CN109842334A - 电压调节系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电压调节系统，包括：降压变压器，用于将供电线路的输入电压做降压处理；补偿变压器，用于将所述降压变压器处理后的电压进行变换后叠加到供电线路的输入电压上，将叠加后的电压输出；控制电路，用于根据所述降压变压器的输出电压对所述补偿变压器进行控制，以调整所述补偿变压器的输出电压。该系统采用电压补偿的方案，通过补偿变压器将电压调节的硬件单元隔离在主供电线路之外，且以低电压调整电压，设备运行安全、调节过程无停电、设备故障时不影响供电、设备运行免维护、设备寿命长。

Description

电压调节系统

技术领域

本申请涉及配电网络的调压技术领域，具体涉及一种电压调节系统。

背景技术

相关技术中，常见的电压调节系统主要使用有载调压器和串联电容装置。

有载调压器存在以下问题：有载调压开关为机械有触点开关，调节电压时有电弧产生，对变压器油产生老化作用，一般调压2000次就要更换开关内变压器油，增加维护成本，并有安全隐患；有载开关机械寿命较短，只有2万次左右；有载调压器反应时间较长，不低于5秒；有载调压器的自耗较高，是调压器容量的2-3％，例如630KVA调压器损耗是15.7KW；并且有载调压器的成本较高。

串联电容装置是通过电容电压相位角与原线路实际电压相位角差，合成电压会提高线路电压的原理，该装置是在10KV线路中串联大量电容器，控制电容器的投入量达到需要的电压值。该装置投资高、电容器寿命短、并随时间和设备温度变化效果逐步变差，有效寿命最多5年。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种电压调节系统。

根据本申请的实施例，提供一种电压调节系统，包括：

降压变压器，用于将供电线路的输入电压做降压处理；

补偿变压器，用于将所述降压变压器处理后的电压进行变换后叠加到供电线路的输入电压上，将叠加后的电压输出；

控制电路，用于根据所述降压变压器的输出电压对所述补偿变压器进行控制，以调整所述补偿变压器的输出电压。

进一步地，所述降压变压器的一次侧与供电线路连接，所述降压变压器的二次侧与所述补偿变压器的一次侧连接；

所述补偿变压器的二次侧的一端连接供电线路的输入端，另一端为供电线路的输出端。

进一步地，所述补偿变压器包括：正向补偿变压器和反向补偿变压器；

所述正向补偿变压器的一次侧和所述反向补偿变压器的一次侧分别与所述降压变压器的二次侧连接；

所述正向补偿变压器的二次侧和所述反向补偿变压器的二次侧反向串联。

进一步地，所述控制电路包括：

检测装置，用于检测所述降压变压器的输出电压；

处理装置，用于根据所述检测装置检测到的电压值和预设的目标电压值确定所需的补偿电压，并根据补偿电压控制所述正向补偿变压器和/或所述反向补偿变压器的变比，以使所述正向补偿变压器和/或所述反向补偿变压器输出所需的补偿电压。

进一步地，所述正向补偿变压器的一次侧设置有多个抽头，所述反向补偿变压器的一次侧设置有多个抽头；

每个抽头上均对应设置一个电子开关，每个抽头均通过对应的电子开关与所述降压变压器的二次侧连接。

进一步地，所述处理装置用于控制所述正向补偿变压器和/或所述反向补偿变压器的变比，具体包括：

根据预设的控制逻辑控制相应的电子开关断开或接通。

进一步地，所述处理装置用于根据所述检测装置检测到的电压值和预设的目标电压值确定所需的补偿电压，具体包括：

根据所述检测装置检测到的电压值和所述降压变压器的变比，计算供电线路的输入电压；

供电线路的输入电压与预设的目标电压值之间的差值即为所需的补偿电压。

进一步地，所述补偿变压器包括：

电压调节器，用于将所述降压变压器处理后的电压进行调整，以输出所需的补偿电压；

隔离变压器，用于将所述电压调节器隔离在供电线路之外，并将所述电压调节器输出的补偿电压叠加到供电线路的输入电压上。

进一步地，所述控制电路包括：

检测装置，用于检测所述降压变压器的输出电压；

处理装置，用于根据所述检测装置检测到的电压值和预设的目标电压值确定所需的补偿电压，并根据补偿电压控制所述电压调节器的输出电压，以使所述补偿变压器输出所需的补偿电压。

进一步地，所述电压调节器为IGBT为核心元器件的电力电子式电压调节器。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

该系统采用电压补偿的方案，通过补偿变压器将电压调节的硬件单元隔离在主供电线路之外，且以低电压调整电压，设备运行安全、调节过程无停电、设备故障时不影响供电、设备运行免维护、设备寿命长。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电压调节系统的电路框图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种小容量的电压调节系统的电路原理图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种大容量的电压调节系统的电路原理图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电压调节系统的电路框图。该系统包括：

降压变压器，用于将供电线路的输入电压做降压处理；

补偿变压器，用于将所述降压变压器处理后的电压进行变换后叠加到供电线路的输入电压上，将叠加后的电压输出；

控制电路，用于根据所述降压变压器的输出电压对所述补偿变压器进行控制，以调整所述补偿变压器的输出电压。

该系统采用电压补偿的方案，通过补偿变压器将电压调节的硬件单元隔离在主供电线路之外，且以低电压调整电压，设备运行安全、调节过程无停电、设备故障时不影响供电、设备运行免维护、设备寿命长。

以对10KV线路电压进行调节的系统为例，该系统的主要运行过程是：检测10KV线路电压，以10.5KV输出电压为目标，计算补偿电压值及补偿变压器调节状态，产生相应的补偿电压注入10KV线路中，使10KV线路电压尽量接近10.5KV，达到电压调节的目的。

图2是根据一示例性实施例示出的一种小容量的电压调节系统的电路原理图。

一些实施例中，所述降压变压器的一次侧与供电线路连接，所述降压变压器的二次侧与所述补偿变压器的一次侧连接；

所述补偿变压器的二次侧的一端连接供电线路的输入端，另一端为供电线路的输出端。

一些实施例中，所述补偿变压器包括：正向补偿变压器和反向补偿变压器；

所述正向补偿变压器的一次侧和所述反向补偿变压器的一次侧分别与所述降压变压器的二次侧连接；

所述正向补偿变压器的二次侧和所述反向补偿变压器的二次侧反向串联。

一些实施例中，所述控制电路包括：

检测装置，用于检测所述降压变压器的输出电压；

处理装置，用于根据所述检测装置检测到的电压值和预设的目标电压值确定所需的补偿电压，并根据补偿电压控制所述正向补偿变压器和/或所述反向补偿变压器的变比，以使所述正向补偿变压器和/或所述反向补偿变压器输出所需的补偿电压。

一些实施例中，所述正向补偿变压器的一次侧设置有多个抽头，所述反向补偿变压器的一次侧设置有多个抽头；

每个抽头上均对应设置一个电子开关，每个抽头均通过对应的电子开关与所述降压变压器的二次侧连接。

一些实施例中，所述处理装置用于控制所述正向补偿变压器和/或所述反向补偿变压器的变比，具体包括：

根据预设的控制逻辑控制相应的电子开关断开或接通。

一些实施例中，所述处理装置用于根据所述检测装置检测到的电压值和预设的目标电压值确定所需的补偿电压，具体包括：

根据所述检测装置检测到的电压值和所述降压变压器的变比，计算供电线路的输入电压；

供电线路的输入电压与预设的目标电压值之间的差值即为所需的补偿电压。

参照图2，以10KV的供电线路为例，对本申请的实施例进行详细说明。小容量的电压调节系统，其总体结构与原理是：

1)该装置由降压变压器、补偿变压器、大功率可控硅、控制线路板、保护系统、外壳组成。

2)降压变压器将10KV线路电压降低至970V(线电压)，为补偿变压器控制侧(即一次侧)供电。

3)补偿变压器二次侧串联于10KV线路中，二次侧无任何断点。

4)补偿变压器控制侧出3个出头，变比(线电压)分别为970/2000V、970/1000V、970/500V，共两台补偿变，两台补偿变反向连接于10KV线路中。

5)大功率可控硅选择耐压为2500V可控硅，双向导通，过零投切。

6)控制线路板采用ARM架构的CPU作为计算与控制主要器件(即处理装置)，负责对线路补偿电压值的计算和控制可控硅导通与关断，保证补偿电压值。

该系统的主要运行过程是：将10KV电压降低至可控硅安全电压，检测10KV线路电压和电流信号，由计算与控制系统计算需要补偿的电压，并控制可控硅，调整补偿变压器补偿电压，由隔离变压器注入至10KV线路中，调整电压至所需电压，完成电压调节任务。

该系统的工作逻辑是：1、由10KV线路电流电压互感器检测10KV线路电流电压，信号传输至控制板CPU，以10.5KV电压为目标电压，计算出需要补偿的电压值。2、据电压补偿值，计算出两台补偿变压器运行的状态。3、关断运行的可控硅，20ms后接通需要闭合的可控硅完成电压补偿功能。

参照图2，U1为供电线路的输入电压，T2为正向补偿变压器，T3为反向补偿变压器，则该系统的控制逻辑是：

1、U1≤8.5KV，K1闭合，其他断开；补偿变压器补偿相电压1155V，线电压2000V，补偿后，电压为8.5+0.2＝10.5KV；

2、8.505KV≤U1≤9KV，K1、K6闭合，其他断开；补偿变压器补偿电压为1500V，补偿后，电压为10.005-10.5KV范围内；

3、9.005KV≤U1≤9.5KV，K2闭合，其他断开；补偿变压器补偿电压1000V，补偿后，电压为10.005-10.5KV范围内；

4、9.505KV≤U1≤10KV，K3闭合，其他断开；补偿变压器补偿电压500V，补偿后电压为10.005-10.5KV范围内；

5、10.005KV≤U1≤10.5KV，K3、K4闭合，其他断开；补偿变压器补偿电压为0，补偿后电压为10.005-10.5KV范围内；

6、10.505KV≤U1≤11KV，K4闭合，其他断开；补偿变压器补偿电压为-500V，补偿后电压为10.005-10.5KV范围内；

7、11.005≤U1≤11.5KV，K5闭合，其他断开；补偿变压器补偿电压为-1000V，补偿后电压为10.005-10.5KV范围内；

8、11.505≤U1≤12KV，K3、K6闭合，其他断开；补偿变压器补偿电压为-1500V，补偿后电压为10.005-10.5KV范围内；

9、U1≥12.005KV，K6闭合，其他断开；补偿变压器补偿电压-2000V，补偿后电压为≥10.005KV。

由此可见，采用该方法，可使10KV线路电压在8-12.5KV范围内稳定电压为10.005-10.5KV范围内。通过补偿变压器和并联的降压变压器，将电压调节部分与10KV线路分离，电压调节部分为低压，保证了电压调节时线路不停电，设备运行安全，成本低廉。

与有载调压器相比，本申请所提出的系统具备以下有益效果：(1)有载开关机械寿命较短，通常只有2万次左右；本系统调压次数不低于100万次。(2)有载调压器反应时间较长，不低于5秒；本系统反应时间不大于20ms。(3)有载调压器的自耗较高，是调压器容量的2-3％，例如630KVA调压器损耗是15.7KW；本系统的损耗是3KW，损耗降低80％。(4)有载调压器的成本较高；本系统的成本是有载调压器的80％，节约投资。

图3是根据一示例性实施例示出的一种大容量的电压调节系统的电路原理图。

一些实施例中，所述补偿变压器包括：

电压调节器，用于将所述降压变压器处理后的电压进行调整，以输出所需的补偿电压；

隔离变压器，用于将所述电压调节器隔离在供电线路之外，并将所述电压调节器输出的补偿电压叠加到供电线路的输入电压上。

一些实施例中，所述控制电路包括：

检测装置，用于检测所述降压变压器的输出电压；

处理装置，用于根据所述检测装置检测到的电压值和预设的目标电压值确定所需的补偿电压，并根据补偿电压控制所述电压调节器的输出电压，以使所述补偿变压器输出所需的补偿电压。

一些实施例中，所述电压调节器为IGBT为核心元器件的电力电子式电压调节器。

参照图3，以10KV的供电线路为例，对本申请的实施例进行详细说明。

当10KV供电线路的电流较大时，要求电压调节系统的容量大。如果采用补偿变压器和大功率可控硅的方法，由于受单只可控硅电流的限制，就必须多只可控硅并联，这样会影响设备的可靠运行。

因此，大容量的电压调节系统可采用IGBT为核心元器件的电力电子式电压调节器，即采用AC-DC-DC的工作方式。

大容量的系统通过降压变压器T1，将10KV电压降低为690V电压，电压调节器为690V。

690V电压调节器硬件结构是，连接降压变压器T1的低压侧，获取690V电流，经IGBT整流成直流，用电解电容进行储能，再通过控制IGBT输出一个我们需要值的50Hz、和10KV线路电压电流同步的电压电流波形，通过隔离变压器叠加于10KV线路中，从而实现电压调节的目的。

该调节器整流部分为IGBT，控制方法为：检测10KV线路电流电压信号，将信号传输至控制板上的DSP，由DSP计算出需要补偿的电压值和相位，根据需要补偿的交流50Hz电压值，计算出直流母线直流电压，控制整流IGBT，使直流母线电压控制在系统需要的值，再控制交流输出的IGBT产生一个50Hz相位与10KV线路一致大小为需要补偿的电压值的交流电压和电流，通过隔离变压器叠加于10KV线路中，达到电压调节的目的。

控制侧电压调节器在10KV线路电压正常时不工作，或电压调节器故障时，隔离变压器T2控制端断开，会造成隔离变压器一端开路，导致控制侧电压无穷大，长期运行会损坏隔离变压器，并在10KV线路上产生很大的电压降，因此，采取以下措施：

1、在隔离变压器控制侧增加足够的RC回路，保证电压调节器不工作时形成一个回路，调整R与C值，使损耗最小。

2、该装置可实现即时线性调节电压，响应时间低于2.3ms。与小容量装置比较，成本较高，寿命只有15年。

本申请的电压调节系统采用电压补偿技术，利用降压变压器将10KV电压降低至大功率高电压可控硅或IGBT安全运行电压。处理装置作为计算和控制器件，采用ARM架构的CPU或DSP。采用大功率高电压可控硅或IGBT作为操作器件，采用隔离变压器将电压调节单元放置于主线路之外，通过隔离变压器将需要补偿的电压叠加于主线路中，实现10KV线路电压调节和稳压的目的。本装置的调压部分独立于主线路外，且以低电压调整电压，设备运行安全、调节过程无停电、设备故障时不影响供电、设备运行免维护、设备寿命大于30年。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电压调节系统，其特征在于，包括：

降压变压器，用于将供电线路的输入电压做降压处理；

补偿变压器，用于将所述降压变压器处理后的电压进行变换后叠加到供电线路的输入电压上，将叠加后的电压输出；

控制电路，用于根据所述降压变压器的输出电压对所述补偿变压器进行控制，以调整所述补偿变压器的输出电压。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述降压变压器的一次侧与供电线路连接，所述降压变压器的二次侧与所述补偿变压器的一次侧连接；

所述补偿变压器的二次侧的一端连接供电线路的输入端，另一端为供电线路的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述补偿变压器包括：正向补偿变压器和反向补偿变压器；

所述正向补偿变压器的一次侧和所述反向补偿变压器的一次侧分别与所述降压变压器的二次侧连接；

所述正向补偿变压器的二次侧和所述反向补偿变压器的二次侧反向串联。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制电路包括：

检测装置，用于检测所述降压变压器的输出电压；

处理装置，用于根据所述检测装置检测到的电压值和预设的目标电压值确定所需的补偿电压，并根据补偿电压控制所述正向补偿变压器和/或所述反向补偿变压器的变比，以使所述正向补偿变压器和/或所述反向补偿变压器输出所需的补偿电压。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述正向补偿变压器的一次侧设置有多个抽头，所述反向补偿变压器的一次侧设置有多个抽头；

每个抽头上均对应设置一个电子开关，每个抽头均通过对应的电子开关与所述降压变压器的二次侧连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理装置用于控制所述正向补偿变压器和/或所述反向补偿变压器的变比，具体包括：

根据预设的控制逻辑控制相应的电子开关断开或接通。

7.根据权利要求4-6任一项所述的系统，其特征在于，所述处理装置用于根据所述检测装置检测到的电压值和预设的目标电压值确定所需的补偿电压，具体包括：

根据所述检测装置检测到的电压值和所述降压变压器的变比，计算供电线路的输入电压；

供电线路的输入电压与预设的目标电压值之间的差值即为所需的补偿电压。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述补偿变压器包括：

电压调节器，用于将所述降压变压器处理后的电压进行调整，以输出所需的补偿电压；

隔离变压器，用于将所述电压调节器隔离在供电线路之外，并将所述电压调节器输出的补偿电压叠加到供电线路的输入电压上。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制电路包括：

检测装置，用于检测所述降压变压器的输出电压；

处理装置，用于根据所述检测装置检测到的电压值和预设的目标电压值确定所需的补偿电压，并根据补偿电压控制所述电压调节器的输出电压，以使所述补偿变压器输出所需的补偿电压。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述电压调节器为IGBT为核心元器件的电力电子式电压调节器。