CN210780098U - 一种单相电转三相电的供电系统 - Google Patents

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李群湛
黄小红
解绍锋
郭锴
张丽艳
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Abstract

本实用新型公开了一种单相电转三相电的供电系统，属于电力电网供配电技术领域。隔离变压器IT的输入端的P端子与输电线LA连接，Q端子接地；隔离变压器IT的输出端的M端子和N端子分别与对应的电源变换器SC的输入端的R端子和S端子连接；三相变压器T星形绕组的A端子与所述输电线LA连接，C端子与述电源变换器SC的输出端的J端子连接，B端子接地且通过回流线LB与隔离变压器IT的Q端子连接；所述三相变压器T的三角形绕组a端子、b端子、c端子与中性点接地的低压配电网连接。

Description

一种单相电转三相电的供电系统
技术领域
本实用新型涉及电力电网供配电技术领域。
背景技术
我国低压配电领域用户一般采用单相供电，当用户需要使用三相电能时，就需要重新架设电力线路，十分麻烦且用时较长；一些特殊地方用电需要，如用户地理上比较分散，架设两相输电线路，单相变压器接入用户，比较经济，不占地方，但个别用户需要三相电力。特别是用户因为特殊的原因需要紧急短时使用三相电源，而架设新的三相线路时间不允许，如果在电网电能质量允许的情况下，可以比较容易的提供三相电源，将具有较大的经济和社会价值。
在配电系统中，电气设备由于长期受机械力、电磁力的作用和热效应以及严重氧化、接触不良等原因，而产生各种断线故障，使设备不能正常运行。2008年，湖南电网遭遇罕见冰雪灾害，10kV配电线路有6万多处倒杆，4万多处断线，10kV以下线路有30多万处倒杆，30多万处断线。配电网发生断线的常见原因有：(1)导线接头松脱，尤其是铜、铝线相连接时，接触面产生电化腐蚀，使接触电阻增加，发热增加，由于发热增加，又使接触电阻进一步增大，如此恶性循环，使得铜铝绞接的接头必然烧断；(2)装保险丝时，因某一相受伤或三相容量不一致而造成保险丝一相熔断；(3)开关或起动设备的某相触头烧伤、松动、接触不良；(4)电动机绕组某相断线或接头松脱等。
在农村电网中，用户地理上比较分散，有的家里可能有小型车间或小型作坊，电力系统有时设置了三相线路，但由于电线杆较低，在恶劣天气情况下，导线可能断掉一相或两相线，在有大风或下雨情况下，进行抢修具有很大的危险性。
当配电网在恶劣天气(如狂风暴雨)情况下，有断线故障时，如果在电网电能质量允许的情况下，可以满足特殊或重要的三相负荷的紧急救援运行，电力维修工作人员可以等待恶劣天气结束或缓解时再进行维修或抢修，将会极大提高用户对供电的满意度，并防止在恶劣天气情况下造成电力维修人员的事故和伤亡。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种单相电转三相电的供电系统，它能有效地解决单相线路输电三相用电的技术问题。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种单相电转三相电的供电系统，该系统包括输电线LA、隔离变压器IT、电源变换器SC和三相变压器T，隔离变压器IT的输入端的P端子与输电线LA连接，Q端子接地；隔离变压器IT的输出端的M端子与电源变换器SC的输入端的R端子连接，隔离变压器IT的输出端的N端子与电源变换器SC的输入端的S端子连接；三相变压器T星形绕组的A端子与输电线LA连接，C端子与电源变换器SC的输出端的J端子连接，B端子接地且通过回流线LB与隔离变压器IT的Q端子连接；所述三相变压器T的三角形绕组a端子、b端子、c端子与中性点接地的低压配电网连接。
所述电源变换器SC包括脉宽调制器CP、第一大功率开关器件SVG1、与第一大功率开关器件SVG1并联的第二大功率开关器件SVG2和储能电容，脉宽调制器CP的输出端分别与所述第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2控制端连接，储能电容分别与所述第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2并联。
所述第一大功率开关器件SVG1和所述第二大功率开关器件SVG2分别包括四个大功率晶体管BG，每个大功率晶体管BG的控制极均与脉宽调制器CP的输出端连接；第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2的任意一个大功率晶体管BG的发射极与任意另一个大功率晶体管BG的集电极串联构成一组大功率晶体管组。
第一大功率开关器件SVG1的每组大功率晶体管组的发射极与集电极的串联点分别构成所述第一大功率开关器件SVG1电流输入端的R端子和S端子；第二大功率开关器件SVG2的每组大功率晶体管组的发射极与集电极的串联点分别构成所述第二大功率开关器件SVG2电流输出的J端和K端。
所述输电线LA的电流I，经分流为电流I1和电流I2；其中，电流I2接入隔离变压器IT，电流I1分别接入电源变换器SC和三相变压器T，而进入三相变压器的电流为IA。
所述电流I1的相位滞后于输电线LA输入电压U的相位30度。
所述第二大功率开关器件SVG2输出的电流IC大小等于电流I1的大小，第二大功率开关器件SVG2的输出电流IC的相位超前于所述输电线LA的电压U的相位30度。
所述电源变换器SC的第二大功率开关器件SVG2的输出电压UJK大小等于输电线LA的输入电压U大小，且电源变换器SC的第二大功率开关器件SVG2的输出电压UJK的相位滞后于所述输电线LA的输入电压U的相位60度。
与现有技术相比，本实用新型技术的有益效果是：
一、本实用新型在中性点接地的低压配电网只架设了单相输电线路的地方，由于紧急短时需要三相电源，而架设新的三相线路时间不允许，在电网电能质量允许的情况下，可以提供三相电源。
二、本实用新型提供三相电源，满足一些特殊地方用电需要，如用户地理上比较分散，架设两相输电线路，单相变压器接入用户，比较经济，不占地方，但个别用户需要三相电力。
三、本实用新型在三相用户有两相断线时，可通过此方法提供三相电能，等暴风雨停息后再维修线路，减少因为情况紧急带来更大事故的可能。
四、本实用新型通用性好，易于实施。
附图说明
图1是本实用新型实施例一的框架结构示意图。
图2是本实用新型实施例一的具体结构示意图。
图3是本实用新型实施例一电源变换器的结构示意图。
图4是本实用新型实施例二的具体结构示意图。
图5是本实用新型脉宽调制器控制流程图。
具体实施方式
为了更好理解本实用新型的创造思想，在此将本实用新型的工作原理作如下说明：采用脉宽调制器(脉冲宽度调制器)，利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行模拟控制方式，脉宽调制器可以根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。
设输电线LA的电流为I，接入三相变压器T的星形绕组的A端子和电源变换器SC的J端子的输电线LA电流为I1，三相变压器T的星形绕组的A端子的输入电流为IA、隔离变压器IT的输入电流为I2、输电线LA的输入电压为U、三相变压器T的星形绕组的A端子的输入电压为UA、三相变压器T的星形绕组的B端子的输入电压为UB、三相变压器T的星形绕组的C端子的输入电压为UC；通过脉宽调制器CP对电源变换器SC中第一大功率开关器件SVG1进行控制，使得接入三相变压器T的星形绕组的A端子和电源变换器SC的J端子的输电线LA电流I1的相位滞后于输电线LA的输入电压U相位30度；通过脉宽调制器CP对电源变换器SC中第二大功率开关器件SVG2进行控制，使第二大功率开关器件SVG2的输出电压UJK大小等于所述输电线LA的输入电压U大小，且电源变换器SC的第二大功率开关器件SVG2的输出电压UJK相位滞后于输电线LA的输入电压U相位60度；通过脉宽调制器CP控制第二大功率开关器件SVG2的输出电流IC等于接入三相变压器T的星形绕组的A端子和电源变换器SC的J端子的输电线LA电流I1，且所述第二大功率开关器件SVG2的输出电流IC相位超前于所述输电线LA的电压U的相位30度或者第二大功率开关器件SVG2的输出电流IC相位超前于电源变换器SC的第二大功率开关器件SVG2的输出电压90度；三相变压器T的三角形绕组与中性点接地的低压配电网连接，提供三相对称的电源，供需要三相电能的负荷运行。
实施例一
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种单相电转三相电的供电系统，其中，该系统包括输电线LA、隔离变压器IT、电源变换器SC和三相变压器T，隔离变压器IT与输电线LA连接，电源变换器SC与隔离变压器IT连接，三相变压器T分别与输电线LA和电源变换器SC连接，三相变压器T的三角形绕组a端子、b端子、c端子与中性点接地的低压配电网连接。
如图2所示，隔离变压器IT的输入端的P端子与输电线LA连接，隔离变压器IT的Q端子接地GND；隔离变压器IT的输出端的M端子和N端子分别与对应的电源变换器SC的输入端的R端子和S端子连接。
三相变压器T星形绕组的A端子与所述输电线LA连接，三相变压器T星形绕组的B端子接地GND，三相变压器T的星形绕组的C端子与电源变换器SC的输出端的J端子连接。
电源变换器SC包括脉宽调制器CP、第一大功率开关器件SVG1、与第一大功率开关器件SVG1并联的第二大功率开关器件SVG2和储能电容，脉宽调制器CP的输出端分别与第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2控制端连接，储能电容分别与所述第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2并联。
为了提供三相对称的电源并供需要三相电能的负荷运行，在本实用新型实施例中，脉宽调制器控制流程如图5所示，通过脉宽调制器CP控制电源变换器SC中输入的电流I2，使得分流后的电流I1的相位滞后于输电线LA的输入电压U相位30度。第二大功率开关器件SVG2输出的电流IC大小等于电流I1的大小，第二大功率开关器件SVG2输出的电流IC的相位超前于输电线LA的电压U的相位30度。电源变换器SC的第二大功率开关器件SVG2的输出电压UJK大小等于输电线LA的输入电压U大小，且电源变换器SC的第二大功率开关器件SVG2的输出电压UJK的相位滞后于输电线LA的输入电压U的相位60度。
如图3所示，第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2分别包括四个大功率晶体管BG，每个大功率晶体管BG的控制极均与脉宽调制器CP的输出端连接；第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2的任意一个大功率晶体管BG的发射极与任意另一个大功率晶体管BG的集电极串联构成一组大功率晶体管组。在本实用新型实施例中所述大功率晶体管BG采用集成门极换向晶闸管IGCT，除此之外还可以采用绝缘栅双极性晶体管IGBT。第一大功率开关器件SVG1的每组大功率晶体管组的发射极与集电极的串联点分别构成所述第一大功率开关器件SVG1电流输入端的R端子和S端子；所述第二大功率开关器件SVG2的每组大功率晶体管组的发射极与集电极的串联点分别构成所述第二大功率开关器件SVG2电流输出的J端和K端。
因此，通过本实用新型实施例，当中性点接地低压配电网的输电线LA在恶劣天气(如狂风暴雨)情况下有两相线路断线或单相用户用三相电源时，在电网电能质量允许的情况下，可以满足特殊或重要的三相负荷的紧急救援运行，电力维修工作人员可以在中性点接地低压配电网的两相线路断线处设置本实用新型所述的系统，从而实现等待恶劣天气结束或缓解时再进行维修或抢修。而本实用新型是实施例适用于只架设了单相输电线路的地方，由于紧急短时需要三相电源，而架设新的三相线路时间不允许，在电网电能质量允许的情况下，可以向用户提供三相电源。
实施例二
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种单相电转三相电的供电系统，其中，该系统包括输电线LA、隔离变压器IT、电源变换器SC和三相变压器T；隔离变压器IT与输电线LA连接，电源变换器SC与所述隔离变压器IT连接，三相变压器T分别与输电线LA和电源变换器SC连接。
如图4所示，本实用新型实施例与上述实施例一主要区别在于：该系统所述三相变压器T星形绕组的B端子通过回流线LB与电源变换器SC的Q端子连接。其他结构和特征均与上述实施例一相同，在此不再赘述。在本实用新型实施例中，所述回流线LB和所述输电线LA构成两相输电线路。
因此，通过本实用新型实施例，当中性点接地低压配电网的输电线LA在恶劣天气(如狂风暴雨)情况下，有一相线路断线时，在电网电能质量允许的情况下，可以满足特殊或重要的三相负荷的紧急救援运行，电力维修工作人员可以在中性点接地低压配电网的一相线路断线处设置本实用新型所述的系统，从而实现等待恶劣天气结束或缓解时再进行维修或抢修。而本实用新型实施例主要针对构建两相输电系统提供三相电源，满足一些特殊地方用电需要。如：用户地理上比较分散而架设两相输电线路，由第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2组成的单相电源变换器接入用户，比较经济且不占地方，从而实现用户三相电力的需要。
综上所述，本实用新型不仅能解决单相用户需要三相电时不需重新架设线路，而且还能解决三相用户有一相或两相断线时提供三相电能，从而避免因情况紧急带来更大事故发生的风险。

Claims (8)

1.一种单相电转三相电的供电系统，该系统包括输电线LA、隔离变压器IT、电源变换器SC和三相变压器T，其特征在于：隔离变压器IT的输入端的P端子与输电线LA连接，Q端子接地；隔离变压器IT的输出端的M端子与电源变换器SC的输入端的R端子连接，隔离变压器IT的输出端的N端子与电源变换器SC的输入端的S端子连接；三相变压器T星形绕组的A端子与输电线LA连接，C端子与电源变换器SC的输出端的J端子连接，B端子接地且通过回流线LB与隔离变压器IT的Q端子连接；所述三相变压器T的三角形绕组a端子、b端子、c端子与中性点接地的低压配电网连接。
2.根据权利要求1所述的一种单相电转三相电的供电系统，其特征在于，所述电源变换器SC包括脉宽调制器CP、第一大功率开关器件SVG1、与第一大功率开关器件SVG1并联的第二大功率开关器件SVG2和储能电容，脉宽调制器CP的输出端分别与第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2控制端连接，储能电容分别与第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2并联。
3.根据权利要求2所述的一种单相电转三相电的供电系统，其特征在于，所述第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2分别包括四个大功率晶体管BG，每个大功率晶体管BG的控制极均与所述脉宽调制器CP的控制端连接；第一大功率开关器件SVG1和所述第二大功率开关器件SVG2的任意一个大功率晶体管BG的发射极与任意另一个大功率晶体管BG的集电极串联构成一组大功率晶体管组。
4.根据权利要求2所述的一种单相电转三相电的供电系统，其特征在于，所述第一大功率开关器件SVG1的每组大功率晶体管组的发射极与集电极的串联点分别构成所述第一大功率开关器件SVG1电流输入端的R端子和S端子；所述第二大功率开关器件SVG2的每组大功率晶体管组的发射极与集电极的串联点分别构成所述第二大功率开关器件SVG2电流输出的J端和K端。
5.根据权利要求1所述的一种单相电转三相电的供电系统，其特征在于：所述输电线LA的电流I，经分流为电流I1和电流I2；其中，电流I2接入隔离变压器IT，电流I1分别接入电源变换器SC和三相变压器T，而进入三相变压器的电流为IA。
6.根据权利要求5所述的一种单相电转三相电的供电系统，其特征在于：所述电流I1的相位滞后于输电线LA输入电压U的相位30度。
7.根据权利要求2所述的一种单相电转三相电的供电系统，其特征在于，所述第二大功率开关器件SVG2输出的电流IC大小等于电流I1的大小，第二大功率开关器件SVG2的输出电流IC的相位超前于所述输电线LA的电压U的相位30度。
8.根据权利要求1所述的一种单相电转三相电的供电系统，其特征在于，所述电源变换器SC的第二大功率开关器件SVG2的输出电压UJK大小等于输电线LA的输入电压U大小，且电源变换器SC的第二大功率开关器件SVG2的输出电压UJK的相位滞后于所述输电线LA的输入电压U的相位60度。
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