一种单相负荷的控制装置及其控制方法

一种单相负荷的控制装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种三相电力系统中单相负荷的控制装置及其控制方法，尤其涉及控制单相热单相负载以提高控制系统的可靠性和灵活性及其调控能力。
【背景技术】
[0002]在现有的三相电力系统中对单相负荷的控制方法无法实现简单灵活的选择性控制，难以达到可靠性高和节能的目的。

【发明内容】

[0003]发明目的:本发明提供一种三相电力系统中单相负载的控制装置及其控制方法，其目的是解决现有单相负荷的冗余控制方法无法实现简单灵活的选择性控制，难以达到可靠性高和节能的目的控制的问题。
[0004]发明可以用来平衡有功，补偿无功，达到保证三相平衡，安全，节能的目的。
[0005]技术方案:本发明是通过以下技术方案来实现的:一种三相电力系统中单相负荷的控制装置，它至少包括:接至三相电源上的二个转换开关或若干个单相功率驱动器和由其控制的单相负载，其特征是分别接至三相电源上的单相功率驱动器或者是它们分别接至的单相负荷两侧，其中一侧的单相功率驱动器分别接至三相电源的任何两相上，另一侧接至另外一相和其它两相的任何一相上或者零线上，这样就可以把单相负荷加在各相与各相之间；或者三个单相功率驱动器的一端分别接至A、B、C三相上，另外一端接在一起后接至冗余负荷或可变单相负荷的一端，其另一端接在零线上，这样就可将其加在任何相与地之间，两者可变负载的变化通过功率调节器或投切部分负荷来实现，都可用于调整有功，补偿无功，都能对单相负载进行灵活的选择性控制，达到平衡三相负荷，提高系统的可靠性，节能的目的。
[0006]在自动控制时它还包括:三相电力系统的电参数变送器或过程变量传感器和智能控制器，其特征是智能控制器根据采样结果分别控制各个单相功率驱动器，它至少通过二个转换开关或三个单相开关使热单相负载加在相与相之间或加在各相与零线之间，以进行灵活的选择性控制，实现单相负载的冗余控制和优化控制，它适用于变负载的场合，可以用来平衡有功，补偿无功，实现冗余控制和优化控制。
[0007]如图1 (a)所示，本发明把功率驱动器a和b的一端分别接至三相电源上的Ua和Ub上，另一端接在一起后与单相负荷的一端相连，功率驱动器c和d的一端分别接至三相电源上的Uc和Ua上，另一端接在一起后与单相负荷的另一端相连。要把单相负荷加在A相和B相之间时，功率驱动器b和d闭合，功率驱动器a和c断开；单相负荷加在B相和C相之间时，功率驱动器b和c闭合，功率驱动器a和功率驱动器d断开；单相负荷加在C相和A相之间时，功率驱动器c和a闭合，功率驱动器b和d断开。切除单相负荷时，功率驱动器a-d全部断开或功率驱动器b和c断开，率驱动器a和d闭合；图1 (b)和图1 (C)的情况与此类似，不再累述。
[0008]如图2 (a)所示，本发明功率驱动器a和b的一端分别接至Ua和Ub上，另一端接在一起后与单相负荷I的一端相连，功率驱动器c和d的一端分别接至三相电源上的Uc和Ua上，另一端接在一起后与单相负荷2的一端相连，单相负荷I和2的另一端接在一起后接在零线N上。要把单相负荷I加在A相与零线之间时，功率驱动器a闭合，b断开；单相负荷I加在B相与零线之间时，功率驱动器b闭合，a断开；要把单相负荷2加在C相与零线之间时，功率驱动器c闭合，d断开；单相负荷2加在A相与零线之间时，功率驱动器d闭合，c断开；图2 (b)和图2 (c)的情况与此类似，不再累述。
[0009]如图3所示，本发明与图2不同之处是单相负荷I和2的另一端接在一起后接在单相驱动器e的一端，其另外一端接在零线N上，当功率驱动器e闭合时，工作原理与图2相同；当其断开时单相负荷I和单相负荷2串联后等效负荷相当于图1的负荷，这时工作原理与图1相同，不再累述。
[0010]如图4所示，本发明与图1不同之处是单相负荷串联一个调功器，用其来连续调节负荷功率，可以连续调节负荷功率，工作原理与图1相同，不再累述。
[0011]如图5 (a)所示，本发明功率驱动器a和b的一端分别接至Ua和Ub上，另一端接在一起后与单相负荷I的一端相连，功率驱动器c和d的一端分别接至Uc和Ua上，另一端接在一起后与单相负荷η的一端相连，单相负荷1、单相负荷2至单相负荷η依次串联，每个单相负荷两侧并联一个开关，要切除那个单相负荷就把相应的开关闭合，例如要切除单相负荷I就把相应的要把开关J P I闭合，要切除单相负荷2就把相应的要把开关J ρ2闭合，切除其它负荷依次类推，其它部分工作原理与图1相同；图5 (b)和图5 (c)的情况与此类似，不再累述。
[0012]如图6 (a)所示，本发明把功率驱动器a和b的一端分别接至Ua和Ub上，另一端接在一起后与单相负荷的一端相连，功率驱动器c和d的一端分别接至Uc和零线N上，另一端接在一起后与单相负荷的另一端相连，要把单相负荷加在A相和C相之间时，功率驱动器a和c闭合，功率驱动器b和d断开；单相负荷加在B相和C相之间时，功率驱动器b和c闭合，功率驱动器a和d断开；单相负荷加在A相与零线N之间时，功率驱动器a和d闭合，功率驱动器b和c断开，单相负荷加在B相与零线N之间时，功率驱动器b和d闭合，功率驱动器a和c断开；切除单相负荷时，功率驱动器a-d全部断开或功率驱动器a、b、c断开；图6 (b)和图6 (c)的情况与此类似，不再累述。
[0013]如图7 (a)所示，本发明把功率驱动器a、b和c的一端分别接至Ua、Ub和Uc上，另一端接在一起后与单相冗余负荷的一端相连，单相冗余负荷的另一端接在零线N上，要把单相负荷加在A相和零线N之间时，功率驱动器a闭合，功率驱动器b和c断开；要把单相冗余负荷加在B相和零线N之间时，功率驱动器b闭合，功率驱动器a和c断开；要把单相负荷加在C相和零线N之间时，功率驱动器c闭合，功率驱动器a和b断开；如图7 (b)所示，它将负荷投到哪相与零线N之间的工作原理与图7 (a)相同，不同的是通过与负荷串联的调功器来控制调功器的输出功率实现负荷功率的变化，这样就可将可变负荷加在任何相与地之间；如图7 (C)所示，它将负荷投到哪相与零线N之间的工作原理与图7 (a)相同，不同的是单相负荷是由依次串联的η个单相负荷的构成，并且每个负荷并联一个开关，当切除某个负荷时只要闭合与其并联的开关即可，这样就可将全部负荷或部分负荷加在任何相与零线N之间，至少通过三个单相开关使单相冗余加在各相与零线之间，可进行灵活的选择性控制，实现单相负载的冗余控制和优化控制，用于变负载在控制精度要求高的场合，利用开关的投切选择一个功率调节器来调节单相冗余负荷的功率，往往可降低控制设备成本，特别适用于变负载的场合，显而易见，通过智能控制器检测负荷电流或其它过程变量对单相功率驱动器或单相开关进行控制实现单相负载的互为热备用，可实现单相负载的冗余控制和优化控制，在智能控制器调节输出控制量时，如果所检测的反馈值没有相应的变化，说明该回路故障，这时用备用负荷将其接在对应回路，从而实现了热备用。
[0014]例如，在星接负荷的情况下，同时投入a相b相和c相的三相负荷时，如果控制器检测的哪相电流增量为0，说明该相开路，于是将相应的冗余负荷投入；当同时切除三相负荷时，如果控制器检测的哪相电流没变化，说明该相负荷故障，于是下次投入该相负荷时用冗余负荷自动替代来补偿缺少相的负荷，实现了热备用，在三相负荷的控制中采取单相控制的方法，有利于优化控制，例如在温度控制场合，各相加热器的温度不同时，通过检测不同位置的温度，采取分相控制，并有冗余负荷的情况下，可进行互为热备用的优化控制。当三相负荷不平衡时，根据检测的三相电流不平衡时电流将固定冗余负载或可变负荷投入，这样不但可以高效率利用电力资源，解决电力电源线路的瓶颈问题，还能起到平衡有功，减少铜损和铁损的作用。
[0015]在三相电力系统中，智能控制器通过控制各个单相功率驱动器，通过2个转换开关或一个转换开关加两个单相开关或四个单相开关把热冗余单相负荷中加在各相与各相之间，可用于调整有功的，补偿无功。
[0016]单相功率驱动器和单相开关可采用无触点或同步开关或复合开关等，当采用无触点等高速切换开关时非常适合动态控制。
[0017]在三相电力系统中，智能控制器通过控制各个单相功率驱动器，三个单相开关把热冗余单相负荷中加在各相与零线之间，可用于灵活性的选择控制，方便实现变负荷系统的随动控制。
[0018]在三相电力系统中，电参数变送器和过程变量传感器可以把可以分别使用，也可以混合使用；可以是单一电流参数，也可以是单一的温度等参数。
[0019]在三相电力系统中，可以同时把热冗余单相负荷加在各相与各相间和加在各相与零线之间，它们可以分别使用，也可以混合使用。
[0020]电力系统的电参数变送器可以是电流互感器、电压互感器、或变送器。
[0021]或其它过程变量对单相功率驱动器或单相开关进行控制实现单相负载的互为热备用，可以灵活的选择性控制，可实现单相负载的冗余控制和优化控制。
[0022]过程变量传感器可以是温度、压力、流量、液位等传感器。 [0023]在三相电力系统中，电参数变送器和过程变量传感器可以把可以分别使用，也可以混合使用；可以是单一电流参数，也可以是单一的温度等参数。
[0024]智能控制器可以是单片机、PLC、或硬件组成的控制器。
[0025]单相负载可以是电阻，也可以是电容、电感，可以是加热原件、也可以是电机等。
[0026]所述的单相功率驱动器可以是有触点开关也可以是无触点开关和复合开关，可以是调功器，也可以是变频器、软启动器。
[0027]单相有触点开关可以是转换开关也可以是同步开关、复合开关、无弧接触器，它们可以独立使用，也可以组合起来应用。
[0028]本发明可以用来平衡有功，补偿无功，达到保证三相平衡，安全，节能的目的。
[0029]下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0030]优点及效果:本发明提供一种三相电力系统中单相负载的控制装置及其控制方法，电路简单、应用灵活。
[0031]本发明的效果是对单相负荷的调控能力强，方便实现互为热备用，平衡三相负荷，节能。
[0032]具体优点如下:
1.本发明通过智能控制器控制不同功率驱动器可以方便的实现三相平衡控制，保证设备安全运行并有节能效果。
[0033]2.本发明的单相负荷可以灵活加在任何相与相之间，当相与相之间的负荷故障时，可由冗余负荷取而代之，实现了角接系统的容错功能。
[0034]3.本发明的单相热冗余负荷可以灵活加在任何相与相之间，当相与相之间的负荷不平衡时可以通过控制可变负荷来达到调整平衡的作用，有利于电力系统的经济运行和提高设备的利用率。
[0035]4.装置的单相热冗余负荷可以灵活加在任何相与零线之间，当某相负荷故障时，可由冗余负荷取而代之，实现了星接系统的容错功能。
[0036]5.装置的单相热冗余负荷可以灵活加在任何相与零线之间，当某相负荷不平衡时可以通过控制可变负荷来实现三相电力系统的平衡，有利于电力系统的经济运行。
[0037]6.本发明电路简单，特别是在调节大功率负荷单相负荷时，性价比很高。
[0038]【附图说明】:
下面所描述的附图只是为了所选实施例的说明性目的，而不是对于所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。
[0039]图1:是本发明的将固定负荷加在任何相与相间的系统原理方框图。
[0040]图2:是本发明的将固定负荷加在任何相与零线之间的系统原理方框图。
[0041]图3:是本发明的将固定负荷加在任何相与相间和相与零线之间的系统原理方框图。
[0042]图4:是本发明的将连续可变负荷加在任何相与相间的系统原理方框图。
[0043]图5:是本发明的将阶梯式可变负荷加在任何相与相间的系统原理方框图。
[0044]图6:是本发明的将固定负荷加在任何相与相间和相与零线之间的系统原理方框图。
[0045]图7:是本发明的将星接负荷加在任何相与相间和相与零线之间的系统原理方框图。
[0046]图8:是本发明的用于自动控制时的系统原理接线示意图。
[0047]图9:是本发明实施例1系统原理接线图。
[0048]图10:是本发明实施例2系统原理接线图。
[0049]图11:是本发明实施例3系统原理接线图。
[0050]图12:是本发明实施例4系统原理接线图。
[0051]图13:是本发明实施例5系统原理接线图。
[0052]图14:是本发明实施例6系统原理接线图。
[0053]【具体实施方式】:
下面结合附图8对本发明的【具体实施方式】做以说明。
[0054]图8是本发明用于自动控制时的系统原理接线示意图。
[0055]它包括:三相电力系统的电参数变送器或过程变量传感器、智能控制器和由其控制的功率驱动器、调功器及其单相负载，其特征是智能控制器根据采样结果分别控制各个单相功率驱动器，可以把一个负荷加在相与相之间或相与零线N之间。
[0056]对角接单相固定负荷A进行接在任意相与相间的控制时，把功率驱动器Aa和Ab分别接至电力系统的Ua、Ub相上，另一端接在一起后接在负荷A的一端，功率驱动器Ac和Ad 一端分别接至电源的Uc、Ua上，另一端接在一起后接在负荷A的另一端，智能控制器分别控制接在单相冗余负荷两端的二个彼此互锁的功率驱动器，某一时刻最多有一个接通，它根据采样的结果通过计算如果需要把负载A加在A相与B相之间时，智能控制器控制功率驱动器Ad和Ab闭合，Aa和Ac断开；把负载A加在B相与C相之间时，智能控制器控制功率驱动器Ab和Ac闭合，Aa和Ad断开；把负载A加在C相与A相之间时，智能控制器控制功率驱动器Aa和Ac闭合，Ab和Ad断开；单相负载A不投入时，智能控制器控制功率驱动器Aa和Ad闭合或同时切断功率驱动器Aa-d，这就实现了把单相负荷接在任意相与相之间。如果在固定负荷回路里串联一个调功器，就可把连续可变负荷接在任意相与相之间。
[0057]对角接由二个单相串联负荷BI和B2构成的等效负荷通过接在两者的公共点与零线N之间的开关Jn的闭合或断开可将其接在相与零线N之间或任何相与相之间，当Jn闭合时，功率驱动器Ba闭合同时Bb断开，将负荷BI接在Ua与零线N之间；反之将其接在Ub与零线N之间；功率驱动器Be闭合同时Bd断开，将负荷B2接在Uc与零线N之间；反之将其接在Ub与零线N之间；当Jn断开时，功率驱动器Ba和Be闭合、Bb、Bd断开，将负荷BI和B2的等效负荷接在Ua与Uc之间；反之Ba和Be断开、Bb和Bd闭合将BI和B2的等效负荷接在Ub与Ua之间；功率驱动器Bb和Be闭合、Ba和Bd断开，将BI和B2的等效负荷接在Ub与Uc之间；功率驱动器Bb和Be断开、Ba和Bd闭合切断负荷或四个功率驱动器Ba_d全部断开时也切断负荷。
[0058]对角接由多个单相负荷构成的等效负荷进行阶梯控制时，用串联负荷Cl-Cn来代替负荷A，并且每个串联的负荷相应的并联接有接触器Jpl-Jpn，通过控制这些接触器来实现接在相与相之间的阶梯式可变功率控制，这些接触器中哪个闭合就切除其对应的负荷。每个串联的负荷两侧相应的接在接触器JsO-Jsn—端，它们的另一端都接在零线N上，JsO-Jsn用来把这些负荷以不同组合方式接在各相与零线N之间，这里负责控制阶梯式负荷加在任何相与相之间的功率驱动器Ca和Ce分别接至电力系统的Ua、Uc相上，另一端接在一起后接在负荷Cl、Jpl和JsO的一端，负荷Cl的另一端接在Jpl另一端、Jsl、Jp2和C2的一端；负荷C2的另一端接在Jp2另一端、Js2、Jp3和C3的一端以此类推，功率驱动器Cb和Cd —端分别接至电源的Ub、Uc上，另一端接在一起后接在负荷Cn、Jpn的另一端和Jsn的一端，智能控制器控制分别控制接在单相冗余负荷两端的二个彼此互锁的功率驱动器，某一时刻最多有一个接通，它根据采样的结果通过计算后把串联负荷Cl-Cn的不同等效加在相与相之间或相与零线N之间，例如智能控制器控制功率驱动器Ca和Cb闭合，Ce和Cd断开，把Cl-Cn的单相负荷加在A相与B相之间；Cb和Ce闭合，Ca和Cd断开这时把Cl-Cn的单相负荷加在B相与C相之间；Ca和Cd闭合，Cb和Ce断开，这时把Cl-Cn的单相负荷加在C相与A相之间。
[0059]对星接单相负荷进行容错控制时，把功率驱动器Xa、Xb和Xe的一端分别接至电力系统的Ua、Ub、Uc三相电源上，另一端接在一起后接在冗余负荷X的一端，冗余负荷X的另一端接在零线N上，智能控制器控制三个彼此互锁的功率驱动器，某一时刻最多有一个接通，它根据采样的结果需要把热单相负载加在A相与零线之间时，智能控制器控制功率驱动器Xa接通，切除Xb、Xc ;需要把冗余负载X加在B相与零线之间时，智能控制器控制功率驱动器Xb接通，切除Xa、Xc ;需要把单相负载加在C相与零线之间时，智能控制器控制驱动器Xe接通，切除Xa、Xb。不需要把冗余负载X加在相与零线之间时，智能控制器将Xa、Xb、Xe全部切除。
[0060]对星接单相负荷进行连续调节时，在负荷Y与功率控制器之间串联一个调功器，通过改变调功器的功率输出实现连续调节。
[0061]对星接单相负荷进行阶梯控制时，用串联负荷Zl-Zn来代替冗余负荷X，并且每个串联的负荷并联相应的接触器Jol-Jon，通过控制这些接触器来实现阶梯式功率控制，这些接触器中哪个闭合就切除其对应的负荷。
[0062]智能控制器通过检测系统电流可判断出哪个单相负荷有问题，在星接负荷的情况下，当投入a相b相和c相的三个单相负荷时，如果控制器检测的哪相电流增量为0，说明该相负荷开路，于是将本图中的冗余负荷X自动投入到故障相来补偿缺少的负荷，例如，当A相负荷故障时将驱动器Xa闭合、Xb和Xe断开；当同时切除三个单相负荷时，如果控制器检测的哪相电流没变化，说明该相负荷故障，于是下次投入该相负荷时用冗余负荷X自动替代来补偿缺少的负荷，实现了热备用，在需要连续调节负荷电流时，这时通 过本图中的调功器来调节负荷Y来实现，例如在要求三相负荷平衡时，当B相的电流数值比A、C相电流小I Ab时，Yb闭合、Ya和Yc断开，这时通过调功器调节负荷的电流等于I Ab，通过本图中的调功器来调节负荷Y来实现，这样就保证了三相负荷平衡，在这种情况非常适合于电加热系统。
[0063]在需要阶梯式调节不同相的负荷时，如果要在C相上加负荷Zl和Z2，这时Za-C和Jo 1-on中的Za、Zb、Jol、Jo2断开，其它接触器闭合。
[0064]在角接负荷的情况下，同时投入三个单相相等负荷时，如果控制器检测的哪两相负荷的增量都比另外一相的电流增量小1.732倍时，说明该两相之间的负荷开路，于是将本图中的负荷a自动投入到相应的位置，补偿缺少的负荷，例如A相和B相的电流都比C相的负荷这时可以判定是A、B之间的负荷断开，这时可以把负荷a加在A、B相之间，这就实现了热备用，这种情况非常适合于大电流的电加热系统。由此可见上述做法不但可以高效率利用电力资源，解决电力电源线路的瓶颈问题，还能起到平衡有功，减少铜损和铁损。
[0065]下面结合实施例对本发明做进一步说明。在一些示例性实施例中，未详细描述公知的处理、公知的装置结构以及公知的技术。此处所使用的术语只是为了描述特定示例性实施例的目的，不旨在进行限制。提供了示例性实施例，从而本公开将是全面的，并且向本领域的技术人员完全传达了范围。对本领域的技术人员而言明显的是，无需采用特定细节，示例性实施例可以许多不同的形式体现，并且也不会构成对本公开的范围的限制。
[0066]现在将结合附图更充分地描述示例性实施例。
[0067]实施例1 图9是本发明实施例1系统原理接线图:它包括一个柜体和柜内装有一个总开关ZK、三个电流采样电路、一个智能控制器、六个熔断器F1-F6、七个接触器J1-J7、四个加热元件Rab、Rbc、Rca、RO是功率相同的加在相与相之间的相同功率的电热丝。所述的电流采样是由用于检测三相电流负荷的三个互感器La、Lb、Lc构成，它们的一端分别接在智能控制器的AI4、AI5、AI6的输入端，另一端接在一起后，再接到功率控制器的COM端子上。所述的智能控制器内设有通信接口。所述的总开关ZK的上端接在总电源Ua、Ub、Uc上，熔断器F1-F6的一端依次接在总开关的下端Ual、Ubl、Ucl上，熔断器F1-F3的另一端分别接在接触器Jl和J4、J2、J3的一端。接触器Jl和J2的另一端接在一起后接在负荷RO的一端、J3和J4的另一端接在一起后接在负荷RO的另一端。熔断器F4-F6的一端依次也接在Ual、Ubl、Ucl上，熔断器F4的另一端与负荷Rab和J5串联后接在Ubl上，熔断器F5的另一端与负荷Rbc和J6串联后接在Ucl上，熔断器F6的另一端与负荷Rca和J7串联后接在Ual上。所述的接触器J1-7是KSDZ-U1601无弧接触器，其控制线圈的一端分别接在智能控制器的输出端DOl至D07上，另一端都接在COM端子上。在本例中所有接触器都是无弧接触器，并且其控制线圈的电压都是220VAC，其单相负荷个数和负荷大小可由现场情况决定。它适用于电力系统三相制大电流的场合。单相接触器也可以是无触点开关或有触点的。设定值可以通过智能控制器本身设定，也可通过网络通信设定。
[0068]其工作过程是这样的:通常情况下电力系统的供电电压是相对稳定的，智能控制器根据采样的三相负荷电流与设定值比较后，它依此做出控制决策，当电力系统供电电压是不稳定时，根据功率设定值和反馈值比较后作出控制决策，这时需要检测电压信号，这种情况在后面的实施例5阐述。通过智能控制器输出的控制信号来完成对各个接触器的投切控制，从而达到单相负荷自动加在负荷电源的不同的相与相之间的目的。也可以通过手动达到单相负荷加在负荷电源的不同的相与相之间的目的。根据智能控制器所做出控制决策，当需要将负荷Rab、Rbc, Rca分别投入时，智能控制器依次使D05、D06、D07输出为1，这里I代表220VAC，0代表OV以下同。当D05输出为I时，使J5闭合，负荷Rab投入；当D06输出为I时，使J6闭合，负荷Rbc投入；当007输出为I时，使J7闭合，负荷Rca投入。当其中任何一个电热丝断开时，智能控制器检测的电流会相应的减少，当智能控制器同时投入这三个负荷时，所检测的三相电流增量Ib是Ia和Ic的1.73倍时，可以判断出Rca开路，这时将RO自动补偿到A相和C相上即将Jl和J3闭合，J2和J4断开，这样就实现了在Rca回路发生断开故障时用RO替代了它，保证了三相平衡，并实现了容错功能；同理当Rab故障时检测的电流增量Ic的电流是Ia、Ib的1.73倍，这时将RO接在A相和B相之间，即J2和J4闭合，Jl和J3断开，这样Rab故障时就由RO取而代之，同理Rbc断开时，J2和J3闭合，Jl和J4断开。就实现了对三个单相负载断开故障时的容错功能。
[0069]当某个负荷回路发生故障时也可将相应的回路切除然后用备用负荷取而代之，其工作过程与此相似，不再累述。当负荷RO不投入时将J1-J4全部断开，或将Jl、J4闭合，J2、J3闭合断开。
[0070]实际上在该实施例中的单相接触器也可以是无触点开关或有触点开关或转换开关。也可以将有触电开关和无弧开关混合使用。
[0071]在各种不同投切情况，都要遵循共同原则:先投有触点开关后投无触点开关；先切无触点开关后切有触点开关。当要切除负荷时先切除无触点开关，然后再切除有触点开关。这样在很大程度上就消除了有触点开关动态响应慢的弊端。同时也避免了有触点的转换开关在投切时产生涌流的现象。应该指出，本图中对三相负荷采取分相控制是为了增加系统的可靠性和优化控制，否则可以用一个三相接触器代替三个单相接触器J5-7。
[0072]当其它负载变化时可以通过投切三相负荷的路数或通过连续控制调功器的功率来实现功率的匹配，实现了功率的随动控制。
[0073]实施例2
图10是本发明实施例2系统原理接线图，它包括一个柜体和柜内装有一个总开关ZK、三个电流采样电路、智能控制器、六个熔断器F1-F6、三个互感器L1-L3、六个单相接触器、四个加热器，这种方案一般用于小电流或高电压场合，这里用于1KV电加热的场合。所述的六个熔断器F1-F6上端和其它负荷的接法与图1相同这里不再累述。熔断器F1-F3下端依次接在接触器Jl、J2、J3的一端，接触器的另一端分别接在A相加热器、B相加热器和C相加热器的一端；三相加热器的另一端接在一起后接在C接触器J7的一端，J7的另一端接在零线N上，熔断器F4-F6下端依次接在接触器J4、J5、J6的一端，接触器的另一端接在一起后接在冗余加热器的一端，其另一端也接在零线N上。所述的总开关ZK，采用12KV真空断路器，熔断器F1-F6采用高压熔断器、互感器L1-L3采用高压互感器，所述的单相接触器采用12KV真空接触器。
[0074]其工作过程是这样的:通常情况下电力系统的供电电压是相对稳定的，智能控制器根据采样的三相负荷电流与设定值比较后，它依此做出控制决策。通过智能控制器的输出端输出的控制信号来完成对各个接触器的投切控制，从而达到把冗余单相负荷自动加在负荷电源的不同的相与零线或相与相之间的目的。也可以通过手动达到单相负荷加在负荷电源的不同的相与零线或相与相之间的目的。智能控制器的D07输出为时，接触器J7闭合，DOl输出为I时，使Jl闭合，A相加热器投入，当D02输出为I时，使J2闭合，B相加热器投入；当D03输出为I时，使J3闭合，C相加热器投入，这里I代表220VAC，O代表OV以下同。当其中任何一相加热器开路时，智能控制器检测的电流会相应的减少，即当智能控制器同时投入这三个负荷时，所检测的三相电流增量哪相为零时，就可以判断出哪相加热器开路，这时将冗余加热器自动补偿到相应的相，这样就保证了三相平衡，并实现了容错功能；例如当智能控制器同时投入这三个负荷时，JK J2、J3、闭合，A相加热器、B相加热器和C相加热器开始工作，正常工作时三相电流相等。但当所检测的A相电流增量为零时，而其它两相的电流增量为其相应的负荷电流时，说明A相负荷回路开路，这时将Jl、J5、J6断开，J2、J3、J4闭合；当所检测的B相电流增量为零时，而其它两相的电流增量为其相应的负荷电流时，说明B相负荷回路开路，这时将J2、J4、J6断开，J1、J3、J5闭合；当所检测的B相电流增量为零时，而其它两相的电流增量为其相应的负荷电流时，说明C相负荷回路开路，这时将J3、J4、J5断开，J1、J2、J6闭合。在接触器J7断开的时，J1、J2、J3中任何两个闭合，另外一个断开时，可将相应的负荷A相加热器、B相加热器和C相加热器串联的等效负荷接在相与相间，当DOl和D02输出为I时，使Jl和J2闭合，A相加热器与B相加热器串联后接在A相与B相之间；当D02和D03输出为I时，使J2和J3闭合，B相加热器与C相加热器串联后接在B相与C相之间；当001和D03输出为I时，使Jl和J3闭合，A相加热器与C相加热器串联后接在A相与C相之间；这时每相加热器两端的电压是线电压的0.5倍，每相负荷小于接在相电压情况下的负荷，可以根据功率 设定值或电网调度指令的允许接入负荷值进行功率调节。
[0075]在运行时发生电热丝开路时，通过检测系统电流也能将冗余负荷投入，其原理同上。当切除负荷哪相电流没有变化，说明该回路开路，这时把冗余负荷切除，同时标记故障相，下次切入时判断它，如果仍然开路，用冗余负荷取而代之，这样实现了容错功能。
[0076]实施例3
图11是本发明实施例3系统原理接线图，它包括一个柜体和柜内装有一个总开关ZK、三个电流采样电路、三个电压采样电路、改进型的多功能电表、六个熔断器F1-F6、两个转换继电器、五个继电器、三个电力电容器。它用于单相负荷的末端就地无功补偿，不但可以补偿无功，而且能平衡有功。所述的电压采样电路，是分别与负荷电源连接和与功率控制器连接的导线，它们的一端是分别接在多功能电表的AI1、AI2、AI3的输入端。所述的六个熔断器F1-F6上端和其它负荷的接法与图1相同这里不再累述。熔断器Fl下端接在转换继电器Jl-1的触点和J2-2的触点上，熔断器F2和F3的下端分别接在转换继电器Jl_2的触点和J2-1的触点上，转换继电器Jl和J2的转换触点分别接在电力电容器Cl的两端；熔断器F4、？5和？6上端接在他1、诎1、此1上，熔断器F4下端接在继电器J3和J6的一端，熔断器F5和F6的下端分别接在继电器J4和J5的一端，J3和J4的另一端接在一起后接在电力电容器C2的一端，J5和J6的另一端接在一起后接在电力电容器C3的一端，电力电容器C2和C3的另一端接在一起后接在磁保持继电器J7的一端，J7的另一端接在零线N上。继电器J1-J7的控制线圈的一端依次接在多功能电表的D01-D07的开关量输出端子上，另一端都接在COM端子上。在本例中所有接触器都同步继电器，并且其控制线圈的电压都是220VAC。开关量输出为I时，代表220VAC，为O时代表0V，以下同。
[0077]其工作过程是这样的:多功能电表根据检测的三相电流、三相电压及其相位计算出需要投切的电容投切个数和方式。当需要把电容Cl投在相与相之间时，通过控制单相转换继电器J1、J2来实现。确切的说当Jl置于Jl-1、J2置于J2-1时，这时，DOl和D02输出为0，就把电容Cl接在A相和C相之间；当Jl置于Jl-2、J2置于J2-2时，这时DOl输出为O和D02输出为1，就把电容Cl接在A相和B相之间；当Jl置于Jl_2、J2置于J2-1时，这时就把电容Cl接在B相和C相之间；当Jl置于Jl-1、J2置于J2-2时，这时就把电容切除。当J7断开时，可以通过J3 -J6把C2和C3串联的等效电容加在任何相与相之间。当J7闭合时可以通过J3-J6把C1、C2分别加在相与零线N之间。当D07为O时，J7断开，D03、D05为I使J3、J5闭合，D04、D06为O使J4、J6断开，这时C2和C3串联后等效电容加在A相和C相之间；当J4、J6闭合J3、J5断开时就将C2和C3串联后等效电容加在A相和B相之间；当J4、J5闭合J3、J6断开时就将C2和C3串联后等效电容加在B相和C相之间；当J3、J6闭合J4、J5断开时或者J3到J6全部断开时就把C2、C3切除。在J7闭合的情况下，J3闭合J4断开时将C2加在了 A相与零线N之间；当J3断开J4闭合时将电容C2加在了B相与零线N之间；当J5闭合J6断开时将电容C3加在C相与零线N之间；J6闭合J5断开时将电容C3加在了 A相与零线N之间；当J3和J4断开时切除电容C2，当J5和J6断开时，切除电容C3，这样就实现了单相电容投在相与零线N之间。
[0078]实施例4
图12是本发明实施例4系统原理接线图，它包括一个柜体和柜内装有一个总开关ZK、三个电流采样电路、三个电压采样电路、改进型的多功能电表、六个熔断器F1-F6、两个转换继电器、四个继电器、四个电力电容器。它用于单相负荷的末端就地无功补偿，不但可以补偿无功，而且能平衡有功。所述的电压采样电路，是分别与负荷电源连接和与功率控制器连接的导线，它们的一端是分别接在多功能电表的AI1、AI2、AI3的输入端。所述的六个熔断器F1-F6上端和其它负荷的接法与图1相同这里不再累述。电力电容器Cl的接线与图11相同；熔断器F4-F6下端依次接在接触器J3、J4、J5的一端，接触器的另一端分别接在电容C2、C3、C4 一端；C2、C3、C4的另一端接在一起后接在接触器J6的一端，J6另一端接在零线N上。继电器J1-J6的控制线圈的一端依次接在多功能电表的D01-D06的开关量输出端子上，另一端都接在COM端子上。在本例中所有接触器都同步继电器，并且其控制线圈的电压都是220VAC。开关量输出为I时，代表220VAC，为O时代表0V，以下同。
[0079]其工作过程是这样的:多功能电表根据检测的三相电流三相电压及其相位计算出需要投切的电容，通过转换接触器Jl、J2投切电容Cl的方式和过程与图实施例3相同，这里不再累述。当D06为I时使J6闭合，通过J3、J4、J5可以把对应的电容C2、C3、C4分别加在相与零线N之间；当D03为I时使J3闭合把电容C2加在相与零线N之间；D04为I时使J4闭合把电容C3加在相与零线N之间；D05为I时使J5闭合把电容C4加在相与零线N之间；当D06为O时使J6断开，这时J3、J4、J5中的任何一个接触器断开，另外两个接触器闭合时，都可以将其间的等效电容接在相应的相与相之间；当J4断开J3、J5闭合时就将C2和C 4串联后的等效电容加在A相和C相之间；J5断开J3、J4闭合时就将C2和C3串联后等效电容加在A相和B相之间；当J3断开J4、J5闭合时就把C3、C4串联后等效电容加在B相和C相之间。
[0080]实施例5
图13是本发明实施例5系统原理接线图:它包括一个柜体和柜内装有一个总开关ZK、三相电流采样电路、三个电压采样电路、一个智能控制器、六个个熔断器F1-F6、若干个无弧接触器、调功器、若干个负载。它用于单相负荷的根据负荷的功率设定值与检测值或电网调度命令对单相负荷功率进行调节，不但可以分段调节，也可以进行连续调节，特别适用于风电消纳电转热的场合。所述的电压采样电路，是分别与负荷电源连接和与功率控制器连接的导线，它们的一端是分别接在多功能电表的Al 1、AI2、AI3的输入端。所述的电流采样电路是由用于检测三相电流负荷的三个互感器L1、L2、L3构成，它们的一端分别接在智能控制器的AI4、AI5、AI6输入端，另一端接在一起后，再接到功率控制器的COM端子上。所述的智能控制器内设有通信接口。所述的六个熔断器F1-F6上端和其它负荷的接法与图1相同这里不再累述。接触器Jl、J2、J3和J4下端接法与图1不同之处仅在于在负荷回路中串联一台调功器，即J I和J 2的下端接调功器的一端，调功器的另一端接负荷的一端，调功器模拟量输入端+接在智能控制器的模拟量输出A O I上，调功器的模拟量输入端一接在智能控制器的C O M上。接触器J5、J6、J7和J8下端接法与图1不同之处仅在于负荷是由负荷C I至负荷C η串联构成的，每个串联负荷二端对应并联一个接触器J pl、J ρ2、至J P η，每个串联负荷的两端分别联接接触器J sO、J sl、J s2至J s η，这些接触器的另一端接在一起后，接到零线N上。接触器J1-J6的控制线圈的一端依次接在智能控制器的D01-D06的开关量输出端子上，另一端都接在COM端子上。接触器J pU J ρ2、至J ρ η的控制线圈的一端依次接在智能控制器的DOll-DOln的开关量输出端子上，另一端都接在COM端子上。接触器J sO、J sl、J s2至J s η的控制线圈的一端依次接在智能控制器的D020-D02n的开关量输出端子上，另一端都接在COM端子上。
[0081]其工作过程是这样的:智能控制器根据采样的三相负荷电流和电压值计算出实测功率值与设定值比较后，它依此做出控制决策，控制输出是通过智能控制器的输出端输出的控制信号来完成对各个接触器的投切控制，从而使单相可变负荷自动加在负荷电源的不同的相与相间或相与零线之间，这也可以通过手动达到这一目的。调功器回路用于连续调节负荷功率；多个负荷串联回路用于分段调节负荷功率。根据智能控制器所做出控制决策，当需要连续调节负荷Ro时，智能控制器通过连续改变模拟量输出信号AOl的大小来实现。在选择线性横功率调节特性的调功器的情况下，模拟量输出信号AOl的大小与调功器的输出功率成比例关系。同理，根据智能控制器所做出控制决策，当需要与风力发电进行分段式功率匹配时，通过接触器J5-J8、JPl-JPn, JSO-JSn的开闭可将负荷C I至负荷C η以不同的组合方式接在各个相与相间或相与零线之间。J5-J8决定负荷接在哪相电源上、JPl-JPn决定切除哪部分负荷、JSO-JSn决定哪部分负荷接在零线N上。例如当智能控制器的D020至D02n输出为O时，接触器J sO至J s η断开，这时可将全部或部分串联负荷C I至负荷C η接在任何相与相之间，当智能控制器DOll至DOln的输出哪个点输出为I时，就使接触器J P I至J P η中相应的接触器闭合，从而切断串联负荷C I至负荷C η中的相应负荷，即DOll 输出为I时，接触器J ρ I闭合，切断串联负荷C I ； D012输出为I时，J ρ2闭合，切断负荷C 2 ； DOln的输出为I时，接触器J ρ η闭合，切断负荷C η ;当智能控制器D020至D02n的某个输出为I时，接触器J sO至J s η中相应接触器闭合，这时可将负荷C I至负荷C η的全部或部分串联等效负荷接在任何相与零线N之间，例如要把负荷C I加在A相与零线之间，这时D05、D021输出为I，使接触器J5、J sl闭合，D06-D08和D020的输出为0，接触器J6-J8、J sO断开；要把负荷C I加在B相与零线之间时，D06输出为1，接触器J6闭合，D05、D07和D08输出0，J5、J7和J8断开；要把负荷C I加在C相与零线之间时，D07、D020和D012至DOln输出为1，接触器J7、J sO和J p2至J pn闭合，D05、D06和D08、D011和D022至D02n输出为0，接触器J5、J6、J8、J pi和J s 2至J s η断开。通过这些接触器，可以把一部分负荷加在A相或B相与零线之间，同时把另一部分负荷加在A相或C相与零线之间，这通过接触器J Si至J s2 η开闭来实现。例如要把负荷C I加在A相与零线之间，同时把负荷C 2加在C相与零线之间时，将J5、J7、Jsl、J p3- J pn闭合，其它接触器断开；要把负荷C I加在B相与零线之间，同时把负荷C 2加在A相与零线之间时，将J6、J8、JsU J p3- J pn闭合，其它接触器断开。要把负荷C I加在B相与零线之间并把负荷C 2加在C相与零线之间时，将J6、J7、J sl、J p2- J pn闭合，J pO、Jcl-J pn断开。如图所示它们可以有多种不同的组合这里不再累述。
[0082]实施例6
图14是本发明实施例6系统原理接线图:它包括一个柜体和柜内装有一个总开关ZK、三相电流采样电路，三个电压采样电路、一个智能控制器、六个个熔断器F1-F6、若干个无弧接触器、调功器、若干个负载。它用于高压或小电流单相负荷的根据负荷的功率设定值或电网调度命令与检测值对单相负荷功率进行分级调节或连续调节，特别适用于风电消纳电转热的场合。所述的六个熔断器F1-F6上端器件和接法与图13相同，这里不再累述。接触器JK J2、J3的下端接在一起后，接在调功器的主回路进线端，调功器的主回路的输出端接在负荷的一端，负荷的另一端接在零线N上，调功器的模拟量+输入端接在智能控制器的模拟量输出A ol上，调功器的模拟量一输入端接在智能控制器的C O M上。接触器J5、J6、J7下端接法与图10不同之处仅在于负荷是由负荷I至负荷η串联构成的，每个串联负荷二端对应并联一个接触器J p1、J p2、至J P η。接触器J1-J6的控制线圈的一端依次接在智能控制器的D01-D06的开关量输出端子上，另一端都接在COM端子上。接触器J pi至J P η的控制线圈的一端依次接在智能控制器的DOll-DOln的开关量输出端子上，另一端都接在COM端子上。
[0083]其工作过程是这样的:智能控制器根据采样的三相负荷电流和电压值计算出实测功率值与设定值比较后，它依此做出控制决策，智能控制器通过其开关量输出的控制信号来完成对各个接触器的投切控制实现分级调节或根据模拟量输出信号对调功器进行功率连续调节，同时使单相可变负荷自动加在负荷电源的不同的相与零线之间。这也可以通过手动达到这一目的。调功器回路用于连续调节负荷功率；多个负荷串联回路用于分段调节负荷功率。]根据智能控制器所做出控制决策，当需要连续调节负荷Ro时，智能控制器通过连续改变模拟量输出信号AOl的大小来实现。在选择线性横功率调节特性的调功器的情况下，模拟量输出信号AOl的大小与调功器的输出功率成比例关系。特别是可将该负荷加在任何相与零线N之间。同理，根据智能控制器所做出控制决策，当需要与风力发电进行分段式功率匹配时，通过接触器J4-J6、Jol-Jon的开闭可将负荷I至负荷η以不同的组合方式接在各个相与零线之间。J4-J6决定负荷接在哪相电源上，Jol-Jon决定切除哪部分负荷。即当智能控制器D011、D012至DOln的输出哪个点输出为I时，就使J ol至J ο η中相应的接触器闭合，从而切断串联负荷I至负荷η中的相应负荷，例如DOll输出为I时，使接触器J ol闭合，从而切断串联负荷I ; D012输出为I时，就使接触器J ο2闭合，从而切断串联负荷2 ； DOln的输出为I时，就使接触器J ο η闭合，从而切断串联负荷η。例如要把负荷I加在A相与零线N之间时，D04和D012-D01n输出为1，接触器J4和Jo2-Jon闭合，005、006、0011输出0，J4、J5和Jol断开;要把负荷I和负荷2加在A相与零线N之间时，D04 和 D013-D01n 输出为 1，接触器 J4 和 Jo3_Jon 闭合，D05、D06、D011、D012 输出 0，J4、J5和Jol、Jo2断开；要把负荷I加在C相与零线之间时，D06和D012至DOln输出为1，接触器邛、1 o2至J ο η闭合，D04、D05和011输出为0，接触器了5、邛和几1断开。如图所示它们可以有多种不同的组合这里不再累述。
[0084]实际应用时可以将有触点开关和无弧开关混合使用。
[0085]应用的进一步的方面及领域从此处所提供的描述中将变得明显，应该理解的是，本公开的各个方面可以单独实施或者与一个或多个其它方面结合实施，还应该理解的是，此处的描述和特定例子仅旨在为了说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
【主权项】
1.一种单相负荷的控制装置及其控制方法，它至少包括:接至三相电源上的二个转换开关或若干个单相功率驱动器和由其控制的单相负载，其特征是接至三相电源上的单相功率驱动器分别接至的单相负荷两侧，其中一侧的单相功率驱动器分别接至三相的任何两相上，另一侧接至另外一相和其它两相的任何一相上或者零线上，这样就可以把单相固定负荷或可变负荷加在各相与各相之间；或者是至少包括三个单相功率驱动器的一端分别接至A、B、C三相上，另外一端接在一起后接至冗余负荷或可变单相负荷的一端，其另一端接在零线上，这样就可将其加在任何相与地之间，两者可变负载的变化通过功率调节器或投切部分负荷来实现，都可用于调整有功，补偿无功，都能对单相负载进行灵活的选择性控制，实现冗余控制和优化控制，从而达到三相平衡，提高系统的可靠性和节能的目的。2.根据权力要求I所述的装置，其特征是通过接至三相电源的多个功率驱动器可以把多个串联负载中的部分负载加在各相与相之间。3.根据权力要求I所述的装置，其特征是通过接至三相电源的多个功率驱动器可以把多个串联负载中的部分单相负荷或可变单相负荷加在各相与零线之间，方便实现变负荷系统的随动控制和冗余控制及优化控制。4.根据权力要求I所述的装置，其特征是通过智能控制器通过检测负荷电流或其它过程变量对单相功率驱动器或单相开关进行控制实现单相负载的互为热备用，可实现单相负载的优化控制。5.根据权力要求I所述的装置，其特征是电力系统的电参数变送器可以是电流互感器、电压互感器、变送器或其它过程变量对单相功率驱动器或单相开关进行控制实现单相负载的互为热备用。6.根据权力要求I所述的装置，其特征是过程变量传感器可以是温度、压力、流量、液位等传感器，电参数变送器和过程变量传感器可以把可以分别使用，也可以混合使用；可以是单一电流参数，也可以是单一的温度等参数。7.根据权力要求I所述的装置，其特征是智能控制器可以是单片机、PLC或硬件组成的控制器。8.根据权力要求I所述的装置，其特征是冗余的单相负载可以是电阻，也可以是电容、电感，可以是加热原件也可以是电机等。9.根据权力要求I所述的装置，其特征是单相功率驱动器可以是有触点开关也可以是无触点开关和复合开关，可以是调功器，也可以是变频器、软启动器等；有触点开关可以是转换开关也可以是同步开关、复合开关、无弧接触器，真空接触器等，也可以是它们的组合。10.根据权力要求I所述的装置，其特征是用于要求控制精度高的变负载的场合单相功率驱动器，至少可以采用一个调功器串联在单相负荷回路中来实现。
【专利摘要】一种单相负荷的控制装置及其控制方法，它至少包括：接至三相电源上的二个转换开关或若干个单相功率驱动器和由其控制的单相负载，其特征是分别接至三相电源上的单相功率驱动器分别接至的单相负荷两侧，其中一侧的单相功率驱动器分别接至A、B、C三相的任何两相上，另一侧接至另外一相和其它两相的任何一相上，或者另一侧接至另外一相和零线相上，这样就可以把单相负荷各相与各相之间；或者通过三个单相功率驱动器把冗余负荷加在任何相与地之间。它们可用于调整有功，补偿无功，能起到平衡三相负荷，提高系统的可靠性，节能的目的。
【IPC分类】H02J3/18, H02J3/00, H02J3/26
【公开号】CN104882879
【申请号】CN201510237181
【发明人】冯志宇, 齐治文, 其他发明人请求不公开姓名
【申请人】周帅
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月12日