电力智能无缝隙调平衡系统

王蓉晖 贾书洪 刘 钢

(1:吉林建筑工程学院电气与电子信息工程学院，长春 130118; 2:吉林建筑工程学院智能建筑系统集成与节能控制实验室，长春 130118; 3:空军航空大学基础部实验中心，长春 130022)

0 引言

目前，电力输送和供给以三相四线制形式(380V三相交流动力电)最为普遍.大到区域电网，小到民居单元供电皆如此.平衡(每相电流相等)对于电网安全、用电安全及用电效率都非常重要，所以在容量分配设计时应力求达到平衡.市电(220V单相电，俗称照明电)是使用三相中的某一相，是(除动力电设备如三相电动机、机床等)供电的主要形式，用电特点是负荷随机性强，用电设备、器具的使用不是一成不变的.这就使三相电中每一相的电流相等几乎不可能，就是说不平衡的问题是经常存在的［1］.不平衡的危害主要有以下方面:零线电流造成线损，浪费电能;对线路容量要求高，特别是零线;造成某单相电压与标准值偏差，过高时可烧毁用电设备，过低时使用电设备不能正常工作，这是一个长期存在的老大难问题，至今未能有效解决，因此造成许多浪费、损失和不便［2-3］.

1 系统总体设计

本系统要解决的技术问题是提供一种三相电调平系统.方案是采用检测模块、服务器、切换模块和切换开关构成电力智能无缝隙三相调平系统，服务器分别连接检测模块和切换模块，切换模块连接切换开关，检测模块，是能够实时检测三相线路中各相电流信号的装置;服务器对检测模块检测出各相电流信号进行分析、比较、处理;切换模块是能够接收服务器的处理指令，并且控制切换开关开合的装置;切换开关是安装在三相线路中各相(部分)线路上的电开关［4］.

服务器获得检测模块提供的实时监测三相电流数据，当三相电流相差超过设定值时，系统在可控末端搜寻与相差电流负荷相近的支路，并控制相应的切换模块通过切换开关，将电流偏大的某相的某个支路负荷切换到电流偏小的某相中去，系统以此方式进行实时调控，使各相电流差值控制在设定允许范围内，动态维持三相负荷平衡.系统的总体设计框图如图1所示.

本系统由服务器、检测模块、切换模块和切换开关构成，服务器分别连接检测模块和切换模块，切换模块连接切换开关.

图1 系统总体设计框图

2 系统各部分功能及工作流程

系统由服务器、检测模块、切换模块和切换开关构成，各部分功能及工作流程如下:

(1)服务器. 电子计算机，使用专用调控软件，实时监测三相电流数据.当三相电流大小相差超过设定值时，软件系统在可控末端搜寻相近的用电支路，并控制将电流偏大的某相的某个支路负荷切换到电流偏小的某相中去.软件系统以此方式进行实时调控，使各相电流差值控制在设定允许范围内，动态维持三相负荷平衡.服务器逻辑控制流程图如图2所示;

(2)V/I检测模块. 用以实时检测各相电压、电流，并将数据实时上传至服务器;

(3)V/I检测、相间切换模块. (a)具备一个智能接口，通过电力线与服务器实时数据通信;(b)具有多个A/V接口，实时采集电力线路中三相的电流、电压值;(c)具有一组开关量输出接口，用于服务器调控信号输出，控制切换开关工作;(d)具有唯一的内置地址码;

(4)切换开关. 受切换模块控制，用于将电流偏大相的负荷切换到电流偏小相的线路中.切换开关由可控硅H、接触器K 1和K 2构成，可控硅H与接触器K 2串联，再与接触器K 1并联，可控硅H和接触器的控制端连接切换模块，完成无缝隙切换.

图2 服务器逻辑控制流程

3 切换电路设计

若直接用接触器完成切换，选取适当的时间延迟200 mS～500 mS，延迟时间受接触器动作时间限制，必须保证先断后接，所以不能选取很短.此方法存在断电缝隙，对于一般照明设备灯光会有一次闪烁，基本不影响使用.但对于电脑及其他特殊用电设备，可能会造成掉电，影响设备工作.

为了实现无缝隙切换，切换开关选用可控硅.切换开关示意图如图3所示，由可控硅H、接触器K 1和K 2构成，可控硅H与接触器K 2串联，再与接触器K 1并联，可控硅H和接触器的控制端连接切换模块.以A，C两相线路切换为例，切换时，切换模块接收到服务器发出的切换指令后，首先吸合A相和C相的K 2，这时，A相可控硅导通，然后切断A相K 1接触器，A相负荷暂由可控硅提供电流.控制器实时监测A，C相电压参数，在A相电压过零点时关闭可控硅，然后切断K 2，将负荷从A相断开;在C相电压过零点时，触发C相可控硅导通并吸合C相K 1，然后断开C相K 2，关闭C相可控硅.这样就实现了A相到C相的过零无缝隙切换，切换延迟时间最大不超过三分之一市电周期，即小于7 mS.这对被切换线路中用电设备正常工作不会有任何影响.过零切换还可以有效减轻接触器触点损伤，延长使用寿命.

图3 切换开关示意图

4 应用实例

某五星级酒店存在三相负载不平衡现象明显，由于三相负载不平衡造成的零线电压不为零带来的单相电压过压或欠压等问题，造成一些设备不能正常启动或启动后由于电压保护而停止，导致了酒店运营受到影响.应用了三相电力智能无缝隙调平衡系统后，以上现象不再出现.该系统不但能够调整负载平衡，而且能达到节约零线电能损耗的目的.

5 结论

三相电力智能无缝隙调平衡系统的设计，针对目前大量存在的三相负载不平衡现象，给出了设计方案，可以解决由于三相不平衡造成的零线电压不为零带来的零线电能损耗和单相电压过压或欠压等问题.由于该类问题普遍存在，故该系统具有较好的市场需求和应用前景.

［1］赵 珏.三相变压器的不平衡负荷运行及节能［J］.能源研究与利用，2006(2):122-124.

［2］李 燕，路文梅.低压电网三相不对称的危害及调整方法［J］.河北工程技术高等专科学校学报，2004(9):24-26.

［3］梅岭芳.配电网的三相平衡［J］.工业加热，2007，36(5):36-38.

［4］杨秀华.浅谈配电变压器三相负载的不平衡问题［J］.黔东南民族师范高等专科学校学报，2005，23(6):15-18.