王蓉暉 賈書洪 劉 鋼

(1:吉林建筑工程學(xué)院電氣與電子信息工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118; 2:吉林建筑工程學(xué)院智能建筑系統(tǒng)集成與節(jié)能控制實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130118; 3:空軍航空大學(xué)基礎(chǔ)部實(shí)驗(yàn)中心，長(zhǎng)春 130022)

0 引言

目前，電力輸送和供給以三相四線制形式(380V三相交流動(dòng)力電)最為普遍.大到區(qū)域電網(wǎng)，小到民居單元供電皆如此.平衡(每相電流相等)對(duì)于電網(wǎng)安全、用電安全及用電效率都非常重要，所以在容量分配設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求達(dá)到平衡.市電(220V單相電，俗稱照明電)是使用三相中的某一相，是(除動(dòng)力電設(shè)備如三相電動(dòng)機(jī)、機(jī)床等)供電的主要形式，用電特點(diǎn)是負(fù)荷隨機(jī)性強(qiáng)，用電設(shè)備、器具的使用不是一成不變的.這就使三相電中每一相的電流相等幾乎不可能，就是說不平衡的問題是經(jīng)常存在的［1］.不平衡的危害主要有以下方面:零線電流造成線損，浪費(fèi)電能;對(duì)線路容量要求高，特別是零線;造成某單相電壓與標(biāo)準(zhǔn)值偏差，過高時(shí)可燒毀用電設(shè)備，過低時(shí)使用電設(shè)備不能正常工作，這是一個(gè)長(zhǎng)期存在的老大難問題，至今未能有效解決，因此造成許多浪費(fèi)、損失和不便［2-3］.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)要解決的技術(shù)問題是提供一種三相電調(diào)平系統(tǒng).方案是采用檢測(cè)模塊、服務(wù)器、切換模塊和切換開關(guān)構(gòu)成電力智能無縫隙三相調(diào)平系統(tǒng)，服務(wù)器分別連接檢測(cè)模塊和切換模塊，切換模塊連接切換開關(guān)，檢測(cè)模塊，是能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)三相線路中各相電流信號(hào)的裝置;服務(wù)器對(duì)檢測(cè)模塊檢測(cè)出各相電流信號(hào)進(jìn)行分析、比較、處理;切換模塊是能夠接收服務(wù)器的處理指令，并且控制切換開關(guān)開合的裝置;切換開關(guān)是安裝在三相線路中各相(部分)線路上的電開關(guān)［4］.

服務(wù)器獲得檢測(cè)模塊提供的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三相電流數(shù)據(jù)，當(dāng)三相電流相差超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)在可控末端搜尋與相差電流負(fù)荷相近的支路，并控制相應(yīng)的切換模塊通過切換開關(guān)，將電流偏大的某相的某個(gè)支路負(fù)荷切換到電流偏小的某相中去，系統(tǒng)以此方式進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，使各相電流差值控制在設(shè)定允許范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)維持三相負(fù)荷平衡.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示.

本系統(tǒng)由服務(wù)器、檢測(cè)模塊、切換模塊和切換開關(guān)構(gòu)成，服務(wù)器分別連接檢測(cè)模塊和切換模塊，切換模塊連接切換開關(guān).

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)各部分功能及工作流程

系統(tǒng)由服務(wù)器、檢測(cè)模塊、切換模塊和切換開關(guān)構(gòu)成，各部分功能及工作流程如下:

(1)服務(wù)器. 電子計(jì)算機(jī)，使用專用調(diào)控軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三相電流數(shù)據(jù).當(dāng)三相電流大小相差超過設(shè)定值時(shí)，軟件系統(tǒng)在可控末端搜尋相近的用電支路，并控制將電流偏大的某相的某個(gè)支路負(fù)荷切換到電流偏小的某相中去.軟件系統(tǒng)以此方式進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，使各相電流差值控制在設(shè)定允許范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)維持三相負(fù)荷平衡.服務(wù)器邏輯控制流程圖如圖2所示;

(2)V/I檢測(cè)模塊. 用以實(shí)時(shí)檢測(cè)各相電壓、電流，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至服務(wù)器;

(3)V/I檢測(cè)、相間切換模塊. (a)具備一個(gè)智能接口，通過電力線與服務(wù)器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信;(b)具有多個(gè)A/V接口，實(shí)時(shí)采集電力線路中三相的電流、電壓值;(c)具有一組開關(guān)量輸出接口，用于服務(wù)器調(diào)控信號(hào)輸出，控制切換開關(guān)工作;(d)具有唯一的內(nèi)置地址碼;

(4)切換開關(guān). 受切換模塊控制，用于將電流偏大相的負(fù)荷切換到電流偏小相的線路中.切換開關(guān)由可控硅H、接觸器K 1和K 2構(gòu)成，可控硅H與接觸器K 2串聯(lián)，再與接觸器K 1并聯(lián)，可控硅H和接觸器的控制端連接切換模塊，完成無縫隙切換.

圖2 服務(wù)器邏輯控制流程

3 切換電路設(shè)計(jì)

若直接用接觸器完成切換，選取適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲200 mS～500 mS，延遲時(shí)間受接觸器動(dòng)作時(shí)間限制，必須保證先斷后接，所以不能選取很短.此方法存在斷電縫隙，對(duì)于一般照明設(shè)備燈光會(huì)有一次閃爍，基本不影響使用.但對(duì)于電腦及其他特殊用電設(shè)備，可能會(huì)造成掉電，影響設(shè)備工作.

為了實(shí)現(xiàn)無縫隙切換，切換開關(guān)選用可控硅.切換開關(guān)示意圖如圖3所示，由可控硅H、接觸器K 1和K 2構(gòu)成，可控硅H與接觸器K 2串聯(lián)，再與接觸器K 1并聯(lián)，可控硅H和接觸器的控制端連接切換模塊.以A，C兩相線路切換為例，切換時(shí)，切換模塊接收到服務(wù)器發(fā)出的切換指令后，首先吸合A相和C相的K 2，這時(shí)，A相可控硅導(dǎo)通，然后切斷A相K 1接觸器，A相負(fù)荷暫由可控硅提供電流.控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)A，C相電壓參數(shù)，在A相電壓過零點(diǎn)時(shí)關(guān)閉可控硅，然后切斷K 2，將負(fù)荷從A相斷開;在C相電壓過零點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)C相可控硅導(dǎo)通并吸合C相K 1，然后斷開C相K 2，關(guān)閉C相可控硅.這樣就實(shí)現(xiàn)了A相到C相的過零無縫隙切換，切換延遲時(shí)間最大不超過三分之一市電周期，即小于7 mS.這對(duì)被切換線路中用電設(shè)備正常工作不會(huì)有任何影響.過零切換還可以有效減輕接觸器觸點(diǎn)損傷，延長(zhǎng)使用壽命.

圖3 切換開關(guān)示意圖

4 應(yīng)用實(shí)例

某五星級(jí)酒店存在三相負(fù)載不平衡現(xiàn)象明顯，由于三相負(fù)載不平衡造成的零線電壓不為零帶來的單相電壓過壓或欠壓等問題，造成一些設(shè)備不能正常啟動(dòng)或啟動(dòng)后由于電壓保護(hù)而停止，導(dǎo)致了酒店運(yùn)營受到影響.應(yīng)用了三相電力智能無縫隙調(diào)平衡系統(tǒng)后，以上現(xiàn)象不再出現(xiàn).該系統(tǒng)不但能夠調(diào)整負(fù)載平衡，而且能達(dá)到節(jié)約零線電能損耗的目的.

5 結(jié)論

三相電力智能無縫隙調(diào)平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，針對(duì)目前大量存在的三相負(fù)載不平衡現(xiàn)象，給出了設(shè)計(jì)方案，可以解決由于三相不平衡造成的零線電壓不為零帶來的零線電能損耗和單相電壓過壓或欠壓等問題.由于該類問題普遍存在，故該系統(tǒng)具有較好的市場(chǎng)需求和應(yīng)用前景.

［1］趙 玨.三相變壓器的不平衡負(fù)荷運(yùn)行及節(jié)能［J］.能源研究與利用，2006(2):122-124.

［2］李 燕，路文梅.低壓電網(wǎng)三相不對(duì)稱的危害及調(diào)整方法［J］.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004(9):24-26.

［3］梅嶺芳.配電網(wǎng)的三相平衡［J］.工業(yè)加熱，2007，36(5):36-38.

［4］楊秀華.淺談配電變壓器三相負(fù)載的不平衡問題［J］.黔東南民族師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2005，23(6):15-18.