專利名稱：三相負(fù)載智能自動平衡方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明三相負(fù)載智能自動平衡方法和系統(tǒng)是一種用于小功率供電電源的三相自動平衡系統(tǒng)，專門用于平衡小功率三相電源為多路三相載荷供電時產(chǎn)生的三相不平衡，是一種三相供電電源的配電方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
數(shù)千瓦到數(shù)百千瓦的中小型供電系統(tǒng)中，在三相電源供電功率有限的情況下，各個三相負(fù)載的每一相須盡可能的相等，這就是三相負(fù)載的平衡問題。因為供電功率較小，所以任何一相的負(fù)載中有相對較大載荷的加入或退出都會直接影響三相供電的平衡。此種現(xiàn)象在大型供電系統(tǒng)中一般不容易遇到，因為單個單相用電器的功率相對供電功率來說太小，不足以對供電系統(tǒng)的平衡構(gòu)成威脅。但是對中小型供電系統(tǒng)來說，單個單相電器的功率不容忽視。特別是中小供電電源對多個三相負(fù)載供電，且各個三相負(fù)載的平衡特性又無法控制時，如何保持三相電源的平衡便成為一個尖銳的問題。公知的方法是進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，近似的配平，或加入額外負(fù)載，以求三相平衡。具體的做法是調(diào)換幾個相的接法，例如兩個三相負(fù)載A和B，三個相分別是A1、A2、A3，B1、B2、B3。原工作狀態(tài)是各相均有載荷且相等，接法是A1接B1；A2接B2；A3接B3。由于某種原因三相負(fù)載A中的A1退出，接著B中的B1、B2退出了，系統(tǒng)不平衡了。只要將A1接B3；A2接B1；A3接B2，就可以保持三相平衡了，當(dāng)然還要注意相序不能錯。這樣做的缺點是，人為操作速度較慢，并且與操作人員的素質(zhì)有很大關(guān)系，一般很難達(dá)到即時調(diào)整的要求。加入額外載荷的方法同樣不可取。加入的額外負(fù)載通常是大電阻，使電能白白浪費，還產(chǎn)生許多不必要的熱能，在發(fā)電機(jī)功率有限時，會大大降低有效載荷，在工作場所狹小的情況下很難使用額外載荷。對于一些特種車輛的供電系統(tǒng)，例如電視轉(zhuǎn)播應(yīng)急電源車、移動衛(wèi)星通訊自備電源車，野外考察自備電源車等，負(fù)載很難做到平衡，少數(shù)幾個大的單相負(fù)載的開啟與否，嚴(yán)重影響整車總負(fù)載的平衡特性。多個這類負(fù)載接入或退出電源系統(tǒng)，都會影響到三相供電電源的系統(tǒng)平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三相負(fù)載智能自動平衡方法和系統(tǒng)，所述方法實現(xiàn)三相配電系統(tǒng)的最佳配載平衡控制。用于三相電源功率有限，各三相負(fù)載存在較大的而且隨機(jī)的不平衡特性的系統(tǒng)環(huán)境。所謂最佳配載三相平衡是指不改變各負(fù)載三相電流的實際大小，而是在保證相序不變的前提下，改變負(fù)載三相電源導(dǎo)線接入三相供電電源的位置，從而實現(xiàn)供電電源的最佳配載，使三相供電電源的平衡度達(dá)到最佳。相序不變的要求十分重要，因為改變相序就意味著負(fù)載中的三相電動機(jī)改變轉(zhuǎn)動方向，這是無論如何也不允許的。在三相供電電源功率有限，各三相負(fù)載的不平衡特性無法控制的前提下，本方法和應(yīng)用本方法進(jìn)行控制的配電平衡系統(tǒng)在實際應(yīng)用中非常有效。具體的方法是監(jiān)測過程a)初始化復(fù)位；b)電源監(jiān)測，包括電壓、電流測量；c)載荷系數(shù)、平衡度計算；d)超限判定；e)如果不超限則回到b)；f)如果超限進(jìn)入配平過程；配平過程
g)自動、手動選擇；h)如果選擇手動，則人員直接操作進(jìn)行配平；i)如果選擇自動，則負(fù)載電流取樣；j)最佳平衡計算；k)換相器編碼形成；l)換相器執(zhí)行。
整個控制過程由兩個子過程組成，一個是監(jiān)測過程，一個是配平過程。監(jiān)測過程是在整個供電-用電系統(tǒng)運行過程中一直不斷的監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行情況，持續(xù)不斷的監(jiān)測系統(tǒng)的電壓、電流等數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，實時計算總負(fù)載的三相不平衡數(shù)據(jù)、總負(fù)載功率以及總負(fù)載功率占三相電源功率的百分比系數(shù)，這個系數(shù)稱為載荷系數(shù)。對不同的載荷系數(shù)規(guī)定了不同的臨界三相不平衡點。超限判定，對于不同的載荷系數(shù)所設(shè)置的平衡度臨界值是不同的，實際應(yīng)用中設(shè)置了多個不同的臨界值，以適應(yīng)不同情況下的載荷系數(shù)。當(dāng)總負(fù)載的不平衡系數(shù)超過相應(yīng)臨界值時，控制器進(jìn)入自動配平過程，或提出警告，由操作人員手動啟動配平，因為有時用戶要求自動平衡過程的啟動要經(jīng)過操作人員允許。一旦進(jìn)入配平過程，控制器立即對各負(fù)載的各相線電流進(jìn)行取樣，并進(jìn)行組合計算，找到各負(fù)載接入供電電源的最佳順序，并生成各換相器的控制編碼。換相器接到控制器的指令后，自動實現(xiàn)各負(fù)載向總電源的最佳接入。最佳平衡計算是根據(jù)取樣的各負(fù)載相電流，做出滿足同相序條件的所有配接組合，分別計算各組合的平衡度，從而確定最佳配接組合，進(jìn)而形成換相器控制碼。
實現(xiàn)三相負(fù)載智能自動平衡方法的三相負(fù)載智能自動平衡系統(tǒng)主要包括電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器、控制器、負(fù)載數(shù)據(jù)采集器和換相器。三相電源與多個換相器連接，各個換相器與各自的三相負(fù)載連接；電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器與三相電源連接，監(jiān)測電源變化；負(fù)載數(shù)據(jù)采集器與各個三相負(fù)載連接，檢測各個三相負(fù)載；電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器和負(fù)載數(shù)據(jù)采集器與控制器連接，向控制器提供數(shù)據(jù)，控制器與各個換相器連接，控制各個換相器換相。三相電源主要針對的設(shè)備包括車載發(fā)電機(jī)或農(nóng)村小型變電變壓器。各三相負(fù)載主要是三相用電的特種車輛，如電視轉(zhuǎn)播車、衛(wèi)星車，通信基站車等，也包括三相不平衡的其它類型負(fù)載?？刂破魇钦麄€系統(tǒng)的核心，是數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)計算、產(chǎn)生控制指令的中心；電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器，負(fù)責(zé)采集供電電源的特性參數(shù)和總的負(fù)載狀況，并將其傳輸給控制器。負(fù)載數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)采集各個負(fù)載的負(fù)載特性，包括負(fù)載的各相線電流，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器；換相器的作用是根據(jù)控制器的指令，將不平衡的多個三相負(fù)載，按控制器的相要求，在相序不變的條件下接入供電電源。
本發(fā)明的有益效果是使小型供電系統(tǒng)始終處于供電平衡狀態(tài)，提高系統(tǒng)效率，在相對意義上來說就是節(jié)約了能源。使發(fā)電機(jī)始終處于三相平衡的發(fā)電狀態(tài)，也就是處于一種正常的運行狀態(tài)，減少了發(fā)電機(jī)的故障率，增加了發(fā)電機(jī)的使用壽命。本系統(tǒng)成功地應(yīng)用于各種應(yīng)急電源車和自備電源車，效果良好，成功的解決了各種三相負(fù)載接入或退出時的三相不平衡問題。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明三相負(fù)載智能自動平衡方法原理框圖；圖2為本發(fā)明三相負(fù)載智能自動平衡系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)框圖。
具體實施例圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖中1.初始化復(fù)位，2.電源檢測，包括電壓、電流測量，3.載荷系數(shù)、平衡度計算，4.超限判定，5.自動、手動選擇，6.手動配平，7.負(fù)載電流取樣，8.最佳平衡計算，9.換相器編碼形成，10.換相器執(zhí)行。
本實施例的運行過程包括兩個子過程監(jiān)測過程和配平過程監(jiān)測過程
a)初始化復(fù)位(1)；b)電源檢測，包括電壓、電流測量(2)；c)載荷系數(shù)、平衡度計算(3)；d)超限判定(4)；e)如果不超限則回到b)；f)如果超限進(jìn)入配平過程；配平過程g)自動、手動選擇(5)；h)如果選擇手動，則由人員操作啟動配平過程(6)；i)如果選擇自動，則直接進(jìn)入負(fù)載電流取樣(7)；j)最佳平衡計算(8)；k)換相器編碼形成(9)；l)換相器執(zhí)行(10)。
監(jiān)測過程是在整個供電-用電系統(tǒng)運行過程中一直不斷的監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行情況，持續(xù)不斷的監(jiān)測系統(tǒng)的電壓、電流等數(shù)據(jù)2，這是一個持續(xù)不斷的過程。根據(jù)測得的這些數(shù)據(jù)，實時計算總負(fù)載的三相不平衡數(shù)據(jù)、總負(fù)載功率以及總負(fù)載功率占三相電源功率的百分比系數(shù)3，這個系數(shù)稱為載荷系數(shù)。對不同的載荷系數(shù)規(guī)定了不同的臨界三相不平衡點。超限判定4對于不同的載荷系數(shù)所設(shè)置的平衡度臨界值是不同的，實際應(yīng)用中設(shè)置了多個不同的臨界值，以適應(yīng)不同情況下的載荷系數(shù)。當(dāng)總負(fù)載的不平衡系數(shù)超過相應(yīng)臨界值時，控制器進(jìn)入自動配平過程，或提出警告，由操作人員手動啟動配平過程，因為有時用戶要求自動平衡過程的啟動要經(jīng)過操作人員允許。一旦進(jìn)入配平過程，控制器立即通過采集對各負(fù)載的各相線電流進(jìn)行取樣7，并進(jìn)行組合計算，找到各負(fù)載接入供電電源的最佳順序8，并生各換相器的控制編碼9。換相器接到控制器的指令，自動實現(xiàn)各負(fù)載向總電源的最佳接入10。最佳平衡計算是根據(jù)取樣的各負(fù)載相電流，做出滿足同相序條件的所有配接組合，分別計算各組合的平衡度，從而確定最佳配接組合，進(jìn)而形成換相器控制碼。
圖2是本發(fā)明的硬件系統(tǒng)框圖。圖中11.三相電源，12.電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器，13.控制器，14.負(fù)載數(shù)據(jù)采集器，15.1，15.2，15.3，......15.n多個換相器，16.1，16.2，16.3，......16.n，多個三相負(fù)載。三相電源11與多個換相器15.1，15.2，15.3，......15.n連接，各個換相器15.1，15.2，15.3，......15.n與各自的三相負(fù)載16.1，16.2，16.3，......16.n連接；電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器12與三相電源連接，監(jiān)測電源變化；負(fù)載數(shù)據(jù)采集器14與各個三相負(fù)載16.1，16.2，16.3，......16.n連接，檢測各個三相負(fù)載；電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器12和負(fù)載數(shù)據(jù)采集器14與控制器13連接，向控制器提供數(shù)據(jù)，控制器13與各個換相器15.1，15.2，15.3，......15.n連接，控制各個換相器換相。本實施例中三相電源11是電視轉(zhuǎn)播應(yīng)急電源車。各三相負(fù)載16.1，16.2，16.3，......16.n是使用三相電的特種車輛，如電視轉(zhuǎn)播車、衛(wèi)星車，通信基站車等，也可以是其它類型負(fù)載?？刂破?2是整個系統(tǒng)的核心，是數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)計算、產(chǎn)生控制指令的中心，控制器可以是工業(yè)控制計算機(jī)或工業(yè)程序控制器即工業(yè)PC，；電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器15，負(fù)責(zé)采集供電電源的特性參和總的負(fù)載狀況，并將其傳輸給控制器12。負(fù)載數(shù)據(jù)采集器14負(fù)責(zé)采集各個負(fù)載的參數(shù)，包括負(fù)載的各相線電流，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器。電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器(12)和負(fù)載數(shù)據(jù)采集器(14)通常是一些測量電流、電壓和功率等的傳感器以及綜合處理傳感器信號的芯片；換相器15.1，15.2，15.3，......15.n的作用是根據(jù)控制器的指令，將不平衡的單個三相負(fù)載，按控制器的要求，在相序不變的條件下接入供電電源。換相器是可以高速開關(guān)的接觸器或大功率晶閘管組成的開關(guān)線路。換相器要合理配用切換部件，換相器的線路設(shè)計應(yīng)保證無錯相序切換和無短路風(fēng)險，同時還要保證5mS以下的切換速度。
權(quán)利要求
1.一種三相負(fù)載智能自動平衡方法，其特征在于，所述的方法監(jiān)測過程a)初始化復(fù)位(1)；b)電源檢測，包括電壓、電流測量(2)；c)載荷系數(shù)、平衡度計算(3)；d)超限判定(4)；e)如果不超限則回到b)；f)如果超限進(jìn)入配平過程；配平過程g)自動、手動選擇(5)；h)如果選擇手動，則由人員操作啟動配平過程(6)；i)如果選擇自動，則直接進(jìn)入負(fù)載電流取樣(7)；j)最佳平衡計算(8)；k)換相器編碼形成(9)；l)換相器執(zhí)行(10)。
2.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的三相負(fù)載智能自動平衡方法的系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器(12)、控制器(13)、負(fù)載數(shù)據(jù)采集器(14)、多個換相器(15.1，15.2，15.3，……15.n)；三相電源(11)與多個換相器(15.1，15.2，15.3，……15.n)連接，各個換相器(15.1，15.2，15.3，……15.n)與各自的三相負(fù)載(16.1，16.2，16.3，……16.n)連接；電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器(12)與三相電源連接，監(jiān)測電源變化；負(fù)載數(shù)據(jù)采集器(14)與各個三相負(fù)載(16.1，16.2，16.3，……16.n)連接，檢測各個三相負(fù)載；電源數(shù)據(jù)監(jiān)測器(12)和負(fù)載數(shù)據(jù)采集器(14)與控制器(13)連接，向控制器提供數(shù)據(jù)，控制器(13)與各個換相器(15.1，15.2，15.3，……15.n)連接，控制各個換相器換相。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相負(fù)載智能自動平衡方法和系統(tǒng)，是一種三相供電電源的配電方法和設(shè)備。在小型供電系統(tǒng)中，因為供電功率較小，所以任何一相的負(fù)載中有相對較大載荷的加入或退出都會直接影響三相供電的平衡。特別是各個三相負(fù)載的平衡特性又無法控制時，問題更加突出。本發(fā)明所述的方法和系統(tǒng)利用不斷監(jiān)測供電系統(tǒng)并自動調(diào)節(jié)各相組合的方法實現(xiàn)了三相的平衡。本發(fā)明主要用于各種小型供電系統(tǒng)的配電系統(tǒng)。
文檔編號H02J3/26GK1929233SQ200510098308
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者路衛(wèi)國 申請人:北京英斯泰克視頻技術(shù)有限公司