CN220553819U - 高压交流线路稳压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压交流线路稳压装置。包括：变压器的原边绕组与交流电源输入联接；变流模块包含两个输入端口及一个输出端口，变流模块的两个输入端口分别与变压器副边绕组的引出端联接，变流模块的输出端口为稳压装置的输出端；换相模块包含输入端口，换相模块的输入端口与变压器的原边绕组联接，换相模块的输出端口与变压器的副边绕组联接，换相模块可切换变压器绕组极性；控制器与变压器、变流模块及换相模块进行信号连接及通讯。现有技术中供电线路电压低于允许范围电压波动大，电网频繁出现过负荷现象，供电合格率低，对电气设备造成危害，导致电气设备无法使用。本申请可有效稳定电网供电电压，可有效提高配电网实际输电容量。

Description

高压交流线路稳压装置

技术领域

本实用新型公开的实施例涉及电路技术领域，具体地，涉及一种用于稳定电网供电电压的稳压电路装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高和家用电器的普及，别是住宅用户的用电量逐年大幅增长，然而厂矿单位、住宅小区、商店等配电线路更新改造速度相对滞后，导致线路末端电压远低于允许范围，同时电压波动很大，电网普遍频繁出现过负荷现象，洗衣机、空调器、电视机等非照明负荷难以正常工作，并对电器设备造成巨大危害。同时，由于新增电气负荷大量采用电动机、压缩机等旋转设备和电力电子装置，对无功功率需求很大，并产生大量高次谐波电流，因而导致低压线路损耗显著增大，整个电网的功率因数低，供电电压波动很大。

解决上述低电压及电压波动大的问题的最佳方案是，在配电网上，直接加装供电电压稳定装置。为电网线路加装电压自动调节装置，可实时自动调节供电电压，使其稳定于标准值，可向用电设备直接提供无功，提高配电网实际输电容量；提高供电变压器运行安全性；大幅度改善由于高压线路雷击、瞬间短路、过负荷等原因造成的电压闪变等异常情况，保护用电设备的安全。

中国专利CN204360256U公开了一种无触点交流稳压器，其采用多绕组变压器及多路晶闸管切换开关来实现稳压功能。该技术为有级调压，同时为实现级差不至于过大，需要很多路晶闸管切换开关，电路复杂，成本高，同时由于晶闸管开关切换速度慢，最快仅为10mS，对于电网的快速电压波动无能为力。尤其是，当其调节输出电压在高位时，如果电网电压发生快速跃升，其输出电压则会因为响应速度慢而产生过电压，危害用电设备安全。

高压线路的稳压装置由于受制于功率半导体器件的耐压等级及造价，尚未有性价比较高的技术方案，而常规有载调压变压器则无法连续调节，且响应速度过慢，无法应对线路电压的快速波动。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种高压交流线路稳压装置，用较低电压等级的功率半导体技术，有效实现较高等级电网供电电压的稳定调节，其具有响应速度快，成本低，可靠性高，维护方便等优点。

本实用新型所设计的高压交流线路稳压装置，包括一个单相或多相变压器，所述变压器的原边绕组与交流电源输入联接，所述变压器的每个副边绕组包含两个引出端。还包括一个或多个变流模块，每个变流模块包含两个输入端口及一个输出端口，所述变流模块的两个输入端口分别与所述变压器副边绕组的引出端联接，所述变流模块的输出端口作为高压交流线路稳压装置的输出端，所述变流模块实现电压的实时调节，可稳定输出电压，同时具有动态无功补偿的功能。还包括一个或多个换相模块，所述换相模块包含一个输入端口、及一或两个输出端口，所述换相模块的输入端口与所述变压器的原边绕组联接，所述换相模块的一或两个输出端口与所述变压器的副边绕组联接，所述换相模块可切换所述变压器绕组极性，用于提升或降低输出电压。还包括一个控制器，所述控制器与所述变压器、变流模块及换相模块进行信号连接及通讯，用于使所述变流模块及所述换相模块协调运行。

在本实用新型所公开的一些实施例中，还包括一个或多个旁路模块，所述旁路模块包含一个输入端口及一个输出端口，所述旁路模块的输入端口与所述变压器的原边绕组联接，所述旁路模块的输出端口与所述变流模块的输出端口联接，当所述换相模块、变流模块或所述变压器发生故障或异常时，所述旁路模块可切除故障，将输入电压直接连通至输出端。

在本实用新型所公开的一些实施例中，其中变压器的原边绕组星型联接。

在本实用新型所公开的一些实施例中，变流模块包括一个两相逆变器桥式电路，其由两电平逆变电路或中点钳位三电平逆变电路构成，所述两相逆变器桥式电路其中一个桥臂的中点，作为所述变流模块的一个输入端口；还包括两组串联联接的电容器，其中一端联接所述两相逆变器桥式电路的正极，另一端联接所述两相逆变器桥式电路的负极，所述两组串联联接的电容器的中点作为所述变流模块的另一个输入端口；还包括一个滤波器，其一端联接所述两相逆变器桥式电路中一个桥臂的中点，所述滤波器的另一端作为所述变流模块的输出端口，滤波器用于滤除变流模块的输出电流、电压谐波。

在本实用新型所公开的一些实施例中，换相模块包括两个串联联接的开关，其中点作为所述换相模块的输入端口，而另外两端作为所述换相模块的两个输出端口；所述开关由机械开关或双向晶闸管构成，而所述双向晶闸管由正反两个晶闸管并联构成；所述开关还可由机械开关及双向晶闸管并联构成，联接成复合开关；所述开关还可由两个反向串联联接的绝缘栅双极晶体管构成；通过所述两个开关的切换，可改变变压器副边绕组连接极性，实现装置输出电压的提升或降低。

在本实用新型所公开的一些实施例中，换相模块包括一个跨接导线，所述跨接导线的一端作为所述换相模块的输入端口，所述跨接导线的另一端作为所述换相模块的一个输出端口，在不需要通过切换绕组进行电压提升或降低的应用场合，跨接导线用于降低装置造价。

在本实用新型所公开的一些实施例中，旁路模块由一个开关构成，所述开关由机械开关或双向晶闸管构成，而所述双向晶闸管由正反两个晶闸管并联构成；所述开关还可由机械开关及双向晶闸管并联构成，联接成复合开关。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图进行简要说明，应当知道，以下描述的附图仅仅涉及本实用新型公开的一些实施例，而非对本实用新型公开的限制，其中：

图1是根据本实用新型公开的实施例的高压交流线路稳压装置电气结构图。

图2是根据本实用新型公开的实施例的变流模块示例性电路图。

图3是根据本实用新型公开的实施例的旁路模块示例性电路图。

图4是根据本实用新型公开的实施例的换相模块示例性电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本公开的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型公开的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本实用新型公开保护的范围。

除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开主题所属领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此另外明确定义。如在此所使用的，将两个或更多部分″连接″或″耦接″到一起的陈述应指这些部分直接结合到一起或通过一个或多个中间部件结合。

图1是根据本实用新型公开的实施例的三相高压交流线路稳压装置电气结构图。三相电源输入(A1，B1，C1)耦接至一个三相变压器(1)的原边绕组，变压器(1)的每个副边绕组的两个引出端，分别耦接至变流模块(3)M1、M2、M3的两个输入端口，变流模块(3)的输出端口则是作为本实用新型的输出端(A3、B3、C3)。变流模块(3)实现电压的实时调节，可稳定输出电压，同时还具有动态无功补偿的功能。

图1的三个换相模块(4)TSL1、TSL2、TSL3的输入端口分别与三相电源输入端耦接，而每个换相模块(4)的两个输出端口分别与变压器(1)的副边绕组耦接，换相模块(4)可切换所述变压器绕组极性，从而提升或降低输出电压。

图1的旁路模块(2)MP1、MP2、MP3的三个输入端分别与三相电源输入耦接，旁路模块(2)的输出端分别与变流模块(3)的输出端口耦接。旁路模块(2)用于实现故障或维修保护功能，即当换相模块(4)、变流模块(3)或变压器(1)故障或异常时，旁路模块(2)闭合后，将三相电源输入直接联接至输出端，即可切除故障。

图1控制器(7)CT内部包含有可执行计算机程序的电路，其与换相模块(4)、旁路模块(2)进行信号通讯，采集换相模块(4)、旁路模块(2)的工作状态，并通过指令控制换相模块(4)、旁路模块(2)工作于正常状态。

图2是根据本实用新型公开的实施例的变流模块示例性电路图。为简便起见，图2中变流模块的实例图采用两相、两电平逆变桥式电路，而变流模块也可以由中点钳位三电平逆变电路或其他拓扑结构的逆变器电路构成。图2中包括了两个并联的桥臂(5)，还包括在并联在桥臂(5)两端的两组串联联接的电容器组(6)。两相逆变器桥式电路其中一个桥臂的中点，作为变流模块的一个输入端口，另一个桥臂的中点联接一个电感，电感的另一端作为变流模块的输出端口，而电容器的中点作为变流模块的另一个输入端口。

图2中的电感实现滤波器的功能，用于滤除变流模块的输出电流、电压谐波，而滤波器有多种电路实现方式，包括LC电路、LCL电路等，均为本领域技术人所公知的，也都属于本实用新型公开保护的范围。

图3是根据本实用新型公开的实施例的旁路模块示例性电路图。旁路模块包含一组正反并联晶闸管，正反并联的晶闸管构成一个双向开关，当对晶闸管的门极施加触发电流时，晶闸管导通，而其门极不施加触发电流时，晶闸管关断，因此可实现对电路的导通与关断功能。

旁路模块也可由开关由机械开关构成，同样可以实现对电路的导通与关断功能，由机械开关与晶闸管开关并联，也可以实现旁路功能。

图4是根据本实用新型公开的实施例的换相模块示例性电路图。图4包含两组串联联接、正反并联的晶闸管，其中点作为换相模块的输入端口，而另外两端作为换相模块的两个输出端口，图4中正反并联的晶闸管也可以由机械开关构成，也可以由两个反向串联联接的绝缘栅双极晶体管(以下简称IGBT)构成。所述开关还可由机械开关及双向晶闸管并联构成，联接成复合开关。通过控制所述两个开关的切换状态，可以将换相模块的输入端连通至两个输出端之一，同时通过控制，确保两个开关同一时间，只有一个处于开通状态。

换相模块也可以由一个跨接导线实现，跨接导线的一端作为换相模块的输入端口，另一端根据所输出的电压需要，作为换相模块两个输出端口之一，这一方案实质上是以导线替代换相模块的功能，对于不需要通过切换绕组进行电压提升或降低的场合，该实施例可以降低装置造价。

综上所述，根据本实用新型公开的实施例的高压交流线路稳压装置，能够高效、经济实现线路电压的实施调节，并能稳定输出电压，由于采用了电力电子逆变器技术，其具有响应速度快，可靠性高，维护方便的特点。

除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞″包含″和″包括″将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语″包括″和″或″应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语″示例″之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述″示例″仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

以上对本实用新型公开的若干实施例进行了详细描述，但显然，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型公开的精神和范围的情况下对本实用新型公开的实施例进行各种修改和变型。本实用新型公开的保护范围由所附的权利要求限定。

Claims (7)

1.一种高压交流线路稳压装置，其特征在于，其包括：

一个单相或多相变压器，所述变压器的原边绕组与交流电源输入联接，所述变压器的每个副边绕组包含两个引出端；

一个或多个变流模块，每个变流模块包含两个输入端口及一个输出端口，所述变流模块的两个输入端口分别与所述变压器副边绕组的引出端联接，所述变流模块的输出端口作为高压交流线路稳压装置的输出端，所述变流模块实现电压的实时调节，可稳定输出电压，同时具有动态无功补偿的功能；

一个或多个换相模块，所述换相模块包含一个输入端口、及一或两个输出端口，所述换相模块的输入端口与所述变压器的原边绕组联接，所述换相模块的一或两个输出端口与所述变压器的副边绕组联接，所述换相模块可切换所述变压器绕组极性，用于提升或降低输出电压；

一个控制器，所述控制器与所述变压器、变流模块及换相模块进行信号连接及通讯，用于使所述变流模块及所述换相模块协调运行。

2.根据权利要求1所述的高压交流线路稳压装置，其特征在于，其还包括一个或多个旁路模块，所述旁路模块包含一个输入端口及一个输出端口，所述旁路模块的输入端口与所述变压器的原边绕组联接，所述旁路模块的输出端口与所述变流模块的输出端口联接，当所述换相模块、变流模块或所述变压器发生故障或异常时，所述旁路模块可切除故障，将输入电压直接连通至输出端。

3.根据权利要求1所述的高压交流线路稳压装置，其特征在于，所述变压器的原边绕组星型联接。

4.根据权利要求1所述的高压交流线路稳压装置，其特征在于，所述变流模块还包括：

一个两相逆变器桥式电路，其由两电平逆变电路或中点钳位三电平逆变电路构成，所述两相逆变器桥式电路其中一个桥臂的中点，作为所述变流模块的一个输入端口；

两组串联联接的电容器，其中一端联接所述两相逆变器桥式电路的正极，另一端联接所述两相逆变器桥式电路的负极，所述两组串联联接的电容器的中点作为所述变流模块的另一个输入端口；

一个滤波器，其一端联接所述两相逆变器桥式电路中一个桥臂的中点，所述滤波器的另一端作为所述变流模块的输出端口，滤波器用于滤除变流模块的输出电流、电压谐波。

5.根据权利要求1所述的高压交流线路稳压装置，其特征在于，所述换相模块包括两个串联联接的开关，其中点作为所述换相模块的输入端口，而另外两端作为所述换相模块的两个输出端口；所述开关由机械开关或双向晶闸管构成，而所述双向晶闸管由正反两个晶闸管并联构成；所述开关还可由机械开关及双向晶闸管并联构成，联接成复合开关；所述开关还可由两个反向串联联接的绝缘栅双极晶体管构成；通过所述两个开关的切换，可改变变压器副边绕组连接极性，实现装置输出电压的提升或降低。

6.根据权利要求1所述的高压交流线路稳压装置，其特征在于，所述换相模块包括一个跨接导线，所述跨接导线的一端作为所述换相模块的输入端口，所述跨接导线的另一端作为所述换相模块的一个输出端口，在不需要通过切换绕组进行电压提升或降低的应用场合，跨接导线用于降低装置造价。

7.根据权利要求2所述的高压交流线路稳压装置，其特征在于，所述旁路模块由一个开关构成，所述开关由机械开关或双向晶闸管构成，而所述双向晶闸管由正反两个晶闸管并联构成；所述开关还可由机械开关及双向晶闸管并联构成，联接成复合开关。