[发明专利]三相纵横变电技术

说明书

技术领域

一种三相纵横变电技术，涉及电力系统。

背景技术

随着电力负荷成份的拓展，各类不对称电力用户接入电力网，尤其以电气化铁路为代表的单相大负荷的大量接入，给追求运行对称性的三相电力系统的发、输、变、供各环节的电能质量及电网的安全经济运行造成了不同程度的威胁。我们熟知的电能传输、转变都是以“纵向”形式进行的，“纵向”电能传输、转变决定了三相系统的电功率严格遵循以相别为分界线的三分系统总功率形式，在只有“纵向”变电模式的体系下，每一相间的电功率都是固定的，当用户端大量非对称负载接入三相系统时，就可能造成三相系统的相间功率不均衡，而传统“纵向”变电功能不具备调节三相系统相间功率在线交换的能力，三相系统的运行对称性因此就可能遭到破坏。解决这个问题的有效方法就是发展能够实现三相系统相间电功率在线传递、转移的“纵横变电技术”。本发明就是在分析普通三相电力变压器“纵向”变电原理的基础上，根据电磁感应原理及向量叠加原理，探索出以三相变压器为主体，实现三相系统内部不同相别之间电功率在线可控传递、交换的“纵横”变电功能。

发明专利内容

本发明的目的是就是灵活应用电磁感应原理改造现有的三相电力变压器，使其具备纵横变电功能，实现三相电力系统内部不同相别之间的电功率相互传递、转移的目的。

设计原理：

1三相纵横变电技术的“横向”变电原理

1.1不满足系统运行对称度要求下，以三相变压器实现不同相别之间电功率在线可控交换传递的“横向”变电原理

为了便于理解，我们此处以一个△/△接线方式的三相变压器予以阐述普通三相变压器略加改动后就可以实现横向变电功能的原理。假设该△/△接线方式的三相变压器一次与二次间的匝数比为1∶1，三相一次输入电压分别是对应的二次感应电压分别是这显然是一个普通的、相同电压等级的三相隔离变压器，参考图1，该△/△接线的变压器正常接入三相系统运行时，一、二次电压向量间分别存在着这样一个关系。假设该三相变压器运行环境是一种理想状态，并且一次侧接入无穷大交流三相系统，二次侧空载；在这样的前提条件下，我们将这个变压器的二次闭式三角环打开，在这个打开的三角环开口处，我们就得到了一个“零值”开口电压，这里我们就拿这个开口三角的“零值”电压做为突破口，演绎出该三相变压器的“横向”变电原理。在我们设定的这个三相变压器的二次三角开口处，只体现出一个“零值”开口电势，但这个“零值”并不代表一无所有，它是这个变压器二次侧三相二次绕组的感生电势在这个变压器三个二次绕组构成的闭式三角环内部共同“博弈”出的一个客观结果。对于交流系统电功率而言，我们对交流电功率概念的描述用三个电气量就可以完整表达，既：电压量U、电流量I、电压量与电流量之间的空间角Ф。我们对这个呈“零值”开口电压的闭式二次三角回路引入一个同频单相可控交流电流量参考图1，与其内部不同相别的独立电势分别发生作用，必将会产生出单位是电功率的三个独立的“合成电功率”分量，而这样得到的三个“合成电功率”分量依功率因数角Ф(或向量叠加时的功角)的不同，相对于一次系统而言，既可以是有功量，也可以是无功量，既可以向系统某一相(或两相)吸收电功率，也可以向系统某一相(或两相)输入电功率；很显然，这个可控电流量与该变压器二次侧三个呈“串联”接线关系的二次三相绕组的感生电势分别发生作用，在电功率表现方面会产生出三个不同性质规律变化的电功率“合成量”由于互差120°相位角，所以与之间的相角关系决定了与的乘积所代表的这三个“合成量”电功率的性质。如：这里我们假设向量与向量按照同相位规律同步变化，那么我们得到的一定是一个纯有功量，这就会在这个变压器二次a相产生出一个量值是的有功功率“输出”，按照变压器运行时一、二次绕组的电流平衡原理，接于系统一次侧的A相必定要对该变压器对应的二次a相输入这样大小的一个同步对应有功电功率；由于此时该变压器二次侧实际处于三相空载状态(对外不带负载)，我们设问：这部分电功率哪里去了？很显然，通过分析计算我们发现这部分有功功率被的另两相b、c相在线“横向”吸收并以“纵向”变电形式回馈给了接于一次系统对应的B、C相。上述变电过程，创造出了一个在三相一次系统相间实现电功率可控在线交换、转移的“横向变电”模式。依据同样的原理分析，当我们假设与向量呈180°相角相位关系(反相)同步变化时，我们会得到由于在与该变压器二次侧三角环内三个不同相别的独立二次感生电势发生作用，结果是在二次a相“创生”出这样一个电功率，该电功率直接以“纵向”变电形式传递给了三相系统一次对应相A相，而这个有功性质的电功率则以“横向”变电形式平均取自该变压器的二次b、c相，再由b、c相的一次对应相B、C相以纵向磁耦合的形式从系统一次侧予以均衡，三相一次系统A相“盈余”出的这部分电功率以“横向”变电模式取自一次系统的B、C相，相对而言，B、C相就出现了电功率的“亏缺”。这里的“横向”变电模式，其实就是利用了三相变压器闭式绕组(三角型接线)回路中存在的三个相对独立的二次感生电势，与串接与该回路的一个理论值为“零功率”的可控电流发生作用，产生(合成)出三个相对独立的合成电功率，这三个相对独立的合成电功率与一次系统发生功率传递、交换作用，就实现了对三相系统每一分相电功率值的调控效果。这里的“横向”变电过程其实就是人为“合成”的电功率与系统间发生电功率交换、传递的过程。通过这里所描述的变压器特殊“横向”+“纵向”变电运行模式的组合作用，初步实现了不满足系统一次运行对称度要求条件下的三相系统不同相别之间电功率的在线传递、转移功能。这里的三相变压器具有了“纵向”+“横向”变电能力，我们称之为“纵横变压器”。