CN107591812A - 一种应用于配电网的分级电压调节器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一一种新型配电网用晶闸管分级电压调节器，其特征在于：包括取能变压器T₁、调节控制晶闸管V_pn、隔离变压器T₂；所述的取能变压器T₁二次侧包括提供多个电压输出的多档位抽头，抽头数为（2n‑1），其中n为调节电压的正负总级数；所述取能变压器T₁的一次侧并联至配电网中，所述取能变压器T₁二次侧的中间抽头与所述隔离变压器T₂的二次侧非同名端相连接，所述取能变压器T₁的其他抽头及两端引线通过所述调节控制晶闸管V_pn与所述隔离变压器T₂的二次侧同名端相连，用于从电网获取电压能量，并向隔离变压器输出不同大小的电压。本发明能够有效解决配电网电压升高和降低的问题，从而实现配电网电压的自动调节，改善电能质量。

Description

一种应用于配电网的分级电压调节器

技术领域

本发明涉及一种调节配电网电压升高和降低等电能质量问题的晶闸管分级电压调节器，特别涉及一种应用于配电网的分级电压调节器。

背景技术

我国配网的一些地区线路过长，线路阻抗过大将导致线路沿线及分支处的负荷供电电压低；另外，分布式能源的接入，改变了配电网的潮流方向，有可能导致接近分布式电源的负荷端电压高于线路的额定电压。因此，需要进行配电网电压的正负双向调节。

到目前，国内外专家及学者已提出几种基于晶闸管的分级电压调节装置，这几种装置的拓扑结构类似，都是将并联至配电网的调整变压器二次侧通过三桥臂或四桥臂晶闸管模块，连接至线路串联变压器的二次侧，实现电压的正负可调。

但是这些拓扑结构有一个共同的缺点：即当输出电压变为同电压等级的负电压输出时，可能出现同一桥臂的上下桥臂晶闸管同时导通的情况，这就可能导致取能变压器二次侧短路的情况，对取能变压器造成损害。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种应用于配电网的分级电压调节器，该调节器在保证具有一般晶闸管分级电压调节器的正负双向调节电压的功能的同时，还能够避免取能变压器的短路问题。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种应用于配电网的分级电压调节器，包括取能变压器、调节控制晶闸管、隔离变压器、旁路晶闸管、旁路开关。

所述取能变压器是一种多档位电压输出的抽头变压器，一次侧通过熔断器与配电网并联，二次侧的中间抽头与其他各抽头及两端引线构成变压器的不同档位，输出正负电压。

所述调节控制晶闸管，各对反向并联晶闸管一端连接至取能变压器除中间抽头外的其他抽头及两端引线，另一端连接至隔离变压器二次侧的同名端，取能变压器的中间抽头连接至隔离变压器二次侧的异名端，从而实现将取能变压器的不同输出电压加到变压器的二次侧。

所述的隔离变压器，一次侧同名端连接线路调节器接入处的末端，一次侧异名端连接线路调节器接入处的首端，二次侧同名端连接各对控制晶闸管，二次侧异名端连接取能变压器的中间抽头；隔离变压器的两侧通过接触器连接至线路，从而可以控制调节器的投入和退出。

所述的旁路晶闸管与所述的隔离变压器二次侧并联，实现调节器投入和退出时的电流转移。

所述的旁路开关与所属的隔离变压器一次侧及其两端接触器并联，调节器没有投入运行时，旁路开关闭合，线路电流通过旁路开关所在的支路；调节器投入运行，旁路开关断开。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）隔离变压器二次侧两端并联双向晶闸管，能够避免投退过程中的开关过电压问题；

隔离变压器二次侧双端并联的双向晶闸管为旁路晶闸管。在晶闸管调节器投入时，控制器先开通旁路晶闸管，再根据需要补偿的电压大小开通和关断相应的控制晶闸管，将取能变压器合适绕组投入电路，此时再关闭旁路晶闸管。由于控制晶闸管开关切换时，旁路晶闸管已经开通，因此控制晶闸管没有和隔离变压器直接相连，在开关时也就避免产生较大的开关过电压问题。在晶闸管调节器退出时，根据与投入时相同的原理，同样避免了控制晶闸管开关过电压问题。

2）调节晶闸管与取能变压器的连接方式，能够避免变压器短路问题。

现有技术中，取能变压器与晶闸管采用桥式连接拓扑时，晶闸管调节器相同电压等级的正负电压切换时，由于晶闸管不能即时关断等原因，往往会造成上下桥臂同时导通，导致取能变压器二次侧短路。而在本发明中，每一对双向晶闸管与取能变压器二次侧除中心抽头外其余抽头（包括首段和尾段）相连，不再采用桥式连接方式，能够避免取能变压器的短路问题。

附图说明

图1 是本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器的主电路拓扑结构图；

图2 是本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器在三相三线制线路的接线方式；

图3 是本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器在三相四线制线路的接线方式；

图4 是本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器补偿电压降落的仿真图；

图5 是本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器补偿电压升高的仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的一种应用于配电网的分级电压调节器，包括取能变压器T1、调节控制晶闸管Vpn、隔离变压器T2；所述的取能变压器T1二次侧包括提供多个电压输出的多档位抽头，抽头数为（2n-1），其中n为调节电压的正负总级数；所述取能变压器T1的一次侧并联至配电网中，所述取能变压器T1二次侧的中间抽头与所述隔离变压器T2的二次侧非同名端相连接，所述取能变压器T1的其他抽头及两端引线通过所述调节控制晶闸管Vpn与所述隔离变压器T2的二次侧同名端相连，用于从电网获取电压能量，并向隔离变压器输出不同大小的电压。

如图1所示的本发明的具体实施例，本发明提供一种应用于配电网的分级电压调节器，包括取能变压器T1、调节控制晶闸管Vpn、隔离变压器T2、旁路晶闸管V_b、旁路开关Bypass，U₁为补偿前的配电网电压，U₂为补偿后的配电网电压，取能变压器一次侧接至U₂线路上，通过多对控制晶闸管、隔离变压器将电压叠加到配网线路上，从而补偿电压的降低和升高，得到补偿后的配电网电压U₂。旁路晶闸管实现投退过程的电流转移。

优选的，本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器，还包括通过接触器或熔断器Q_T ，所述取能变压器T₁ 的一次侧通过熔断器Q_T 或接触器Q_T并联至配电网中。

本发明的应用于配电网的分级电压调节器的投入控制方法为：利用电压互感器检测配电网电压值及旁路晶闸管两端电压值，利用电流互感器检测旁路晶闸管电流，并将检测值传送至分压调节器控制器。当检测到的配电网线路电压升高或降低，闭合接触器Q₁和Q₂，开通旁路晶闸管V_b，打开旁路开关Bypass，检测旁路晶闸管两端电压及电流正常，闭合熔断器Q_T，根据检测的电压降落范围，开通相应档位的控制晶闸管，同时断开旁路晶闸管。

本发明的应用于配电网的分级电压调节器的退出控制方法为：利用电压互感器检测配电网电压值并传送至分压调节器控制器，利用电流互感器检测隔离变压器二次侧电流值并传送至分压调节器控制器，当检测到配电网线路电压恢复，控制器根据检测的取能变压器一次侧电压U₂和隔离变压器二次侧电流i₂，触发相应的旁路晶闸管，然后触发对管，关断控制晶闸管，断开Q_T，闭合Bypass，断开Q₁、Q₂。

本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器，既可以接入单相线路，又可以接入三相三线制线路，也可以接入三相四线制线路。

本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器，接入单相线路时，可以实现多级电压输出，正负电压级数相同，输出电压正负总级数m与变压器抽头数n的关系为：m=2n-1。

本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器，接入三相三线制线路时，接线方式如图2所示。为了避免调节器星接引起中性点漂移，所以将三相取能变压器一次侧通过熔断器Q_T接成三角形并联至配电网，每相其余的部分接线形式与前文单相时相同。

本发明的新型配电网用三相三线制晶闸管分级电压调节器的投入控制方法为：利用电压互感器检测配电网三相线电压值及旁路晶闸管两端电压值，利用电流互感器检测旁路晶闸管电流，并将检测值传送至分压调节器控制器。控制器将三相线电压转换成三相相电压，以A相为例，当检测到A相线路电压升高或降低，闭合接触器Q₁和Q₂，开通旁路晶闸管V_b，打开旁路开关Bypass，检测旁路晶闸管两端电压及电流正常，闭合熔断器Q_T，根据检测的电压降落范围，开通相应档位的控制晶闸管，同时断开旁路晶闸管。

本发明的新型配电网用三相三线制晶闸管分级电压调节器的退出控制方法为：利用电压互感器检测配电网三相线电压值并传送至分压调节器控制器，利用电流互感器检测隔离变压器二次侧电流值并传送至分压调节器控制器，以A相为例，当检测到配电网线路电压恢复，控制器根据检测的取能变压器一次侧电压U₂和隔离变压器二次侧电流i₂，触发相应的旁路晶闸管，然后触发对管，关断控制晶闸管，断开Q_T，闭合Bypass，断开Q₁、Q₂。

本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器，接入三相四线制线路时，接线方式如图3所示。取能变压器一次侧通过熔断器Q_T以星型形式连接至配电网。

本发明的新型配电网用三相四线制晶闸管分级电压调节器的投入控制方法为：利用电压互感器检测配电网三相相电压值及旁路晶闸管两端电压值，利用电流互感器检测旁路晶闸管电流，并将检测值传送至分压调节器控制器。以A相为例，当检测到A相线路电压升高或降低，闭合接触器Q₁和Q₂，开通旁路晶闸管V_b，打开旁路开关Bypass，检测旁路晶闸管两端电压及电流正常，闭合熔断器Q_T，根据检测的电压降落范围，开通相应档位的控制晶闸管，同时断开旁路晶闸管。

本发明的新型配电网用三相四线制晶闸管分级电压调节器的退出控制方法为：利用电压互感器检测配电网三相相电压值并传送至分压调节器控制器，利用电流互感器检测隔离变压器二次侧电流值并传送至分压调节器控制器，以A相为例，当检测到配电网线路电压恢复，控制器根据检测的取能变压器一次侧电压U₂和隔离变压器二次侧电流i₂，触发相应的旁路晶闸管，然后触发对管，关断控制晶闸管，断开Q_T，闭合Bypass，断开Q₁、Q₂。

以图1的电路拓扑接入单相线路，对于电压降低和电压恢复的调节仿真图，如图4所示。其中，图4中：V₁波形表示调整前后的交流电压值，V₂ 波形表示调整前后的电压幅值。设置10kV线路在1.676s线路电压降落750V，2.176s电压恢复。由图4看出，本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器能够补偿线路电压降落，并且在电压恢复时能够安全退出。

以图1的电路拓扑接入单相线路，对于电压升高和电压恢复的调节仿真图，如图5所示。图5中：V₂波形表示调整前后的交流电压值，V_2PEAK表示调整前后的电压幅值。设置10kV线路在1.676s线路电压升高750V，2.176s电压恢复。由图5看出，本发明提供的应用于配电网的分级电压调节器能够补偿线路电压升高，并且在电压恢复时能够安全退出。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于配电网的分级电压调节器，其特征在于：包括取能变压器T₁、调节控制晶闸管V_pn、隔离变压器T₂；所述的取能变压器T₁二次侧包括提供多个电压输出的多档位抽头，抽头数为（2n-1），其中n为调节电压的正负总级数；所述取能变压器T₁的一次侧并联至配电网中，所述取能变压器T₁二次侧的中间抽头与所述隔离变压器T₂的二次侧非同名端相连接，所述取能变压器T₁的其他抽头及两端引线通过所述调节控制晶闸管V_pn与所述隔离变压器T₂的二次侧同名端相连，用于从电网获取电压能量，并向隔离变压器输出不同大小的电压。

2.根据权利要求1所述的应用于配电网的分级电压调节器，其特征在于，还包括通过接触器Q_T ，所述取能变压器T₁ 的一次侧通过接触器Q_T并联至配电网中。

3.根据权利要求2所示的应用于配电网的分级电压调节器，其特征在于：所述的调节控制晶闸管V_pn采用n对双向反并联晶闸管，一端连接至所述取能变压器T₁二次侧除中间抽头外的其他抽头及变压器两端引线，用于通过控制各双向反并联晶闸管的通断，将所述取能变压器T₁特定与隔离变压器二次侧连接，将不同输出电压施加到所述隔离变压器T₂二次侧。

4.根据权利要求3所示的应用于配电网的分级电压调节器，其特征在于：还包括接触器Q₁和Q₂，所述的隔离变压器T₂的一次侧通过接触器Q₁和Q₂串联至配电网中，所述隔离变压器T₂，用于将储能变压器取得并经过控制晶闸管变换的电压与配电网电压叠加，实现配电网电压调节功能。

5.根据权利要求4所示的应用于配电网的分级电压调节器，其特征在于：还包括旁路晶闸管V_b，所述旁路晶闸管V_b采用一对双向反并联晶闸管，并联到所述隔离变压器T₂二次侧，用于通过其通断实现调节器由旁路转启动投入、由输出运行转旁路退出，避免旁路开关断开时产生开关过电压。

6.根据权利要求5所示的应用于配电网的分级电压调节器，其特征在于：还包括旁路开关Bypass，所述的旁路开关Bypass与所述隔离变压器T₂及所述接触器Q₁和Q₂并联，所述旁路开关Bypass接收晶闸管分级电压调节器控制器的信号，用于控制晶闸管调节器投入和退出配电网：当所述旁路开关Bypass打开，所述接触器Q₁和Q₂以及Q_T闭合，以使得所述晶闸管分级电压调节器投入至配电网；所述旁路晶闸管V_b闭合，以使得所述晶闸管分级电压调节器从配电网退出。