CN109193709B - 一种10kV变220V的低压单相供电*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10kV变220V的低压单相供电***，所述***包括依次连接的10kV变220V的三相‑两相变压器、电能采集单元、不平衡调控单元、无功调控单元以及AC‑DC‑AC模块，本申请首先利用变压器将三相电压转换为两相电压，并通过连接电能采集单元采集电气量，将采集的电气量发送给不平衡调控单元和无功调控单元，不平衡调控单元用于监测α相和β相之间的电流不平衡度，AC‑DC‑AC模块则对两相电流进行调节，无功调控单元用于监测功率，AC‑DC‑AC模块则对线路中功率进行调节；相比较于两进线单相变压器供电方式，本发明提供的供电***，能够解决10kV侧的三相不平衡问题，可以大大减小220V侧发生三相电流不平衡的概率，降低三相不平衡治理装置的容量，降低线损，提高供电质量。

Description

一种10kV变220V的低压单相供电***

技术领域

本发明涉及供电技术领域，特别涉及一种10kV变220V的低压单相供电***。

背景技术

三相交流电(简称为三相电)：是电能的一种输送形式。三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。三相交流电的用途很多，工业中电动机负荷，多采用三相交流电(三相四线制供电)。而在日常生活中，绝大多数使用单相电源，因此三相供电与单相用电之间就产生了供用电矛盾。在大多数情况下(由电力市场售电电网供电时)，单相电的获得，是使用三相电其中的一相和三相四线之中的中性线(零线)对用电设备供电。中性线从三相电的中性点引出。虽然在目前电力供应的条件下，由三相电直接获得单相电是很简单容易的事情，但在大容量、短供电半径、纯单相负荷的情况下，这种供电方式存在经济效益不高的问题。

对于大容量、短供电半径、负荷密集分布或呈线型分布的单相供电情况，现有技术有两种解决方案：一是采用三相供电方式，然后人工平均分配三相负荷，由此带来的问题是：1、由于人为因素以及负荷的随机性导致低压侧三相电流不平衡问题严重，2、需要敷设大量电力电缆线，建设成本较高；3、一但发生中性线(N线或零线)断线，有可能导致部分用电设备的损坏。二是采用单相变压器方式，将三相电变为单相电供电方式，该方案存在的问题是，由于该接线方式只取10kV侧ABC三相中的两相，例如，A、C相，将导致B相空置，造成10kV侧的三相不平衡严重。

发明内容

本申请提供了一种10kV变220V的低压单相供电***，以解决现有技术中大容量、短供电半径、负荷密集分布或呈线型分布的单相供电情况中采用三相变压器的供电方式会带来较为严重的三相负荷不平衡和线损严重的问题。

为了解决上述技术问题本发明提供如下技术方案：

低压供电***包括依次连接的三相-两相变压器、电能采集单元、不平衡调控单元、无功调控单元以及AC-DC-AC模块，

所述三相-两相变压器用于将三相电压转换为两相电压，向负载供电；

所述电能采集单元用于采集电气量，发送所述电气量至所述不平衡调控单元和所述无功调控单元；

所述不平衡调控单元用于接收所述电气量，根据所述电气量生成电流调节指令，发送所述电流调节指令至所述AC-DC-AC模块；

所述无功调节单元用于接收所述电气量，根据所述电气量生成无功补偿启动指令，发送所述无功补偿启动指令至所述AC-DC-AC模块；

所述AC-DC-AC模块用于接收和执行所述电流调节指令和所述无功补偿启动指令。

优选的，所述电气量包括：α相和β相的有功功率、无功功率、电流有效值、电压有效值、功率因数、2-15次谐波电流。

优选的，所述不平衡调控单元接收所述电气量，用I_α、I_β分别表示所述三相-两相变压器两条馈线的电流有效值，用I_e表示变压器的额定电流，利用以下公式计算α相和β相之间的电流平衡度：

如果电流平衡度大于30％，利用以下公式计算所述三相-两相变压器的负载率：

如果所述10KV三相-两相变压器的负载率大于50％，发送所述电流调节指令至所述AC-DC-AC模块。

优选的，利用以下公式计算电流调节量：0.5*|I_α-I_β|。

优选的，如果α相和β相中的任意一相功率因数小于0.8，发送所述无功补偿启动指令至所述AC-DC-AC模块。

优选的，所述低电压供电***还包括：谐波预警单元，所述谐波预警单元用于接收所述电气量，根据所述电气量生成谐波预警信号。

优选的，用I_h表示谐波电流，用I₁表示交变电流，所述谐波预警单元利用以下公式计算谐波电流含有率：

对于奇次谐波，如果所述谐波电流含有率大于10％，发出报警信号；

对于偶次谐波，如果所述谐波电流含有率大于2％，发出报警信号。

优选的，如果所述AC-DC-AC模块同时接收到所述电流调节指令和所述无功补偿启动指令，优先执行所述电流调节指令。

本申请提供的10kV变220V的低压单相供电***包括依次连接的三相-两相变压器、电能采集单元、不平衡调控单元、无功调控单元以及AC-DC-AC模块，所述三相-两相变压器用于将三相电压转换为220V两相电压，向负载供电，所述电能采集单元用于采集电气量，发送所述电气量至所述不平衡调控单元和所述无功调控单元，所述不平衡调控单元用于接收所述电气量，根据所述电气量生成电流调节指令，发送所述电流调节指令至所述AC-DC-AC模块，所述无功调节单元用于接收所述电气量，根据所述电气量生成无功补偿启动指令，发送所述无功补偿启动指令至所述AC-DC-AC模块，所述AC-DC-AC模块用于接收和执行所述电流调节指令和所述无功补偿启动指令。本申请首先利用三相变两相变压器将三相电压转换为两相电压，并通过连接电能采集单元采集电气量，将采集的电气量发送给不平衡调控单元和无功调控单元，不平衡调控单元用于监测α相和β相之间的电流不平衡度，并向AC-DC-AC模块发送电流调节指令，AC-DC-AC模块则对两相电流进行调节，无功调控单元用于监测功率，并向AC-DC-AC模块发送无功补偿启动指令，AC-DC-AC模块则对线路中功率进行调节；相比较于两进线单相变压器供电方式，本发明提供的10kV变220V的低压单相供电***，能够解决10kV侧的三相不平衡问题；相比较于三相变压器供电方式，可以大大减小220V侧发生三相电流不平衡的概率，以及降低三相不平衡治理装置的容量，降低线损，提高供电质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的10kV变220V的低压单相供电***的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的10kV变220V的低压单相供电***的控制逻辑图；

图3为本发明另一种实施例提供的10kV变220V的低压单相供电***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明实施例提供的10kV变220V的低压单相供电***的结构示意图。***包括依次连接的三相-两相变压器1、电能采集单元2、不平衡调控单元3、无功调控单元4以及AC-DC-AC模块5。

其中，三相-两相变压器用于将三相电压转换为两相电压，向负载供电。三相-两相变压器1可以采用SCOTT型变压器，SCOTT型变压器是一种特种变压器，它能将供电电源的三相电变成两相电，提供两相电源，保证供电的三相电源平衡。SCOTT型变压器原边有两个绕组，接成倒T形，它的底部绕组(称为底绕组)接入高压***的两相间电压(如A，C相间)，另一绕组(称为高绕组)则连接于底绕组中心点和高压三个电压中的另一相(如B相)，底绕组和高绕组的匝数比为

次边匝数相同的两个单相绕组，在空间结构上分别与倒T形原边绕组相对应、构成互成π/2相位差的两相次边电压U_α，U_β，分别向两侧不同的接触网分段供电。当两馈电分段电流为I_α，I_β时，通过电流变比和相位转换，可得原边三相电流IA＝IB＝IC且相位是对称的，使原边三相负荷实现了平衡。具体应用中可以采用10KV三相-两相变压器为220V负载侧供电。

电能采集单元2用于采集电气量，监控电能质量，准确完整地对电气量进行监测和分析，电能采集单元2可以以单片机为核心，外设电流/电压输入电路、信号滤波调理电路、数据片外存储电路、继电器输出电路、锁相倍频电路、电源电路等。其中，电流/电压电路完成三相电力信号的初步采集，继电器输出电路负责在一些紧急情况对电路实现保护动作。电能采集单元2的工作原理是被测的三相交流电压和三相交流电流信号首先经过互感器隔离变换，再经信号调理电路调整为A/D转换器可测信号，然后送入单片机转换为数字信号并进行相应的数据存储。A/D转换的控制信号由单片机根据锁相环脉冲给出，上下位机根据控制指令，通过CAN现场总线实现数据交换。电能采集单元2将采集的电气量传送至不平衡调控单元3和无功调控单元4。

不平衡调控单元3用于接收电气量，根据电气量生成电流调节指令，发送电流调节指令至AC-DC-AC模块5。无功调节单元4用于接收电气量，根据电气量生成无功补偿启动指令，发送无功补偿启动指令至AC-DC-AC模块5。AC-DC-AC模块5用于接收和执行电流调节指令和无功补偿启动指令。在供电***中相与相之间负载的不平衡，不仅使配电变压器损害增大，降低变压器出力，而且使各相电流不平衡，增加了配电线路的损耗，这不仅对电器设备运行和安全极为不利，同时又增加了运行成本。

不平衡调控单元3和无功调控单元4均可以由单片机组成，不平衡调控单元3的单片机中预存有电流调节程序，接收电能采集单元2发送的电气量后，根据接收的电气量判断是否生成电流调节指令；同理，无功调控单元4的单片机预存有无功调节程序，接收电能采集单元2发送的电气量后，根据接收的电气量判断是否生成无功补偿启动指令。

AC-DC-AC模块5指的是交-直-交全功率变换器，交-直-交全功率变换器可以将固定的交流电源变换为频率、幅值、相位都可以任意调整的交流输出。本申请实施例采用交-直-交全功率变换器来调节α相和β相两相的电流和实现功率补偿，AC-DC-AC模块5接收不平衡调控单元3的电流调节指令后，对α相和β相两相的电流进行调整，使得两相间的电流平衡度满足预设条件。AC-DC-AC模块5接收无功调控单元4发出的无功补偿启动指令后，控制单相无功补偿，使得单相功率满足预设条件。AC-DC-AC模块最后与负载直接连接，为单相大容量负载侧供电。

由以上技术方案可知，请参阅图2为本发明实施例提供的10kV变220V的低压单相供电***的控制逻辑图，本发明提供的低压单相供电***包括依次连接的三相-两相变压器1、电能采集单元2、不平衡调控单元3、无功调控单元4以及AC-DC-AC模块5，三相-两相变压器1用于将三相电压转换为220V两相电压，向负载供电，电能采集单元2用于采集电气量，发送电气量至不平衡调控单元3和无功调控单元4，不平衡调控单元3用于接收电气量，根据电气量生成电流调节指令，发送电流调节指令至AC-DC-AC模块5，无功调节单元4用于接收电气量，根据电气量生成无功补偿启动指令，发送无功补偿启动指令至AC-DC-AC模块5，AC-DC-AC模块5用于接收和执行电流调节指令和无功补偿启动指令。本申请首先利用三相变两相变压器1将三相电压转换为两相电压，并通过连接电能采集单元2采集电气量，将采集的电气量发送给不平衡调控单元3和无功调控单元4，不平衡调控单元3用于监测α相和β相之间的电流不平衡度，并向AC-DC-AC模块5发送电流调节指令，AC-DC-AC模块5则对两相电流进行调节，无功调控单元4用于监测功率，并向AC-DC-AC模块5发送无功补偿启动指令，AC-DC-AC模块5则对线路中功率进行调节；相比较于现有技术，本发明提供的低压供电***，能够大大减少三相负荷不平衡的概率并且降低线损的严重性。另外，本申请实施例的10kV变220V的低压单相供电***采用的是两相不平衡控制，与三相不平衡控制相比，可以减少补偿装置的容量，优化控制策略，具有明显的经济效益。

电能采集单元2采集的电气量可以包括：α相和β相的有功功率、无功功率、电流有效值、电压有效值、功率因数、2-15次谐波电流。其中，电流有效值用于计算相间电流不平衡度，功率因数用于判断是否生成并发送无功补偿启动指令。

本申请优选的实施例中，不平衡调控单元3接收电气量，用I_α、I_β分别表示三相-两相变压器1两条馈线的电流有效值，用I_e表示变压器的额定电流，利用以下公式计算α相和β相之间的电流平衡度：

如果电流平衡度大于30％，利用以下公式计算三相-两相变压器1的负载率：

如果三相-两相变压器1的负载率大于50％，发送电流调节指令至AC-DC-AC模块5。

本申请优选的实施例中，根据以上的程序计算三相-两相变压器1的负载率如果大于50％，不平衡调控单元3发送电流调节指令至AC-DC-AC模块5之前，不平衡调控单元5利用以下公式电流调节量：0.5*|I_α-I_β|，不平衡调控单元3将电流调节指令和计算的电流调节量打包发送给AC-DC-AC模块5，AC-DC-AC模块5则根据计算的电流调节量调节两相之间的电流，使得电流不平衡度满足预设条件。

本申请优选的实施例中，如果α相和β相中的任意一相功率因数小于0.8，发送无功补偿启动指令至AC-DC-AC模块5。

本申请优选的实施例中，请参阅图3为本发明另一种实施例提供的10kV变220V的低压单相供电***的结构示意图，低压单相供电***还包括：谐波预警单元6，谐波预警单元6用于接收电气量。用I_h表示谐波电流，用I₁表示交变电流，谐波预警单元6利用以下公式计算谐波电流含有率：

对于奇次谐波，如果奇次谐波电流含有率大于10％，发出报警信号；

对于偶次谐波，如果偶次谐波电流含有率大于2％，发出报警信号。

本申请优选的实施例中，如果AC-DC-AC模块5同时接收到电流调节指令和无功补偿启动指令，优先执行电流调节指令。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种10kV变220V的低压单相供电***，其特征在于，所述***包括依次连接的三相-两相变压器(1)、电能采集单元(2)、不平衡调控单元(3)、无功调控单元(4)以及AC-DC-AC模块(5)，

所述三相-两相变压器(1)用于将三相电压转换为α相和β相两相电压，并向负载供电；

所述电能采集单元(2)用于采集电气量，发送所述电气量至所述不平衡调控单元(3)和所述无功调控单元(4)；

所述不平衡调控单元(3)用于接收所述电气量，根据所述电气量生成电流调节指令，发送所述电流调节指令至所述AC-DC-AC模块(5)；

所述无功调控单元(4)用于接收所述电气量，根据所述电气量生成无功补偿启动指令，发送所述无功补偿启动指令至所述AC-DC-AC模块(5)；

所述AC-DC-AC模块(5)用于接收和执行所述电流调节指令和所述无功补偿启动指令；

所述电气量包括：α相和β相的有功功率、无功功率、电流有效值、电压有效值、功率因数、2-15次谐波电流；

所述不平衡调控单元(3)接收所述电气量，用I_α、I_β分别表示所述三相-两相变压器(1)两条馈线的电流有效值，用I_e表示变压器的额定电流，利用以下公式计算α相和β相之间的电流平衡度：

如果电流平衡度大于30％，利用以下公式计算所述三相-两相变压器(1)的负载率：

如果所述三相-两相变压器(1)的负载率大于50％，发送所述电流调节指令至所述AC-DC-AC模块(5)。

2.如权利要求1所述的10kV变220V的低压单相供电***，其特征在于，利用以下公式计算电流调节量：0.5*|I_α-I_β|。

3.如权利要求1所述的10kV变220V的低压单相供电***，其特征在于，如果α相和β相中的任意一相功率因数小于0.8，发送所述无功补偿启动指令至所述AC-DC-AC模块(5)。

4.如权利要求1所述的10kV变220V的低压单相供电***，其特征在于，低电压单相供电***还包括：谐波预警单元(6)，所述谐波预警单元(6)用于接收所述电气量，根据所述电气量生成谐波预警信号。

5.如权利要求4所述的10kV变220V的低压单相供电***，其特征在于，用I_h表示谐波电流，用I₁表示基波电流，所述谐波预警单元(6)利用以下公式计算谐波电流含有率：

对于奇次谐波，如果所述奇次谐波电流含有率大于10％，发出报警信号；

对于偶次谐波，如果所述偶次谐波电流含有率大于2％，发出报警信号。

6.如权利要求1所述的10kV变220V的低压单相供电***，其特征在于，如果所述AC-DC-AC模块(5)同时接收到所述电流调节指令和所述无功补偿启动指令，优先执行所述电流调节指令。

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