壁挂式单相无源串联稳压装置的制作方法

1.本实用新型涉及电力技术领域，具体为壁挂式单相无源串联稳压装置。


背景技术：

2.低压配电网中设备数量众多，受季节性、生产和生活周期的影响，末端电压会呈现白天电压偏低，夜间电压偏高；节假日负荷重电压偏低，其它时候负荷轻电压偏高；冬夏两季节电压偏低，春秋两季电压偏高。为应用上述变化，供电局人员经常需要对配电变压器进行调档操作，为实现线路台区的自动调节宜采用线路调压器。
3.线路调压器在国内外主要应用于电力系统中低压线路，可自动调节变比来保证输出电压稳定的装置，特别适用于电压波动大的线路或压降大的线路，并且该调压器安装在馈电线路的中部，在一定范围内对线路电压进行调整，保证用户的供电电压，减少线路的线损。目前，国内外关于线路调压装置的技术在10kv以及380v系统已经得到广泛的应用。
4.传统线路型调压装置拓扑结构简单，传统线路型调压装置，如图1所示，装置工作于补偿时需全部功率穿越自耦变压器，这样导致装置损耗比较大，发热比较严重，体积重量比较大，但因其存在全功率穿越必然使其体积、重量和损耗较大。
5.现有的线路型调压装置由于负荷群的功率完全由自耦变压器耦合输出，因此负载电流完全由自耦变压器输出，变压器设计时必须按最大负荷群容量设计；应用中常采用双段绕线方式，绕组匝数很多。由此造成变压器设计容量很大、体积及重量无法减小，自身铁损、铜损相应也很大。传统自耦变压器采用接触器或复合开关控制抽头的简单控制方式，受机械开关寿命限制，不能频繁切换，影响了其响应速度及寿命，造成末端电压仍存在短时波动较大的情况。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，为解决传统线路型调压装置存在运行损耗大、发热严重、体积大重量重、换挡易出现电压中断，本实用新型提供了一种壁挂式单相无源串联稳压装置，通过档位切换产生补偿电压，并与输入电压进行矢量叠加得到输出电压，不存在传统线路型调压装置在档位切换过程中易出现电压中断问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.一种壁挂式单相无源串联稳压装置，所述壁挂式单相无源串联稳压装置包括：自偶变压器t、切换模块、换挡模块、旁路模块、电压互感器tv1、电压互感器tv2、电流互感器ta1和电流互感器ta2，其中：
9.所述切换模块和换挡模块串联设置在自偶变压器t上，所述旁路模块并联设置在自偶变压器t上，所述电压互感器tv1和所述电流互感器ta1串联设置在壁挂式单相无源串联稳压装置的输入端，所述电压互感器tv2和所述电流互感器ta2串联设置在壁挂式单相无源串联稳压装置的输出端。
10.所述切换模块包括若干个切换单元，所述若干个切换单元形成并联电路接入在自
偶变压器t上。
11.所述若干个切换单元中的每一切换单元包括开关子单元s和开关子单元k，其中：
12.所述开关子单元s为机械开关、或者为电力电子开关、或者为复合开关；
13.所述开关子单元k为机械开关、或者为电力电子开关、或者为复合开关。
14.所述电力电子开关为晶闸管、或者为mosfet、或者为igbt。
15.所述换挡模块包括换挡单元qd和电阻r，所述换挡单元qd和所述电阻r形成并联电路接入在自偶变压器t上。
16.所述换挡单元qd为晶闸管、或者为mosfet、或者为igbt。
17.所述旁路模块包括快速旁路单元ks和机械旁路单元js，所述快速旁路单元ks和所述机械旁路单元js形成并联电路连接在自偶变压器t上。
18.所述壁挂式单相无源串联稳压装置还包括断路器qf，所述断路器qf设置在壁挂式单相无源串联稳压装置的输入端。
19.与现有技术相比，本实用新型提供了壁挂式单相无源串联稳压装置，具备以下有益效果：
20.本实用新型实施例所含电压监测的壁挂式单相无源串联稳压装置，不同于以往的传统线路型调压装置，1)装置利用电压矢量叠加原理，仅需补偿功率或电压穿越自耦变压器，这样的话，装置的运行损耗和发热量都大大地降低；2)装置仅需要补偿功率穿越自耦变压器，相比全功率穿越，补偿功率穿越比全功率穿越所需自耦变压器容量降低，这样装置的整个重量体积都进一步降低，使该装置可壁挂安装；3)装置在正常运行且未补偿时，其输出电压与输入电压几乎相等，该装置具有通过档位切换产生补偿电压，并与输入电压进行矢量叠加得到输出电压，不存在传统线路型调压装置在档位切换过程中易出现电压中断问题。
附图说明
21.图1是现有技术中的线路型调压装置电路结构示意图；
22.图2是本实用新型中的壁挂式单相无源串联稳压装置结构示意图；
23.图3是本实用新型中的壁挂式单相无源串联稳压装置的复频域形式下的等效电路结构示意图；
24.图4是本发明中的基于壁挂式单相无源串联稳压的控制原理框图。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.图2示出了本实用新型中的壁挂式单相无源串联稳压装置结构示意图，该壁挂式单相无源串联稳压装置包括：自偶变压器t、切换模块、换挡模块、旁路模块、电压互感器tv1、电压互感器tv2、电流互感器ta1和电流互感器ta2，其中：所述切换模块和换挡模块串联设置在自偶变压器t上，所述旁路模块并联设置在自偶变压器t上，所述电压互感器tv1和
所述电流互感器ta1串联设置在壁挂式单相无源串联稳压装置的输入端，所述电压互感器tv2和所述电流互感器ta2串联设置在壁挂式单相无源串联稳压装置的输出端。所述切换模块包括若干个切换单元，所述若干个切换单元形成并联电路接入在自偶变压器t上。
27.所述若干个切换单元中的每一切换单元包括开关子单元s和开关子单元k，其中：所述开关子单元s为机械开关、或者为电力电子开关、或者为复合开关；所述开关子单元k为机械开关、或者为电力电子开关、或者为复合开关。所述电力电子开关为晶闸管、或者为mosfet、或者为igbt。
28.所述换挡模块包括换挡单元qd和电阻r，所述换挡单元qd和所述电阻r形成并联电路接入在自偶变压器t上。所述换挡单元qd为晶闸管、或者为mosfet、或者为igbt。所述旁路模块包括快速旁路单元ks和机械旁路单元js，所述快速旁路单元ks和所述机械旁路单元js形成并联电路连接在自偶变压器t上。所述壁挂式单相无源串联稳压装置还包括断路器qf，所述断路器qf设置在壁挂式单相无源串联稳压装置的输入端。
29.具体的，壁挂式单相无源串联稳压装置包括自耦变压器t、切换单元s1、s2...sn和k1、k2...kn,换挡单元qd和电阻r,旁路单元(快速旁路单元ks和机械旁路单元js)，断路器qf、电压互感器tv1和tv2以及电流互感器ta1和ta2。至于s1、s2...sn、k1、k2...kn、qd和ks选型，可根据性能和生产成本进行综合考虑，设计单位可从机械开关、电力电子开关和复合开关(电力电子开关和机械开关的复合体)选择，而电力电子开关可从晶闸管、mosfet和igbt等中选择。自耦变压器的档位数量可根据实际应用需求进行针对性设计开关。
30.基于图2所示的含电压监测的壁挂式单相无源串联稳压装置，不同于以往的传统线路型调压装置，1)装置利用电压矢量叠加原理，仅需补偿功率或电压穿越自耦变压器，这样的话，装置的运行损耗和发热量都大大地降低；2)装置仅需要补偿功率穿越自耦变压器，相比全功率穿越，补偿功率穿越比全功率穿越所需自耦变压器容量降低，这样装置的整个重量体积都进一步降低，使该装置可壁挂安装；3)装置在正常运行且未补偿时，其输出电压与输入电压几乎相等，通过档位切换产生补偿电压，并与输入电压进行矢量叠加得到输出电压，不存在传统线路型调压装置在档位切换过程中易出现电压中断问题。
31.基于图2的壁挂式单相无源串联稳压装置，其复频域形式下的等效电路结构示意图如图3所示，图3中，u
i
为输入端电压，u
o
为输出端电压，u1和u2分别代表自耦变压器的输入电压和输出电压，u
10
和u
20
分别代表自耦变压器的原、副边的励磁电压，r1和r2分别代表自耦变压器原、副边绕组的电阻，l1和l2分别代表自耦变压器原、副边绕组的漏电感，n为自耦变压器的变比，r
m
和l
m
分别代表变压器铁芯的励磁电阻和励磁电感，δ表示为旁路开关的函数。
32.在图3示电压、电流参考方向下，其网络方程为
[0033][0034][0035]
由式(2)、(1)可得：
[0036]
u
20
(s)＝u
10
(s)/n
ꢀꢀꢀ
(3)
[0037]
u2(s)＝(r2+sl2)i2(s)+u
20
(s)
ꢀꢀ
(4)
[0038]
将式(3)代入式(4)得：
[0039]
u2(s)＝(r2+sl2)i2(s)+u
10
(s)/n
ꢀꢀꢀ
(5)
[0040]
为在等效电路中满足式(2)中
[0041]
i2(s)＝
‑
n*i1(s)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0042]
将式(6)代入式(5)进一步得到：
[0043]
nu2(s)＝
‑
n2(r2+sl2)i1(s)+u
10
(s)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0044]
由式(1)进行变形得
[0045]
u1(s)＝(r1+sl1)i1(s)+u
10
(s)
ꢀꢀꢀ
(8)
[0046]
由式(7)和(8)消去u
10
(s)得到
[0047][0048]
工程上为方便对装置的控制，进一步忽略自耦变压器的铜损，式(9)可变为式(10)，输出电压与输入电压成为线性关系
[0049]
u2(s)≈u1(s)/n
ꢀꢀꢀ
(10)
[0050]
根据电压矢量迭加原理，并旁路开关的函数得到装置的输出电压为
[0051]
u0(s)＝u
i
(s)+δ(u2(s)，0)＝u
i
(s)+δ(u1(s)/n，0)
ꢀꢀꢀ
(10)
[0052]
根据式(10)进行含电压监测的壁挂式单相无源串联稳压装置的控制原理分析，以下控制方式的阐述是基于输入电源的电压有效值为前提。
[0053]
基于图3所示的等效原理图，图4示出了本实用新型壁挂式单相无源串联稳压装置的控制原理框图，具体如下：
[0054]
(1)旁路开关闭合，即旁路开关输出δ(
·
)为零，那装置输出电压即为输入电压，同时需要断开s1、s2...sn、k1、k2...kn、qd，这样可避免自耦变压器的输出侧短路而烧毁整个装置，如图4所示的模式1。
[0055]
(2)旁路开关断开，即旁路开关输出δ(
·
)为u1(s)/n，那装置输出电压为输入电压和自耦变压器输出电压的矢量迭加。在同一变比n下通过控制自耦变压器的同名端变化，可使低电压和高电压得到治理，如图1闭合k1和s2时输入电压为u1，可实现低电压治理，如图4所示的模式2；那闭合s1和k2时输入电压为
‑
u1，可实现高电压治理，如图4所示的模式3。那低电压或高电压治理能力可用不同变比n来控制，比如1和2是一个n
12
、1和3是一个n
13
、2和3是一个n
23
。
[0056]
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。