一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置及控制方法，通过开关拓扑结构的优化，实现相间机械互锁防短路，所述的三个开关单元无论开、闭，都不会引起相间短路；在开关误触发时，不会引起相间短路，并可以通过反馈触点状态反馈纠正误触发开关，从根本上杜绝了相间短路的发生。本发明专利技术中，所述的四个过零检测单元分别测三相电压和负载电流过零点，所述控制单元根据检测的负载相、切入相的过零点和频率，预测下一周期的过零点，并提前过零点发出继电器驱动信号以补偿继电器动作延迟时间。相比于现有技术，优化的开关拓扑结构减少了换相时动作次数，并支持软硬件结合补偿继电器动作延迟时间，有效缩短了换相时失电时间，实现精准的过零投切。

A Three-Phase Intelligent Commutation Switch Device for Optimizing Switch Topology and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置及控制方法
本专利技术涉及低压台区治理
，包括三相负荷不平衡治理、低电压治理、用户线路负荷调整等，特别是台区三相负荷不平衡治理，具体涉及一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置及控制方法。
技术介绍
在三相四线制的城市和农村低压配电网中，用户单相负荷和三相负荷混合接入电网。由于负载的不平衡和系统元件参数的不对称，普遍存在三相间的负载不平衡的情况。同时，用户负荷不平衡状况的无规律性和不可预知性，容易导致低压配变负载长期的不平衡。据统计，目前全国有超过85％的低压台区存在不同程度的三相不平衡状态，目前解决办法有：1.人工换相。人工换相繁琐、操作复杂，准确性与实时性无法保证；换相开关动作不在过零点，换相时产生电流过大，导致损耗大，甚至在开关处有拉弧，器件发热影响其使用寿命。2.静止无功发生器SVG(StaticVarGenerator)。SVG通过注入反向不平衡补偿电流来实现配变出口三相平衡，没有从根本上解决实际的负荷均匀分配问题,无法降低线损。3.利用经验尽量合理地分配负荷，采取诸如增大中性线截面等保护措施以降低三相过度不平衡带来的安全风险，没有解决实际的负荷均匀分配问题,无法降低线损。4.智能换相开关。采用智能换相开关进行换相是一种行之有效、可以从根本上解决三相不平衡的措施，但换相开关换相容易造成两相短路，换相时失电时间过长可能导致电器重启。因此，亟需开发一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置，实现相间开关互锁防止相间短路，解决现有技术换相时失电时间过长的问题。。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置及控制方法。智能换相开关装置可实现过零点断电，过零点上电和过零点换相功能，可采集三相输入电压和负载电流，采集数据上传至主控单元，主控单元计算三相不平衡度，并计算最优切换方案，然后向相应智能换相开关下发控制指令，控制换相开关换相。解决现有技术换相时失电时间过长和相间短路风险的技术问题，有效解决三相不平衡问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：1.本专利技术提供一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置，包括：三个电压采样单元，一一对应地分别检测三相电压的输入电压；一个电流采样单元，通过采样电流互感器采样电阻的两端电压，检测负载输入电流；三个开关单元，包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元；所述第一开关单元为单刀单掷磁保持继电器，输入端与A相电连接，输出端与第二开关单元一个输入端相连；第二开关单元为单刀双掷磁保持继电器，一个输入端与B相连接，输出端与第三开关单元一个输入端相连；第三开关单元为单刀双掷磁保持继电器，一个输入端与C相连接，输出端与负载连接；四个过零检测单元，其中三个过零检测单元连接A相、B相、C相电压，另外一个过零检测单元连接负载电流；人机交互单元，包括一个显示屏和两个设置按键；控制单元，分别连接电压采样单元、电流采样单元、过零检测单元、人机交互单元和开关单元。优选地，所述三个电压采样单元和一个电流采样单元分别测当前三相输入电压和当前负载电流，并将检测值输入至控制单元，控制单元经所述显示屏循环显示当前电压、电流值，并由控制单元经所述通信单元向智能换相终端传输表号、电流、相序检测数据。优选地，所述人机交互单元循环显示表号、三相输入电压、当前负载电流、温度，常显当前负载相、通讯状况，通过按键进行人工换相、设置换相终止的电流阈值参数。优选地，所述通信单元选择LORA无线通信或载波通信，在一次换相周期即将结束时，向智能换相终端发送表号、当前负载相、当前负载电流，并接收智能换相终端向所述智能换相开关发送的换相控制指令。优选地，根据检测数据并由智能换相终端分析当前三相不平衡状况，由智能换相终端向所述智能换相开关发送控制指令，通过检测负载电流和输入端交流电压的过零检测，执行当前负载由一相切换到另一相的动作。优选地，所述过零检测单元用于检测输入端交流电压和输出端负载电流的过零情况，在相应相电压过零和负载电流过零时输出过零信号，所述控制单元接收所述过零信号，并根据接收指令控制相应的开关单元动作以实现智能换相；换相时通过检测当前负载电流的过零信号并经软件计算后执行关闭动作，通过检测相应相电压过零信号并经软件计算后执行开启动作。优选地，所述三开关单元内均含两个磁保持继电器，其中一个作为常开、常闭开关，另外一个作为辅助触点，所述控制单元分别控制两个磁保持继电器，通过控制常开、常闭开关实现换相，所述辅助触点的状态随着常开、常闭开关的变化而变化，并将状态传输给控制单元。2.本专利技术另提供一种三相智能换相的控制方法，基于上述的一种三相智能换相装置，包括以下步骤：分别测当前三相电压值和负载电流值，并将检测值输入至控制单元，并由控制单元经通信单元向智能换相终端传输表号、电流、相序检测数据；智能换相终端读取配变低压出线和所有换相开关单元各负荷支路的电流、相序实时数据，分析当前三相不平衡状况，进行优化计算，下发最优换相控制指令，动态把用户分到A、B、C三相上，各换相开关单元收到换相指令后，按照规定换相流程执行换相操作，实现用户负荷相序调整、配电台区三相负荷均衡分配。优选地，所述三开关单元内均含两个磁保持继电器，其中一个作为常开、常闭开关，另外一个作为辅助触点，所述控制单元分别控制两个磁保持继电器，通过控制常开、常闭开关实现换相，所述辅助触点的状态随着常开、常闭开关的变化而变化，并将状态传输给控制单元。优选地，根据开关单元内辅助触点的输出状态，判断当前智能换相开关的工作状态；按照接收的换相指令执行换相操作，通过控制相应的开关单元动作以实现智能换相，通过检测当前负载电流的过零信号并经软件计算后执行开关单元的关闭动作，通过检测相应相电压过零信号并经软件计算后执行开关单元的开启动作。本专利技术的一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置及控制方法，与现有技术相比所产生的有益效果是：本专利技术中，通过开关拓扑结构的优化，实现相间机械互锁防短路，所述的三个开关单元无论开、闭，都不会引起相间短路；在开关误触发时，不会引起相间短路，并可以通过反馈触点状态反馈纠正误触发开关。相比于现有技术，从根本上杜绝了相间短路的发生。本专利技术中，优化的开关拓扑结构减少了换相时开关单元动作次数。所述四个过零检测单元分别测三相电压和负载电流过零点，所述控制单元根据检测的负载相、切入相的过零点和频率，预测下一周期的过零点，并提前过零点发出继电器驱动信号以补偿继电器动作延迟时间。相比于现有技术，优化的开关拓扑结构减少了换相时动作次数，并支持软硬件结合补偿继电器动作延迟时间，有效缩短了换相时失电时间，实现精准的过零投切。附图说明附图1是本专利技术装置的结构示意图；附图2是本专利技术装置的原理示意图；附图3是本专利技术方法的流程图。具体实施方式下面结合附图1-3，对本专利技术的一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置及控制方法作以下详细说明。本专利技术的一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置，如图1所示，本例中的VA、VB、VC分别为A、B、C三相的电压采样单元，所述电压采样单元由分压电阻、信号调理电路和采样电路组成，可以采集当前交流相电压值，该电路为现有技术，在此不再赘述；VI为电流采样单元，电流采样单元通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置，其特征在于，包括：三个电压采样单元，一一对应地分别检测三相电压的输入电压；一个电流采样单元，通过采样电流互感器采样电阻的两端电压，检测负载输入电流；三个开关单元，包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元；所述第一开关单元为单刀单掷磁保持继电器，输入端与A相电连接，输出端与第二开关单元一个输入端相连；第二开关单元为单刀双掷磁保持继电器，一个输入端与B相连接，输出端与第三开关单元一个输入端相连；第三开关单元为单刀双掷磁保持继电器，一个输入端与C相连接，输出端与负载连接；四个过零检测单元，其中三个过零检测单元连接A相、B相、C相电压，另外一个过零检测单元连接负载电流；人机交互单元，包括一个显示屏和两个设置按键；控制单元，分别连接电压采样单元、电流采样单元、过零检测单元、人机交互单元和开关单元。

【技术特征摘要】
1.一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置，其特征在于，包括：三个电压采样单元，一一对应地分别检测三相电压的输入电压；一个电流采样单元，通过采样电流互感器采样电阻的两端电压，检测负载输入电流；三个开关单元，包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元；所述第一开关单元为单刀单掷磁保持继电器，输入端与A相电连接，输出端与第二开关单元一个输入端相连；第二开关单元为单刀双掷磁保持继电器，一个输入端与B相连接，输出端与第三开关单元一个输入端相连；第三开关单元为单刀双掷磁保持继电器，一个输入端与C相连接，输出端与负载连接；四个过零检测单元，其中三个过零检测单元连接A相、B相、C相电压，另外一个过零检测单元连接负载电流；人机交互单元，包括一个显示屏和两个设置按键；控制单元，分别连接电压采样单元、电流采样单元、过零检测单元、人机交互单元和开关单元。2.根据权利要求1所述的一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置，其特征在于，所述三个电压采样单元和一个电流采样单元分别测当前三相输入电压和当前负载电流，并将检测值输入至控制单元，控制单元经所述显示屏循环显示当前电压、电流值，并由控制单元经所述通信单元向智能换相终端传输表号、电流、相序检测数据。3.根据权利要求2所述的一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置，其特征在于，所述人机交互单元循环显示表号、三相输入电压、当前负载电流、温度，常显当前负载相、通讯状况，通过按键进行人工换相、设置换相终止的电流阈值参数。4.根据权利要求2或3所述的一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置，其特征在于，所述通信单元选择LORA无线通信或载波通信，在一次换相周期即将结束时，向智能换相终端发送表号、当前负载相、当前负载电流，并接收智能换相终端向所述智能换相开关发送的换相控制指令。5.根据权利要求2或3所述的一种优化开关拓扑的三相智能换相开关装置，其特征在于，根据检测数据并由智能换相终端分析当前三相不平衡状况，由智能换相终端向所述智能换相开关发送控制指令，通过检测负载电流和输入端交流电压的过零检测，执行当前负载由一相切换到另一相的动作。6.根据权利要求1、2或3所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡雄，王潇，台勇冠，靳俊杰，张良，国玉刚，臧洪伦，谢堂林，
申请(专利权)人：青岛鼎信通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37