本實(shí)用新型涉及電力設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種中低壓線路的電流平衡裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)配電網(wǎng)的發(fā)展以及家用電器的變化，配電網(wǎng)中存在大量的單相負(fù)荷，然而單相負(fù)荷分布的不均衡導(dǎo)致三相負(fù)荷不平衡成為低壓配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)中一個(gè)比較突出的問(wèn)題。三相負(fù)荷不平衡將增加電網(wǎng)損耗，使配電網(wǎng)中重載相的供電電壓質(zhì)量大大下降，造成配網(wǎng)變壓器的出力降低，電能轉(zhuǎn)化效率下降。由于早期電網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)劃的不周，在低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中，存在大量單相、不對(duì)稱、非線性、沖擊性負(fù)荷，會(huì)出現(xiàn)大量單相負(fù)荷集中在一相或兩相的情況，這些不均衡負(fù)荷會(huì)使配電系統(tǒng)產(chǎn)生三相不平衡，導(dǎo)致供電系統(tǒng)三相電壓、電流的不平衡。

目前對(duì)于配電網(wǎng)三相不平衡的解決方案有兩種，一是通過(guò)工人在定期測(cè)試和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去調(diào)整負(fù)荷，并且平衡點(diǎn)僅著眼于變壓器低壓側(cè)出線等少數(shù)測(cè)試點(diǎn)處平衡，需要大量的人力物力去進(jìn)行調(diào)控，并且效果也不夠顯著。

二是通過(guò)安裝電力電子無(wú)功補(bǔ)償裝置，在配電變壓器低壓側(cè)通過(guò)相間無(wú)功補(bǔ)償方式調(diào)整三相負(fù)荷不平衡狀況。例如，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2015-11-18公開(kāi)的一項(xiàng)申請(qǐng)?zhí)枮?015105417951，名稱為一種配電變壓器三相電流動(dòng)態(tài)平衡裝置及其工作方法的實(shí)用新型專利申請(qǐng)，主要公開(kāi)了包括模塊單元、 電流采集單元、 遠(yuǎn)程通訊單元和人機(jī)交互單元。模塊單元并聯(lián)于電網(wǎng)公共連接點(diǎn) ； 模塊單元包括 LCL 濾波器、 逆變器、驅(qū)動(dòng)電路和中央控制器。中央控制器、 驅(qū)動(dòng)電路、逆變器和LCL濾波器依次連接。 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 實(shí)時(shí)全面反映負(fù)荷情況， 及時(shí)精準(zhǔn)的將電流情況反饋給中央控制器， 中央控制器能夠?qū)崟r(shí)、 動(dòng)態(tài)、 精準(zhǔn)地調(diào)整三相負(fù)荷電流， 提高動(dòng)態(tài)電流調(diào)整的準(zhǔn)確性 ；靈活增減投運(yùn)模塊， 降低了產(chǎn)品功耗， 節(jié)約能源。但是，該方案只能在一定程度上改善配變自身問(wèn)題，而不能夠解決配電臺(tái)區(qū)低壓線路的三相負(fù)荷不平衡情況，而且成本相對(duì)較高。

因此，為了滿足低壓配電網(wǎng)大范圍內(nèi)，迅速，準(zhǔn)確自動(dòng)的三相電流平衡，急需要有一種能夠采集大量用戶信息的并且能實(shí)時(shí)控制低壓配電網(wǎng)三相電流平衡的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)以上問(wèn)題，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)低壓配電網(wǎng)線路的自動(dòng)實(shí)時(shí)平衡從根源上解決三相電流不平衡問(wèn)題的低壓配電網(wǎng)線路實(shí)時(shí)平衡裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：低壓配電網(wǎng)線路實(shí)時(shí)平衡裝置，置于變壓器低壓側(cè)，包括一個(gè)主機(jī)和若干從機(jī)，所述主機(jī)通過(guò)三相線與所述變壓器低壓側(cè)電連接，所述三相線的每一相上均設(shè)有電流互感器；所述從機(jī)置于所述變壓器低壓側(cè)與若干單相負(fù)載之間，每個(gè)所述從機(jī)上均連接有若干單相負(fù)載。

所述主機(jī)包括主控芯片、電力載波模塊、交互控制屏和三個(gè)電流霍爾傳感器，三個(gè)所述電流霍爾傳感器分別對(duì)應(yīng)連接三相線上的電流互感器，三個(gè)所述電流霍爾傳感器分別與主控芯片連接；

所述主控芯片與電力載波模塊連接，與所述電力載波模塊實(shí)現(xiàn)雙向通訊；

所述交互控制屏通過(guò)所述電力載波模塊與所述主控芯片連接。

所述從機(jī)包括從機(jī)芯片、三個(gè)雙向晶閘管和三個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，每個(gè)雙向晶閘管上分別并聯(lián)一個(gè)所述機(jī)械開(kāi)關(guān)；

三相線的每一相分別連接一個(gè)雙向晶閘管的輸入端，三個(gè)所述雙向晶閘管的輸出端并聯(lián)后與負(fù)載連接，作為單相負(fù)載的火線；

所述從機(jī)芯片與所述主控芯片通過(guò)電力載波模塊連接；

所述雙向晶閘管的門極和機(jī)械開(kāi)關(guān)分別與所述從機(jī)芯片連接。

還包括主站，所述主站與所述電力載波模塊連接，接收電力載波模塊發(fā)送的信息。

所述電力載波模塊與每個(gè)負(fù)載的電表連接，讀取負(fù)載電流信息。

本實(shí)用新型中利用主控芯片實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)三相線上的帶載情況，讓三相電流達(dá)到平衡，使得全配網(wǎng)供電范圍的供電質(zhì)量得到優(yōu)化，最大程度解決配電網(wǎng)中三相不平衡度過(guò)大的問(wèn)題，選用了大功率的雙向晶閘管從而減少了從機(jī)的使用個(gè)數(shù)，減少了安裝從機(jī)所需的人力物力。利用電力載波模塊作為裝置的通信模塊，不需要另外搭建線路，節(jié)約成本。還設(shè)有交互控制屏，它可以顯示從機(jī)所在支路的電流大小，以及各個(gè)用戶負(fù)荷的電流大小，并且可以由用戶設(shè)定各個(gè)從機(jī)的切換時(shí)間，以及自動(dòng)或手動(dòng)的切換工作模式，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境，讓整個(gè)三相不平衡過(guò)程可視化。同時(shí)也能夠使故障點(diǎn)可視化，便于工作人員查找檢修，提高工作效率。

從機(jī)由雙向晶閘管和機(jī)械開(kāi)關(guān)組成，機(jī)械開(kāi)關(guān)與雙向晶閘管并聯(lián)，在斷開(kāi)時(shí)先導(dǎo)通雙向晶閘管，使得機(jī)械開(kāi)關(guān)上不帶電，然后再斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)，使得機(jī)械開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電弧，延長(zhǎng)了機(jī)械開(kāi)關(guān)的使用壽命，從而延長(zhǎng)了整個(gè)裝置的使用壽命。利用雙向晶閘管的雙向?qū)üδ埽沟媒涣麟娏髂軌蚣皶r(shí)通過(guò)，且雙相晶閘管屬于全控型器件，導(dǎo)通關(guān)斷可控制，且靈敏度高，能耗低，使得裝置響應(yīng)速度快、時(shí)間長(zhǎng)且安全穩(wěn)定。

本裝置可以全時(shí)段對(duì)低壓配電網(wǎng)母線的三相電流，各個(gè)用電支路的電流以及每個(gè)支路底下各個(gè)用戶負(fù)荷電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在以支路為單位進(jìn)行切換調(diào)度，實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)配網(wǎng)母線的三相電流平衡，大大降低了線路的損耗，優(yōu)化了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，并且通過(guò)集成用戶信息采集系統(tǒng)，通過(guò)從電能表采集到各個(gè)用戶負(fù)荷的電流減少了電流互感器的使用量，同時(shí)也減少了大量的硬件接口，從而提高了裝置的可靠性，也提高了裝置的擴(kuò)展性，有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。避免了現(xiàn)有技術(shù)中只能在一定程度上改善配變自身問(wèn)題，而不能夠解決配電臺(tái)區(qū)低壓線路的三相負(fù)載不平衡情況，而且成本相對(duì)較高的缺陷，由于本裝置能夠?qū)蜗嘭?fù)載在三相線中切換，從而實(shí)現(xiàn)三相帶載平衡，從根本上解決了三相負(fù)載不平衡的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2是本實(shí)用新型裝置構(gòu)成原理框圖，

圖3是本實(shí)用新型中從機(jī)電氣原理圖，

圖4是本實(shí)用新型工作方法流程圖；

圖中1是變壓器，2是電流互感器，3是從機(jī)，31是機(jī)械開(kāi)關(guān)，32是雙向晶閘管。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型如圖1-3所示，置于變壓器低壓側(cè)，包括一個(gè)主機(jī)和若干從機(jī)，所述主機(jī)通過(guò)三相線與所述變壓器低壓側(cè)電連接，所述三相線的每一相上均設(shè)有電流互感器；所述從機(jī)置于所述變壓器低壓側(cè)與若干單相負(fù)載之間，每個(gè)所述從機(jī)上均連接有若干單相負(fù)載。通過(guò)主機(jī)采集三相線中電流情況，實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)不平衡狀態(tài)，便于主機(jī)及時(shí)處置。主機(jī)控制從機(jī)進(jìn)行切換，盡量消除電網(wǎng)不平衡狀態(tài)。

所述主機(jī)包括主控芯片、電力載波模塊、交互控制屏和三個(gè)電流霍爾傳感器，三個(gè)所述電流霍爾傳感器分別對(duì)應(yīng)連接三相線上的電流互感器，即A相上連接的電流互感器與其中一個(gè)電流霍爾傳感器連接，B相上連接的電流互感器與另一個(gè)電流霍爾傳感器連接，C相上連接的電流互感器與第三個(gè)電流霍爾傳感器連接，三個(gè)所述電流霍爾傳感器分別與主控芯片連接；電流互感器采集三相線上的電流信號(hào)，并將采集到的連續(xù)變化的電流信號(hào)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的電流霍爾傳感器上，電流霍爾傳感器將連續(xù)變化的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成主控芯片能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，為主機(jī)控制提供電流數(shù)據(jù)，便于主控芯片進(jìn)行處理、判斷。

所述主控芯片與電力載波模塊連接，與所述電力載波模塊實(shí)現(xiàn)雙向通訊；所述交互控制屏通過(guò)所述電力載波模塊與所述主控芯片連接。主控芯片將相關(guān)的信息通過(guò)電力載波模塊傳輸至交互控制屏上顯示出來(lái)，使得工作人員能夠直觀的觀察電網(wǎng)狀態(tài)且能夠及時(shí)調(diào)用相關(guān)信息。工作人員也可以通過(guò)交互控制屏手動(dòng)控制從機(jī)的切換，使得切換服從工作人員需要，當(dāng)其中一相出現(xiàn)故障時(shí)，工作人員可以通過(guò)交互控制屏將有故障的一相上的從機(jī)平均切換至另外兩相上，使得有故障的一相上空載，方便工作人員檢修，且在檢修時(shí)不影響供電。

如圖3所示，所述從機(jī)包括三個(gè)雙向晶閘管和三個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，每個(gè)雙向晶閘管上分別并聯(lián)一個(gè)所述機(jī)械開(kāi)關(guān)；雙向晶閘管可以認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)結(jié)的普通晶閘管的集成，其工作方式和普通晶閘管相同，均有門極信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通。當(dāng)主機(jī)向從機(jī)發(fā)出切換指令，從機(jī)內(nèi)部的控制器會(huì)在雙向晶閘管門極加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，可使雙向晶閘管在正反兩個(gè)方向?qū)ā?/p>

機(jī)械開(kāi)關(guān)與雙向晶閘管并聯(lián)，在斷開(kāi)時(shí)先導(dǎo)通雙向晶閘管，使得機(jī)械開(kāi)關(guān)上不帶電，然后再斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)，使得機(jī)械開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電弧，延長(zhǎng)了機(jī)械開(kāi)關(guān)的使用壽命，從而延長(zhǎng)了整個(gè)裝置的使用壽命。利用雙向晶閘管的雙向?qū)üδ?，使得交流電流能夠及時(shí)通過(guò)，且雙相晶閘管屬于全控型器件，導(dǎo)通關(guān)斷可控制，且靈敏度高，能耗低，使得裝置響應(yīng)速度快、時(shí)間長(zhǎng)且安全穩(wěn)定。

所述從機(jī)芯片與所述主控芯片通過(guò)電力載波模塊連接；所述雙向晶閘管的門極和機(jī)械開(kāi)關(guān)分別與所述從機(jī)芯片連接。主控芯片向從機(jī)芯片發(fā)送切換指令，從機(jī)芯片接收到指令后向機(jī)械開(kāi)關(guān)發(fā)出閉合或斷開(kāi)命令，同時(shí)發(fā)送門極觸發(fā)信號(hào)使得相應(yīng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)，同時(shí)控制相應(yīng)晶閘管通斷，完成切換指令。這樣使得從機(jī)芯片分擔(dān)了主控芯片的職能，使得主控芯片只有運(yùn)算、判斷和發(fā)送切換指令的功能，從而提升了主控芯片的響應(yīng)速度，使得切換動(dòng)作速度更快，提升了裝置的工作效率。

從機(jī)的切換原理是，以A相切換到B相為例，所說(shuō)的切換實(shí)質(zhì)是指在負(fù)載不斷電的情況下斷開(kāi)A相的機(jī)械開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合B相的機(jī)械開(kāi)關(guān)，可實(shí)際情況中機(jī)械開(kāi)關(guān)的通斷過(guò)程不可控，斷開(kāi)與閉合間隔過(guò)久會(huì)使得負(fù)載斷電，間隔過(guò)短會(huì)產(chǎn)生A、B相短路，從而達(dá)不到切換的要求，且機(jī)械開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)也會(huì)產(chǎn)生電弧影響機(jī)械開(kāi)關(guān)的壽命。

用雙向晶閘管與機(jī)械開(kāi)關(guān)并聯(lián)，需要切換時(shí)，主機(jī)首先給出切換指令，此時(shí)，從機(jī)接收到切換指令，從機(jī)芯片給A相上的雙向晶閘管發(fā)出門極觸發(fā)信號(hào)，A相上的雙向晶閘管導(dǎo)通，此時(shí)從機(jī)芯片發(fā)出關(guān)斷A相上的機(jī)械開(kāi)關(guān)的指令。在A相斷開(kāi)時(shí)，電流流都流過(guò)A相的晶閘管，此時(shí)斷開(kāi)A相的機(jī)械開(kāi)關(guān)，不會(huì)產(chǎn)生電弧，在撤去門極觸發(fā)信號(hào)使得A相晶閘管斷開(kāi)，控制安全的間隔時(shí)間給B相晶閘管門極觸發(fā)信號(hào)使得B相晶閘管導(dǎo)通，在閉合B相的機(jī)械開(kāi)關(guān)，完成切換，通過(guò)控制撤去A相晶閘管門極信號(hào)和給B相晶閘管門極信號(hào)間隔時(shí)間，使得在負(fù)載不斷電和不短路的情況下實(shí)現(xiàn)A、B相之間的相互切換。由于在機(jī)械開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)時(shí)機(jī)械開(kāi)關(guān)上不帶電由于雙向晶閘管不能長(zhǎng)時(shí)間通大電流供電，所以在B相的雙向晶閘管導(dǎo)通后需要閉合B相上的機(jī)械開(kāi)關(guān)，避免雙向晶閘管長(zhǎng)時(shí)間大電流導(dǎo)通，導(dǎo)致雙相晶閘管損壞，延長(zhǎng)了使用壽命。

切換完成后，將切換狀態(tài)（各個(gè)雙向晶閘管的通斷狀態(tài)以及機(jī)械開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)）通過(guò)從機(jī)芯片傳輸至主機(jī)，使得主站可以通過(guò)主機(jī)獲取切換狀態(tài)，建立歷史檔案，方便工作人員查閱分析。

三相線的每一相分別連接一個(gè)雙向晶閘管的輸入端，三個(gè)所述雙向晶閘管的輸出端并聯(lián)后與負(fù)載連接；這樣輸入四根線而輸出兩根線，使得負(fù)載能夠在三相線中的任意一相上切換，實(shí)現(xiàn)電流平衡，維護(hù)電網(wǎng)安全，通過(guò)負(fù)載在三相線上的切換，使得三相線上的帶載平衡，從根本上解決了三相不平衡的狀態(tài)。避免了只能在一定程度上改善配變自身問(wèn)題，而不能夠解決配電臺(tái)區(qū)低壓線路的三相負(fù)荷不平衡情況，而且成本相對(duì)較高的問(wèn)題。

還包括主站，所述主站與所述電力載波模塊連接，接收電力載波模塊發(fā)送的信息。主站所述電力載波模塊與每個(gè)負(fù)載的電表連接，讀取負(fù)載電流信息。主站用于接收主控芯片每一次動(dòng)作信息（包括故障信息和切換信息），建立歷史數(shù)據(jù)庫(kù)便于工作人員查詢分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。

如圖4所示，是一種低壓配電網(wǎng)線路實(shí)時(shí)平衡裝置的工作方法，按如下步驟工作：

1）工作前預(yù)檢測(cè)；通過(guò)預(yù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單故障例如通信故障等，降低裝置在工作中發(fā)生故障的幾率。

1.1）主控芯片發(fā)送測(cè)試信號(hào)給各部分，測(cè)試各個(gè)部分是否正常，若正常則轉(zhuǎn)步驟2），若不正常則轉(zhuǎn)步驟1.2）；即測(cè)試通信系統(tǒng)是否正常，測(cè)試機(jī)械開(kāi)關(guān)和雙相晶閘管是否能夠正常導(dǎo)通關(guān)斷，測(cè)試交互控制屏是否正常顯示等。

1.2）將故障點(diǎn)在交互控制屏上顯示，通知工作人員檢修，同時(shí)將主機(jī)鎖定；工作人員可以直接從交互控制屏上了解故障點(diǎn)，有針對(duì)性進(jìn)行排障檢修，縮短檢修時(shí)間，提高工作效率。

1.3）將故障信息發(fā)送至主站，由主站進(jìn)行存檔；建立存檔方便工作人員進(jìn)行故障分析和完善，避免重復(fù)出現(xiàn)同樣故障。

2）不平衡度判定；通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的電流值判定不平衡度，從而作為切換的依據(jù)。

2.1）通過(guò)觸屏寫入不平衡度的標(biāo)準(zhǔn)值；不平衡度為正值，當(dāng)三相線中其中一相超出時(shí)即判定不平衡度過(guò)大，需要進(jìn)行切換。

2.2）主機(jī)調(diào)度部分通過(guò)霍爾傳感器得到主電路的三相電流值；通過(guò)實(shí)際的三相電流值與標(biāo)準(zhǔn)電流值比對(duì)從而得到實(shí)際的不平衡度。

2.3）將檢測(cè)到的三相電流值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，得出每相的實(shí)際不平衡度；

以不平衡度的標(biāo)準(zhǔn)值15%，每相的標(biāo)準(zhǔn)電流值為100A為例，假定A相為120A，B相為80A，則以A相的實(shí)際電流值120A減去標(biāo)準(zhǔn)電流值100A得出差值為20A，與標(biāo)準(zhǔn)電流值相除得出實(shí)際不平衡度為20%，超出標(biāo)準(zhǔn)值15%，B相得出實(shí)際不平衡度為20%，此時(shí)需要進(jìn)行切換，否則不需要進(jìn)行切換。

2.4）依據(jù)實(shí)際不平衡度計(jì)算出需要切換的切換電流值；以A相120A，B相80A為例，以A相實(shí)際電流值減去標(biāo)準(zhǔn)電流值得到20A，則表示A相需要切出20A才能夠達(dá)到平衡，以B相實(shí)際電流值80A減去標(biāo)準(zhǔn)電流值100A得到-20A，表明B相需要切入20A才能達(dá)到平衡，此時(shí)得出的20A為切換電流值，

2.5）將實(shí)際不平衡度與不平衡度的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，若大于范圍值則轉(zhuǎn)入步驟3，若小于范圍值則重復(fù)步驟2）；將實(shí)際不平衡度與不平衡度的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值即表示需要進(jìn)行切換否則就不要進(jìn)行切換，使得電網(wǎng)運(yùn)行更加合理經(jīng)濟(jì)，減少裝置動(dòng)作次數(shù)，延長(zhǎng)裝置使用壽命。

3）消除三相不平衡；使得電網(wǎng)更加安全穩(wěn)定

3.1）主控芯片采集負(fù)載的電流值，計(jì)算每個(gè)從機(jī)的實(shí)際電流值；

3.2）將每個(gè)從機(jī)的實(shí)際電流值與切換電流值進(jìn)行一一比對(duì)，選出與切換電流值最接近的從機(jī)；

3.3）切換步驟3.2）中選出的最接近的從機(jī)，使得三相電流達(dá)到平衡，完畢。