随着基于計算機系統的控制設備與電子裝置的廣泛應用，電力系統中用電負荷結構發 生改變，即變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線性、沖擊性負荷造成對電能質量的 污染與破壞，而電能作為商品，人們會對電能質量提出更高的要求，電能質量已逐漸成為 全社會共同關注的問題，有關電能質量的問題已經成為電工領域的前沿性課題。

電壓不平衡國家标準《電能質量三相電壓允許不平衡度》（GB/T15543-1995)适用于 交流額定頻率為50Hz電力系統，該标準規定：電力系統公共連接點正常運行方式下不平 衡度允許值為2%，短時不得超過4%，每個用戶不得超過1.3%。其短時允許值是指任何 時刻均不能超過的限制值，以保證保護和自動裝置的正确動作。

變壓器是一種廣泛使用的輸變電設備，從發電、供電到用電需要經過3—5次變壓過 程。變壓器運行會引起有功和無功損耗，電網中變壓器引起的總的電能損耗約占總發電量 的10%左右，這對全國來說，意味着全年變壓器總的電能損耗為1000多億kWh，相當于 一個較大電廠的年發電量。變壓器損耗約占電力系統線損的50%左右，在農電系統中變壓 器損耗占農電網損耗的60—70%。根據變電站的運行情況，對變壓器的損耗及經濟運行進 行分析，适時調整變壓器的運行容量，降低變壓器的損耗，可以提高變電站的經濟效益。 變壓器的損耗分為鐵芯損耗(固定損耗)和繞組電阻損耗(可變損耗)兩部分，由于變壓器的 各繞組所通過的電流不同，因此必須分别計算各繞組的損耗電量，然後相加才是變壓器的 總損耗。所以,變壓器經濟運行的實質就是變壓器節電運行。

電壓不平衡會導緻數倍的電流不平衡，導緻電動機中逆扭矩增加使溫度上升，效率降 低，損失增加，發生震動，輸出節減等影響；各相之間電壓不平衡的發生帶來縮短機器壽 命和增加了設備維持補修的費用；斷路器容許電流的餘量減少，負載變更時或負載交替時 發生超載、短路；中性線中流入過大的不平衡電流所以中性線增粗。在上述系統下運行的 低壓動力負荷（如三相異步電動機負荷等），會受到嚴重影響， 一般情況下， 一個單位的 負序電壓會産生兩個單位的負序電流，也就是說，14%的負序電壓，會引起28%的負序電 流。

消減三相電壓的不平衡度可對電動機取得較理想的節電效益：在三相電壓幅值相等 時， 一般三相電壓是平衡的，其各相電壓矢量也相差120° ,但在三相電壓不平衡時，則 産生負序電壓和零序電壓分量。它可使電動機産生附加的反方向旋轉的制動力矩，如果要 克服它并且按正方向保持原速度，就要額外增加相對于一倍負序分量的正序能量才能保持原速度，如果U2=1.5%U1，則要增加2 X1.5X的功率，對于零序分量就是由于電壓的不 平衡産生電壓中心點偏移導緻的零序電壓或電流分量，它對電動機産生振動力矩和增大線 圈漏磁通消耗。

低壓配網的三相不平衡一直是困擾供電單位的主要問題之一，配網三相不平衡将增加 變壓器和配電線路的損耗，降低變壓器的出力，影響供電質量，并對用電設備造成損害。

三相負荷不平衡可分為兩種類型。 一種是系統不對稱，由于設備增加或其它原因，三 相的平均負荷不相等。供電單位目前解決的辦法是在監測的基礎上通過停電重新調整單相 負荷來實現三相負荷基本平衡，這樣做無形中增加了停電操作次數，即保證不了供用電的 安全性和可靠性，又增加了員工的工作量。第二種是随機性的不平衡，在例如樓宇及住宅 小區等民用建築的低壓配網中，由于存在大量的不具備規律性單相負荷，且該類負荷無法 事先預知，使原本通過調整單相負荷來實現三相負荷基本平衡在實際運行中己全無意義， 導緻了低壓配網三相負荷階段性的嚴重不平衡。為了有效地改善這種不平衡隻能利用智能 的控制裝置把一部分負荷在線轉移到另外的相上去，使三相負荷相對平衡，實現降損調荷 的目的。

已有的相關技術說明如下：

題為"無功補償用智能複合開關"，專利号：200320110716.4的中國專利。公開了一種 無功補償裝置，尤其是指一種用于無功補償裝置的複合開關。該專利與電力系統負荷轉移 智能控制節能裝置沒有關系。

題為"智能型無觸點複合開關"，專利号：200320116892.9的中國專利。公開了一種電 容投切開關，具體涉及專用于低壓無功能補償裝置中電容器投切控制的智能型無操作過電 壓、無投切湧流、無功耗、不發熱的智能型無觸點複合開關。該專利與電力系統負荷轉移 智能控制節能裝置沒有關系。

題為"補償動态三相不平衡負荷的方法及補償裝置"，專利号：02103873.2的中國專 利。公開了一種涉及電力系統不平衡負荷補償技術，用晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電 容器進行補償。該專利所述的裝置對不平衡負荷進行補償，補償裝置控制複雜，補償費用 昂貴，沒有節能功能，與電力系統負荷轉移智能控制節能裝置沒有關系。

題為"三相不平衡調節及無功補償裝置"，專利号：200620075902.2的中國專利。公 開了應用于配電系統進行無功補償和三相不平衡調節的裝置，由控制器控制複合開關實現 電容器投切，是一種能有效地實現負荷平衡調節的無功補償裝置，補償裝置控制複雜，補 償費用昂貴，沒有節能功能，與電力系統負荷轉移智能控制節能裝置沒有關系。

上述内容總體是利用複合開關技術實現電網中的電容投切，即向電力系統節點内注入 不同的無功功率的辦法來提高插入點的電壓，通過補償電容來實現三相電壓的平衡，補償 裝置控制複雜，補償費用昂貴，沒有節能功能，與電力系統負荷轉移智能控制節能裝置沒 有關系。

問題拆分

1、一種電力系統負荷轉移智能控制節能裝置，其特征在于，該裝置由依次相連的電量信号采集電路、控制器系統、驅動放大電路和負荷轉移開關陳列所組成；其中，電量信号采集電路，用以完成配電變壓器輸出的電壓、電流等信号采集；控制器系統，根據采集的信号完成根據國家相關标準制訂的控制策略的實現，判斷是否需要對各電力系統負荷進行負荷轉移控制；若需要進行負荷轉移控制，則将控制信号傳給驅動放大電路；驅動放大電路，用以完成控制信号的電氣隔離和放大，并送給負荷轉移開關陣列；負荷轉移開關陣列，按照控制信号的要求對1-N組電力系統負荷進行負荷轉移，使配電變壓器的輸出電壓A相、B相和C相之間達到平衡，其中N為正整數。

2、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電量信号采集電路由3隻電壓互感 器PT、 3隻電流互感器CT組成。

3、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制器系統由控制器及分别與其相 連的信号調理電路、信号隔離電路、标準通訊接口和狀态顯示器；其中，信号調理電路， 完成電量信号采集電路的信号的調理，并送給控制器；控制器根據控制策略發出負荷轉移 控制命令；信号隔離電路，完成控制命令的電氣隔離并送給驅動放大電路；标準通訊接口 是控制器的串行接口 RS-232和局域網總線接口 CAN;狀态顯示器完成電力系統負荷轉移 智能控制節能裝置的自檢、工作狀态和通訊狀态。

4、 如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述負荷轉移開關陣列由6XN組開關組 成的陣列，完成N組電力系統負荷的轉移控制，每一組電力系統負荷有6個負荷轉移開關 開關，該開關的一端和配電變壓器輸出端相連，另一端與相對應的一組電力系統負荷相連。

5、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述每個負荷轉移開關是由機械開關的 接觸器主觸點KC和雙向電力電子開關T組成的複合開關，複合開關的一端A和配電變壓 器輸出端相連，另一端K與一組電力系統負荷相連。

問題解決

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種電力系統負荷轉移智能控制節能裝置，采用直接轉移三相所帶負荷的辦法來對三相的電壓直接進行平衡，從根源上解決 三相負荷不平衡問題及配電變壓器的能耗問題，而且實現的成本低且控制簡單。

本發明的電力系統負荷轉移智能控制節能裝置由依次相連的電量信号采集電路、控制 器系統、驅動放大電路和負荷轉移開關陳列所組成；其中，電量信号采集電路，用以完成 配電變壓器輸出的電壓、電流等信号采集；控制器系統，根據采集的信号完成根據國家相 關标準制訂的控制策略的實現，判斷是否需要對各電力系統負荷進行負荷轉移控制；若需 要進行負荷轉移控制，則将控制信号傳給驅動放大電路；驅動放大電路，用以完成控制信 号的電氣隔離和放大，并送給負荷轉移開關陣列；負荷轉移開關陣列，按照控制信号的要 求對l-N組電力系統負荷進行負荷轉移，使配電變壓器的輸出電壓A相、B相和C相之間 達到平衡，其中N為正整數。

所述電量信号采集電路可由3隻電壓互感器PT、 3隻電流互感器CT組成。 本發明的工作原理用三隻電流互感器和三隻電壓互感器為測量部件來說明：當配電變 壓器運行不平衡度超過整定值時啟動負荷轉移控制策略，這時所用的三隻單相電壓互感器 就有電壓最低相别出現（比如是C相，這也是配電變壓器三相負荷中最高的一相），測量 部件把線路最低電壓相别反饋給控制器，控制器啟動負荷轉移器的執行部件即無觸點複合 開關，驅動它把負荷轉移器所帶的負荷投切到電壓最高相上（比如是A相，這個相别的負 荷正是配電變壓器三相負荷中最低的一相）。負荷轉移器及時把占整個配電變壓器負荷10 %的負荷投切到了電壓最高相上，做到了及時補充和調整，使其變壓器總配電負荷三相電 流基本平衡。動作完畢後，測量部件及控制器自動恢複到原始狀态，等待下一次調荷。 本發明的主要技術特點及效果： ' 本裝置檢測電力系統的電壓、電流量并判斷電力系統的不平衡度，根據相關國家标準 設計負荷轉移控制策略，利用無觸點複合開關技術，在配電側對三相不平衡負荷中的一部 分進行轉移，達到使三相負荷平衡的目的，減少了配電變壓器及線路等的損耗，同時實現 節能控制。

本發明能在配電變壓器低壓三相負荷超過有關國家标準規定不平衡度要求時，對負荷 進行選擇性投切，達到調整三相負荷相對平衡的目的。從而保證了用電客戶的電壓質量， 降低了低壓線損，同時減少了人工調負荷操作的工作量，減少了停電次數，提高了供電可 靠性，為下一步實現配網自動化奠定了基礎。

附圖說明

圖1為本發明電力系統負荷轉移智能控制節能裝置的結構框圖。

圖2為本發明裝置的控制器系統框圖；

圖3為本發明裝置的負荷轉移開關陣列框圖；

圖4為本發明裝置的負荷轉移開關單元框圖；

圖5為本發明裝置的工作原理框圖。

具體實施方式本發明提出的電力系統負荷轉移智能控制節能裝置結合附圖及實施例詳細說明如下： 本發明的電力系統負荷轉移智能控制節能裝置的總體結構如圖1所示，圖1中虛線框 裡部分是本發明的裝置。由依次相連的電量信号采集電路、控制器系統、驅動放大電路和

負荷轉移開關陳列所組成；其中，電量信号采集電路由3隻電壓互感器PT、 3隻電流互感 器CT組成，完成配電變壓器輸出的電壓、電流等信号采集；控制器系統，根據采集的信 号完成根據國家相關标準制訂的控制策略的實現，判斷是否需要對各電力系統負荷進行負 荷轉移（三相電力負荷轉移）控制；若需要進行負荷轉移控制，控制器系統将控制信号傳 給驅動放大電路；驅動放大電路（實施例采用ULN2003)完成控制信号的電氣隔離和放大 後送給負荷轉移開關陣列；負荷轉移開關陣列根據控制器系統的控制策略，按照控制信号 的要求對l-N個電力系統負荷進行負荷轉移，使配電變壓器的輸出電壓A相、B相和C相 之f司達到平衡，其中N為正整數。

本發明的電力系統負荷轉移智能控制節能裝置的控制器系統組成結構如圖2中虛線框 中的部分所示，由控制器及分别與其相連的信号調理電路、信号隔離電路、标準通訊接口 和狀态顯示器。其中，信号調理電路采用TL084組成的運算放大器，完成電量信号采集電 路的信号的調理，送給控制器；控制器的實施例采用單片機C8051F045，控制器根據控制 策略發出負荷轉移控制命令；信号隔離電路的實施例由TLP521和繼電器組成，完成控制 命令的電氣隔離并送給驅動放大電路。标準通訊接口是控制器的串行接口 RS-232和局域 網總線接口 CAN;狀态顯示器采用數碼管或液晶屏來完成電力系統負荷轉移智能控制節能 裝置的自檢、工作狀态和通訊狀态等。

本發明的電力系統負荷轉移智能控制節能裝置的負荷轉移開關陣列結構如圖3所示， 由6XN組開關組成的陣列，完成N組電力系統負荷的轉移控制，每一組電力系統負荷有 6個負荷轉移開關開關，該開關的一端和配電變壓器輸出端相連，另一端與相對應的一組 電力系統負荷相連。如#1電力系統負荷有Kll、 K12、 K13、 K14、 K15、 K16共6個開關， 控制Kll、 K12可将W電力系統負荷轉移到配電變壓器的A相；控制K13、 K14可将存l 電力系統負荷轉移到配電變壓器的B相；控制K15、 K16可将針電力系統負荷轉移到配電 變壓器的C相。

本發明裝置的每個負荷轉移開關結構實施例如圖5所示，每個是由機械開關的接觸器 主觸點KC和雙向電力電子開關T組成的複合開關，複合開關的一端A和配電變壓器輸出 端相連，另一端K與一組電力系統負荷相連。負荷轉移開關陣列根據控制策略，完成對#1 電力系統負荷、#2電力系統負荷......和艦電力系統負荷的負荷轉移到配電變壓器的A相、

B相或C相，實現"配電變壓器"三相負荷平衡的目的，減少配電變壓器及線路等的損耗， 實現節能控制。

本發明裝置的工作原理如圖5所示：電力系統網絡通過配電變壓器對電力系統負荷供 電，本發明的電力系統負荷轉移智能控制節能裝置處于配電變壓器和電力系統負荷之間， 檢測電力系統的電壓、電流等電氣量，判斷電力系統的不平衡度，根據負荷轉移策略，利 用複合開關技術，在配電側對三相不平衡負荷中的一部分進行轉移，達到使三相負荷平衡 的目的，減少了配電變壓器及線路等的損耗，實現節能控制。

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