CN207117186U - 零序电压补偿装置和配电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的零序电压补偿装置和配电系统，涉及零序电压补偿技术领域。其中，零序电压补偿装置应用于配电系统。配电系统包括三相电源、负载和中性线，零序电压补偿装置包括用于向配电系统输出补偿电压的电压补偿电路和用于根据配电系统当前的工作电压和工作电流控制补偿电压的相位和幅值的控制器。电压补偿电路的输入端和负载的第一端分别与三相电源连接，电压补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与负载的第二端和中性线连接，控制器的输入端与负载的第一端连接，输出端与电压补偿电路的控制端连接。通过上述设置，可以解决现有的降低零序电压幅值的技术存在成本高的问题。

Description

零序电压补偿装置和配电系统

技术领域

本实用新型涉及零序电压补偿技术领域，具体而言，涉及零序电压补偿装置和配电系统。

背景技术

随着配电系统的应用环境不断复杂化，配电系统常常出现不对称运行的状态。在不对称运行中一般会产生正序、负序以及零序的电压电流，其中零序电压对设备或负载的运行产生的影响最大，例如导致电机使用寿命降低、产生振动和噪声，严重时还会造成设备或负载被击穿，进而导致严重的安全事故。

经发明人研究发现，现有技术是通过加大中性线截面积以降低阻抗的方式，以降低零序电压的幅值。但是，增大中性线截面积在降低阻抗的同时，还会导致配电线路的成本急剧上增的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种零序电压补偿装置和配电系统，以解决现有的降低零序电压幅值的技术存在成本高的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用如下技术方案：

一种零序电压补偿装置，应用于配电系统。所述配电系统包括三相电源、负载和中性线，所述零序电压补偿装置包括用于向所述配电系统输出补偿电压的电压补偿电路和用于根据所述配电系统当前的工作电压和工作电流控制所述补偿电压的相位和幅值的控制器。

所述电压补偿电路的输入端和所述负载的第一端分别与所述三相电源连接，所述电压补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与所述负载的第二端和所述中性线连接，所述控制器的输入端与所述负载的第一端连接，输出端与所述电压补偿电路的控制端连接。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述零序电压补偿装置中，所述电压补偿电路包括整流电路、逆变电路以及输出电路。

所述整流电路的输入端与所述三相电源连接、输出端与所述逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输出端与所述输出电路的输入端连接、控制端与所述控制器的输出端连接，所述输出电路的第一输出端和第二输出端分别与所述负载的第二端和所述中性线连接。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述零序电压补偿装置中，所述电压补偿电路还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路设置于所述整流电路的输出端与所述逆变电路的输入端之间。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述零序电压补偿装置中，所述电压补偿电路还包括关联设置的过压检测电路和过压保护电路，所述过压检测电路的两端分别与所述输出电路的第一输出端和第二输出端连接，所述过压保护电路设置于所述第一滤波电路的输出端与所述逆变电路的输入端之间。

所述过压检测电路用于检测所述配电系统的零序电压是否超出预设电压，所述过压保护电路用于在所述配电系统的零序电压超出所述预设电压时切断对所述逆变电路的供电，以使所述输出电路无补偿电压输出。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述零序电压补偿装置中，所述电压补偿电路还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路设置于所述逆变电路的输出端与所述输出电路的输入端之间。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述零序电压补偿装置中，所述输出电路包括零序变压器，所述零序变压器的初级线圈与所述逆变电路的输出端连接、次级线圈与所述负载的第二端连接。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述零序电压补偿装置中，所述输出电路包括零序变压器，所述零序变压器的初级线圈与所述逆变电路的输出端连接，次级线圈的两端分别与所述负载的第二端和所述中性线连接。

所述电流互感器用于检测所述配电系统中性线的电流值并将该电流值发送至所述控制器，所述控制器用于根据所述电流值调节所述零序变压器的阻抗参数以控制所述补偿电压。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述零序电压补偿装置中，所述零序变压器包括设置有所述初级线圈和所述次级线圈的第一铁芯、设置有脱扣部件的第二铁芯以及用于连接所述第一铁芯和第二铁芯的弹性部件。

所述控制器通过所述脱扣部件和弹性部件的配合设置可以控制所述第一铁芯和所述第二铁芯的相对位置关系以调节所述零序变压器的阻抗参数。

在上述基础上，本实用新型实施例还提供了一种配电系统，包括三相电源、负载、中性线以及上述零序电压补偿装置，所述零序电压补偿装置包括用于向所述配电系统输出补偿电压的电压补偿电路和用于根据所述配电系统当前的工作电压和工作电流控制所述补偿电压的相位和幅值的控制器。

所述电压补偿电路的输入端和所述负载的第一端分别与所述三相电源连接，所述电压补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与所述负载的第二端和所述中性线连接，所述控制器的输入端与所述负载的第一端连接，输出端与所述电压补偿电路的控制端连接。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述配电系统中，所述配电系统为三相四线制，所述负载包括分别设置于各相电路中的第一负载、第二负载以及第三负载。

所述第一负载的第一端、所述第二负载的第一端以及所述第三负载的第一端分别连接三相电源且分别与所述电压补偿电路的三个输入端连接，所述第一负载的第二端、所述第二负载的第二端以及所述第三负载的第二端连接后通过所述电压补偿电路与所述中性线连接。

本实用新型提供一种零序电压补偿装置和配电系统，通过设置相互配合的电压补偿电路和控制器，可以根据配电系统当前的工作电压和工作电流计算出需要输出的补偿电压并通过电压补偿电路输入到配电系统，可以解决现有的降低零序电压幅值的技术存在成本高的问题，有效地提高了零序电压补偿装置和配电系统的实用性和可靠性。

进一步地，通过设置电流互感器以检测中性线的电流值，控制器根据该电流值以控制零序变压器的阻抗参数，可以调节该阻抗参数以适应不同的配电系统，以解决变压器自身零序阻抗大的问题，极大地提高了零序电压补偿装置和配电系统的智能性和实用性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的零序电压补偿装置的应用框图。

图2为本实用新型实施例提供的电压补偿电路的结构框图。

图3为本实用新型实施例提供的整流电路的电路原理图。

图4为本实用新型实施例提供的逆变电路的电路原理图。

图5为本实用新型实施例提供的输出电路的电路原理图。

图6为本实用新型实施例提供的零序变压器的第一铁芯和第二铁芯吸合状态的结构框图。

图7为本实用新型实施例提供的零序变压器的第一铁芯和第二铁芯分离状态的结构框图。

图8为本实用新型实施例提供的电压补偿电路的另一结构框图。

图9为本实用新型实施例提供的电压补偿电路的另一结构框图。

图10为本实用新型实施例提供的过压检测电路的电路原理图。

图11为本实用新型实施例提供的过压保护电路的电路原理图。

图标：10-配电系统；20-零序电压补偿装置；30-负载；100-电压补偿电路；110-整流电路；120-逆变电路；130-输出电路；L1-初级线圈；L2-次级线圈；134-第一铁芯；135-第二铁芯；136-脱扣部件；137-弹性部件；140-第一滤波电路；150-第二滤波电路；160-过压检测电路；170-过压保护电路；200-控制器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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，都属于本实用新型保护的范围。

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。在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种零序电压补偿装置20，应用于配电系统10。所述配电系统10包括负载30、三相电源以及中性线，所述零序电压补偿装置20包括电压补偿电路100和控制器200。所述电压补偿电路100用于向所述配电系统10输出补偿电压，所述控制器200用于根据所述配电系统10当前的工作电压和工作电流控制所述补偿电压的相位和幅值。

进一步地，在本实施例中，所述电压补偿电路100的输入端和所述负载30的第一端分别与所述三相电源连接，所述电压补偿电路100的第一输出端和第二输出端分别与所述负载30的第二端和所述中性线连接，所述控制器200的输入端与所述负载30的第一端连接，输出端与所述电压补偿电路100的控制端连接。

通过上述设置，可以实现：所述控制器200获取所述配电系统10当前的工作电压和工作电压，通过存储的程序进行零序电压计算以得到需要向所述配电系统10输出的补偿电压值，并根据所述补偿电压值生成相应的控制指令，所述电压补偿电路100根据所述控制指令向所述配电系统10输出相应的补偿电压，从而实现对所述配电系统10零序电压的补偿。

结合图2，在本实施例中，所述电压补偿电路100可以包括整流电路110、逆变电路120以及输出电路130。所述整流电路110的输入端与所述三相电源连接、输出端与所述逆变电路120的输入端连接，所述逆变电路120的输出端与所述输出电路130的输入端连接、控制端与所述控制器200的输出端连接，所述输出电路130的第一输出端和第二输出端分别与所述负载30的第二端和所述中性线连接。

通过上述设置，可以实现：所述整流电路110获取所述配电系统10的电信号并进行整流处理，将整流后的电信号传输到所述逆变电路120，所述逆变电路120在所述控制器200的控制下，对该电信号进行逆变处理得到所述补偿电压并通过所述输出电路130输入到所述配电系统10。

可选地，所述整流电路110的具体电路类型和包括的电气元件不受限制，例如，可以是仅仅包括二极管，也可以是具有整流作用的集成电路。结合图3，在本实施例中，所述整流电路110由三组并联的二极管组成，各组二极管包括至少两个相互串联的二极管。

可选地，所述逆变电路120的具体电路类型和包括的电气元件不受限制，例如，可以是仅仅包括IGBT大功率电力电子晶体管(绝缘栅双极晶体管)模块，也可以是具有逆变作用的集成电路。结合图4，在本实施例中，所述逆变电路120由四个IGBT晶体管模块组成，各晶体管的栅极分别与控制器200的输出端连接。

可选地，所述输出电路130的具体电路类型和包括的电气元件不受限制。结合图5，在本实施例中，所述输出电路130包括零序变压器，所述零序变压器的初级线圈L1与所述逆变电路120的输出端连接、次级线圈L2的两端分别与所述负载30的第二端和所述中性线连接。

可选地，所述零序变压器的具体结构不受限制。结合图6和图7，在本实施例中，所述零序变压器包括设置有所述初级线圈L1和所述次级线圈L2的第一铁芯134、设置有脱扣部件136的第二铁芯135以及用于连接所述第一铁芯134和第二铁芯135的弹性部件137。所述第一铁芯134和所述第二铁芯135配合设置，在所述脱扣部件136和弹性部件137的配合下，在吸合状态时可以形成闭合的环状结构。

通过上述设置，可以实现：所述控制器200通过所述脱扣部件136和弹性部件137的配合设置可以控制所述第一铁芯134和所述第二铁芯135的相对位置关系以调节所述零序变压器的阻抗参数，通过调节所述阻抗参数可以使输出的补偿电压与所述配电系统10更为适配。所述第一铁芯134和所述第二铁芯135的相对位置关系包括分离状态关系和吸合状态关系。

可选地，所述控制器200调节所述零序变压器的阻抗参数的依据不受限制。在本实施例中，所述控制器200根据所述中性线的电流值大小控制所述零序变压器的阻抗参数。

可选地，所述控制器200获取所述中性线的电流值的方式不受限制。在本实施例中，所述电压补偿电路100还包括电流互感器，所述电流互感器设置于所述零序变压器的次级线圈L2与所述负载30的第二端之间并与所述控制器200的输入端连接。

所述电流互感器用于检测所述配电系统10中性线的电流值并将该电流值发送至所述控制器200，所述控制器200用于根据所述电流值调节所述零序变压器的阻抗参数以控制所述补偿电压。

结合图8，在本实施例中，所述电压补偿电路100还可以包括第一滤波电路140、第二滤波电路150。所述第一滤波电路140设置于所述整流电路110的输出端与所述逆变电路120的输入端之间，所述第二滤波电路150设置于所述逆变电路120的输出端与所述输出电路130的输入端之间。

可选地，所述第一滤波电路140和所述第二滤波电路150的具体电路结构和包括的电气元件不受限制，例如，既可以是纯电容滤波电路，也可以是RC滤波电路，还可以是具有滤波作用的集成电路。在本实施例中，所述第一滤波电路140为纯电容电路，包括串联的两个电容。所述第二滤波电容为RC滤波电路，包括并联的两个电阻和分别与所述两个电阻连接的电容。

结合图9，在本实施例中，所述电压补偿电路100还可以包括关联设置的过压检测电路160和过压保护电路170。所述过压检测电路160的两端分别与所述输出电路130的第一输出端和第二输出端连接，所述过压保护电路170设置于所述第一滤波电路140的输出端与所述逆变电路120的输入端之间。

所述过压检测电路160用于检测所述配电系统10的零序电压是否超出预设电压，所述过压保护电路170用于在所述配电系统10的零序电压超出所述预设电压时切断对所述逆变电路120的供电，以使所述输出电路130无补偿电压输出。

可选地，所述过压检测电路160和过压保护电路170的具体电路结构和包括的电气元件不受限制，只要能实现对过压状况的监测和在过压状态下实现电路的切断的目的即可。结合图10和图11，在本实施例中，所述过压检测电路160包括并联的电压继电器的线圈和交流接触器的常开触头。所述过压保护电路170包括指示灯、常闭按钮、常开按钮、电压继电器的常开触头以及接触器的常开触头、常闭触头和线圈。

本实用新型实施例还提供一种配电系统10，包括三相电源、中性线、负载30以及所述零序电压补偿装置20。所述零序电压补偿装置20包括用于向所述配电系统10输出补偿电压的电压补偿电路100和用于根据所述配电系统10当前的工作电压和工作电流控制所述补偿电压的相位和幅值的控制器200。

进一步地，在本实施例中，所述电压补偿电路100的输入端和所述负载30的第一端分别与所述三相电源连接，所述电压补偿电路100的第一输出端和第二输出端分别与所述负载30的第二端和所述中性线连接，所述控制器200的输入端与所述负载30的第一端连接，输出端与所述电压补偿电路100的控制端连接。

所述配电系统10为三相四线制，所述负载30包括分别设置于各相电路中的第一负载、第二负载以及第三负载。所述第一负载的第一端、所述第二负载的第一端以及所述第三负载的第一端分别连接三相电源且分别与所述电压补偿电路100的三个输入端连接，所述第一负载的第二端、所述第二负载的第二端以及所述第三负载的第二端连接后通过所述电压补偿电路100与所述中性线连接。

综上所述，本实用新型提供的零序电压补偿装置20和配电系统10，通过设置相互配合的电压补偿电路100和控制器200，可以根据配电系统10当前的工作电压和工作电流计算出需要输出的补偿电压并通过电压补偿电路100输入到配电系统10，可以解决现有的降低零序电压幅值的技术存在成本高的问题，有效地提高了零序电压补偿装置20和配电系统10的实用性和可靠性。其次，通过设置电流互感器以检测中性线的电流值，控制器200根据该电流值以控制零序变压器的阻抗参数，可以调节该阻抗参数以适应不同的配电系统10，从而保证配电系统10的可靠运行，极大地提高了零序电压补偿装置20和配电系统10的智能性和实用性。

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，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种零序电压补偿装置，应用于配电系统，其特征在于，所述配电系统包括三相电源、负载和中性线，所述零序电压补偿装置包括用于向所述配电系统输出补偿电压的电压补偿电路和用于根据所述配电系统当前的工作电压和工作电流控制所述补偿电压的相位和幅值的控制器；

所述电压补偿电路的输入端和所述负载的第一端分别与所述三相电源连接，所述电压补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与所述负载的第二端和所述中性线连接，所述控制器的输入端与所述负载的第一端连接，输出端与所述电压补偿电路的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的零序电压补偿装置，其特征在于，所述电压补偿电路包括整流电路、逆变电路以及输出电路；

所述整流电路的输入端与所述三相电源连接、输出端与所述逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输出端与所述输出电路的输入端连接、控制端与所述控制器的输出端连接，所述输出电路的第一输出端和第二输出端分别与所述负载的第二端和所述中性线连接。

3.根据权利要求2所述的零序电压补偿装置，其特征在于，所述电压补偿电路还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路设置于所述整流电路的输出端与所述逆变电路的输入端之间。

4.根据权利要求3所述的零序电压补偿装置，其特征在于，所述电压补偿电路还包括关联设置的过压检测电路和过压保护电路，所述过压检测电路的两端分别与所述输出电路的第一输出端和第二输出端连接，所述过压保护电路设置于所述第一滤波电路的输出端与所述逆变电路的输入端之间；

所述过压检测电路用于检测所述配电系统的零序电压是否超出预设电压，所述过压保护电路用于在所述配电系统的零序电压超出所述预设电压时切断对所述逆变电路的供电，以使所述输出电路无补偿电压输出。

5.根据权利要求2或3所述的零序电压补偿装置，其特征在于，所述电压补偿电路还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路设置于所述逆变电路的输出端与所述输出电路的输入端之间。

6.根据权利要求2或3所述的零序电压补偿装置，其特征在于，所述输出电路包括零序变压器，所述零序变压器的初级线圈与所述逆变电路的输出端连接，次级线圈的两端分别与所述负载的第二端和所述中性线连接。

7.根据权利要求6所述的零序电压补偿装置，其特征在于，所述电压补偿电路还包括电流互感器，所述电流互感器设置于所述零序变压器的次级线圈与所述负载的第二端之间并与所述控制器的输入端连接；

所述电流互感器用于检测所述配电系统中性线的电流值并将该电流值发送至所述控制器，所述控制器用于根据所述电流值调节所述零序变压器的阻抗参数以控制所述补偿电压。

8.根据权利要求7所述的零序电压补偿装置，其特征在于，所述零序变压器包括设置有所述初级线圈和所述次级线圈的第一铁芯、设置有脱扣部件的第二铁芯以及用于连接所述第一铁芯和第二铁芯的弹性部件；

所述控制器通过所述脱扣部件和弹性部件的配合设置可以控制所述第一铁芯和所述第二铁芯的相对位置关系以调节所述零序变压器的阻抗参数。

9.一种配电系统，其特征在于，包括三相电源、负载、中性线以及权利要求1-8任意一项所述的零序电压补偿装置，所述零序电压补偿装置包括用于向所述配电系统输出补偿电压的电压补偿电路和用于根据所述配电系统当前的工作电压和工作电流控制所述补偿电压的相位和幅值的控制器；

所述电压补偿电路的输入端和所述负载的第一端分别与所述三相电源连接，所述电压补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与所述负载的第二端和所述中性线连接，所述控制器的输入端与所述负载的第一端连接，输出端与所述电压补偿电路的控制端连接。

10.根据权利要求9所述的配电系统，其特征在于，所述配电系统为三相四线制，所述负载包括分别设置于各相电路中的第一负载、第二负载以及第三负载；

所述第一负载的第一端、所述第二负载的第一端以及所述第三负载的第一端分别连接三相电源且分别与所述电压补偿电路的三个输入端连接，所述第一负载的第二端、所述第二负载的第二端以及所述第三负载的第二端连接后通过所述电压补偿电路与所述中性线连接。