一種基于三選一負荷切換開關(guān)模塊的低壓負荷自平衡裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種基于三選一負荷切換開關(guān)模塊的低壓負荷自平衡裝置，適用 于城市配網(wǎng)低壓側(cè)的三相不平衡治理，屬電力電子技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)品節(jié)能產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國的電力系統(tǒng)，電能的消耗主要是依靠配網(wǎng)來實現(xiàn)的，尤其是依靠配網(wǎng)低 壓側(cè)供電來實現(xiàn)的。低壓電力負荷，通常是指交流220V/380V系統(tǒng)所帶的負荷。交流 220V/380V系統(tǒng)通常由三相四線組成，即A相、B相、C相、N相(零線)，其接帶的負荷幾乎包 括了現(xiàn)代家電和所有種類的工、農(nóng)業(yè)用電設(shè)備。
[0003] 顯然，配網(wǎng)低壓側(cè)所接帶的負荷可能包含單相負荷和三相負荷。對于三相電機負 荷而言，正常運行時，三相是處于平衡狀態(tài)的。對居民用戶來說，其負荷幾乎都是單相的。 由于各個家庭的用電設(shè)備的性質(zhì)、功率大小不一樣，且隨著社會的發(fā)展，用電設(shè)備會不斷增 加，每家用電的增加量不相等，縱然是原先初裝時三相用戶平均分配，也不可能是三相負荷 隨時處于平衡狀態(tài)。其次，由于用電的季節(jié)性、時段性以及不同時率，一定會造成三相負荷 的大小不可預(yù)測，也即非常容易造成三相負荷不平衡。事實證明，在某些地方，不平衡率有 的高達80%以上，可以說低壓電力系統(tǒng)三相負荷絕對平衡是理想狀態(tài)，不平衡是常態(tài)。
[0004] 三相負荷不平衡，給電力系統(tǒng)帶來的第一大危害是線路損耗增大，線損增大的數(shù) 值與電流的平方成正比。
[0005] 假設(shè)某配變的三相負荷電阻相等且等于R，在平衡狀態(tài)，該配變的線路損耗 」P=I2R,且」P a=」Pb=」Pc。三相總線損Σ」P=3I2R。
[0006] 當(dāng)系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)時，假設(shè)A相負荷為零，而B、C兩相平均分擔(dān)了 A相的電 流，則線路損耗」PA=〇,」PB=(1. 5I)2R=2. 251?,」Pc=(l. 5I)2R=2. 251?, Σ」P=4. 5 I2R, 線損增加量是：4. 5 I2R-3I2R=1. 5I2R，也即線損增加了 50%。不難算出，若三相所帶負荷由一 相接帶，此時的Σ」P= (3I)2R=9I2R。線損增加量是：9I2R-3I2R=6I 2R，線損是平衡狀態(tài)時的 3倍，也即線損增加了 200%。
[0007] 事實上，我們通?？吹降木€路冒火的現(xiàn)象，大部分是該線路過載引起的。對電力系 統(tǒng)而言，增加了故障搶修次數(shù)，增加了運維成本，降低了供電可靠性。
[0008] 三相負荷不平衡，給電力系統(tǒng)帶來的第二大危害是變壓器產(chǎn)生附加鐵損。三相負 荷不平衡，給電力系統(tǒng)帶來的第三大危害是產(chǎn)生附加銅損。
[0009] 三相負荷不平衡，給電力系統(tǒng)帶來的第四大危害是產(chǎn)生電壓偏移，嚴重時會導(dǎo)致 產(chǎn)生三相電壓不平衡，影響三相電動機的運行出力甚至燒毀電機。
[0010] 因此，我們可以說，把三相負荷實時調(diào)整到不平衡度最小，也就是使線損最小化， 也即節(jié)能。
[0011] 當(dāng)前，電力系統(tǒng)為了解決三相不平衡問題，常用的辦法是派人到居民用電現(xiàn)場去 調(diào)整負荷。但遺憾的是，三相負荷不平衡是一種動態(tài)過程，它會隨時發(fā)生變化，靠人工調(diào)整 負荷的辦法只能解決暫時的問題，而絕不能解決根本問題。費工、費時，收效甚微。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本實用新型目的在于提供基于三選一負荷切換開關(guān)模塊的低壓負荷自平衡裝置， 適用于城市配網(wǎng)低壓側(cè)電力負荷三相不平衡治理。
[0013] 本實用新型的原理框圖見附圖1、2。
[0014] 本實用新型由信號變換電路（1)、數(shù)據(jù)采集與計算模塊（2)、CPU(3)、電源（4)、通 訊模塊（5)、顯示模塊（6)、存儲器（7)及三選一負荷切換開關(guān)模塊（8)、零相電流補償模塊 (9)組成。
[0015] 信號變換電路（1)是把高電壓、大電流的信號變換成適合數(shù)據(jù)采集與計算模塊 (2)工作的電路；
[0016] 數(shù)據(jù)采集與計算模塊（2)是用于數(shù)據(jù)采集并計算出有功功率、無功功率、功率因 數(shù)、電壓、電流等參數(shù)的模塊；
[0017] CPU(3)是用于計算不平衡度、與上位機通訊、采集三選一負荷切換開關(guān)模塊（8) 上的數(shù)據(jù)并下發(fā)換相命令的芯片；
[0018] 電源（4)是把交流220V變?yōu)檫m合本裝置使用的電源模塊；
[0019] 通訊模塊（5)是與上位機通訊的模塊，根據(jù)實際現(xiàn)場的情況，可以是載波、無線、有 線等通訊方式；
[0020] 顯示模塊（6)是用于顯示計算結(jié)果的顯示電路，根據(jù)需要，可以是液晶、LED等。
[0021] 存儲器（7)是用于存儲本裝置一些設(shè)置參數(shù)的非易揮發(fā)性芯片。
[0022] 三選一負荷切換開關(guān)模塊（8)是基于本申請人申報的專利模塊，實用新型專利申 請?zhí)枺?01510109521.5，發(fā)明專利【申請?zhí)枴?01520141714. 4,該模塊具有"三選一"的唯一 性和可靠性。在任何時候都不會產(chǎn)生短路和開路，且具有在大負荷下實現(xiàn)了真正的過零切 換，停電時間短等優(yōu)點。
[0023] 零相電流補償模塊（9)是應(yīng)用"王氏定理"實現(xiàn)的使零相電流最小化的電路。
[0024] 本裝置的優(yōu)勢是：
[0025] 1、隨時使單元樓處的負荷處于"最小不平衡"下運行；
[0026] 2、隨時使配變處于"最小不平衡"下運行；
[0027] 3、可以根據(jù)需要，任意擴展三選一負荷切換開關(guān)模塊的個數(shù)；
[0028] 4、零相電流補償模塊的加入，在功率因數(shù)不產(chǎn)生"過補償"（注：過補償是指負荷 的功率因數(shù)由感性變?yōu)槿菪裕l(fā)生此情況會產(chǎn)生較大的線損）的情況下，使零相電流最小， 同時，可以適度改善電壓質(zhì)量；
[0029] 5、大負荷真正過零投切，在任何時候都不會產(chǎn)生短路和開路，停電時間短，設(shè)備壽 命長；
[0030] 6、設(shè)備造價低廉，自身功耗小，安裝方便簡捷。
【附圖說明】
[0031] 附圖1為原理框圖，
[0032] 附圖2為零相電流補償模塊框圖。 具體實施方案
[0033] 如附圖1、2,三相四線民用電進入信號變換電路（1)，把交流高電壓、大電流信號 變換成后適合數(shù)據(jù)采集與計算模塊（2)工作的信號。同時，該三相四線電路引出到三選一 負荷切換開關(guān)模塊1 (8)到三選一負荷切換開關(guān)模塊N (8)及零相電流補償模塊（9)。
[0034] 數(shù)據(jù)采集與計算模塊（2)是一塊三相計量芯片，該芯片具有強大的采集及計算功 能，實時采集信號變換電路（1)來的交流信號，算出三相正、反有功功率、無功功率、三相電 壓、電流、各相功率因數(shù)、三相正、反有功電度、正反無功電度等電氣參數(shù)。
[0035] CPU(3)實時采集"數(shù)據(jù)采集與計算模塊（2)"計算出的結(jié)果，并把結(jié)果傳送到 顯示模塊（6)循環(huán)顯示。同時，通過公式
實時計算出當(dāng)前的不平衡 度，并記下這個不平衡度值。式中：ImM是二相電流中的最大值，I MIW是二相電流中的最小 值，S是當(dāng)前不平衡度的百分值。當(dāng)不平衡度δ超過某個定值(該定值是人工設(shè)置，存 儲在存儲器（7))時，CPU(3)通過RS-485通訊接口，按照自定義的通訊協(xié)議，