(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及電能質(zhì)量三相不平衡治理方向，尤其是一種低壓選相平衡系統(tǒng)及其工作方法。

(二)

背景技術(shù)：
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三相負(fù)荷平衡是保證用戶電能質(zhì)量的重要條件之一，然而在實(shí)際供電系統(tǒng)中，三相負(fù)荷不平衡是低壓配電網(wǎng)常見現(xiàn)象，輕則降低線路和配電變壓器的供電效率，重則會(huì)因重負(fù)荷相超載過多而造成該相導(dǎo)線燒斷、開關(guān)燒壞甚至配電變壓器單相燒毀等嚴(yán)重后果。具體影響如下：

1)三相負(fù)荷嚴(yán)重不對稱，中性點(diǎn)電位就會(huì)發(fā)生偏移，線路壓降和功率損失就會(huì)大大增加；

2)增加線路的電能損耗；

3)增加配電變壓器的電能損耗；

4)配變出力減少；

5)配變產(chǎn)生零序電流；

6)影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

目前解決三相不平衡方法主要有兩大類，一種是基于三相橋逆變器的三相不平衡補(bǔ)償方法，另一種是基于晶閘管強(qiáng)迫切換的選相平衡方法?；谌鄻蚰孀兤鞯姆椒ú坏梢詫?shí)現(xiàn)三相不平衡補(bǔ)償，還可以實(shí)現(xiàn)有源濾波和無功補(bǔ)償?shù)入娔苜|(zhì)量治理功能，但由于該方案成本較高，并且要求電力電子設(shè)備長期運(yùn)行，其可靠性和可維護(hù)性難以保證。基于晶閘管強(qiáng)迫切換的方法成本較低，并且可靠性高，但晶閘管在換相過程中存在電壓中斷和相位不一致問題，會(huì)影響用戶的供電可靠性，并且該方法功能擴(kuò)展性差，不易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的兼容。

因此，采取高新技術(shù)手段減少和避免三相不平衡帶來的危害已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)供電技術(shù)的迫切問題。研究低成本，高可靠性、高性能和功能可擴(kuò)展的選相平衡系統(tǒng)意義重大。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提出一種低壓選相平衡系統(tǒng)及其工作方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)不足，是一種結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的電能質(zhì)量管理系統(tǒng)，通過使用三相整流橋和單相全橋逆變器，同時(shí)將供電系統(tǒng)與單相負(fù)荷之間串入復(fù)合開關(guān)，不但可以實(shí)現(xiàn)單相負(fù)荷輸入相電壓無縫切換，而且可以實(shí)現(xiàn)單相負(fù)荷無功補(bǔ)償和諧波補(bǔ)償功能，通過相電壓無縫切換功能實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)三相不平衡治理，通過無功補(bǔ)償和諧波補(bǔ)償功能降低線路損耗并提高線路利用率。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種低壓選相平衡系統(tǒng)，包括供電系統(tǒng)變壓器和中央管理系統(tǒng)，其特征在于它包括三相進(jìn)線開關(guān)s1、控制器t4、三相復(fù)合開關(guān)t3、匯集母線b1、三相整流模塊t1、單相全橋逆變器模塊t2、單相出線開關(guān)s2和單相負(fù)荷；其中，所述三相進(jìn)線開關(guān)s1的輸入端與供電系統(tǒng)變壓器的a、b、c三相連接，其a、b、c三相輸出端分別與三相復(fù)合開關(guān)t3的輸入端以及三相整流模塊t1的交流測連接；所述的三相復(fù)合開關(guān)t3的a、b、c三相輸出端分別與匯集母線b1的三相側(cè)a、b、c三相連接；所述單相負(fù)荷依單相出線開關(guān)s2連接在匯集母線b1的的單向測輸出端與供電系統(tǒng)變壓器的零線輸出端n之間；所述控制器t4的輸入端連接中央管理系統(tǒng)的輸出端，其輸出端與三相復(fù)合開關(guān)t3的輸入端及單相全橋逆變器模塊t2的輸入端連接；所述單相全橋逆變器模塊t2的交流側(cè)零線輸入端與單相出線開關(guān)s2輸入連接，其交流側(cè)火線輸入端則與匯集母線b1連接；所述三相整流模塊t1的直流側(cè)與單相全橋逆變器模塊t2的直流側(cè)連接；所述單相全橋逆變器模塊t2的交流側(cè)零線與三相進(jìn)線開關(guān)s1的零線輸出端n連接。

所述控制器t4的輸入端接收中央管理系統(tǒng)的通訊信號c1，其輸出端輸出控制信號k1與三相復(fù)合開關(guān)t3的輸入端連接，同時(shí)輸出控制信號k2與單相全橋逆變器模塊t2的輸入端連接。

所述三相復(fù)合開關(guān)t3由三個(gè)雙向晶閘管與三個(gè)接觸器并聯(lián)組成；所述三個(gè)雙向晶閘管分別串接在三相進(jìn)線開關(guān)s1的輸出端和匯集母線b1之間，三者之間呈并聯(lián)連接；所述三個(gè)接觸器分別并聯(lián)在三個(gè)雙向晶閘管兩端。

所述三相整流模塊t1為常規(guī)整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

所述單相全橋逆變器模塊t2是單相全橋逆變器與lcl濾波器組成電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其連接是常規(guī)連接。

一種低壓選相平衡系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟：

①供電系統(tǒng)中的a相、b相、c相分別連接各自的單相負(fù)荷，而單相負(fù)荷l1通過低壓選相平衡系統(tǒng)與供電系統(tǒng)連接，系統(tǒng)啟動(dòng)工作后，閉合三相進(jìn)線開關(guān)s1和單相出線開關(guān)s2，三相復(fù)合開關(guān)t3任何時(shí)刻只有a、b、c三相中的其中一相導(dǎo)通，即通過該相接觸器的閉合實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，為單相負(fù)荷l1供電，此時(shí)，單相全橋逆變器模塊t2工作在無功補(bǔ)償和諧波補(bǔ)償?shù)碾娏髟茨Ｊ较拢?/p>

②當(dāng)中央管理系統(tǒng)通過檢測三相各自功率實(shí)時(shí)分析三相功率是否失去平衡，若此時(shí)供電系統(tǒng)中的a相電源所帶負(fù)荷l1與l3容量過重，而b相電源所帶負(fù)荷l4容量較輕，則中央管理系統(tǒng)將向低壓選相平衡系統(tǒng)發(fā)出命令將該系統(tǒng)所帶的負(fù)荷l1由a相電源切換到b相電源，這樣便實(shí)現(xiàn)了將a相電源所帶的負(fù)荷l1轉(zhuǎn)移到由b相電源供電，從而減輕了a相電源負(fù)荷容量，加重了b相電源負(fù)荷容量，最終實(shí)現(xiàn)三相的負(fù)荷平衡；

③切換過程包括如下步驟，斷開三相復(fù)合開關(guān)t3中的a相接觸器，同時(shí)導(dǎo)通三相復(fù)合開關(guān)t3中的a相雙向晶閘管，以確保電流不中斷，a相雙向晶閘管導(dǎo)通后則停止晶閘管的觸發(fā)，因此，在a相雙向晶閘管的電流過零點(diǎn)后則會(huì)使其關(guān)斷，關(guān)斷時(shí)刻將單相全橋逆變器模塊t2由電流源工作模式切換到電壓源工作模式繼續(xù)為a相負(fù)荷供電，其供電能量來自于三相整流模塊rec；

④單相全橋逆變器模塊t2調(diào)整其輸出的交流電壓的相位，將初始相位從a相調(diào)整到與b相一致，此刻停止單相全橋逆變器模塊t2工作，并同時(shí)觸發(fā)三相復(fù)合開關(guān)t3中的b相雙向晶閘管，確保負(fù)荷電流不中斷；

⑤閉合三相復(fù)合開關(guān)t3中的b相接觸器，同時(shí)停止觸發(fā)b相雙向晶閘管，最終完成單相負(fù)荷由原先a相供電切換到b相供電的過程，從而實(shí)現(xiàn)了三相負(fù)荷平衡的補(bǔ)償。

本發(fā)明的優(yōu)越性：1、本發(fā)明使用了復(fù)合開關(guān)與單相逆變器配合切換技術(shù)，不但具有極快的響應(yīng)速度、并且不會(huì)導(dǎo)致單相負(fù)荷電壓突變；2、復(fù)合開關(guān)的適用導(dǎo)致待機(jī)效率高、工作穩(wěn)定，而且結(jié)構(gòu)簡單，有效地節(jié)約了產(chǎn)品成本，便于維護(hù)，易于操作，性價(jià)比較高；3、可以實(shí)現(xiàn)有源濾波，無功補(bǔ)償功能。

(四)附圖說明：

圖1為本發(fā)明所涉一種低壓選相平衡系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所涉一種低壓選相平衡系統(tǒng)中三相整流模塊rec的電路原理示意圖。

圖3為本發(fā)明所涉一種低壓選相平衡系統(tǒng)中單相逆變器模塊inv的電路原理示意圖。

(五)具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：一種低壓選相平衡系統(tǒng)(見圖1)，包括供電系統(tǒng)變壓器和中央管理系統(tǒng)，其特征在于它包括三相進(jìn)線開關(guān)s1、控制器t4、三相復(fù)合開關(guān)t3、匯集母線b1、三相整流模塊t1、單相全橋逆變器模塊t2、單相出線開關(guān)s2和單相負(fù)荷；其中，所述三相進(jìn)線開關(guān)s1的輸入端與供電系統(tǒng)變壓器的a、b、c三相連接，其a、b、c三相輸出端分別與三相復(fù)合開關(guān)t3的輸入端以及三相整流模塊t1的交流測連接；所述的三相復(fù)合開關(guān)t3的a、b、c三相輸出端分別與匯集母線b1的三相側(cè)a、b、c三相連接；所述單相負(fù)荷依單相出線開關(guān)s2連接在匯集母線b1的的單向測輸出端與供電系統(tǒng)變壓器的零線輸出端n之間；所述控制器t4的輸入端連接中央管理系統(tǒng)的輸出端，其輸出端與三相復(fù)合開關(guān)t3的輸入端及單相全橋逆變器模塊t2的輸入端連接；所述單相全橋逆變器模塊t2的交流側(cè)零線輸入端與單相出線開關(guān)s2輸入連接，其交流側(cè)火線輸入端則與匯集母線b1連接；所述三相整流模塊t1的直流側(cè)與單相全橋逆變器模塊t2的直流側(cè)連接；所述單相全橋逆變器模塊t2的交流側(cè)零線與三相進(jìn)線開關(guān)s1的零線輸出端n連接。

所述控制器t4的輸入端接收中央管理系統(tǒng)的通訊信號c1，其輸出端輸出控制信號k1與三相復(fù)合開關(guān)t3的輸入端連接，同時(shí)輸出控制信號k2與單相全橋逆變器模塊t2的輸入端連接(見圖1)。

所述三相復(fù)合開關(guān)t3(見圖1)由三個(gè)雙向晶閘管與三個(gè)接觸器并聯(lián)組成；所述三個(gè)雙向晶閘管分別串接在三相進(jìn)線開關(guān)s1的輸出端和匯集母線b1之間，三者之間呈并聯(lián)連接；所述三個(gè)接觸器分別并聯(lián)在三個(gè)雙向晶閘管兩端。

所述三相整流模塊t1為常規(guī)整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(見圖2)。

所述單相全橋逆變器模塊t2是單相全橋逆變器與lcl濾波器組成電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其連接是常規(guī)連接(見圖3)。

一種低壓選相平衡系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟：

①供電系統(tǒng)中的a相、b相、c相分別連接各自的單相負(fù)荷，而單相負(fù)荷l1通過低壓選相平衡系統(tǒng)與供電系統(tǒng)連接，系統(tǒng)啟動(dòng)工作后，閉合三相進(jìn)線開關(guān)s1和單相出線開關(guān)s2，三相復(fù)合開關(guān)t3任何時(shí)刻只有a、b、c三相中的其中一相導(dǎo)通，即通過該相接觸器的閉合實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，如b相，此時(shí)可以將負(fù)荷l1切換到供電系統(tǒng)b相，為單相負(fù)荷l1供電，此時(shí)，單相全橋逆變器模塊t2工作在無功補(bǔ)償和諧波補(bǔ)償?shù)碾娏髟茨Ｊ较拢?/p>

②當(dāng)中央管理系統(tǒng)通過檢測三相各自功率實(shí)時(shí)分析三相功率是否失去平衡，若此時(shí)供電系統(tǒng)中的a相電源所帶負(fù)荷l1與l3容量過重，而b相電源所帶負(fù)荷l4容量較輕，則中央管理系統(tǒng)將向低壓選相平衡系統(tǒng)發(fā)出命令將該系統(tǒng)所帶的負(fù)荷l1由a相電源切換到b相電源，這樣便實(shí)現(xiàn)了將a相電源所帶的負(fù)荷l1轉(zhuǎn)移到由b相電源供電，從而減輕了a相電源負(fù)荷容量，加重了b相電源負(fù)荷容量，最終實(shí)現(xiàn)三相的負(fù)荷平衡；

③切換過程包括如下步驟，斷開三相復(fù)合開關(guān)t3中的a相接觸器，同時(shí)導(dǎo)通三相復(fù)合開關(guān)t3中的a相雙向晶閘管，以確保電流不中斷，a相雙向晶閘管導(dǎo)通后則停止晶閘管的觸發(fā)，因此，在a相雙向晶閘管的電流過零點(diǎn)后則會(huì)使其關(guān)斷，關(guān)斷時(shí)刻將單相全橋逆變器模塊t2由電流源工作模式切換到電壓源工作模式繼續(xù)為a相負(fù)荷供電，其供電能量來自于三相整流模塊rec；

④單相全橋逆變器模塊t2調(diào)整其輸出的交流電壓的相位，將初始相位從a相調(diào)整到與b相一致，此刻停止單相全橋逆變器模塊t2工作，并同時(shí)觸發(fā)三相復(fù)合開關(guān)t3中的b相雙向晶閘管，確保負(fù)荷電流不中斷；

⑤閉合三相復(fù)合開關(guān)t3中的b相接觸器，同時(shí)停止觸發(fā)b相雙向晶閘管，最終完成單相負(fù)荷由原先a相供電切換到b相供電的過程，從而實(shí)現(xiàn)了三相負(fù)荷平衡的補(bǔ)償。