接，用于控制所述相位调整单元对所述移相换相电路进行移相；

所述控制器与所述第一开关信号连接，用于控制所述第一开关的通断；

所述换相装置的所述移相换相电路还包括旁路开关，所述旁路开关与由所述第一开关和相位调整单元串联后的电路并联；

所述控制器还与所述旁路开关信号连接，用于控制所述旁路开关的通断；

所述移相换相电路还包括断路器，所述断路器串联在所述换相装置的输入端与所述旁路开关的输入端之间；

所述控制器还与所述断路器信号连接，用于控制所述断路器的通断。

2.根据权利要求1所述的换相方法，其特征在于：在所述步骤S2之后，还包括步骤S3：将所述目标相的相位恢复至其原始相位，将所述目标相的相位调整单元旁路。

3.根据权利要求2所述的换相方法，其特征在于：步骤S1中包括：对所述原相进行采样，确定所述原相的相位值；对所述目标相进行采样，确定所述目标相的相位值；

根据所述原相的相位值和所述目标相的相位值确定移相角度；

通过所述原相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述目标相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述原相的相位调整单元和所述目标相的相位调整单元共同调整所述移相角度，使得所述原相的相位和所述目标相的相位相同。

4.根据权利要求3所述的换相方法，其特征在于：步骤S1中，根据所述原相的预设的原始相位值和所述目标相的预设的原始相位值确定移相角度；

通过所述原相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述目标相的相位调整单元单独调整所述移相角度，或者通过所述原相的相位调整单元和所述目标相的相位调整单元共同调整所述移相角度，使得所述原相的相位和所述目标相的相位相同。