CN220291679U - 配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置，主要包括与低压台区配变电路电气连接的空载Y‑Δ变压器；该装置仅需要一个空载Y‑Δ变压器即可实现平衡三相电压、提升三相电压，有效解决低压台区用户低电压和高线损问题，特殊之处在于变比的选择，不需要额外的电力电子元件，只需靠变压器自身电磁感应即可对配电网负载不平衡引起的电压低进行补偿，适应环境能力强，能够有效解决低压台区低电压和高线损问题；并且，由于该装置只需在配网系统接入一个空载Y‑Δ变压器，没有电子元件等补偿装置，结构简单，改造成本低，易于实施，可靠性高，适用于所有低压台区因三相负荷不平衡引起的低电压和高线损问题解决。

Description

配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置

技术领域

本实用新型涉及一种配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置。

背景技术

目前我国各个地区发展不平衡，偏远山区用电形势不容乐观，其用电具有季节性和时段性的特点，每到冬,夏两季用电高峰期，用电量都比平时高几倍。又因为偏远山区住户较分散，供电半径较长，在用电负荷高峰期台区配电变压器会因重载造成线路末端客户电压偏低。

而偏远山区人口净流出严重，70％的台区的低电压呈短时性和季节性，传统工程改造方法资金投入巨大，随着用电高峰低谷期的变化还会导致台区“低电压和轻载现象交织出现”。

针对上述问题，目前首选的改进方式是加强负荷不平衡的三相负荷管理和调整:通过增加配电变压器容量或台区，解决配电变压器过载的问题，缩短低电压电源线或增加低压线路导线截面面积，控制供电半径在合理的范围内。根据工作负荷的分布情况，在三相四线末端安装分散无功功率补偿。然而，该解决方式设备结构复杂，改造成本较高，不利于在偏远山区野外应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置，以解决目前配电网负载不平衡补偿系统结构复杂，电压提升不理想，改造成本较高，尤其是可靠性不高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置，包括Y-Δ变压器，Y-Δ变压器的Y侧绕组的三个端子A’、B’、C’分别与低压台区配变三相火线对应电气连接，Y-Δ变压器的Y侧绕组的端子O’与低压台区配变零线电气连接；Y-Δ变压器空载运行，Y-Δ变压器的Δ侧不带任何负荷。

进一步地，Y-Δ变压器的变比为1：k；其中，k＞1.732。

进一步地，Y-Δ变压器包括的Y侧绕组由星接的第一绕组、第二绕组和第三绕组组成；Y-Δ变压器包括的Δ侧绕组由三角形接的第四绕组、第五绕组和第六绕组组成。

本实用新型的有益效果为：

1、该装置仅需要一个空载Y-Δ变压器即可实现平衡负载三相电压、提升重载相电压，不需要额外的电力电子元件，只需靠变压器自身电磁感应即可对配电网负载不平衡引起的低电压进行补偿；当配网三相负载不平衡时，Y-Δ补偿变压器可以消除负载零序电流，从而平衡负载三相电压；当某相负载增大时，Δ侧绕组环流可通过Δ侧绕组在对应的Y侧绕组上建立相同幅值和方向的感应电压，实现在增大重载相电压的同时同程度降低了另外两相电压，从而平衡负载三相电压。

2、该装置没有额外的电子元件等补偿装置，结构简单，改造成本低，易于实施，可靠性高，可在所有低压台区进行推广应用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为星三角空载变压器补偿配电网电路拓扑。

图2为联接组号Ynd1的连接方式及相量图。

图3为补偿变压器电压控电流源型等效电路。

图4为A相负载大时的配电网电路拓扑。

图5为A相负载大时的补偿变压器电压矢量图。

图6为Δ侧绕组中的环流。

图7为Y侧绕组上的感应电压幅值和方向相同。

具体实施方式

一种配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置，包括Y-Δ变压器，Y-Δ变压器的Y侧绕组的三个端子A’、B’、C’分别与低压台区配变三相火线电气连接，Y-Δ变压器的Y侧绕组的端子O’与低压台区配变零线电气连接；Y-Δ变压器空载运行，Y-Δ变压器的Δ侧不带负荷。其中，Y-Δ变压器包括的Y侧绕组由星接的第一绕组、第二绕组和第三绕组组成；Y-Δ变压器包括的Δ侧绕组由三角形接的第四绕组、第五绕组和第六绕组组成。

该装置特殊性主要在于用Y-Δ变压器调节台区三相电压平衡度解决低电压的问题，除此之外特殊性主要体现为通过理论和实践证明Δ/Y变比k越大，补偿效果越好，本专利保护Δ/Y变比k大于1.732的所有有类似结构和功能的装置。

图1中，Z_AS、Z_BS、Z_CS表示电源内阻抗、线路阻抗的等值阻抗；

Z_N为中性线线路阻抗；

Z_A、Z_B、Z_C表示三相负载；I_A、I_B、I_C、I_N表示线路电流；

I_A'、I_B'、I_C'、I_N'是补偿电流；

I_O是空载变压器次级绕组的环流，设补偿变压器变比(即Y-Δ变压器的Y侧绕组与Δ侧绕组之间的电压或电流比)为1:k，等值阻抗(漏磁、电阻)为Z_O。

三相负载平衡时(Z_A＝Z_B＝Z_C＝Z_L)：

设补偿变压器的联结组号为YNd1，如图2所示；

此时，可将Y-Δ补偿变压器视为一个电压控电流源：

(1)次级绕组环路电压

U_O＝U_A”B”+U_B”C”+U_C”A”＝k(U_A'O'+U_B'O'+U_C'O')

(2)次级绕组环流

(3)初级绕组电流

根据联结组关系、变比，初级绕组电流如下：

可得补偿变压器的等效电路，如图3。

进而，可列写配电网电路网络方程：

据此，可求得线路电流、负载电压等相关运行参量。

下面对利用Y-Δ变压器平衡负载阻抗的原理说明如下：

1、通过Y-Δ变压器的次级绕组的环流控制电流的原理为：

当负载不对称，产生零序电流：

若三相负载功率因数接近，则有：

Z_A:Z_B:Z_C≈1:h₁:h₂(h₁、h₂为实数)

那么，零序电流：

其中，由于Y-Δ补偿变压器可等效为三相电压控零序电流源，因此，由前述推导，电流源的电流计算式为：

其中，负载与补偿变压器的零序电流是等比例的。基于基尔霍夫电流定律，由于电压控电流源的存在，会迫使部分零序电流从补偿变压器通过，那么，负载上的零序电流会越来越小，当补偿达到饱和时，流经负载的电流只剩下对称分量。因此，当配网三相负载不平衡时，Y-Δ补偿变压器可以“吸走”负载零序电流，从而平衡负载三相电压；变比K越大，补偿效果越好。

2、通过Y-Δ变压器的次级绕组的环流控制电压的原理为：

如图4，当A相负载大，因此补偿变压器的U_A’O’<U_B’O’，U_C’O’(电压矢量如图5)；因此：I_A’O’<I_B’O’，I_C’O’。

由于星型各绕组电流不等，在Δ侧绕组中，ΔU_A”B”<ΔU_B”C”，ΔU_C”A”；因此，Δ侧绕组存在环流，如图6，该环流通过Δ侧绕组对应的Y侧绕组上建立感应电压，由于该零序方向电流在各绕组方向相同，在Y侧绕组上的感应电压幅值和方向相同，如图7，零序电流在Y侧绕组建立的电压(虚线)，增大了重载相(A相)电压，同时，同时程度降低了B、C相电压，从而实现负载不平衡时的电压控制。

最后，通过算例证明Y-Δ补偿变压器的作用

根据一台配电变压器参数，S_N＝100kVA，I_N＝144.34A，估算以下参数：

①满载时负载(含线路损耗)：

②满载时，用户电压380V，则有：

③补偿变压器二次侧绕组变比取1:10，漏阻抗取Z_O＝0.01Ω(取Z_O＝+∞Ω视为二次绕组断开)

实际配电变压器不会满载，负载平衡时可取Z_L＝2Ω

不同条件下，计算三相负载电压的幅值：

可见，补偿变压器确实起到了平衡负载阻抗的作用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置，其特征在于，包括Y-Δ变压器，所述Y-Δ变压器的Y侧绕组的三个端子A’、B’、C’分别与低压台区配变三相火线电气连接，Y-Δ变压器的Y侧绕组的端子O’与低压台区配变零线电气连接；所述Y-Δ变压器空载运行，Y-Δ变压器的Δ侧不带负荷。

2.根据权利要求1所述的配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置，其特征在于，所述Y-Δ变压器的变比为1：k；其中，k＞1.732。

3.根据权利要求1或2所述的配电网负载不平衡电压自平衡自稳定装置，其特征在于，所述Y-Δ变压器包括Y侧绕组和Δ侧绕组；所述Y侧绕组由星接的第一绕组、第二绕组和第三绕组组成；所述Δ侧绕组由三角形接的第四绕组、第五绕组和第六绕组组成。