具有精确过零相线投切的三相四线电能表的制作方法

本发明涉及电能表技术领域，具体涉及具有精确过零相线投切的三相四线电能表。

背景技术：

随着经济社会的发展，用电设备的类型越来越多。由于目前的供电系统一般都是三相供电系统，在三相供电系统中，如果三相上的功率出现较大的不对称时，就会出现电网的不平衡运行，就会出现电网抖动。

当电网运行在不平衡状态时，电网中的变压器就处于不对称运行状态，处于不对称运行状态的变压器会使变压器的零序电流过大，过大的零序电流会使变压器的局部零件温度增高，如果变压器的局部零件温度增高过大就可能会烧毁变压器，从而造成供电系统的停电事故。

当电网不平衡运行时，如果要想让不平衡运行的电网变为平衡运行的电网，目前采取的办法是将位于一个大范围片区的高功率相线上的一部分负载人工切换到另一个大范围片区的低功率相线上。由于这种切换方式在瞬间切换的负载较多，导致瞬间切换的冲击电流过大，过大的冲击电流不仅会烧坏切换设备，还由于在负载切换的那一瞬间，该负载切换前后的供电相线不同会导致该负载工作发生混乱甚至损坏。

由于具体负载都是由某个具体用户使用的，每个具体用户的所有用电都要用三相四线电能表进行电能计量，因此，如果能以三相四线电能表所连接的所有负载为相线切换的基本相线切换单元，那么只要整个电网中的每个基本相线切换单元内的功率是基本平衡的则就能保证整个电网的功率也是基本平衡的，就会电网处于平衡运行状态。

以三相四线电能表所连接的所有负载为相线切换的基本相线切换单元，这不仅增加了电网相线切换的灵活性，由于一个三相四线电能表上连接的负载相对于一个大范围片区来说少得多，这种相线切换所产生的冲击电流也要小得很多。因此，如果能由三相四线电能表及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，大大提高了电网运行的稳定性。因此，设计一种能根据连接在三相四线电能表各相线上负载的功率不平衡自动实现将高功率相线上的一部分负载切换到低功率相线上，尽量使三相四线电能表各相线上的功率平衡的三相四线电能表显得非常必要。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有三相四线电能表没有相线切换功能，导致出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时不能将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上的不足，提供一种当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关，易对自用电供电模块的电池组进行充放电控制的具有精确过零相线投切的三相四线电能表。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

具有精确过零相线投切的三相四线电能表，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块，还包括节点J1和控制器以及分别与控制器连接的三相平衡监测器、一号电压采样电路、单相逆变电源、隔离变压器、二号电压采样电路和接口功率监测器。单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。

还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，1≤i≤42。

还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接。节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接。

三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接。

单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K42与节点J6连接。

还包括分别与接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口。

还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19。

节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K38、节点J17和二号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接。

节点J1、开关K1、节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K2、节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K3、节点J11、开关K32和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K4、节点J15、开关K36和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K5、节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K6、节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K7、节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K8、节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K9、节点J4、开关K19和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K10、节点J9、开关K27和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K11、节点J5、开关K20和节点J13依次串联连接，节点J1、开关K12、节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接。

所述开关K40、开关K41和关K42均为电路结构完全相同的复合开关；复合开关包括一号节点二号节点、切换开关K_a、节点M_a、电感L_a、节点M_b、电容Ca、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、电容C₀、光电耦合器OPT、电阻R₀、自用电供电模块、磁驱动电力路和硅驱动电路，切换开关K_a包括可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c，光电耦合器OPT包括发光二极管D₅和光敏三极管Q₀；可控硅开关K_b的一端和磁保持继电器开关K_c的一端分别连接在一号节点上，在同一时间断面内一号节点只能连接在A相、B相和C相这三相中的其中一相上；可控硅开关K_b的另一端、磁保持继电器开关K_c的另一端、电感L_a的一端、二极管D₁的正极端和二极管D₃的负极端都连接在节点M_a上，电感L_a的另一端、电容Ca的一端和电容C₀的一端都连接在节点M_b上，电容Ca的另一端连接在二号节点上，二号节点连接在零线N上，二极管D₂的正极端和二极管D₄的负极端都连接在电容C₀的另一端上，二极管D₁的负极端和二极管D₂的负极端都连接在发光二极管D₅的正极端上，二极管D₃的正极端和二极管D₄的正极端都连接在发光二极管D₅的负极端上，光敏三极管Q₀的发射极接地，光敏三极管Q₀的集电极分别与电阻R₀的一端和控制器连接，电阻R₀的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关K_b的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关K_c的控制端和控制器连接。

自用电供电模块包括电池连接模块、能由若干个相互独立的单体电池依次串联连接而成的电池组；自用电供电模块还包括分别与单体电池个数相等的充电器、切换开关和限流模块；电池连接模块包括与单体电池个数相等的体充电连接机构；在每个体充电连接机构上分别设有体电压检测芯片；每个充电器的电源输出端一对一连接在每个切换开关选择端的一个接线端上；每个切换开关的转动端一对一连接在限流模块的一端上，每个限流模块的另一端一对一连接在电池连接模块的体充电连接机构上；电池连接模块连接在电池组上，所述电池连接模块的控制端、每个体电压检测芯片、每个限流模块的控制端和每个切换开关的控制端分别与控制器连接；并在控制器的控制下，当不为电池组充电时，电池连接模块能将电池组内各个相互独立的单体电池依次串联连接在一起变成串联电池，当为电池组充电时，电池连接模块能将电池组内依次串联连接在一起的串联电池变成相互独立的单体电池；

每个充电器的电源输入端和控制器的电源输入端都导电连接在一个通电先后控制机构上，并且在上电时通电先后控制机构先给控制器通电，然后再给充电器通电；在下电时通电先后控制机构先让充电器断电，然后再让控制器断电。

本方案的通电先后控制机构让控制器先通电，控制器通电后就让电池连接模块将电池组内依次串联连接在一起的串联电池变成相互独立的单体电池，然后通电先后控制机构才让充电器通电，这样能够充分保证在充电器通电时，各个单体电池之间是相互独立的，各个单体电池之间充电就不会受影响，从而易对自用电供电模块的电池组进行充放电控制。

本方案在使用时，假设在一般情况下，一号负载接口和二号负载接口都是由A相供电，三号负载接口和四号负载接口都是由B相供电，五号负载接口和六号负载接口都是由C相供电。

本方案的三相平衡监测器在设定时间间隔内对三相四线电能表的A相、B相和C相进行功率平衡监测，并将监测的数据上传给控制器，控制器立即对三相平衡监测器上传的数据进行计算处理。如果控制器对三相平衡监测器上传的数据计算处理后出现任意两相功率的差大于设定值时，则找出当前功率最大的相线，若当前功率最大的相线为A相。

然后控制器就立即给接口功率监测器一个工作指令，接口功率监测器立即对一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口进行功率监测，并将监测结果上传控制器，控制器收到一至五号负载接口上传来的数据后立即进行计算处理。如果计算后得到将一号负载接口上的负载加到六号负载接口上或者加到六号负载接口上是最能让电网各相功率保持平衡的，那么在控制器的控制下就将一号负载接口的供电电源从A相切换到C相。

一号负载接口的供电电源从A相切换到C相的切换过程如下：

首先，假设在切换前，开关K1至开关K20、开关K25、开关K26、开关K27、开关K28、开关K32、开关K33、开关K36、开关K37、开关K40、开关K41和开关K42都处于断开状态，开关K21、开关K22、开关K23、开关K24、开关K29、开关K30、开关K31、开关K34、开关K35、开关K38和开关K39都处于闭合状态。

然后，一号电压采样电路的开关将A相接通，一号电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器。

然后，开关K42闭合接通C相与单相逆变电源，单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成闭环控制，在控制器中产生SPWM的驱动信号，使单相逆变电源输出的电压波形经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时，同时闭合开关K1和开关K17，并同时断开开关K39，此时一号负载接口上的供电电源状态还是和A相上的电源状态相同。

然后，控制器采用移相控制，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与C相电压同幅值同相位时，断开开关K1，并同时闭合开关K13，此时一号负载接口上的供电电源状态就完全和C相上的电源状态相同，即此时一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相。

最后将开关K42断开，使单相逆变电源被旁路退出，至此一次相位切换作业结束。其它负载接口切换原理相同。

在本方案的复合开关中，电感L_a采用高频电感，电感L_a的电感为几十微亨。当可控硅开关K_b或磁保持继电器开关K_c导通瞬间，电容Ca的阻抗约为0，而由于电感L_a的存在，电感L_a在导通瞬间，其频率变化很大，电感L_a的阻抗也很大，抑制了电源导通瞬间的冲击电流；当电路正常工作时，由于电源频率为50Hz工频，则电感L_a的阻抗很小。

在电感L_a中，电感L_a的电压U_La超前电感L_a的电流I₁90度，即电感L_a的电流I₁落后电感L_a的电压U_La90度。

在电容C₀中，电容C₀的电流I₂超前电容C₀的电压U_C090度，即电容C₀的电压U_C0落后电容C₀的电流I₂90度。

电流I₁通过电感L_a、电容Ca形成闭合回路，则有电感L_a上的电压U_La超前电感L_a上的电流I₁90度。

当电感L_a的电压U_La在某个时刻的节点M_a点为正、节点M_b点为负时，则电流I₂从节点M_a点通过二极管D₁、发光二极管D₅、二极管D₄和电容C₀形成支路。

忽略二极管D₁、发光二极管D₅和二极管D₄的压降，显然有即U_La＝U_C0，即电感L_a的电压U_La等于电容C₀的电压U_C0。显然有电感L_a上的电压U_La滞后电容C₀上的电流I₂90度，从而有电容C₀上的电流I₂与电感L_a上的电流I₁互为反向，即电流I₂与电流I₁互为反向。U_CN是C相上的电压。

当电流I₂正向且大于发光二极管D₅发光的最小电流时，光电耦合器的输出信号U_I0即从高电平变为低电平，合理选择电容C₀，使电容C₀上的电流I₂正向过零点且能快速达到发光二极管D₅发光的最小电流。

当电流I₂正向过零点后，光电耦合器的输出信号U_I0即从高电平变为低电平，由于电流I₂与电流I₁反向，则有当光电耦合器的输出信号U_I0从低电平变为高电平时，电流I₁刚好处于正向过零点。因此光电耦合器的输出信号U_I0从低电平变为高电平时，即获得了电流I₁的过零点电流。当获得了电流I₁的过零点电流时，控制器即可立即给磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合信号。如果需要让磁保持继电器开关K_c断开，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；如果需要让磁保持继电器开关K_c闭合，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合。本方案从通过获取电流过零点时的准确时间点，再根据该准确时间点对磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合的控制信号来使磁保持继电器开关K_c的触点断开或闭合，此时流过磁保持继电器开关K_c的电流小，在小电流时断开或闭合磁保持继电器开关K_c，使得磁保持继电器开关K_c的触点不易损坏。从而有效地延长了磁保持继电器开关K_c的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

在投入复合开关时，因为可控硅开关K_b导通的瞬间，由于电感L_a的电流抑制作用，不会发生大的冲击电流，又由于可控硅开关K_b的导通压降很小，且电感L_a在工频频率下阻抗很小，节点M_a和节点M_b两点间的压降较小，此时闭合磁保持继电器开关K_c，对磁保持继电器开关K_c的触点损害很小，从而有效地延长了控硅开关K_b的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

本方案在可控硅开关K_b处于导通且磁保持继电器开关K_c处于闭合时，如果要关断可控硅开关K_b，则在电流I₁过零点时才让可控硅开关K_b断开，这样能够有效保护可控硅开关K_b的使用寿命。

本方案只有在要向C相投入复合开关的可控硅开关K_b时才采用电压过零点时投入，只要复合开关上有电流的情况下都采用电流过零来进行投入或切除，大大提高了复合开关的使用寿命，可靠性较高，安全性较好。

本方案中，当可控硅开关K_b导通时，在磁保持继电器开关K_c还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关K_c也是导通的，即可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c此时同时处于导通状态。由于可控硅开关K_b支路具有电感L_a的导通电阻，显然磁保持继电器开关K_c支路的阻抗要远远小于可控硅开关K_b支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关K_c的电流大于流过可控硅开关K_b支路的电流。若磁保持继电器开关K_c不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。本方案从通过获取电感L_a支路的电流I₁过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关K_c的触点，让磁保持继电器开关K_c在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关K_c上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关K_c的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。

本方案的三相四线电能表当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，并且各个负载接口的供电相线可任意切换，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关。该三相四线电能表不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，结构简单，智能化程度高，可靠性好。本方案在投切复合开关时，通过获取电流过零点，再发出控制信号，断开或闭合复合开关的触点，切换电流小不易损坏复合开关的触点，有效地延长了复合开关的寿命。

作为优选，还包括与控制器连接的存储器。存储器便于存储三相四线电能表的信息，使用方便简单。

作为优选，还包括过滤器，过滤器串联连接在单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端之间的连线上。过滤器提高了隔离变压器输入的可靠性，进而使得隔离变压器输出的可靠性更高。

作为优选，隔离变压器的变比大于1.17。由于单相逆变电源输出的正弦电压的幅值最大只有输入电压的0.85倍，因此在滤波器的后边接上隔离变压器，变比大于1.17，以使切换三相四线电能表的输出电压幅值达到220V，提高了三相四线电能表的实用性和可靠性。

作为优选，还包括复合开关的精确过零投切控制方法，所述复合开关的精确过零投切控制方法如下：

(1-1)投入复合开关；

(1-1-1)当要向火线C投入复合开关时，先检测火线C上电压U_CN过零点时的准确时间点，当电压U_CN过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通；

(1-1-2)当可控硅开关K_b导通设定时间后，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合；

(1-1-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断，此时只由磁保持继电器开关K_c保持供电回路工作，至此完成复合开关向火线C的投入工作；

(1-2)切除复合开关；

(1-2-1)当要切除火线C上的复合开关时，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通，延时一段时间使可控硅开关K_b可靠导通；

(1-2-2)在可控硅开关K_b导通的情况下，再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；

(1-2-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断；至此复合开关已从火线C上完全切除。

本发明能够达到如下效果：

本发明三相四线电能表当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，智能化程度高，可靠性好，从而易对自用电供电模块的电池组进行充放电控制。

附图说明

图1是本发明实施例切换前的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图2是在图1的基础上，让切换过程中使隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图3是在图2的基础上，让开关K1和开关K17闭合，让开关K39断开时的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图4是在图3的基础上，让开关K13闭合，并让开关K1断开，使一号负载接口的供电电源完全从A相切换到了C相上的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

图5是本发明实施例自用电供电模块的一种电路原理连接结构示意图。

图6是本发明实施例自用电供电模块的一号体充电连接机构处上电磁铁压紧在下电磁铁上时的一种连接结构示意图。

图7是本发明实施例自用电供电模块的一号体充电连接机构处上电磁铁没有压在下电磁铁上时的一种连接结构示意图。

图8是本发明实施例自用电供电模块的通电先后控制机构处充电器和微控制器都还未上电时的一种使用状态连接结构示意图。

图9是本发明实施例自用电供电模块的通电先后控制机构处在上电时，只有微控制器的电源输入端正极已经接通电源时的一种使用状态连接结构示意图。

图10是本发明实施例自用电供电模块的通电先后控制机构处在上电时，只有微控制器的电源输入端正极接通电源和微控制器的电源输入端负极也已接通电源时的一种使用状态连接结构示意图。

图11是本发明实施例自用电供电模块的通电先后控制机构处在上电时，只有微控制器的电源输入端正极接通电源、微控制器的电源输入端负极也已接通电源和充电器的电源输入端正极也已接通电源时的一种使用状态连接结构示意图。

图12是本发明实施例自用电供电模块的通电先后控制机构处在上电时，微控制器的电源输入端正极接通电源、微控制器的电源输入端负极也已接通电源、充电器的电源输入端正极也已接通电源和充电器的电源输入端负极也已接通电源时的一种使用状态连接结构示意图。

图13是本发明复合开关与控制器和C相相连接的一种电路原理连接结构示意图。

图14是本发明开关K1至K42与控制器相连接的一种电路原理连接结构示意框图。

图15是本实施例自用电供电模块的各部件与控制器相连接的一种电路原理连接结构示意框图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：具有精确过零相线投切的三相四线电能表，参见图1-图14所示，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块110。还包括节点J1、过滤器104和控制器107以及分别与控制器连接的三相平衡监测器101、一号电压采样电路102、单相逆变电源103、隔离变压器105、存储器106、二号电压采样电路108和接口功率监测器109。过滤器分别与单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。隔离变压器的变比大于1.17。

还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，i＝1，1≤i≤42。

还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接。节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接。

三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接。

单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K42与节点J6连接。

还包括分别与接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口201、二号负载接口202、三号负载接口203、四号负载接口204、五号负载接口205和六号负载接口206。一

还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19。

节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K38、节点J17和二号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接。

节点J1、开关K1、节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K2、节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K3、节点J11、开关K32和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K4、节点J15、开关K36和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K5、节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K6、节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K7、节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K8、节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K9、节点J4、开关K19和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K10、节点J9、开关K27和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K11、节点J5、开关K20和节点J13依次串联连接，节点J1、开关K12、节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接。

开关K40、开关K41和关K42均为电路结构完全相同的复合开关；参见图13所示，复合开关包括一号节点701、二号节点702、切换开关K_a、节点M_a、电感L_a、节点M_b、电容Ca、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、电容C₀、光电耦合器OPT、电阻R₀、自用电供电模块901、磁驱动电力路502和硅驱动电路503，切换开关K_a包括可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c，光电耦合器OPT包括发光二极管D₅和光敏三极管Q₀；可控硅开关K_b的一端和磁保持继电器开关K_c的一端分别连接在一号节点701上，在同一时间断面内一号节点701只能连接在A相、B相和C相这三相中的其中一相上；可控硅开关K_b的另一端、磁保持继电器开关K_c的另一端、电感L_a的一端、二极管D₁的正极端和二极管D₃的负极端都连接在节点M_a上，电感L_a的另一端、电容Ca的一端和电容C₀的一端都连接在节点M_b上，电容Ca的另一端连接在二号节点702上，二号节点702连接在零线N上，二极管D₂的正极端和二极管D₄的负极端都连接在电容C₀的另一端上，二极管D₁的负极端和二极管D₂的负极端都连接在发光二极管D₅的正极端上，二极管D₃的正极端和二极管D₄的正极端都连接在发光二极管D₅的负极端上，光敏三极管Q₀的发射极接地，光敏三极管Q₀的集电极分别与电阻R₀的一端和控制器连接，电阻R₀的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关K_b的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关K_c的控制端和控制器连接。

参见图5、图15所示，自用电供电模块包括电池连接模块t22、能由若干个相互独立的单体电池依次串联连接而成的电池组t26；自用电供电模块还包括分别与单体电池个数相等的充电器、切换开关和限流模块，电池连接模块包括与单体电池个数相等的体充电连接机构；在每个体充电连接机构上分别设有体电压检测芯片t101；每个充电器的电源输出端一对一连接在每个切换开关选择端的一个接线端上；每个切换开关的转动端一对一连接在限流模块的一端上，每个限流模块的另一端一对一连接在电池连接模块的体充电连接机构上；电池连接模块连接在电池组上，所述电池连接模块t22的控制端、每个体电压检测芯片t101、每个限流模块的控制端和每个切换开关的控制端分别与控制器连接；并在控制器的控制下，当不为电池组充电时，电池连接模块能将电池组内各个相互独立的单体电池依次串联连接在一起变成串联电池，当为电池组充电时，电池连接模块能将电池组内依次串联连接在一起的串联电池变成相互独立的单体电池。

本实例中的充电器为充电器t2、充电t3和充电器t4。本实例中的切换开关为切换开关t5、切换开关t6和切换开关t7。本实例中的限流模块为限流模块t9、限流模块t10和限流模块t11。每个切换开关的选择端都包括接线端d、接线端e和接线端f。本实例中的控制器即为微控制器。

参见图5所示，设本实施例电池组的单体电池共有三个，并设这三个单体电池分别为一号单体电池t19、二号单体电池t20和三号单体电池t21；电池连接模块的体充电连接机构共有三个，并设这三个体充电连接机构分别为一号体充电连接机构t12、二号体充电连接机构t13和三号体充电连接机构t14；电池连接模块还包括组电源输出接口t15、一号单刀双掷开关t17、二号单刀双掷开关t18和单刀开关t16；一号单体电池的正极连接在一号单刀双掷开关的转动端上，一号单刀双掷开关的一号触点连接在一号体充电连接机构的正极接线端上，一号单刀双掷开关的二号触点连接在二号单刀双掷开关的二号触点上，一号单体电池的负极连接在一号体充电连接机构的负极接线端上，一号单体电池的负极也连接在组电源输出接口的负极接线端上；二号单体电池的正极连接在二号体充电连接机构的正极接线端上，二号单体电池的正极也连接在组电源输出接口的正极接线端上，二号单体电池的负极连接在二号体充电连接机构的负极接线端上，二号单体电池的负极也连接在单刀开关的一端上；三号单体电池的负极t25连接在二号单刀双掷开关的转动端上，二号单刀双掷开关的一号触点连接在三号体充电连接机构的负极接线端上，三号单体电池的正极t23连接在三号体充电连接机构的正极接线端上，三号单体电池的正极也连接在单刀开关的另一端上；所述一号单刀双掷开关的控制端、二号单刀双掷开关的控制端和单刀开关的控制端分别与控制器连接。

所述一号单刀双掷开关的二号触点和二号单刀双掷开关的二号触点均为常闭触点，在电池组充电时一号单刀双掷开关的二号触点和二号单刀双掷开关的二号触点均处于断开状态，在电池组没充电时一号单刀双掷开关的二号触点和二号单刀双掷开关的二号触点均处于闭合状态；所述一号单刀双掷开关的一号触点和二号单刀双掷开关的一号触点均为常开触点，在电池组充电时一号单刀双掷开关的一号触点和二号单刀双掷开关的一号触点均处于闭合状态，在电池组没充电时一号单刀双掷开关的一号触点和二号单刀双掷开关的一号触点均处于断开状态；所述单刀开关在电池组充电时处于断开状态，在电池组没充电时处于闭合状态。

参见图6、图7所示，每个体充电连接机构都包括滑腔t29、绝缘下横块t30、绝缘滑动块t38、绝缘上横块t36、滑动杆t32和活动横块t31，体充电连接机构的正极接线端包括上正极接线端头t28和下正极接线端头t27，体充电连接机构的负极接线端包括上负极接线端头t39和下负极接线端头t40；绝缘滑动块滑动设置在滑腔内，绝缘下横块固定设置在绝缘滑动块下方的滑腔内，绝缘上横块固定设置在绝缘滑动块上方的滑腔内，活动横块活动布置在绝缘上横块上方的滑腔内，上正极接线端头和上负极接线端头均设置在绝缘滑动块的下表面上，下正极接线端头和下负极接线端头均设置在绝缘下横块的上表面上，在绝缘上横块上设有竖直通孔t34，滑动杆滑动设置在竖直通孔内，滑动杆上端固定连接在活动横块上，滑动杆下端固定连接在绝缘上横块上，在绝缘上横块与绝缘滑动块之间的滑动杆上设有拉开弹簧t37，拉开弹簧的两端分别挤压连接在绝缘上横块的下表面上和绝缘滑动块的上表面上；在绝缘上横块的上表面上固定设有下电磁铁t35，在活动横块上设有上电磁铁t33，并且上电磁铁通电时产生的电磁力与下电磁铁通时电产生的电磁力相互吸引，且上电磁铁通电时产生的电磁力与下电磁铁通时电产生的电磁力相互吸引后能推动绝缘滑动块往下移动，并能将上正极接线端头压紧导电连接在下正极接线端头上和能将上负极接线端头压紧导电连接在下负极接线端头上。

每个单体电池的正极一对一电连接在下正极接线端头上，每个单体电池的负极一对一电连接在下负极接线端头上，每个限流模块的另一端的正极一对一电连接上正极接线端头上，每个限流模块的另一端的负极一对一电连接上负极接线端头上。

参见图8-图12所示，每个充电器的电源输入端和控制器的电源输入端都导电连接在一个通电先后控制机构t75上，并且在上电时通电先后控制机构先给控制器通电，然后再给充电器通电；在下电时通电先后控制机构先让充电器断电，然后再让控制器断电。

参见图8-图12所示，通电先后控制机构包括右端密封的绝缘管t62、绝缘支块t64、绝缘滑动杆t63和手柄t61，绝缘支块固定在绝缘管内t66，在绝缘支块上横向设有滑孔t65，绝缘滑动杆滑动设置在滑块内，手柄固定连接在绝缘滑动杆的左端；在绝缘管的内管壁下底面上从左到右依次固定设有一号正极接线端头t71、一号负极接线端头t72、二号正极接线端头t73和二号负极接线端头t74，并且一号正极接线端头的高度高于一号负极接线端头的高度高，一号负极接线端头的高度高于二号正极接线端头的高度高，二号正极接线端头的高度高高于二号负极接线端头的高度高；在绝缘支块右方的绝缘滑动杆的下表面上从左到右依次固定设有三号正极接线端头t67、三号负极接线端头t68、四号正极接线端头t69和四号负极接线端头t70，并且在绝缘滑动杆移动到设定位置时，三号正极接线端头能压紧导电连接在一号正极接线端头上，三号负极接线端头能压紧导电连接在一号负极接线端头上，四号正极接线端头能压紧导电连接在二号正极接线端头上，四号负极接线端头能压紧导电连接在二号负极接线端头上；控制器的电源输入端正极电连接在一号正极接线端头的下端，控制器的电源输入端负极电连接在一号负极接线端头的下端，充电器的电源输入端正极电连接在二号正极接线端头的下端，充电器的电源输入端负极电连接在二号负极接线端头的下端；三号正极接线端头和四号正极接线端头都电连接在通电先后控制机构的电源输入端的正极上；三号负极接线端头和四号负极接线端头都电连接在通电先后控制机构的电源输入端的负极上。

图13是本发明复合开关与控制器和C相相连接的一种电路原理连接结构示意图。复合开关与A相和B相的连接电路和复合开关与C相的连接电路相同。

本实施例在使用时，参见图1所示，假设在一般情况下，一号负载接口和二号负载接口都是由A相供电，三号负载接口和四号负载接口都是由B相供电，五号负载接口和六号负载接口都是由C相供电。

本实施例的三相平衡监测器在设定时间间隔内对三相四线电能表的A相、B相和C相进行功率平衡监测，并将监测的数据上传给控制器，控制器立即对三相平衡监测器上传的数据进行计算处理。如果控制器对三相平衡监测器上传的数据计算处理后出现任意两相功率的差大于设定值时，则找出当前功率最大的相线，若当前功率最大的相线为A相。

然后控制器就立即给接口功率监测器一个工作指令，接口功率监测器立即对一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口进行功率监测，并将监测结果上传控制器，控制器收到一至五号负载接口上传来的数据后立即进行计算处理。如果计算后得到将一号负载接口上的负载加到六号负载接口上或者加到六号负载接口上是最能让电网各相功率保持平衡的，那么在控制器的控制下就将一号负载接口的供电电源从A相切换到C相。

一号负载接口的供电电源从A相切换到C相的切换过程如下：

首先，参见图1所示，假设在切换前，开关K1至开关K20、开关K25、开关K26、开关K27、开关K28、开关K32、开关K33、开关K36、开关K37、开关K40、开关K41和开关K42都处于断开状态，开关K21、开关K22、开关K23、开关K24、开关K29、开关K30、开关K31、开关K34、开关K35、开关K38和开关K39都处于闭合状态。

然后，一号电压采样电路的开关将A相接通，一号电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器。

然后，参见图2、图3所示，开关K42闭合接通C相与单相逆变电源，单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成闭环控制，在控制器中产生SPWM的驱动信号，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时，同时闭合开关K1和开关K17，并同时断开开关K39，此时一号负载接口上的供电电源状态还是和A相上的电源状态相同。

然后，参见图4所示，控制器采用移相控制，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与C相电压同幅值同相位时，断开开关K1，并同时闭合开关K13，此时一号负载接口上的供电电源状态就完全和C相上的电源状态相同，即此时一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相。

最后将开关K42断开，使单相逆变电源被旁路退出，至此一次相位切换作业结束。其它负载接口切换原理相同。

在本实施例的复合开关中，电感L_a采用高频电感，电感L_a的电感为几十微亨。当可控硅开关K_b或磁保持继电器开关K_c导通瞬间，电容Ca的阻抗约为0，而由于电感L_a的存在，电感L_a在导通瞬间，其频率变化很大，电感L_a的阻抗也很大，抑制了电源导通瞬间的冲击电流；当电路正常工作时，由于电源频率为50Hz工频，则电感L_a的阻抗很小。

在电感L_a中，电感L_a的电压U_La超前电感L_a的电流I₁90度，即电感L_a的电流I₁落后电感L_a的电压U_La90度。

在电容C₀中，电容C₀的电流I₂超前电容C₀的电压U_C090度，即电容C₀的电压U_C0落后电容C₀的电流I₂90度。

电流I₁通过电感L_a、电容Ca形成闭合回路，则有电感L_a上的电压U_La超前电感L_a上的电流I₁90度。

当电感L_a的电压U_La在某个时刻的节点M_a点为正、节点M_b点为负时，则电流I₂从节点M_a点通过二极管D₁、发光二极管D₅、二极管D₄和电容C₀形成支路。

忽略二极管D₁、发光二极管D₅和二极管D₄的压降，显然有即U_La＝U_C0，即电感L_a的电压U_La等于电容C₀的电压U_C0。显然有电感L_a上的电压U_La滞后电容C₀上的电流I₂90度，从而有电容C₀上的电流I₂与电感L_a上的电流I₁互为反向，即电流I₂与电流I₁互为反向。U_CN是C相上的电压。

当电流I₂正向且大于发光二极管D₅发光的最小电流时，光电耦合器的输出信号U_I0即从高电平变为低电平，合理选择电容C₀，使电容C₀上的电流I₂正向过零点且能快速达到发光二极管D₅发光的最小电流。

当电流I₂正向过零点后，光电耦合器的输出信号U_I0即从高电平变为低电平，由于电流I₂与电流I₁反向，则有当光电耦合器的输出信号U_I0从低电平变为高电平时，电流I₁刚好处于正向过零点。因此光电耦合器的输出信号U_I0从低电平变为高电平时，即获得了电流I₁的过零点电流。当获得了电流I₁的过零点电流时，控制器即可立即给磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合信号。如果需要让磁保持继电器开关K_c断开，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；如果需要让磁保持继电器开关K_c闭合，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合。本实施例从通过获取电流过零点时的准确时间点，再根据该准确时间点对磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合的控制信号来使磁保持继电器开关K_c的触点断开或闭合，此时流过磁保持继电器开关K_c的电流小，在小电流时断开或闭合磁保持继电器开关K_c，使得磁保持继电器开关K_c的触点不易损坏。从而有效地延长了磁保持继电器开关K_c的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

在投入复合开关时，因为可控硅开关K_b导通的瞬间，由于电感L_a的电流抑制作用，不会发生大的冲击电流，又由于可控硅开关K_b的导通压降很小，且电感L_a在工频频率下阻抗很小，节点M_a和节点M_b两点间的压降较小，此时闭合磁保持继电器开关K_c，对磁保持继电器开关K_c的触点损害很小，从而有效地延长了控硅开关K_b的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

本实施例在可控硅开关K_b处于导通且磁保持继电器开关K_c处于闭合时，如果要关断可控硅开关K_b，则在电流I₁过零点时才让可控硅开关K_b断开，这样能够有效保护可控硅开关K_b的使用寿命。

本实施例只有在要向C相投入复合开关的可控硅开关K_b时才采用电压过零点时投入，只要复合开关上有电流的情况下都采用电流过零来进行投入或切除，大大提高了复合开关的使用寿命，可靠性较高，安全性较好。

本实施例中，当可控硅开关K_b导通时，在磁保持继电器开关K_c还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关K_c也是导通的，即可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c此时同时处于导通状态。由于可控硅开关K_b支路具有电感L_a的导通电阻，显然磁保持继电器开关K_c支路的阻抗要远远小于可控硅开关K_b支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关K_c的电流大于流过可控硅开关K_b支路的电流。若磁保持继电器开关K_c不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。本实施例从通过获取电感L_a支路的电流I₁过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关K_c的触点，让磁保持继电器开关K_c在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关K_c上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关K_c的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。

还包括复合开关的精确过零投切控制方法，所述复合开关的精确过零投切控制方法如下：

(1-1)投入复合开关；

(1-1-1)当要向火线C投入复合开关时，先检测火线C上电压U_CN过零点时的准确时间点，当电压U_CN过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通；

(1-1-2)当可控硅开关K_b导通设定时间后，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合；

(1-1-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断，此时只由磁保持继电器开关K_c保持供电回路工作，至此完成复合开关向火线C的投入工作；

(1-2)切除复合开关；

(1-2-1)当要切除火线C上的复合开关时，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通，延时一段时间使可控硅开关K_b可靠导通；

(1-2-2)在可控硅开关K_b导通的情况下，再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；

(1-2-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断；至此复合开关已从火线C上完全切除。

本实施例的三相四线电能表当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，并且各个负载接口的供电相线可任意切换，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关。该三相四线电能表不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，结构简单，智能化程度高，可靠性好。本实施例在投切复合开关时，通过获取电流过零点，再发出控制信号，断开或闭合复合开关的触点，切换电流小不易损坏复合开关的触点，有效地延长了复合开关的寿命。

本实施例的通电先后控制机构让控制器先通电，控制器通电后就让电池连接模块将电池组内依次串联连接在一起的串联电池变成相互独立的单体电池，然后通电先后控制机构才让充电器通电，这样能够充分保证在充电器通电时，各个单体电池之间是相互独立的，各个单体电池之间充电就不会受影响。

本实施例在充电时，电压检测芯片能对对应的单体电池进行电压检测。当某个单体电池要充满时可通过限流模块降低充电电流，当某个单体电池还远没充满时可通过限流模块增大充电电流。从而尽量让单体电池所含电压相同。当每个单体电池充满并且每个单体电池的电压相同时即可断开充电电源。或者当每个单体电池并未充满并且每个单体电池的电压相同时也可断开充电电源。这样让单体电池串联后，串联连接的单体电池之间不会有电流流动，电池的可靠性高。每个充电器的充电电流或充电电压相互之间可不相同。通过切换开关可给某个单体电池选择不同的充电器。切换开关和限流模块的配合能更好的为需要充电的单体电池实时提供充电电流和充电电压，从而便于对各个单体电池的充电进度进行单独控制，也便于对各个单体电池的充电电压进行单独控制。在充电过程中通过温度检测机构能对单体电池的温度进行检测，并在充电时能对单体电池进行过温保护控制。通过双电源机构使本实施例具有双电源供电功能，大大提高了可靠性和实用性。

本实施例能使单个单体电池的损坏不会影响其它单体电池充电，并在没为电池组充电时能将电池组内各个相互独立的单体电池依次串联连接在一起变成串联电池，在为电池组充电时能将电池组内依次串联连接在一起的串联电池变成相互独立的单体电池，对每个单体电池的充电过程还能进行电压检测，并可对各个单体电池的充电进度进行单独控制，还可对各个单体电池的充电电压进行单独控制。并在充电时能对单体电池进行过温保护控制。采用双电源机构供电实现用电设备的不间断供电。安全性高，可靠性好，并设有通电先后控制机构对电池组上电充电过程中先让串联连接的单体电池变成独立的单体电池后再充电，充电可靠性高。

本实施例的电池连接模块能很好的让电池组充电时能将电池组内各个相互独立的单体电池依次串联连接在一起变成串联电池，在为电池组充电时能将电池组内依次串联连接在一起的串联电池变成相互独立的单体电池，可靠性高。

本实施例能提高了电池组在使用过程中能始终保持电池组内各个相互独立的单体电池依次串联连接在一起变成串联电池，易对自用电供电模块的电池组进行充放电控制，可靠性高。

上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。