專利名稱：三相負載智能自動平衡方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明三相負載智能自動平衡方法和系統是一種用于小功率供電電源的三相自動平衡系統，專門用于平衡小功率三相電源為多路三相載荷供電時產生的三相不平衡，是一種三相供電電源的配電方法和設備。
背景技術：
數千瓦到數百千瓦的中小型供電系統中，在三相電源供電功率有限的情況下，各個三相負載的每一相須盡可能的相等，這就是三相負載的平衡問題。因為供電功率較小，所以任何一相的負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。此種現象在大型供電系統中一般不容易遇到，因為單個單相用電器的功率相對供電功率來說太小，不足以對供電系統的平衡構成威脅。但是對中小型供電系統來說，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載供電，且各個三相負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。公知的方法是進行手動調節，近似的配平，或加入額外負載，以求三相平衡。具體的做法是調換幾個相的接法，例如兩個三相負載A和B，三個相分別是A1、A2、A3，B1、B2、B3。原工作狀態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載A中的A1退出，接著B中的B1、B2退出了，系統不平衡了。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有很大關系，一般很難達到即時調整的要求。加入額外載荷的方法同樣不可取。加入的額外負載通常是大電阻，使電能白白浪費，還產生許多不必要的熱能，在發電機功率有限時，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，例如電視轉播應急電源車、移動衛星通訊自備電源車，野外考察自備電源車等，負載很難做到平衡，少數幾個大的單相負載的開啟與否，嚴重影響整車總負載的平衡特性。多個這類負載接入或退出電源系統，都會影響到三相供電電源的系統平衡。
發明內容
本發明的目的是提供一種三相負載智能自動平衡方法和系統，所述方法實現三相配電系統的最佳配載平衡控制。用于三相電源功率有限，各三相負載存在較大的而且隨機的不平衡特性的系統環境。所謂最佳配載三相平衡是指不改變各負載三相電流的實際大小，而是在保證相序不變的前提下，改變負載三相電源導線接入三相供電電源的位置，從而實現供電電源的最佳配載，使三相供電電源的平衡度達到最佳。相序不變的要求十分重要，因為改變相序就意味著負載中的三相電動機改變轉動方向，這是無論如何也不允許的。在三相供電電源功率有限，各三相負載的不平衡特性無法控制的前提下，本方法和應用本方法進行控制的配電平衡系統在實際應用中非常有效。具體的方法是監測過程a)初始化復位；b)電源監測，包括電壓、電流測量；c)載荷系數、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，則人員直接操作進行配平；i)如果選擇自動，則負載電流取樣；j)最佳平衡計算；k)換相器編碼形成；l)換相器執行。
整個控制過程由兩個子過程組成，一個是監測過程，一個是配平過程。監測過程是在整個供電-用電系統運行過程中一直不斷的監測整個系統的運行情況，持續不斷的監測系統的電壓、電流等數據，根據這些數據，實時計算總負載的三相不平衡數據、總負載功率以及總負載功率占三相電源功率的百分比系數，這個系數稱為載荷系數。對不同的載荷系數規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所設置的平衡度臨界值是不同的，實際應用中設置了多個不同的臨界值，以適應不同情況下的載荷系數。當總負載的不平衡系數超過相應臨界值時，控制器進入自動配平過程，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過操作人員允許。一旦進入配平過程，控制器立即對各負載的各相線電流進行取樣，并進行組合計算，找到各負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，自動實現各負載向總電源的最佳接入。最佳平衡計算是根據取樣的各負載相電流，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，進而形成換相器控制碼。
實現三相負載智能自動平衡方法的三相負載智能自動平衡系統主要包括電源數據監測器、控制器、負載數據采集器和換相器。三相電源與多個換相器連接，各個換相器與各自的三相負載連接；電源數據監測器與三相電源連接，監測電源變化；負載數據采集器與各個三相負載連接，檢測各個三相負載；電源數據監測器和負載數據采集器與控制器連接，向控制器提供數據，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備包括車載發電機或農村小型變電變壓器。各三相負載主要是三相用電的特種車輛，如電視轉播車、衛星車，通信基站車等，也包括三相不平衡的其它類型負載。控制器是整個系統的核心，是數據分析、狀態計算、產生控制指令的中心；電源數據監測器，負責采集供電電源的特性參數和總的負載狀況，并將其傳輸給控制器。負載數據采集器負責采集各個負載的負載特性，包括負載的各相線電流，并將數據傳輸給控制器；換相器的作用是根據控制器的指令，將不平衡的多個三相負載，按控制器的相要求，在相序不變的條件下接入供電電源。
本發明的有益效果是使小型供電系統始終處于供電平衡狀態，提高系統效率，在相對意義上來說就是節約了能源。使發電機始終處于三相平衡的發電狀態，也就是處于一種正常的運行狀態，減少了發電機的故障率，增加了發電機的使用壽命。本系統成功地應用于各種應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載接入或退出時的三相不平衡問題。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
圖1為本發明三相負載智能自動平衡方法原理框圖；圖2為本發明三相負載智能自動平衡系統的硬件系統框圖。
具體實施例圖1為本發明的原理框圖。圖中1.初始化復位，2.電源檢測，包括電壓、電流測量，3.載荷系數、平衡度計算，4.超限判定，5.自動、手動選擇，6.手動配平，7.負載電流取樣，8.最佳平衡計算，9.換相器編碼形成，10.換相器執行。
本實施例的運行過程包括兩個子過程監測過程和配平過程監測過程
a)初始化復位(1)；b)電源檢測，包括電壓、電流測量(2)；c)載荷系數、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，則直接進入負載電流取樣(7)；j)最佳平衡計算(8)；k)換相器編碼形成(9)；l)換相器執行(10)。
監測過程是在整個供電-用電系統運行過程中一直不斷的監測整個系統的運行情況，持續不斷的監測系統的電壓、電流等數據2，這是一個持續不斷的過程。根據測得的這些數據，實時計算總負載的三相不平衡數據、總負載功率以及總負載功率占三相電源功率的百分比系數3，這個系數稱為載荷系數。對不同的載荷系數規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所設置的平衡度臨界值是不同的，實際應用中設置了多個不同的臨界值，以適應不同情況下的載荷系數。當總負載的不平衡系數超過相應臨界值時，控制器進入自動配平過程，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過操作人員允許。一旦進入配平過程，控制器立即通過采集對各負載的各相線電流進行取樣7，并進行組合計算，找到各負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，自動實現各負載向總電源的最佳接入10。最佳平衡計算是根據取樣的各負載相電流，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，進而形成換相器控制碼。
圖2是本發明的硬件系統框圖。圖中11.三相電源，12.電源數據監測器，13.控制器，14.負載數據采集器，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與各自的三相負載16.1，16.2，16.3，......16.n連接；電源數據監測器12與三相電源連接，監測電源變化；負載數據采集器14與各個三相負載16.1，16.2，16.3，......16.n連接，檢測各個三相負載；電源數據監測器12和負載數據采集器14與控制器13連接，向控制器提供數據，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是電視轉播應急電源車。各三相負載16.1，16.2，16.3，......16.n是使用三相電的特種車輛，如電視轉播車、衛星車，通信基站車等，也可以是其它類型負載。控制器12是整個系統的核心，是數據分析、狀態計算、產生控制指令的中心，控制器可以是工業控制計算機或工業程序控制器即工業PC，；電源數據監測器15，負責采集供電電源的特性參和總的負載狀況，并將其傳輸給控制器12。負載數據采集器14負責采集各個負載的參數，包括負載的各相線電流，并將數據傳輸給控制器。電源數據監測器(12)和負載數據采集器(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的作用是根據控制器的指令，將不平衡的單個三相負載，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的接觸器或大功率晶閘管組成的開關線路。換相器要合理配用切換部件，換相器的線路設計應保證無錯相序切換和無短路風險，同時還要保證5mS以下的切換速度。
權利要求
1.一種三相負載智能自動平衡方法，其特征在于，所述的方法監測過程a)初始化復位(1)；b)電源檢測，包括電壓、電流測量(2)；c)載荷系數、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，則直接進入負載電流取樣(7)；j)最佳平衡計算(8)；k)換相器編碼形成(9)；l)換相器執行(10)。
2.實現權利要求1所述的三相負載智能自動平衡方法的系統，其特征在于，所述的系統包括電源數據監測器(12)、控制器(13)、負載數據采集器(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)與各自的三相負載(16.1，16.2，16.3，……16.n)連接；電源數據監測器(12)與三相電源連接，監測電源變化；負載數據采集器(14)與各個三相負載(16.1，16.2，16.3，……16.n)連接，檢測各個三相負載；電源數據監測器(12)和負載數據采集器(14)與控制器(13)連接，向控制器提供數據，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
本發明公開了一種三相負載智能自動平衡方法和系統，是一種三相供電電源的配電方法和設備。在小型供電系統中，因為供電功率較小，所以任何一相的負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。特別是各個三相負載的平衡特性又無法控制時，問題更加突出。本發明所述的方法和系統利用不斷監測供電系統并自動調節各相組合的方法實現了三相的平衡。本發明主要用于各種小型供電系統的配電系統。
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 優先權日2005年9月7日
發明者路衛國 申請人:北京英斯泰克視頻技術有限公司