CN107069780B - 配电系统及电力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种配电系统及电力系统。该配电系统包括阻抗平衡变压器和平衡补偿装置。阻抗平衡变压器的原边星接于高压母线，阻抗平衡变压器的次边包括三角接的第四绕组、第五绕组和第六绕组以及分别连接在第四绕组两边的第七绕组和第八绕组。第七绕组和第六绕组构成低压侧α相，第八绕组和第五绕组构成低压侧β相，低压侧α相的电压和低压侧β相的电压的相位差为90°，阻抗平衡变压器通过α端口和β端口与平衡补偿装置并联。本发明提供配电系统及电力系统改善了农村电网存在的输电线路损耗严重、不平衡度高、电压合格率低、可靠性低、灵活性低的用电现状，为农村居民提供达到预设电能质量标准的电能质量高的电能。

Description

配电系统及电力系统
技术领域
本发明涉及电力供给技术领域，具体而言，涉及一种配电系统及电力系统。
背景技术
随着农村经济迅速发展和农村用电量的增加，农村电网的正常运行也愈发重要。但就农村电网本身而言，尚且存在很多技术问题需要解决。例如，三相不平衡现象明显，负荷的功率因数较低，线路末端电压偏低或偏高以及谐波问题。因此，农村电网存在输电线路损耗大、供电质量低、供电可靠性低等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种配电系统及电力系统，以改善现有技术中农村电网存在的输电线路损耗大、供电质量低、供电可靠性低的问题，满足农村居民的用电需求，提高农村居民的用电体验。
本发明较佳实施例提供一种配电系统，所述配电系统包括：阻抗平衡变压器和平衡补偿装置；
所述阻抗平衡变压器的原边包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组星接并与高压母线的第一高压相线、第二高压相线及第三高压相线电性连接，以获取所述第一高压相线、所述第二高压相线及所述第三高压相线各自对应的三个相电压；
所述阻抗平衡变压器的次边包括第四绕组、第五绕组、第六绕组、第七绕组和第八绕组，所述第四绕组、第五绕组和第六绕组三角接后，所述第七绕组和第八绕组分别连接在所述第四绕组的两边，所述第七绕组和第六绕组构成低压侧α相，所述第八绕组和第五绕组构成低压侧β相，所述低压侧α相的电压和低压侧β相的电压的相位差为90°；
所述阻抗平衡变压器通过α端口和β端口与所述平衡补偿装置并联。
进一步地，所述平衡补偿装置包括储能电容及通过所述储能电容背靠背连接的两个静止无功率补偿发生器。
进一步地，所述储能电容包括直流储能电容、交流储能电容。
进一步地，所述静止无功率补偿发生器采用两电平拓扑结构或多电平拓扑结构。
进一步地，所述静止无功率补偿发生器包括集成门极换向晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。
本发明另一较佳实施例提供一种电力系统，所述电力系统包括配电系统和用户区，所述配电系统包括阻抗平衡变压器和平衡补偿装置，所述用户区包括第一单相用户区和第二单相用户区；
所述阻抗平衡变压器的原边包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组星接并与高压母线的第一高压相线、第二高压相线及第三高压相线电性连接，以获取所述第一高压相线、所述第二高压相线及所述第三高压相线各自对应的三个相电压；
所述阻抗平衡变压器的次边包括第四绕组、第五绕组、第六绕组、第七绕组和第八绕组，所述第四绕组、第五绕组和第六绕组三角接后，所述第七绕组和第八绕组分别连接在所述第四绕组的两边，所述第七绕组和第六绕组构成低压侧α相，所述第八绕组和第五绕组构成低压侧β相，所述低压侧α相的电压和低压侧β相的电压的相位差为90°；
所述阻抗平衡变压器通过α端口和β端口与所述平衡补偿装置并联；
所述第一单相用户区与所述阻抗平衡变压器的α端口电连接，所述第二单相用户区与所述阻抗平衡变压器的β端口电连接。
进一步地，所述用户区还包括三相用户区，所述配电系统还包括三相升压变压器，所述三相用户区通过三相升压变压器与所述阻抗平衡变压器的abc端口电连接。
进一步地，所述平衡补偿装置包括储能电容及通过所述储能电容背靠背连接的两个静止无功率补偿发生器。
进一步地，所述储能电容包括直流储能电容、交流储能电容。
进一步地，所述静止无功率补偿发生器采用两电平拓扑结构或多电平拓扑结构。
本发明提供的配电系统及电力系统，通过对阻抗平衡变压器和平衡补偿装置的巧妙设计，能同时为单相用户和三相用户供电，灵活性高，结构简单易于实施，同时，减少了注入到三相系统侧的谐波以及整个线路的无功传输，提高整个线路末端的电压合格率，减小线路的负载损耗和空载损耗，避免产生负序电流，继而避免造成电保护中以负序为判断标准的保护拒动或误动而影响电力系统的正常运行，提高电力系统的可靠性，提高农村居民的用电体验。由此，本发明提供配电系统及电力系统，改善了农村电网存在的输电线路损耗严重、不平衡度高、电压合格率低、可靠性低、灵活性低的用电现状，为农村居民提供达到预设电能质量标准的电能质量高的电能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的一种配电系统的电路示意图。
图2为本发明较佳实施例提供的图1所示的平衡补偿装置的电路示意图。
图3为本发明较佳实施例提供的一种电力系统的电路示意图。
图4为本发明较佳实施例提供的另一种电力系统的电路示意图。
图标：100-配电系统；110-阻抗平衡变压器；120-平衡补偿装置；W0A-第一绕组；W0B-第二绕组；W0C-第三绕组；Wab-第四绕组；Wbc-第五绕组；Wac-第六绕组；Wad-第七绕组；Wbe-第八绕组；111-高压母线；1111-第一高压相线；1112-第二高压相线；1113-第三高压相线；121-第一静止无功率补偿发生器；123-第二静止无功率补偿发生器；125-储能电容；10-电力系统；201-第一单相用户区；202-第二单相用户区；127-三相升压变压器；203-三相用户区。
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、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参照图1，是本发明较佳的实施例提供的配电系统100的一种电路示意图。在本发明实施例中，所述配电系统100可以用于对农村居民进行供电，所述配电系统100包括：阻抗平衡变压器110和平衡补偿装置120。
所述阻抗平衡变压器110的原边包括第一绕组W0A、第二绕组W0B和第三绕组W0C，所述第一绕组W0A、第二绕组W0B和第三绕组W0C星接。所述第一绕组W0A、第二绕组W0B和第三绕组W0C分别与高压母线111的第一高压相线1111、第二高压相线1112及第三高压相线1113电性连接，以获取所述第一高压相线1111、所述第二高压相线1112及所述第三高压相线1113各自对应的三个相电压。
所述阻抗平衡变压器110的次边包括第四绕组Wab、第五绕组Wbc、第六绕组Wac、第七绕组Wad和第八绕组Wbe。所述第四绕组Wab、第五绕组Wbc、第六绕组Wac三角接后，所述第七绕组Wad和第八绕组Wbe分别连接在所述第四绕组Wab的两边。所述阻抗平衡变压器110采用Y-Δ的接线方式建立所述阻抗平衡变压器110的原边与对应的次边之间的电磁感应联系。
其中，第四绕组Wab、第五绕组Wbc、第六绕组Wac的匝数相等，第七绕组Wad和第八绕组Wbe的匝数相等，第七绕组Wad的匝数等于第四绕组Wab匝数的倍。第七绕组Wad和第六绕组Wac构成低压侧α相，第八绕组Wbe和第五绕组Wbc构成低压侧β相。低压侧α相的电压记为/>低压侧β相的电压记为/>和/>的相位差为90°。
本实施例中，所述第一高压相线1111可以是现有技术中的高压母线111中的高压相线A，也可以是高压相线B，还可以是高压相线C。当所述第一高压相线1111为高压相线A时，所述第二高压相线1112可以是高压相线B，也可以是高压相线C。相应地，当所述第一高压相线1111为高压相线A，所述第二高压相线1112为高压相线B时，所述第三高压相线1113为高压相线C；当所述第一高压相线1111为高压相线A，所述第二高压相线1112为高压相线C时，所述第三高压相线1113为高压相线B。当所述第一高压相线1111为高压相线B时，所述第二高压相线1112可以是高压相线A，也可以是高压相线C。相应地，当所述第一高压相线1111为高压相线B，所述第二高压相线1112为高压相线A时，所述第三高压相线1113为高压相线C；当所述第一高压相线1111为高压相线B，所述第二高压相线1112为高压相线C时，所述第三高压相线1113为高压相线A。当所述第一高压相线1111为高压相线C时，所述第二高压相线1112可以是高压相线A，也可以是高压相线B。相应地，当所述第一高压相线1111为高压相线C，所述第二高压相线1112为高压相线A时，所述第三高压相线1113为高压相线B；当所述第一高压相线1111为高压相线C，所述第二高压相线1112为高压相线B时，所述第三高压相线1113为高压相线A。在本实施例的一种实施方式中，所述第一高压相线1111优选为高压相线A，所述第二高压相线1112优选为高压相线B，相应地所述第三高压相线1113为高压相线C。
所述平衡补偿装置120与所述阻抗平衡变压器110并联。所述平衡补偿装置120包括用于改善电能质量的第一静止无功率补偿发生器121、第二静止无功率补偿发生器123及储能电容125。所述第一静止无功率补偿发生器121和第二静止无功率补偿发生器123以“背靠背”的方式通过所述储能电容125进行连接以构成所述平衡补偿装置120。所述第一静止无功率补偿发生器121的端口与所述阻抗平衡变压器110通过α端口连接，所述第二静止无功率补偿发生器123的端口与所述阻抗平衡变压器110通过β端口连接，以将所述平衡补偿装置120与所述阻抗平衡变压器110并联。
所述平衡补偿装置120可以采用两电平拓扑结构或多电平拓扑结构，以满足对输出电参量的要求。可选地，在本实施例中，所述平衡补偿装置120采用两电平拓扑结构。所述两电平拓扑结构可满足对所述阻抗平衡变压器110的α端口和β端口输出电参量的要求，使所述平衡补偿装置120能够对所述阻抗平衡变压器110的α端口和β端口输出的电能进行补偿。
在本实施例中，所述储能电容125可以是，但不限于，直流储能电容125(比如，直流电解质电容、直流固态电容、直流超级电容等)，交流储能电容125(比如，交流电解质电容、交流固态电容、交流超级电容等)等。在本实施例的一种实施方式中，所述储能电容125优选为直流储能电容125中的直流电解质电容。
在本实施例中，所述第一静止无功率补偿发生器121及所述第二静止无功率补偿发生器123可以由多个大功率开关器件构成，所述大功率开关器件可以是，但不限于，集成门极换向晶闸管，绝缘栅双极型晶体管等。请参阅图2，在本实施例的一种实施方式中，所述第一静止无功率补偿发生器121及所述第二静止无功率补偿发生器123均由四个集成门极换向晶闸管或四个绝缘栅双极型晶体管相互串联构成。
所述平衡补偿装置120用于整个输电线路中的无功损耗和谐波损耗进行补偿，减少注入到三相系统侧的谐波以及整个线路的无功传输，提高整个线路末端的电压合格率。利用平衡补偿装置120的桥接形式，调节阻抗平衡变压器110次边输出电流使两者相等。由阻抗平衡变压器110的特性，三相系统侧无负序。经过补偿后的两相电能再配送到单相负荷区，次边的abc端口也可以为对称三相用电负荷提供对称三相电能，减小线路的负载损耗和空载损耗，避免产生负序电流，继而避免造成电保护中以负序为判断标准的保护拒动或误动而影响电力系统10的正常运行，提高电力系统10的可靠性，提高农村居民的用电体验。由此，改善了农村电网存在的输电线路损耗严重、不平衡度高、电压合格率低、可靠性低、灵活性低的用电现状，为农村居民提供达到预设电能质量标准的电能质量高的电能。
请参阅图3，是本发明较佳实施例提供的一种电力系统10的电路示意图。在本发明实施例中，所述电力系统10用于向农村居民提供电能质量高且可靠性高的电能，所述电力系统10包括用户区和上述的配电系统100。
所述用户区包括第一单相用户区201和第二单相用户区202。所述第一单相用户区201与所述阻抗平衡变压器110的α端口电连接，以获取所述述阻抗平衡变压器110的α端口输出的单相电能。第二单相用户区202与所述阻抗平衡变压器110的β端口电连接，以获取所述阻抗平衡变压器110的β端口输出的单相电能。
其中，所述第一单相用户区201为使用配电系统100中阻抗匹配平衡变压器的α端口输出的单相电能的用电装置的农村居民的居住区域。所述第二单相用户区202为使用配电系统100中阻抗匹配平衡变压器的β端口输出的单相电能的用电装置的农村居民的居住区域。
请参阅图4，所述用户区还包括三相用户区203，所述配电系统100还包括三相升压变压器127。所述三相用户区203通过三相升压变压器127与所述阻抗平衡变压器110的abc端口电连接，以获取所述阻抗平衡变压器110提供的对称三相电能。
其中，所述三相用户区203为使用配电系统100中阻抗匹配平衡变压器的abc端口输出的三相电能的用电装置的农村居民的居住区域。由于所述阻抗平衡变压器110的abc端口的电压是低于220V，为了满足三相用户区203电压需求，需要在三相用户区203前端加一个三相升压变压器127。
本发明提供配电系统100及电力系统10，通过对阻抗平衡变压器110和平衡补偿装置120的巧妙设计，能同时为单相用户和三相用户供电，灵活性高，且结构简单易于实施，同时，减少了注入到三相系统侧的谐波以及整个线路的无功传输，提高整个线路末端的电压合格率，减小线路的负载损耗和空载损耗，避免产生负序电流，继而避免造成电保护中以负序为判断标准的保护拒动或误动而影响电力系统10的正常运行，提高电力系统10的可靠性，提高农村居民的用电体验。由此，本发明提供配电系统100及电力系统10，改善了农村电网存在的输电线路损耗严重、不平衡度高、电压合格率低、可靠性低、灵活性低的用电现状，为农村居民提供达到预设电能质量标准的电能质量高的电能。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种配电系统，其特征在于，所述配电系统包括：阻抗平衡变压器和平衡补偿装置；
所述阻抗平衡变压器的原边包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组星接并与高压母线的第一高压相线、第二高压相线及第三高压相线电性连接，以获取所述第一高压相线、所述第二高压相线及所述第三高压相线各自对应的三个相电压；
所述阻抗平衡变压器的次边包括第四绕组、第五绕组、第六绕组、第七绕组和第八绕组，所述第四绕组、第五绕组和第六绕组三角接后，所述第七绕组和第八绕组分别连接在所述第四绕组的两边，所述第七绕组和第六绕组构成低压侧α相，所述第八绕组和第五绕组构成低压侧β相，所述低压侧α相的电压和低压侧β相的电压的相位差为90°，其中，所述第四绕组、所述第五绕组、所述第六绕组的匝数相等；
所述阻抗平衡变压器通过α端口和β端口与所述平衡补偿装置并联；
所述配电系统还包括：三相升压变压器，所述三相升压变压器与所述阻抗平衡变压器的abc端口电连接，其中，所述阻抗平衡变压器的a端口为所述第四绕组和所述第六绕组的连接端口，所述阻抗平衡变压器的b端口为所述第四绕组和所述第五绕组的连接端口，所述阻抗平衡变压器的c端口为所述第五绕组和所述第六绕组的连接端口。
2.根据权利要求1所述的配电系统，其特征在于，所述平衡补偿装置包括储能电容及通过所述储能电容背靠背连接的两个静止无功率补偿发生器。
3.根据权利要求2所述的配电系统，其特征在于，所述储能电容包括直流储能电容、交流储能电容。
4.根据权利要求2所述的配电系统，其特征在于，所述静止无功率补偿发生器采用两电平拓扑结构或多电平拓扑结构。
5.根据权利要求2所述的配电系统，其特征在于，所述静止无功率补偿发生器包括集成门极换向晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。
6.一种电力系统，其特征在于，所述电力系统包括配电系统和用户区，所述配电系统包括阻抗平衡变压器和平衡补偿装置，所述用户区包括第一单相用户区和第二单相用户区；
所述阻抗平衡变压器的原边包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组星接并与高压母线的第一高压相线、第二高压相线及第三高压相线电性连接，以获取所述第一高压相线、所述第二高压相线及所述第三高压相线各自对应的三个相电压；
所述阻抗平衡变压器的次边包括第四绕组、第五绕组、第六绕组、第七绕组和第八绕组，所述第四绕组、第五绕组和第六绕组三角接后，所述第七绕组和第八绕组分别连接在所述第四绕组的两边，所述第七绕组和第六绕组构成低压侧α相，所述第八绕组和第五绕组构成低压侧β相，所述低压侧α相的电压和低压侧β相的电压的相位差为90°，其中，所述第四绕组、所述第五绕组、所述第六绕组的匝数相等；
所述阻抗平衡变压器通过α端口和β端口与所述平衡补偿装置并联；
所述第一单相用户区与所述阻抗平衡变压器的α端口电连接，所述第二单相用户区与所述阻抗平衡变压器的β端口电连接；
所述用户区还包括三相用户区，所述配电系统还包括三相升压变压器，所述三相用户区通过三相升压变压器与所述阻抗平衡变压器的abc端口电连接，其中，所述阻抗平衡变压器的a端口为所述第四绕组和所述第六绕组的连接端口，所述阻抗平衡变压器的b端口为所述第四绕组和所述第五绕组的连接端口，所述阻抗平衡变压器的c端口为所述第五绕组和所述第六绕组的连接端口。
7.根据权利要求6所述的电力系统，其特征在于，所述平衡补偿装置包括储能电容及通过所述储能电容背靠背连接的两个静止无功率补偿发生器。
8.根据权利要求7所述的电力系统，其特征在于，所述储能电容包括直流储能电容、交流储能电容。
9.根据权利要求7所述的电力系统，其特征在于，所述静止无功率补偿发生器采用两电平拓扑结构或多电平拓扑结构。
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