[發(fā)明專利]三相縱橫變電技術(shù)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210517669.9
• 申請(qǐng)日: 2012-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN103036445A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟慶良;孟繁瑞;劉丹舟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 孟慶良
• 主分類號(hào): H02M5/14
• 分類號(hào): H02M5/14
• 代理公司: 呼和浩特北方科力專利代理有限公司 15100
• 代理人: 呼和

技術(shù)領(lǐng)域

一種三相縱橫變電技術(shù)，涉及電力系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著電力負(fù)荷成份的拓展，各類不對(duì)稱電力用戶接入電力網(wǎng)，尤其以電氣化鐵路為代表的單相大負(fù)荷的大量接入，給追求運(yùn)行對(duì)稱性的三相電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、供各環(huán)節(jié)的電能質(zhì)量及電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成了不同程度的威脅。我們熟知的電能傳輸、轉(zhuǎn)變都是以“縱向”形式進(jìn)行的，“縱向”電能傳輸、轉(zhuǎn)變決定了三相系統(tǒng)的電功率嚴(yán)格遵循以相別為分界線的三分系統(tǒng)總功率形式，在只有“縱向”變電模式的體系下，每一相間的電功率都是固定的，當(dāng)用戶端大量非對(duì)稱負(fù)載接入三相系統(tǒng)時(shí)，就可能造成三相系統(tǒng)的相間功率不均衡，而傳統(tǒng)“縱向”變電功能不具備調(diào)節(jié)三相系統(tǒng)相間功率在線交換的能力，三相系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)稱性因此就可能遭到破壞。解決這個(gè)問題的有效方法就是發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)三相系統(tǒng)相間電功率在線傳遞、轉(zhuǎn)移的“縱橫變電技術(shù)”。本發(fā)明就是在分析普通三相電力變壓器“縱向”變電原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)電磁感應(yīng)原理及向量疊加原理，探索出以三相變壓器為主體，實(shí)現(xiàn)三相系統(tǒng)內(nèi)部不同相別之間電功率在線可控傳遞、交換的“縱橫”變電功能。

發(fā)明專利內(nèi)容

本發(fā)明的目的是就是靈活應(yīng)用電磁感應(yīng)原理改造現(xiàn)有的三相電力變壓器，使其具備縱橫變電功能，實(shí)現(xiàn)三相電力系統(tǒng)內(nèi)部不同相別之間的電功率相互傳遞、轉(zhuǎn)移的目的。

設(shè)計(jì)原理：

1三相縱橫變電技術(shù)的“橫向”變電原理

1.1不滿足系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)稱度要求下，以三相變壓器實(shí)現(xiàn)不同相別之間電功率在線可控交換傳遞的“橫向”變電原理

為了便于理解，我們此處以一個(gè)△/△接線方式的三相變壓器予以闡述普通三相變壓器略加改動(dòng)后就可以實(shí)現(xiàn)橫向變電功能的原理。假設(shè)該△/△接線方式的三相變壓器一次與二次間的匝數(shù)比為1∶1，三相一次輸入電壓分別是對(duì)應(yīng)的二次感應(yīng)電壓分別是這顯然是一個(gè)普通的、相同電壓等級(jí)的三相隔離變壓器，參考圖1，該△/△接線的變壓器正常接入三相系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，一、二次電壓向量間分別存在著這樣一個(gè)關(guān)系。假設(shè)該三相變壓器運(yùn)行環(huán)境是一種理想狀態(tài)，并且一次側(cè)接入無窮大交流三相系統(tǒng)，二次側(cè)空載；在這樣的前提條件下，我們將這個(gè)變壓器的二次閉式三角環(huán)打開，在這個(gè)打開的三角環(huán)開口處，我們就得到了一個(gè)“零值”開口電壓，這里我們就拿這個(gè)開口三角的“零值”電壓做為突破口，演繹出該三相變壓器的“橫向”變電原理。在我們?cè)O(shè)定的這個(gè)三相變壓器的二次三角開口處，只體現(xiàn)出一個(gè)“零值”開口電勢，但這個(gè)“零值”并不代表一無所有，它是這個(gè)變壓器二次側(cè)三相二次繞組的感生電勢在這個(gè)變壓器三個(gè)二次繞組構(gòu)成的閉式三角環(huán)內(nèi)部共同“博弈”出的一個(gè)客觀結(jié)果。對(duì)于交流系統(tǒng)電功率而言，我們對(duì)交流電功率概念的描述用三個(gè)電氣量就可以完整表達(dá)，既：電壓量U、電流量I、電壓量與電流量之間的空間角Ф。我們對(duì)這個(gè)呈“零值”開口電壓的閉式二次三角回路引入一個(gè)同頻單相可控交流電流量參考圖1，與其內(nèi)部不同相別的獨(dú)立電勢分別發(fā)生作用，必將會(huì)產(chǎn)生出單位是電功率的三個(gè)獨(dú)立的“合成電功率”分量，而這樣得到的三個(gè)“合成電功率”分量依功率因數(shù)角Ф(或向量疊加時(shí)的功角)的不同，相對(duì)于一次系統(tǒng)而言，既可以是有功量，也可以是無功量，既可以向系統(tǒng)某一相(或兩相)吸收電功率，也可以向系統(tǒng)某一相(或兩相)輸入電功率；很顯然，這個(gè)可控電流量與該變壓器二次側(cè)三個(gè)呈“串聯(lián)”接線關(guān)系的二次三相繞組的感生電勢分別發(fā)生作用，在電功率表現(xiàn)方面會(huì)產(chǎn)生出三個(gè)不同性質(zhì)規(guī)律變化的電功率“合成量”由于互差120°相位角，所以與之間的相角關(guān)系決定了與的乘積所代表的這三個(gè)“合成量”電功率的性質(zhì)。如：這里我們假設(shè)向量與向量按照同相位規(guī)律同步變化，那么我們得到的一定是一個(gè)純有功量，這就會(huì)在這個(gè)變壓器二次a相產(chǎn)生出一個(gè)量值是的有功功率“輸出”，按照變壓器運(yùn)行時(shí)一、二次繞組的電流平衡原理，接于系統(tǒng)一次側(cè)的A相必定要對(duì)該變壓器對(duì)應(yīng)的二次a相輸入這樣大小的一個(gè)同步對(duì)應(yīng)有功電功率；由于此時(shí)該變壓器二次側(cè)實(shí)際處于三相空載狀態(tài)(對(duì)外不帶負(fù)載)，我們?cè)O(shè)問：這部分電功率哪里去了？很顯然，通過分析計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)這部分有功功率被的另兩相b、c相在線“橫向”吸收并以“縱向”變電形式回饋給了接于一次系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的B、C相。上述變電過程，創(chuàng)造出了一個(gè)在三相一次系統(tǒng)相間實(shí)現(xiàn)電功率可控在線交換、轉(zhuǎn)移的“橫向變電”模式。依據(jù)同樣的原理分析，當(dāng)我們假設(shè)與向量呈180°相角相位關(guān)系(反相)同步變化時(shí)，我們會(huì)得到由于在與該變壓器二次側(cè)三角環(huán)內(nèi)三個(gè)不同相別的獨(dú)立二次感生電勢發(fā)生作用，結(jié)果是在二次a相“創(chuàng)生”出這樣一個(gè)電功率，該電功率直接以“縱向”變電形式傳遞給了三相系統(tǒng)一次對(duì)應(yīng)相A相，而這個(gè)有功性質(zhì)的電功率則以“橫向”變電形式平均取自該變壓器的二次b、c相，再由b、c相的一次對(duì)應(yīng)相B、C相以縱向磁耦合的形式從系統(tǒng)一次側(cè)予以均衡，三相一次系統(tǒng)A相“盈余”出的這部分電功率以“橫向”變電模式取自一次系統(tǒng)的B、C相，相對(duì)而言，B、C相就出現(xiàn)了電功率的“虧缺”。這里的“橫向”變電模式，其實(shí)就是利用了三相變壓器閉式繞組(三角型接線)回路中存在的三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的二次感生電勢，與串接與該回路的一個(gè)理論值為“零功率”的可控電流發(fā)生作用，產(chǎn)生(合成)出三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的合成電功率，這三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的合成電功率與一次系統(tǒng)發(fā)生功率傳遞、交換作用，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)三相系統(tǒng)每一分相電功率值的調(diào)控效果。這里的“橫向”變電過程其實(shí)就是人為“合成”的電功率與系統(tǒng)間發(fā)生電功率交換、傳遞的過程。通過這里所描述的變壓器特殊“橫向”+“縱向”變電運(yùn)行模式的組合作用，初步實(shí)現(xiàn)了不滿足系統(tǒng)一次運(yùn)行對(duì)稱度要求條件下的三相系統(tǒng)不同相別之間電功率的在線傳遞、轉(zhuǎn)移功能。這里的三相變壓器具有了“縱向”+“橫向”變電能力，我們稱之為“縱橫變壓器”。