三相四线电源负载接口相电交换装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了三相四线电源负载接口相电交换装置及其控制方法。涉及三相四线电源输出口相电选择技术领域，能使三相四线电源的负载接口供电相易改变，并能根据三相上功率因素不平衡进行负载接口供电相自动交换，包括A相、B相、C相、零线N、三个负载接口、控制器和若干个节点以及分别与控制器连接的三相功率因数监测器、接口功率因数监测器、两个相电压采样电路、两个单相逆变电源、两个过滤器，两个隔离变压器、两个负载接口电压采样电路和若干个开关；通过控制器的控制实现各个负载接口之间输入相电的改变。

【技术实现步骤摘要】
三相四线电源负载接口相电交换装置及其控制方法
本专利技术涉及三相四线电源输出口相电选择
，具体涉及三相四线电源负载接口相电交换装置及其控制方法。
技术介绍
随着经济社会的发展，用电设备的类型越来越多。由于目前的供电系统一般都是三相供电系统，在三相供电系统中，如果三相上的功率因素出现较大的不对称时，就会出现电网的不平衡运行，就会出现电网抖动。当电网运行在不平衡状态时，电网中的变压器就处于不对称运行状态，处于不对称运行状态的变压器会使变压器的零序电流过大，过大的零序电流会使变压器的局部零件温度增高，如果变压器的局部零件温度增高过大就可能会烧毁变压器，从而造成供电系统的停电事故。当电网不平衡运行时，如果要想让不平衡运行的电网变为平衡运行的电网，目前采取的办法是将位于一个大范围片区的高功率相线上的一部分负载人工切换到另一个大范围片区的低功率相线上。由于这种切换方式在瞬间切换的负载较多，导致瞬间切换的冲击电流过大，过大的冲击电流不仅会烧坏切换设备，还由于在负载切换的那一瞬间，该负载切换前后的供电相线不同会导致该负载工作发生混乱甚至损坏。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有三相四线电源的负载接口供电相不易改变的不足，提供一种能使三相四线电源的负载接口供电相易改变，并能根据三相上功率因素不平衡进行负载接口供电相自动交换，安全性高，可靠性好，能在电流过零点的准确时间点进行复合开关的投切，智能化程度高的三相四线电源负载接口相电交换装置及其控制方。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：三相四线电源负载接口相电交换装置，包括A相、B相、C相、零线N、A接线口、B接线口、C接线口、一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、控制器、节点J1、节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J6、节点J7和节点J8；还包括分别与控制器连接的三相功率因数监测器、一号相电压采样电路、一号单相逆变电源、一号过滤器、一号隔离变压器、一号负载接口电压采样电路、接口功率因数监测器、二号相电压采样电路、二号单相逆变电源、二号过滤器，二号隔离变压器、二号负载接口电压采样电路、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、开关K6、开关K7、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K16、开关K17、开关K18、开关K19、开关K20和开关K21；A相连接在A接线口的火线输入端上，B相连接在B接线口的火线输入端上，C相连接在C接线口的火线输入端上，A接线口的零线输入端、B接线口的零线输入端和C接线口的零线输入端均与零线N连接；开关K19的一端、三相功率因数监测器的a监测端、一号相电压采样电路的a采样端、二号相电压采样电路的a采样端、开关K1的一端、A接线口的输出端、开关K9的一端、开关K13的一端和开关K15的一端分别与节点J1连接；开关K20的一端、三相功率因数监测器的b监测端、一号相电压采样电路的b采样端、二号相电压采样电路的b采样端、开关K2的一端、B接线口的输出端、开关K8的一端、开关K12的一端和开关K14的一端分别与节点J2连接；开关K21的一端、三相功率因数监测器的c监测端、一号相电压采样电路的c采样端、二号相电压采样电路的c采样端、开关K3的一端、C接线口的输出端、开关K7的一端、开关K10的一端和开关K11的一端分别与节点J3连接；一号隔离变压器的电源输出端、一号负载接口电压采样电路的采样端、开关K4的一端、开关K5的一端和开关K6的一端分别与节点J4连接；二号隔离变压器的电源输出端、二号负载接口电压采样电路的采样端、开关K16的一端、开关K17的一端和开关K18的一端分别与节点J5连接；开关K4的另一端、开关K9的另一端、开关K10的另一端、开关K14的另一端、接口功率因数监测器的一号监测端和一号负载接口分别与节点J6连接；开关K5的另一端、开关K8的另一端、开关K11的另一端、开关K15的另一端、接口功率因数监测器的二号监测端和二号负载接口分别与节点J7连接；开关K6的另一端、开关K7的另一端、开关K12的另一端、开关K13的另一端、接口功率因数监测器的三号监测端和三号负载接口分别与节点J8连接；开关K1的另一端、开关K2的另一端和开关K3的另一端均与一号单相逆变电源的电源输入端连接，一号过滤器的输入端连接在一号单相逆变电源的电源输出端上，一号过滤器的输出端连接在一号隔离变压器的电源输入端上；开关K19的另一端、开关K20的另一端和开关K21的另一端均与二号单相逆变电源的电源输入端连接，二号过滤器的输入端连接在二号单相逆变电源的电源输出端上，二号过滤器的输出端连接在二号隔离变压器的电源输入端上；开关K1、开关K2、开关K3、开关K7、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K19、开关K20和开关K21均为电路结构完全相同的复合开关；复合开关包括一号节点、二号节点、可控硅开关Kb、磁保持继电器开关Kc、节点Ma、电感La、节点Mb、电容Ca、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C0、光电耦合器OPT、电阻R0、自用电供电模块、磁驱动电力路、硅驱动电路和控制器，光电耦合器OPT包括发光二极管D5和光敏三极管Q0；可控硅开关Kb的一端和磁保持继电器开关Kc的一端分别与一号节点连接，可控硅开关Kb的另一端、磁保持继电器开关Kc的另一端、电感La的一端、二极管D1的正极端和二极管D3的负极端分别与节点Ma连接，电感La的另一端、电容Ca的一端和电容C0的一端分别与节点Mb连接，电容Ca的另一端连接在二号节点上，二极管D2的正极端和二极管D4的负极端都连接在电容C0的另一端上，二极管D1的负极端和二极管D2的负极端都连接在发光二极管D5的正极端上，二极管D3的正极端和二极管D4的正极端都连接在发光二极管D5的负极端上，光敏三极管Q0的发射极接地，光敏三极管Q0的集电极分别与电阻R0的一端和控制器连接，电阻R0的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关Kb的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关Kc的控制端和控制器连接；在同一时间断面内一号节点只能与A相、B相和C相这三相中的其中一相导通连接；二号节点连接在零线N上。本方案能使三相四线电源的负载接口供电相易改变，并能根据三相上功率因素不平衡进行负载接口供电相自动交换，安全性高，可靠性好，能在电流过零点的准确时间点进行复合开关的投切，智能化程度高。作为优选，一号负载接口为快速连接口，快速连接口包括插头和壳体，在壳体的上表面上向上固定设有绝缘管，在绝缘管的外管壁上设有与控制器连接的压力传感器，在绝缘管包围的壳体上表面上固定有与壳体的内腔相连通的通孔，在通孔内固定有插针，并且插针的下端位于壳体的内腔内，插针的上端位于绝缘管内；一根导线的两端分别导电连接在插针的下端和节点J6上；插头包括绝缘插管和设置在绝缘插管内的导电管；绝缘插管的内径与绝缘管的外径匹配，插针的直径与导电管的内径匹配；二号负载接口的结构和三号负载接口的结构均与一号负载接口的结构完全相同；在插针的顶端设有锥尖。作为优选，还包括分别与控制器连接的存储器、无线模块、本文档来自技高网...

【技术保护点】
三相四线电源负载接口相电交换装置，其特征在于，包括A相、B相、C相、零线N、A接线口、B接线口、C接线口、一号负载接口(811)、二号负载接口(822)、三号负载接口(833)、控制器(107)、节点J1、节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J6、节点J7和节点J8；还包括分别与控制器连接的三相功率因数监测器(101)、一号相电压采样电路(102)、一号单相逆变电源(103)、一号过滤器(104)、一号隔离变压器(105)、一号负载接口电压采样电路(108)、接口功率因数监测器(109)、二号相电压采样电路(110)、二号单相逆变电源(1030)、二号过滤器(1040)，二号隔离变压器(1050)、二号负载接口电压采样电路(1080)、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、开关K6、开关K7、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K16、开关K17、开关K18、开关K19、开关K20和开关K21；所述A相连接在A接线口的火线输入端上，B相连接在B接线口的火线输入端上，C相连接在C接线口的火线输入端上，所述A接线口的零线输入端、所述B接线口的零线输入端和所述C接线口的零线输入端均与零线N连接；所述开关K19的一端、三相功率因数监测器的a监测端、一号相电压采样电路的a采样端、二号相电压采样电路的a采样端、开关K1的一端、A接线口的输出端、开关K9的一端、开关K13的一端和开关K15的一端分别与节点J1连接；所述开关K20的一端、三相功率因数监测器的b监测端、一号相电压采样电路的b采样端、二号相电压采样电路的b采样端、开关K2的一端、B接线口的输出端、开关K8的一端、开关K12的一端和开关K14的一端分别与节点J2连接；所述开关K21的一端、三相功率因数监测器的c监测端、一号相电压采样电路的c采样端、二号相电压采样电路的c采样端、开关K3的一端、C接线口的输出端、开关K7的一端、开关K10的一端和开关K11的一端分别与节点J3连接；所述一号隔离变压器的电源输出端、一号负载接口电压采样电路的采样端、开关K4的一端、开关K5的一端和开关K6的一端分别与节点J4连接；所述二号隔离变压器的电源输出端、二号负载接口电压采样电路的采样端、开关K16的一端、开关K17的一端和开关K18的一端分别与节点J5连接；所述开关K4的另一端、开关K9的另一端、开关K10的另一端、开关K14的另一端、接口功率因数监测器的一号监测端和一号负载接口分别与节点J6连接；所述开关K5的另一端、开关K8的另一端、开关K11的另一端、开关K15的另一端、接口功率因数监测器的二号监测端和二号负载接口分别与节点J7连接；所述开关K6的另一端、开关K7的另一端、开关K12的另一端、开关K13的另一端、接口功率因数监测器的三号监测端和三号负载接口分别与节点J8连接；所述开关K1的另一端、开关K2的另一端和开关K3的另一端均与一号单相逆变电源的电源输入端连接，所述一号过滤器的输入端连接在一号单相逆变电源的电源输出端上，所述一号过滤器的输出端连接在一号隔离变压器的电源输入端上；所述开关K19的另一端、开关K20的另一端和开关K21的另一端均与二号单相逆变电源的电源输入端连接，所述二号过滤器的输入端连接在二号单相逆变电源的电源输出端上，所述二号过滤器的输出端连接在二号隔离变压器的电源输入端上；所述开关K1、开关K2、开关K3、开关K7、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K19、开关K20和开关K21均为电路结构完全相同的复合开关；所述复合开关包括一号节点(701)、二号节点(702)、可控硅开关Kb、磁保持继电器开关Kc、节点Ma、电感La、节点Mb、电容Ca、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C0、光电耦合器OPT、电阻R0、自用电供电模块(901)、磁驱动电力路(502)、硅驱动电路(503)和控制器(107)，所述光电耦合器OPT包括发光二极管D5和光敏三极管Q0；所述可控硅开关Kb的一端和磁保持继电器开关Kc的一端分别与一号节点(701)连接，所述可控硅开关Kb的另一端、磁保持继电器开关Kc的另一端、电感La的一端、二极管D1的正极端和二极管D3的负极端分别与节点Ma连接，所述电感La的另一端、电容Ca的一端和电容C0的一端分别与节点Mb连接，所述电容Ca的另一端连接在二号节点(702)上，所述二极管D2的正极端和二极管D4的负极端都连接在电容C0的另一端上，所述二极管D1的负极端和二极管D2的负极端都连接在发光二极管D5的正极端上，所述二极管D3的正极端和二极管D4的正极端都连接在发光二极管D5的负极端上，所述光敏三极...

【技术特征摘要】
1.三相四线电源负载接口相电交换装置，其特征在于，包括A相、B相、C相、零线N、A接线口、B接线口、C接线口、一号负载接口(811)、二号负载接口(822)、三号负载接口(833)、控制器(107)、节点J1、节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J6、节点J7和节点J8；还包括分别与控制器连接的三相功率因数监测器(101)、一号相电压采样电路(102)、一号单相逆变电源(103)、一号过滤器(104)、一号隔离变压器(105)、一号负载接口电压采样电路(108)、接口功率因数监测器(109)、二号相电压采样电路(110)、二号单相逆变电源(1030)、二号过滤器(1040)，二号隔离变压器(1050)、二号负载接口电压采样电路(1080)、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、开关K6、开关K7、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K16、开关K17、开关K18、开关K19、开关K20和开关K21；所述A相连接在A接线口的火线输入端上，B相连接在B接线口的火线输入端上，C相连接在C接线口的火线输入端上，所述A接线口的零线输入端、所述B接线口的零线输入端和所述C接线口的零线输入端均与零线N连接；所述开关K19的一端、三相功率因数监测器的a监测端、一号相电压采样电路的a采样端、二号相电压采样电路的a采样端、开关K1的一端、A接线口的输出端、开关K9的一端、开关K13的一端和开关K15的一端分别与节点J1连接；所述开关K20的一端、三相功率因数监测器的b监测端、一号相电压采样电路的b采样端、二号相电压采样电路的b采样端、开关K2的一端、B接线口的输出端、开关K8的一端、开关K12的一端和开关K14的一端分别与节点J2连接；所述开关K21的一端、三相功率因数监测器的c监测端、一号相电压采样电路的c采样端、二号相电压采样电路的c采样端、开关K3的一端、C接线口的输出端、开关K7的一端、开关K10的一端和开关K11的一端分别与节点J3连接；所述一号隔离变压器的电源输出端、一号负载接口电压采样电路的采样端、开关K4的一端、开关K5的一端和开关K6的一端分别与节点J4连接；所述二号隔离变压器的电源输出端、二号负载接口电压采样电路的采样端、开关K16的一端、开关K17的一端和开关K18的一端分别与节点J5连接；所述开关K4的另一端、开关K9的另一端、开关K10的另一端、开关K14的另一端、接口功率因数监测器的一号监测端和一号负载接口分别与节点J6连接；所述开关K5的另一端、开关K8的另一端、开关K11的另一端、开关K15的另一端、接口功率因数监测器的二号监测端和二号负载接口分别与节点J7连接；所述开关K6的另一端、开关K7的另一端、开关K12的另一端、开关K13的另一端、接口功率因数监测器的三号监测端和三号负载接口分别与节点J8连接；所述开关K1的另一端、开关K2的另一端和开关K3的另一端均与一号单相逆变电源的电源输入端连接，所述一号过滤器的输入端连接在一号单相逆变电源的电源输出端上，所述一号过滤器的输出端连接在一号隔离变压器的电源输入端上；所述开关K19的另一端、开关K20的另一端和开关K21的另一端均与二号单相逆变电源的电源输入端连接，所述二号过滤器的输入端连接在二号单相逆变电源的电源输出端上，所述二号过滤器的输出端连接在二号隔离变压器的电源输入端上；所述开关K1、开关K2、开关K3、开关K7、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K19、开关K20和开关K21均为电路结构完全相同的复合开关；所述复合开关包括一号节点(701)、二号节点(702)、可控硅开关Kb、磁保持继电器开关Kc、节点Ma、电感La、节点Mb、电容Ca、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C0、光电耦合器OPT、电阻R0、自用电供电模块(901)、磁驱动电力路(502)、硅驱动电路(503)和控制器(107)，所述光电耦合器OPT包括发光二极管D5和光敏三极管Q0；所述可控硅开关Kb的一端和磁保持继电器开关Kc的一端分别与一号节点(701)连接，所述可控硅开关Kb的另一端、磁保持继电器开关Kc的另一端、电感La的一端、二极管D1的正极端和二极管D3的负极端分别与节点Ma连接，所述电感La的另一端、电容Ca的一端和电容C0的一端分别与节点Mb连接，所述电容Ca的另一端连接在二号节点(702)上，所述二极管D2的正极端和二极管D4的负极端都连接在电容C0的另一端上，所述二极管D1的负极端和二极管D2的负极端都连接在发光二极管D5的正极端上，所述二极管D3的正极端和二极管D4的正极端都连接在发光二极管D5的负极端上，所述光敏三极管Q0的发射极接地，所述光敏三极管Q0的集电极分别与电阻R0的一端和控制器连接，所述电阻R0的另一端与自用电供电模块连接，所述硅驱动电路分别与可控硅开关Kb的控制端和控制器连接，所述磁驱动电路分别与磁保持继电器开关Kc的控制端和控制器连接；在同一时间断面内所述一号节点(701)只能与A相、B相和C相这三相中的其中一相导通连接；所述二号节点(702)连接在零线N上。2.根据权利要求1所述的三相四线电源负载接口相电交换装置，其特征在于，所述一号负载接口(811)为快速连接口，所述快速连接口包括插头(34)和壳体(39)，在壳体的上表面上向上固定设有绝缘管(31)，在绝缘管的外管壁上设有与控制器连接的压力传感器(32)，在绝缘管包围的壳体上表面上固定有与壳体的内腔(38)相连通的通孔，在通孔内固定有插针(37)，并且插针的下端位于壳体的内腔内，插针的上端位于绝缘管内；一根导线(30)的两端分别导电连接在插针的下端和节点J6上；所述插头包括绝缘插管(36)和设置在绝缘插管内的导电管(35)；绝缘插管的内径与绝缘管的外径匹配，插针的直径与导电管的内径匹配；所述二号负载接口(822)的结构和所述三号负载接口(833)的结构均与所述一号负载接口(811)的结构完全相同。3.根据权利要求1所述的三相四线电源负载接口相电交换装置，其特征在于，还包括分别与控制器连接的存储器(106)、无线模块(504)、地址编码器(507)和服务器(200)。4.一种适用于权利要求1所述的三相四线电源负载接口相电交换装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括复合开关的精确过零投切控制过程，所述复合开关的精确过零投切控制过程如下：(4-1)投入复合开关；(4-1-1)当要向火线C投入复合开关时，先检测火线C上电压UCN过零点时的准确时间点，当电压UCN过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出导通控制信号，可控硅开关Kb随即导通；(4-1-2)当可控硅开关Kb导通设定时间后，先检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，磁保持继电器开关Kc随即闭合；(4-1-3)然后再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出关断控制信号，可控硅开关Kb随即关断，此时只由磁保持继电器开关Kc保持供电回路工作，至此完成复合开关向火线C的投入工作；(4-2)切除复合开关；(4-2-1)当要切除火线C上的复合开关时，先检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出导通控制信号，可控硅开关Kb随即导通，延时一段时间使可控硅开关Kb可靠导通；(4-2-2)在可控硅开关Kb导通的情况下，再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关Kc随即断开；(4-2-3)然后再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出关断控制信号，可控硅开关Kb随即关断；至此复合开关已从火线C上完全切除。5.一种适用于权利要求1所述的三相四线电源负载接口相电交换装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括负载接口供电相自动交换过程，所述负载接口供电相自动交换过程如下：(5-1)设功率因数PAC＝||A相功率因数|-|C相的功率因数||，功率因数PAB＝||A相功率因数|-|B相的功率因数||，功率因数PBC＝||B相功率因数|-|C相的功率因数||；(5-2)三相功率因数监测器在设定时间间隔内对A相、B相和C相分别进行功率因数平衡监测，并将每相的监测数据分别上传给控制器，控制器立即对三相功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理；若控制器对三相功率因数监测器上传的监测数据进行计算处理后得到当前功...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢楠，张海波，
申请(专利权)人：浙江水利水电学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33