专利名称：用于通过n－相配电网均匀分配电气负荷的设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在三相配电网中均匀分配电气负荷的设备及其方法。
目前，许多住户和工业设施在其用户引入线处，接收由电力企业或电力公司提供的三相配电网中的所有三相。在典型的三相分布环境中，每相供给一个或多条支路。哪条支路或电路接线到三个进相的每一个上的确定，通常在设计或建造设施时做出，并且一旦完成设施就难以改变。例如，在居住设施中，不同的支路可能向厨房、起居室、卧室等供电。在工业环境中，不同的支路可能向机器、办公室等供电。频繁出现的问题是如何通过从由电力设施供给的三个进相到所有支路均匀地分配电力。通常，随着时间的改变，将改变设施的负荷布局，有时改变还很大。例如，由于机器在工厂地面上的移动、外加或大功率器具(即冰箱、电炉、微波炉等)在家中的移动，使某些支路的负荷大大增加，其它支路的负荷大大减小。因而，在三个进相每一个上的负荷将也随支路上负荷的变化而改变。初始均匀平衡的三相网随时间变得不平衡。
对该问题的一种解决方法是，把每条支路重新分配到进相上，以通过对每条支路实际重新布线，达到通过所有相的负荷均匀。这种解决方法的缺点是，每当三相变得不平衡时，都可能需要电气柜和配电板的高成本重新布线，这可能经常发生。另一个缺点是，重新布线一般要求电力中断，给公用客户带来潜在的问题。此外，这种解决方法仅提供了通过三个进相平衡负荷的粗略机理。它没有在频度基础上跟踪在每相和支路上的功率消耗。而电气负荷每时每刻都在发生变化，这可能大得足以使通过三个进相的负荷出现重大不平衡。
本发明提供一种克服以上解决方案缺点用于通过三相配电网的所有三相均匀分配电气负荷的设备及其一种方法。
根据本发明的教导，这里提供了一种三相负荷分配系统，该系统包括第一、第二和第三电流传感器，分别联接到三相配电网的第一、第二和第三相上，该第一、第二和第三电流传感器用来分别测量流经第一、第二和第三相的电流；多个开关，每个开关联接到多条支路之一上，多个开关的每一个用来把第一、第二或第三相的任一相连接到多条支路之一上；多个电流传感器，每个电流传感器联接到多条支路之一上，多个电流传感器用来测量流经多条支路之一的电流；及一个处理器，联接到第一、第二和第三电流传感器、多个开关、及多个电流传感器上，该处理器用来控制多个开关，从而流经第一、第二和第三相的电流不超过预定阈值。
而且，根据本发明的教导，这里提供了一种三相负荷分配系统，该系统包括第一、第二和第三电流传感器，分别联接到三相配电网的第一、第二和第三相上，该第一、第二和第三电流传感器用来分别测量流经第一、第二和第三相的电流；多个开关，每个开关联接到多条支路之一上，多个开关的每一个用来把第一、第二或第三相的任一相连接到多条支路之一上；多个电流传感器，每个电流传感器联接到多条支路之一上，多个电流传感器用来测量流经多条支路之一的电流；及一个处理器，联接到第一、第二和第三电流传感器、多个开关、及多个电流传感器上，该处理器用来控制多个开关，从而流经第一、第二和第三相每一对的电流之差、或电流比值不超过预定阈值。
这里参照附图，仅举例描述本发明，在附图中
图1是本发明三相实施例的方块图；图1B是本发明一相实施例的方块图；图2是本发明一个实施例的方块图；图2B表示图2的求和电路52、整流器54把两个功能结合成一个块-三相整流器524的简单实施例；图2C是“静止转换器”直流交流逆变器的示意图；图2D是改进“静止转换器”直流交流逆变器的示意图；图2E表示一个三相整流器和一个改进的“静止转换器”直流交流逆变器，带有一个添加的电感器以增大输入功率因数；图2F由一个大功率因数控制器升压开关调节器代替图2E的电感器，以进一步增大输入功率因数；图3是本发明一个实施例的方块图，结合图1B和2F的系统的特征，并且进一步添加了通信能力；图4是图2和2B实施例的另外一个选择；图5表示一块连接到一个处理器上的数字电表；及图5B表明功率测量功能硬件。
参照附图和随后的描述，可以更好地理解本发明的原理和操作。
实施例本发明的一个装置10的方块图表示在图1中。由φ1、φ2、φ3代表的三相电力由电力公司供给。相φ1、φ2、φ3由一个公用断路器14进行过电流保护。公用断路器14的输出出现在至住宅或工业设施的用户引入线处。电流传感器16、18、20分别测量流经相φ1、φ2、φ3的电流。电流传感器16、18、20的输出由一个处理器12监视。处理器12能是任何适当的计算装置，如微处理器、微控制器、个人计算机等。
从公用断路器14输出的三相的每一个输入到一排多极开关22、24、26、28、30。每个开关带有四个输入端子。提供三个端子，每一个用于三个进相的每一个。此外，提供一个是非连接端子(即不连接到任何元件上)的第四端子。开关22、24、26、28、30的输出分别输入到一排支路断路器32、34、36、38、40。从处理器12输出的控制信号CONT1、CONT2、CONT3、CONT4、CONT5分别确定开关22、24、26、28、30的位置。支路断路器32、34、36、38、40的输出在向五条支路的每一个供电之前，分别通过一排电流传感器42、44、46、48、50。五条支路的每一条带有与其相连的中性线N。由电流传感器42、44、46、48、50测量的电流由处理器12监视。
装置10的操作集中在多极开关22、24、26、28、30周围。在装置10的应用中，每条要覆盖的支路与其相连一个开关、一个支路断路器及一个电流传感器。表示在图1中的是一种覆盖五条支路的负荷平衡系统。然而，简单地通过提供足够的元件，能容易地使本发明覆盖任意数量的支路。
在周期性基础上，处理器12获得测量流经供给的三相功率的每一相的电流的电流传感器16、18、20的输出。处理器12也监视测量流经每条支路的电流的电流传感器42、44、46、48、50的输出。在依次得到电流传感器数据之间的时间，在毫秒或几十毫秒的量级上，并且是软件控制处理器12的函数。在每个数据获得循环期间获得的数据不立即删除。一定量的最新的几组获得数据保持在存储器中，该存储器对于处理器12可以是内部或外部存储器。
适当地对处理器12编程，以从所有电流传感器周期地获得数据，以便能够跟踪在进来三相功率的每一相上和每条支路上的负荷。当在任一相上的测量电流超过电流上限设置的一个静止百分比(例如90％)时，处理器12为开关22、24、26、28、30编程序，从而通过三个进相的总负荷基本相等。由于已知在每条支路上的负荷，所以处理器12能重新分配支路负荷，从而每相上的负荷近似相等。一旦确定了新的开关设置，处理器12就在控制线CONT1、CONT2、CONT3、CONT4、CONT5上把开关改变位置命令分别输出到开关22、24、26、28、30。
在装置10的操作期间，有可能单条支路上的负荷增大到超过最大允许支路电流的电平。响应这种可能的过电流状态，处理器12能把支路的相应开关编程到其非连接位置。在该位置，该支路与所有三个进相电气脱开。除由处理器12提供的过载保护外，常规支路断路器32、34、36、38、40也为每条支路提供过电流保护。装置10还能够提供常规断路器当前不能提供的功能。能把处理器12适当地编程为通过监视由每条支路和由每个进相使用的电流的升高速率，在发生之前预计潜在的过载状态。因而，能预测由于在进相上超过电流极限而引起的潜在电力中断，并且在他们发生之前避免。
开关22、24、26、28、30可以使用继电器或半导体开关(即三端双向可控硅开关、可控硅等)作为其核心切换元件。每个开关译码其从处理器12接收的相应控制信号，并且或者把其输出连接到三个进相之一上，或者整个把其输出与所有三相脱开。开关22、24、26、28、30能把其输出端子足够快地切换到任何进相上，从而连接到其相应支路上的装置或设备在供给的电力中看不到任何明显的间隙，并因而不受不利影响。
处理器12从进来的三相功率的φ1和中性线N得到其功率。然而，处理器12能从三个进相的任何一个得到功率。电流上限设置能以任何种方式输入到处理器12，这些方式在先有技术中都是熟知的。例如，电流上限数据可以是硬编码在只读存储器装置中，由外部磁倾角开关(dip switch)设置供给，由外部计算装置供给等。
尽管相对于三相已经给出以上实施例的描述，但将会理解，对于任意的n，本发明的系统可以实施为n相系统。为了表示这点，一相系统1000表示图1B中。比较图1和1B，在图1B中，已经删除了输入相的两个。另外块、功能性、和标号都相同。一相系统与两相或更多相系统之间的唯一差别在于，开关22-30仅能够把其各支路连接到一相上或与之脱开，而不是把支路连接从一相变化到不同的相上。因而在一相系统中，在过载系统情况下的唯一选择是，选择要脱开哪个支路，而不是选择支路将重新连接到哪个相上。因而本发明应用于任何数量相的电源，尽管通常的情况是三相和一相的情形，分别如图1和1B中所示。
本发明的一个第二实施例表示在图2中，起通过三相配电网的每一相均匀分配负荷的作用。三相配电网的每一相φ1、φ2、φ3输入到一个电功率求和电路52。求和电路52起接收每个进相、且把其电流和功率处理容量相结合并以后形成单个求和的输出的作用。来自求和电路52的输出是具有近似等于三个进相载流量之和的载流量的单个交流电压。
求和电路52的输出以后输入到一个整流器54。整流器54把求和电路52的交流输出基本上整流为直流电平。整流器54的电流传输能力必须足以处理要由装置10覆盖的所有支路相结合的总电流需要。
整流器54的输出输入到一个交流发生器56。交流发生器56从由整流器54输出的直流电压产生单相交流电压。对于装置10必须在此运行的特定地点产生适当的电压和频率(例如，对于美国为120V、60Hz)。
交流发生器56的输出输入到由装置10覆盖的支路断路器32、34、36、38、40。支路通过支路断路器32、34、36、38、40的输出供电。尽管五条支路表示在图2中，但任意数量的支路能由装置10覆盖，条件是元件具有用于所有支路组合负荷的足够电流额定值。
在装置10中的实际负荷分配发生在求和电路52中。不管每个支路上的负荷增大还是减小，它都自动地通过所有三个进相均匀地分配。例如，如果在任何一个支路或一组支路上的负荷增大30％，则在每相进相上的相应负荷增大10％。由于每个进相能由彼此相同的等效低阻抗电流源表示，所以如果求和电路52上的负荷增大30％，那么通过三个进相的每一个的这种增大似乎相等。
该第二实施例相对于第一实施例的优点在于，它较简单，然而它成本可能较高，因为对于能处理增大的电流电平的求和电路52、整流器54和交流发生器56，必须使用昂贵的元件。
图2B表示图2的求和电路52、整流器54的简单实施例，把两个功能结合成一个块-三相整流器524。图2B也表示可选择的滤波电容器58。
重要的是，注意图2和2B的系统不是电池支持的，也不是不间断供电系统，而是通过使用求和电路52，由于单相输出电路在三个输入相上相等地提供加载平衡。求和电路52的存在，导致单相输出电路的负荷立即基本上相等地通过输入三相功率电路分享，即使没有图1的负荷平衡处理器12也是如此。所以，图2和2B的系统相对于图1的实施例，提供了本发明系统的性能改进。因而，先有技术中由Fiorina在US5,477,091中公开的电池支持系统，完全是单相系统，包括支持电池，诸如这种系统之类的配电系统，不能使由本发明图2和2B的实施例实现的负荷平衡功能变成显然的。
而且，交流发生器56能认为是“静止转换器”-直流交流转换器或直流交流逆变器，而不脱离本发明的教导，因为“交流发生器”仅是一种“旋转转换器”。因而，也可以使用熟知的静止转换器。一种“静止转换器”直流交流逆变器的示范简图给出在图2C中。来自求和器整流器524的直流输入213，供电到提供方波交流输出211的直流交流逆变器200，方波交流输出211在由电感器208和209及电容器210选择低通滤波之后，变成正弦交流输出212。给出的示范电路是一个自由振荡的推挽振荡器，包括一对切换晶体管201和202，晶体管201和202的集电极连接到饱和铁心变压器207的初级绕组207a的端部。直流输入从初级的中心抽头施加到201和202的发射极的公共连接部分上。正向偏压由电阻器203和204分别施加到晶体管201和202上，对于交流通过电容器205和206分别旁路电阻器203和204。反馈由变压器绕组207c联接到晶体管201基极上，和由变压器绕组207d联接到晶体管202基极上。振荡器在取决于饱和变压器结构的频率下自由振荡。这是该类型电路的粗略实施例，并且作为例子给出，以表明操作的原理。这通常以发明者命名为Royer振荡器。该电路公布在Royer，G.H.的一种切换晶体管交流直流转换器(ASwitching Transistor AC to DC Converter)，Trans AIEE，July’55中。
改进的结构，如图2D中的逆变器2000，使用一个非饱和变压器来表示207，并且把一个饱和反馈变压器2070添加到基极电路上。饱和基极反馈变压器然后确定直流交流逆变器的操作频率。该电路没有提供输出电压调节。在这两个电路中，方波次级输出峰-峰电压都取决于输入直流电压，并且输出频率取决于直流输入电压以及取决于饱和变压器特性。这种改进的逆变器公布在Jensen，J.L.的一种改进方波振荡器电路(An Improved Square Wave Oscillator Circuit)Trans.IRE，Vol.CT-4，No.3，September‘57中。
然后通过把图2B的三相整流器与诸如图2C或2D中的逆变器相结合，能便宜地实施图2的系统。三相整流器平衡相等通过三个输入相的每一个的加载，而不需要计算设备。
图2、2B、及2C或2D的系统可以同样好地应用于2相系统，或大于三相的系统，即应用于“n相”配电系统。可以选择性地包括滤波电容器58、及低通滤波器208、209、和210，以提供正弦波输出212，输出212取决于由要供电的负荷电路要求的输出频谱。
图2、2B、2C的系统特别好地适用于小型设施，比如说单独的工厂。在这种情况下，本发明这种实施例的使用将有助于减少在引入线到现场的功率因数校正问题，因为从交流引入线到现场已经除去所有各种电机负荷、和其他非纯电阻性负荷，并且由一个“整流器输入”电路代替。有可能，借助于省去电容器58、或使用单独用于噪声滤波的非常小的电容、将看作电感性的变压器207的初级207a的电感，相对设施的功率因数将呈现改进的功率因数，而不用当前的这种负荷平衡电路。这是因为电容器-输入整流器提供约0.6的功率因数，而“无限电感器”整流器电路理想地提供约百分之九十的功率因数。带有非饱和集电极变压器207的、和带有分离饱和基极变压器2070的图2D的直流交流逆变器的改进形式，应该在现场输入功率因数方面提供更大的改进。最后，第三种变更是“电流馈电”推挽转换器，其中与连接到变压器207的中心抽头上的直流供电输入串联地添加一个大电感器。这会在整流器电路中提供增大的电感，进一步增大输入功率因数。一个高的、几乎为一的功率因数对于电力公司是重要的，因为这表示配电设施成本的可能节省，如熟知的那样。图2E表示系统10，包括三相整流器524、和一个改进的“静止转换器”直流交流逆变器2000，带有一个添加的电感器2071以增大输入功率因数。一个纯电阻性负荷具有1.0的功率因数。由非电阻性负荷造成的负荷电流相位移、和由非线性负荷造成的失真，减小了功率因数，并且导致电力公司的设施成本增大，这归因于电能至客户负荷现场的低效率联接。
尽管表明的静止转换器电路是非常老的技术，但他们表示最简单的、最便宜的实施例。包括反馈控制电路、和带有非饱和变压器的较新推挽切换调节器，可以用来实施具有与输入电压独立的输出电压和频率的静止逆变器。这种逆变器的实施例当由低压电池供电操作时是熟知的。用于较高输入电压的这种电路的结构是直截了当的，比低压输入的情况容易。
图2F由一个大功率因数控制器升压开关调节器5242代替图2E的电感器2071，以进一步增大输入功率因数。升压调节器5242可以采用大功率因数控制器，如Unitrode Integrated Circuits Corporationpart number(Unitrode集成电路公司零件号)UC1854。这个零件及其用途在Unitrode文献中有许多资料证明，可以在产品和应用手册’93-’94，#IC850(Product&Applications Handbook’93-’94，#IC850)，Unitrode Integrated Circuits Corporation，7ContinentalBoulevard，Merrimack，NH03054，USA，电话(603)424-2410传真(603)424-3460中找到。块5242把一个调节的直流输出电压5244提供到直流交流逆变器10，除去交流输出频率变化的一个原因，及确定直流交流转换器10的输出幅值。电容器C保持5243提供电荷的存储，在任何瞬态低输入线电压条件之后，允许直流交流逆变器10继续提供交流输出211几个毫秒。这提供了对短时“下降”的一定抗扰性，并且如通常所做的那样，如果由升压调节器5242提供一个低输入电压警报信号，则提供用于顺序切断负荷的时间。UC1854和类似的大功率因数控制器能够向n相电源提供输入功率因数，当工作在通常的单相系统中时，能够提供大于0.99的输入功率因数。就图2F中所示的三相输入而论，相同的电路应该提供增大的输入功率因数，因为在Unitrode文献中描述的、称作“尖点失真”的误差源，当使用带有n相电源的控制器时应该不存在。这是因为另外的相不允许至大功率因数升压调节器的最小输入电压瞬时降到零，例如象单相全波桥式整流器那样，因为另外的相填充一相输入的两个半循环之间的“孔”。尖点失真与放大器中的交叠畸变相似，并且通过波纹波形的填入除去，因为输入电压已不能立即达到成问题的接近零伏特低输入电压范围。
1854功率因数控制器和设计过程在如下Unitrode IC Corp.文献中描述(1)UC1854/2854/3854大功率因数预调节器(1854数据表)(UC1854/2854/3854High Power Factor Preregulator(1854DataSheet))(2)U-134，UC3854控制功率因数校正电路设计(U-134，UC3854Controlled Power Factor Correction Circuit Design)(3)DN-39D，在UC3854功率因数校正应用中的优化性能(DN-39D，Optimizing Performance in UC3854 Power Factor CorrectionAppilcations)(4)DN-41，扩展的电流互感器范围(DN-41，Extended CurrentTransformer Ranges)(5)U-140，切换供电的平均电流模式控制(U-140，Average CurrentMode Control of Switching Power Supplies)。
总之，图2等的系统用来均匀平衡n相电源上的电气负荷的方法包括步骤整流所述n相电源，以产生直流电压源；把所述直流电压源连接到直流交流逆变器上，用来产生一个交流输出电压；由所述直流电压产生所述交流输出电压；把交流负荷连接到所述交流输出电压上，由此把输出交流负荷电流供给到所述交流负荷；借此，所述输出交流负荷电流经所述直流交流逆变器，作为所述直流电压源上的直流负荷电流被反射回，并且借此所述直流负荷电流又经所述n相整流器，作为所述n相电源上的输入交流负荷电流被反射回，所述输入交流负荷电流通过所述n相电源的所述n相由所述n相整流器均等地提供，由此均等地平衡在所述n相电源的所述n相上的所述交流输出负荷电流。
图3是本发明一个实施例的方块图，结合图1B和2F的系统的特征，并且进一步添加了，例如与电力公司或与客户，经通信链路，例如调制解调器3001的通信能力。图2F系统的实施例插入在图1B的公用断路器14与图1B系统的其余元件之间，提供自动负荷平衡、还有大的功率因数，如以上所述的那样。图1B系统这里表示为标记1001…1002的电路的n个单元，1001…1002表示与m个支路每一个有关的电路的每个单元。这些m个支路“单元”连接到与图1B中处理器12相同的处理器3012上，并且不仅由处理器3012以相同的方式控制，以通过限制由直流交流逆变器10提供的最大负荷电流而限制n相公用电路上的最大负荷，而且处理器3012具有将描述的另外能力。现在，调制解调器3001由双向数据总线3004连接到处理器12上。调制解调器3001最好由RJ11接口3002连接到中心办公室电话线3003上。调制解调器3001提供例如与电力公司或与客户的通信能力。
除响应由传感器18和42m进行的电流测量、由处理器12预编程控制负荷，即支路的连接和脱开之外，处理器3012还接收编程，以作为时间，例如每天的何时或每星期的哪天的函数控制增加和减小负荷。而且根据由客户预编程到处理器3012中的优先权，可以进行电力线过载情况下的负荷减小、和负荷的重新连接。因而，电力客户即使在他不在时，也可以对其现场处的设备的操作实行控制。而且，处理器3012可以把数据报告给经调制解调器3001通信的电力公司。而更进一步，在图中所示实施例的任一个中，电力公司可以查寻处理器，例如关于图1中所示n相系统中每一相负荷、或查寻每条支路上的负荷。而且，电力公司或客户可以向处理器发布命令，例如连接或脱开负荷，由此经调制解调器3001和处理器3012对客户设施中的负荷实行控制，并且电力公司或客户可以经调制解调器3001远程重新编程处理器3012。尽管表示了布线的电话线连接，但蜂窝电话的使用、或实现与处理器3012的通信连接的其他无线通信方法也同样包括在本发明的范围内。
图4表示图2的块52和54的结合的另一种实施例5400，用于三相系统，作为对于n＝3的n相系统的一个例子。在图4中，每相首先在整流器401-403中被整流，每个整流器输出用作到一个分离功率因数校正(PFC)模块405-407的输入，如以上讨论的那样，例如使用UC1854或类似控制器。n个功率因数校正模块的输出连接在一起，并且到保持电容器409，提供一个直流输出410。n个PFC模块具有一种公共负荷分享母线互连408，例如，如在Unitrode文献中相对于其UC1907负荷分享控制器集成电路、和相对于诸如UC1842之类的开关调节器控制器讨论的那样。负荷分享母线的目的在于，保证每个PFC模块提供与每个其他PFC模块相等的负荷电流份额，加减一个比如说10％或更小的公差。
图4实施例相对于图2和2B的优点在于，图4实施例更肯定地既改进了n相上的负荷平衡，又改进了n相每一相上的功率因数。
图5表示数字电表5001至诸如图3的处理器3012之类的处理器3012的另外连接。数字电表5001是记录累计电功率消耗的数字电度表。处理器3012带有至调制解调器3001的有关联接3004，调制解调器3001最好经接口3002连接到中心办公室电话线3003上。采用这种布置，通过处理器和用于传送到查寻位置，例如电力公司的通信连接，可得到客户设施的电功率利用率。
在隐含地包括在图3中的另一个实施例中，电流传感器18和42n连续地由处理器3012监视，并且联系在电流传感器位置处的同时电压测量，可以如熟知的那样计算瞬时功率消耗，且可以在处理器3012中连续求和，“积分”，以保留设施的累计电功率消耗。用于每种功率测量的必需硬件表示在图5B中，表示电流传感器518带有至处理器3012的输出5181，和电压传感器5189带有至处理器3012的输出5189V。因而数字电表5001的功能可以并入图3的系统中，并且类似地并入诸如图1中之类的n相系统中。
数字功率表功能，不管实施成图5中所示的分立仪器还是隐含在图3中，如上述那样，即使没有通信连线，在这里描述的任何系统中也是有用的，用来提供在负荷管理中使用的辅助参数。
尽管相对于有限数量的实施例已经描述了本发明，但要理解可以进行本发明的多种变更、修改和其他应用。具体地说，通常n＝3的n相情形已经用作例子。一般来说，相数不限于三相，而是可以是任何数量的相。而且，任何形式的通信连接可以用于客户现场处理器与电力公司之间的信息交换。
权利要求
1.一种三相电气负荷分配系统，包括一个电功率求和电路，联接到三相配电网的第一、第二和第三相上，用来产生求和输出的所述电功率求和电路具有等效于所述第一、第二和第三相的载流量之和的载流量；一个整流器电路，联接到所述电功率求和电路上，所述整流器电路用来把所述求和输出基本上整流成直流电压；及一个发生器，用来把所述直流电压基本上转换成交流电压。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述交流电压是单相，并且具有预定电压和频率。
3.一种用来均匀分配三相配电系统中的电气负荷的方法，该方法包括步骤对由三相配电网的每一相供给的电功率求和，由此产生一个求和输出；对所述求和输出整流，以产生一个基本上为直流的电压；及由所述直流电压基本上产生一个交流电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述交流电压是单相，并且具有预定电压和频率。
5.根据权利要求1所述的三相电气负荷分配系统，其中把所述求和电路和所述整流电路结合成一个三相整流器。
6.根据权利要求3所述的用来均匀分配三相配电系统中的电气负荷的方法，其中把所述求和和所述整流结合到一个三相整流器中。
7.一种用来均匀地分配在多个支路上存在的、通过三相配电网的电气负荷的三相负荷分配系统，包括第一、第二和第三电流传感器，分别联接到三相配电网的第一、第二和第三相上，所述第一、第二和第三电流传感器用来分别测量流经所述第一、第二和第三相的电流；多个开关，所述开关的每一个联接到多条支路之一上，所述多个开关的每一个用来把所述第一、第二或第三相的任一相连接到多条支路之一上；多个电流传感器，用来测量流经所述多条支路每一条的电流，每个所述电流传感器联接到所述多条支路之一上；及一个处理器，联接到所述第一、第二和第三电流传感器、所述多个开关、及所述多个电流传感器上；所述处理器用来计算(a)流经所述第一、第二和第三相的每一对的所述电流之差，和(b)流经所述第一、第二和第三相的每一对的所述电流的比值；所述处理器用来控制所述多个开关，从而从包括流经所述第一、第二和第三相的每一对的所述电流的(a)差值、和(b)比值的组中选择的函数不超过预定阈值；所述处理器计算由所述开关连接到所述相上的支路的另外组合，并且所述处理器控制由所述开关把所述支路重新连接到所述相上，从而诸函数不超过所述阈值。
8.一种用来均匀地分配在多个支路上存在的、通过至少一相配电网的电气负荷的至少一相负荷分配系统，包括至少一个电流传感器，分别联接到至少一相配电网的至少一相上，所述至少一个电流传感器用来分别测量流经所述至少一相的电流；多个开关，所述开关的每一个联接到多条支路之一上，所述多个开关的每一个用来把所述至少一相的任一相连接到多条支路之一上；多个电流传感器，用来测量流经所述多条支路每一条的电流，每个所述电流传感器联接到所述多条支路之一上；及一个处理器，用来控制多个开关，从而流经所述至少一相的所述电流不超过预定阈值；所述处理器联接到所述至少一个电流传感器、所述多个开关、及所述多个电流传感器上。
9.一种用来均匀地分配在多个支路上存在的、通过至少一相配电网的电气负荷的至少一相负荷分配系统，包括至少一个电流传感器，分别联接到至少一相配电网的至少一相上，所述至少一个电流传感器用来分别测量流经所述至少一相的电流；多个开关，所述开关的每一个联接到多条支路之一上，所述多个开关的每一个用来把所述至少一相的任一相连接到多条支路之一上；多个电流传感器，用来测量流经所述多条支路每一条的电流，每个所述电流传感器联接到所述多条支路之一上；及一个处理器，联接到所述第一、第二和第三电流传感器、所述多个开关、及所述多个电流传感器上；所述处理器用来计算(a)流经所述第一、第二和第三相的每一对的所述电流之差，和(b)流经所述第一、第二和第三相的每一对的所述电流的比值；所述处理器用来控制所述多个开关，从而从包括流经所述第一、第二和第三相的每一对的所述电流的(a)差值、和(b)比值的组中选择的函数不超过预定阈值；所述处理器计算由所述开关连接到所述相上的支路的另外组合，并且所述处理器控制由所述开关把所述支路重新连接到所述相上，从而诸函数不超过所述阈值。
10.一种n相电气负荷平衡系统，包括(a)一个直流交流逆变器，用来把直流电压转换成交流电压，带有一个交流输出负荷电路、和一个直流输入连接；及(b)一个n相整流器电路，带有联接到具有n相的n相电源上的输入、和联接到所述直流交流逆变器上的输出，所述整流器电路用来(1)把所述n相电源基本上整流成直流电压，及用来(2)把所述整流器输出电路上的所述直流交流逆变器的负荷均等地平衡在所述n相电源的所述n相上，由此，把所述交流输出负荷电路的负荷均等地平衡在所述n相电源的所述n个输入相上。
11.根据权利要求10所述的n相电气负荷平衡系统，进一步包括(c)一个功率因数改进电路，串联连接在所述n相整流器的所述输出与所述直流交流逆变器的所述直流输入连接之间，从包括(1)一个电感器、和(2)一个大功率因数控制器开关调节器的表选择所述电路。
12.一种均匀地平衡在n相电源上的电气负荷的方法，该方法包括步骤整流所述n相电源，以产生直流电压源；把所述直流电压源连接到一个直流交流逆变器上，用来产生一个交流输出电压；由所述直流电压产生所述交流输出电压；把交流负荷连接到所述交流输出电压上，由此把输出交流负荷电流供给到所述交流负荷；借此，所述输出交流负荷电流经所述直流交流逆变器，作为所述直流电压源上的直流负荷电流被反射回，并且借此所述直流负荷电流又经所述n相整流器，作为所述n相电源上的输入交流负荷电流被反射回，所述输入交流负荷电流通过所述n相电源的所述n相由所述n相整流器均等地提供，由此均等地平衡在所述n相电源的所述n相上的所述交流输出负荷电流。
13.一种用来均匀地分配在多个支路上存在的、通过三相配电网的电气负荷的三相负荷分配系统，包括第一、第二和第三电流传感器，分别联接到三相配电网的第一、第二和第三相上，所述第一、第二和第三电流传感器用来分别测量流经所述第一、第二和第三相的电流；多个开关，所述开关的每一个联接到多条支路之一上，所述多个开关的每一个用来把所述第一、第二或第三相的任一相连接到多条支路之一上；多个电流传感器，用来测量流经所述多条支路每一条的电流，每个所述电流传感器联接到所述多条支路之一上；一个处理器，用来控制所述多个开关，从而流经所述第一、第二和第三相的每一个的所述电流不超过预定阈值；所述处理器联接到所述第一、第二和第三电流传感器、所述多个开关、及所述多个电流传感器上；及，一种通信连线，连接到用来提供通信能力的所述处理器上。
14.一种用来均匀地分配在多个支路上存在的、通过三相配电网的电气负荷的三相负荷分配系统，包括第一、第二和第三电流传感器，分别联接到三相配电网的第一、第二和第三相上，所述第一、第二和第三电流传感器用来分别测量流经所述第一、第二和第三相的电流；第一、第二和第三断路器，分别联接到所述第一、第二和第三相上；多个开关，所述开关的每一个联接到多条支路之一上，所述多个开关的每一个用来把所述第一、第二或第三相的任一相连接到多条支路之一上；多个断路器，每个联接到多条支路之一上；多个电流传感器，用来测量流经所述多条支路每一条的电流，每个所述电流传感器联接到所述多条支路之一上；一个处理器，用来控制所述多个开关，从而流经所述第一、第二和第三相的每一相的所述电流不超过预定阈值；所述处理器联接到所述第一、第二和第三电流传感器、所述多个开关、及所述多个电流传感器上；及，一种通信连线，连接到用来提供通信能力的所述处理器上。
15.根据权利要求1所述的系统，进一步包括一种通信连线。
16.根据权利要求3所述的方法，进一步包括经一种通信连线进行通信。
17.根据权利要求7所述的系统，进一步包括一种连接到用来提供通信能力的所述处理器上的通信连线。
18.根据权利要求8所述的系统，进一步包括一种连接到用来提供通信能力的所述处理器上的通信连线。
19.根据权利要求9所述的系统，进一步包括一种连接到用来提供通信能力的所述处理器上的通信连线。
20.根据权利要求10所述的系统，进一步包括一种通信连线。
21.根据权利要求12所述的方法，进一步包括经一种通信连线进行通信。
22.一种n相电气负荷平衡系统，包括(a)一个n相整流器电路，带有联接到具有n相的n相电源上的输入、和联接到一个直流负荷上的输出，所述整流器电路用来(1)把所述n相电源基本上整流成直流电压，及用来(2)把所述整流器输出电路上的所述直流负荷均等地平衡在所述n相电源的所述n相上；(b)一个功率因数改进电路，串联连接在所述n相整流器的所述输出与所述直流负荷之间。
23.一种n相电气负荷平衡系统，包括(a)一个分离的整流器，用于n相的每一相；(b)一个PFC模块，连接到每个所述整流器的输出上；(c)一公共输出连接，在所述n个PFC模块之间；(d)一根公共负荷分享母线，在所述n个PFC模块之间。
24.根据权利要求13所述的系统，进一步包括一种数字功率表功能，所述数字功率表具有功率测量能力，所述数字功率表从如下组成的组中选择(a)一个数字电度表，用来记录累计电功率消耗，和(b)一个电压传感器与一个所述电流传感器的组合，所述电压和电流传感器带有至所述处理器的输出，所述处理器用来计算从由瞬时功率消耗和累计电功率消耗组成的组中选择的功率相关的测量，所述功率表功能用来提供用于负荷管理的一个辅助参数，及所述功率表功能经所述通信连线用来提供客户设施的电功率利用率。
25.根据权利要求14所述的系统，进一步包括一种数字功率表功能，所述数字功率表具有功率测量能力，所述数字功率表从如下组成的组中选择(a)一个数字电度表，用来记录累计电功率消耗，和(b)一个电压传感器与一个所述电流传感器的组合，所述电压和电流传感器带有至所述处理器的输出，所述处理器用来计算从由瞬时功率消耗和累计电功率消耗组成的组中选择的功率相关的测量，所述功率表功能用来提供用于负荷管理的一个辅助参数，及所述功率表功能经所述通信连线用来提供客户设施的电功率利用率。
26.根据权利要求1所述的系统，进一步包括一种数字功率表功能。
27.根据权利要求3所述的方法，进一步包括测量功率消耗。
28.根据权利要求7所述的系统，进一步包括一种数字功率表功能，所述数字功率表具有功率测量能力，所述数字功率表从如下组成的组中选择(a)一个数字电度表，用来记录累计电功率消耗，和(b)一个电压传感器与一个所述电流传感器的组合，所述电压和电流传感器带有至所述处理器的输出，所述处理器用来计算从由瞬时功率消耗和累计电功率消耗组成的组中选择的功率相关的测量，所述功率表功能用来提供用于负荷管理的一个辅助参数。
29.根据权利要求8所述的系统，进一步包括一种数字功率表功能，所述数字功率表具有功率测量能力，所述数字功率表从如下组成的组中选择(a)一个数字电度表，用来记录累计电功率消耗，和(b)一个电压传感器与一个所述电流传感器的组合，所述电压和电流传感器带有至所述处理器的输出，所述处理器用来计算从由瞬时功率消耗和累计电功率消耗组成的组中选择的功率相关的测量，所述功率表功能用来提供用于负荷管理的一个辅助参数。
30.根据权利要求9所述的系统，进一步包括一种数字功率表功能，所述数字功率表具有功率测量能力，所述数字功率表从如下组成的组中选择(a)一个数字电度表，用来记录累计电功率消耗，和(b)一个电压传感器与一个所述电流传感器的组合，所述电压和电流传感器带有至所述处理器的输出，所述处理器用来计算从由瞬时功率消耗和累计电功率消耗组成的组中选择的功率相关的测量，所述功率表功能用来提供用于负荷管理的一个辅助参数。
31.根据权利要求10所述的系统，进一步包括一种数字功率表功能。
32.根据权利要求12所述的方法，进一步包括测量功率消耗。
全文摘要
一种用于通过n相配电网均匀分配电气负荷的设备及其方法。在每个进相(Φ1、Φ2、Φ3)中和在每个支路(1－5)中的电流由一个电流传感器(16、18、20、42、44、46、48和50)测量。电流传感器的输出由一个处理器(12)监视。与每个支路相联的是一个多极开关(22、24、26、28和30)和一个常规断路器(32、34、36、38、40、)。每个开关(22、24、26、28和30)能够把其相应支路(1－5)连接到任何进相(Φ1、Φ2、Φ3)上，并且能够把支路(1－5)与所有n相(Φ1、Φ2、Φ3)脱开。处理器(12)周期地监视流经每个进相的电流，并且根据支路负荷状态(1－5)重新编程(22、24和26)，以保持支路负荷(1－5)通过所有三个进相(Φ1、Φ2、Φ3)均匀地分配。
文档编号H02J3/14GK1240058SQ97180476
公开日1999年12月29日 申请日期1997年12月5日 优先权日1996年12月9日
发明者耶尔·戴维, 路谱·威特纳 申请人:目标－高技术电子学公司