专利名称：包括电压支持变压器的配电网及其使用方法
技术领域：
本发明涉及利用电压支持变压器，限制配电网中一条线路上的故障状态对同一电网中其他电力线影响的方法和装置。
Judson等人的美国专利No.3,601,690描述了采用多线绕变压器的多耦合器。该多耦合器是由一个单电源供电，并且将功率分配给一些不同的负荷。供电给不同负荷的不同电力线之间负荷电流的不平衡返回到每个变压器绕组对中，并且通过并联在每个绕组对的均衡电阻耗散。因此，功率被均衡地分配到每个负荷。
Mitsui等人的美国专利No.3,657,728描述了用于电力系统的带有阻抗插入装置的互联设备。互联设备和阻抗插入装置在电力系统发生故障的瞬间，使发生故障的电力系统的一个或者多个部分隔离，从而把故障状态限制在受到影响的配电网部分中。
Bishop等人的美国专利No.3,935,471描述了一个电流限制电源，其中，多个负荷用饱和变压器和一个串联电感线圈相互隔离，因此，每个负荷可以被短接但不影响任何其他负荷的运行。
但是，以前的系统不能有效地降低配电网中的扰动对未受扰动线路的影响。
因此，本发明的目的是在配电网发生故障扰动，例如由同一电源供电的一条线路故障期间，对配电网中未受扰动，例如未出现故障的其他一些线路提供电压和电流支持。
因此，本发明的另一个目的是减少电压或者电流扰动，例如故障状态，对于配电网中未受扰动的其他线路的影响。
本发明的另一个目的是提供一种变压器以及配电系统，它们的设计使得承载电流很小，因此设计和生产费用较低。
本发明的又一个目的是保护配电网中重要的或者敏感的负荷，使其免受故障或者电网中其他电源扰动的影响。
持续和高质量的供电是配电网的一个非常重要的方面。相应地，防止或控制配电网中电源冲击以及中断是特别重要的。从而，可以保证用户得到不中断的供电。但是，配电网的多条线路中的一条线路发生故障的概率很高，此时，故障可能不利地引起连接到同一母线并且感受相同电源阻抗的其他一些线路上的电压降低(电压凹陷)。
根据本发明的一个电压支持变压器降低或者限制例如故障状态对配电网中非故障线路的扰动影响。
根据上述目的，本发明提供一个配电网，包括电源；第一和第二配电线，与电源联通，并连接第一和第二负荷；包括第一和第二绕组的第一电压支持变压器，第一绕组与第一线路串联，第二绕组与第二线路串联，在第一和第二线路以外的其他线路上发生功率扰动时，第一电压支持变压器可以基本上保持第一和第二线路的电压。
根据上述目的，在配电网中，本发明提供在所述配电网中的第二线路上发生电压或者电流扰动时，支持跨在所述配电网中的第一线路的电压或者流过第一线路中的电流的方法，该方法包括将具有第一和第二绕组的电压支持变压器连接到配电网的第一和第二线路，第一绕组与第一线路串联，而第二绕组与第二线路串联，通过电压支持变压器，由第一绕组中的电流在第二绕组两端感应电压，支持第二线路上的电压。
参考下述本发明的详细说明以及附图，可以更加全面理解本发明。
图1为包括根据本发明不饱和电压支持变压器的配电网的第一实施例原理图；图2为包括根据本发明电压支持变压器的配电网的第二实施例原理图；图3a为包括根据本发明电压支持变压器的配电网的第三实施例原理图3b为包括根据本发明电压支持变压器的配电网的第四实施例原理图；图4为包括根据本发明电压支持变压器的配电网的第五实施例原理图；图5为包括根据本发明电压支持变压器的配电网的第六实施例原理图；图6为包括根据本发明电压支持变压器的配电网的第七实施例原理图；图7a为现有技术配电网受到故障扰动时的原理图；图7b为类似图7a中现有技术配电网原理图，但是包括根据本发明的电压支持变压器；图8为图7a所示现有技术配电网的一部分中故障电流曲线波形图；图9为图7a所示现有技术配电网的另一部分中故障电压曲线波形图；图10中类似图8所示波形图为图7a配电网的一部分中故障电流曲线波形图；图11中类似图9所示波形图为图7b配电网的另一部分中故障电压曲线波形图；图12为包括根据本发明饱和电压支持变压器的配电网第八实施例的原理图。
根据本发明的电压支持变压器(VST)，用配电网中处于故障状态或者存在其他功率扰动的线路中的电流变化，在配电网中连接到同一条母线并且感受相同电源阻抗的其他一条或者多条线路上产生电压变化，以便维持或者支持那些线路上电压保持或者接近事故扰动前的水平。在未受扰动的线路上的电压校正是基于由于故障线路阻抗变化而引起的电流变化。
根据本发明的一个示范性实施例，单相不饱和电压支持变压器包括一次和二次绕组，其中，一次和二次绕组分别经过配电网不同的线路与不同负荷串联。该VST主要用于安置在变电站中，但是它也可以安装在变电站下游的线路上，以便更好地保护重要的或者敏感的负荷。在本发明的情况下，重要的或者敏感的负荷是指那些只允许很小功率波动的负荷。
图1所示为用单线图表示的配电网，每相包括一台根据本发明示范性实施例的VST1A.B，VST1A.B是单相不饱和变压器。VST1A.B的每个绕组分别通过线路A和B与负荷3A和3B每相串联。如图所示，可能提供重合器2与VST1A.B的绕组串联。图中所示重合器2位于VST1A.B的上游，但是也可以位于VST1A.B的下游。电源4与VST1A.B串联，并且位于VST1A.B的上游，向负荷3A和3B供电。
如图1所示，如果线路A和B之间没有安装VST1A.B，并且故障发生在配电网的一条线路上，例如在线路B上出现过电流，故障电流将流过电源阻抗ZS并且通过线路B。在线路B上的过电流将引起电源阻抗ZS上的电压降，它又将引起线路A的电压降低，因而负荷3A将承受电压降低(电压凹陷)，尽管在线路A上并没有故障存在。换言之，线路B上的过电流将对未发生故障的线路A的电压和电流有不利的影响。更具体地说，线路A和连接到线路A上的负荷3A可能承受相应的电压降低(电压凹陷)。
但是，如果如图1所示，在线路A和线路B之间安装了VST1A.B，如果诸如过电流的故障发生在配电网的一条线路上，例如在线路B上发生单相接地故障，故障电流将通过线路B，流过电源阻抗ZS，并且通过与线路B串联(B1与B2表示与线路B串联的VST1A.B的绕组端子)的VST1A.B的B1-B2绕组。流过B1-B2绕组的过电流将在与线路A串联的VST1A.B的A1-A2绕组上感应支持电压。该感应电压将维持和支持负荷3A所需要的电压和电流，使之处于或接近事故扰动前的水平。相应地，在功率扰动期间，负荷3A将经受基本上不变的电压和电流(见图11)。同时，线路B上故障电流将因为VST自身在故障状态下的固有和增大的阻抗所限制(见图10)。
图2给出本发明另一个示范性实施例，其中示出三个VST1A.B，它们与包括两个三相线路A和B的三相配电网的三相连接。对于每一个单相线路，图2所示示范性实施例的运行与图1实施例非常相似。
图3A所示为根据本发明第三示范性实施例包括VST1A.B、VST1B.C和VST1A.C的单线图表示的配电网，其中，电网包括线路A，线路B，线路C。配电线路A，B，C的每一相与每相三个VST1中的两个的一个绕组串联。例如，线路A同时与VST1A.B和VST1A.C的一个绕组串联。这样，当其他两条线路中的一条或者两条线路发生故障时，线路A，B，C的每一相都可以得到电压支持。
图3B所示单线图表示的配电网中，每相包括两个根据本发明第四示范性实施例的VST，其中，电网还包括三条线路A，B，C。与图3A实施例相同，图3B中线路A和B由VST1A.B相互支持。但是，线路C单独由VST1A.B.C支持。
图3B示范性实施例比图3A的示范性实施例潜在地更加经济，因为图3B实施例的每相只需要两个VST。图3A示范性实施例的VST必须有相同的设计，而图3B实施例的几个VST可以有不同的设计，因此，在一些应用中可能要求采用图3A的实施例。
图4给出每相包括三个根据本发明第五示范性实施例的VST的配电网，其中，电网包括四条线路A，B，C，D。在图4中，VST1A.B相互支持线路A和B；VST1C.D相互支持线路C和D。但是，VST1AB.CD在线路C和/或D发生故障时同时支持线路A和B，在线路A和/或B发生故障时同时支持线路C和D。在A、B、C和D中任何一条线路发生功率扰动时，通过三个VST，在其他线路上会感应出支持电压，因此，可以支持这些线路上的电压和通过其中的电流。例如，当线路A受到功率扰动时，通过VST1A.B的绕组在线路B上感应出支持电压，因此可以稳定线路B上的电压以及通过线路B的电流。同样的功率扰动，通过VST1AB.CD感应出支持电压和电流，以便稳定线路C和D的电压以及通过线路C和D的电流。
图5所示为根据本发明第六示范性实施例用单线图表示的配电网，其中，电网包括4条线路A、B、C、D，以及每一相上一个VST1ABC.D。图5中线路D向重要的或者敏感的负荷3D供电。对于线路A、B和C上的故障，包含敏感负荷的线路D由VST1ABC.D支持。但是，对于线路A、B或者C中一条线路故障时，线路A、B或者C的其他两条线路就不受支持。图5所示示范性实施例潜在地比图4示范性实施例更为经济，因为图5实施例的每一相仅仅需要一台VST，并且，如果敏感负荷只在一条线路上，这个方案是可行的。另外，线路A、B和C可能包括VST(图中没有示出)，与图4中线路A、B、C、D相似的方式相互支持。当线路A、B、C、D中任何一条线路发生故障扰动时，通过VST1ABC.D在线路D上感应支持电压。因此，支持线路D的电压以及流过线路D的电流。例如，当线路A发生功率扰动时，通过VST1ABC.D的绕组，在线路D上感应支持电压，因此稳定线路D的电压以及供给负荷3D的电流。
图6所示为根据本发明第七示范性实施例用单线图表示的配电网，其中，电网每相包括两条线路A和B，以及每相一个VST1A.B。
图7A所示为根据现有技术的单相、两线、两个负荷的电网结构。图7A还表示在线路A上发生故障6。图8所示为根据现有技术的图7A中线路A示范性电流曲线。从图8中容易看出，故障发生大约0.02秒时，发生过电流，延续1.5个周期在大约0.05秒时回到稳态。
图9所示为在故障6期间，图7A的非故障线B上的示范性电压幅值。从图9很容易看到，故障期间该电压幅值比故障前的电压幅值降低了30％。电压幅值的降低可能远大于本例中的数值，它取决于系统阻抗以及线路参数。由于图7A的线路A故障，引起电压下降的例子是非常不希望的。
图7B所示为根据本发明的第一示范性实施例的一个单相、两线、两个负荷的实施例，故障状态6发生在线路A上。图10所示为线路A示范性故障电流幅值。从图10可以容易地看出，特别是与示于图8的现有技术相比，其线路电流波动明显小于现有技术配电网的电流波动幅值。
图11所示为线路A故障期间，图7B的非故障线路B的示范性电压幅值。从图11可以看出，特别是与图9所示现有技术相比，该电压幅值基本保持不变。
根据本发明的另一个实施例，电压支持变压器还可以设计成带有与电压支持变压器两个绕组并联的避雷器7(金属氧化物避雷器MOV)以及旁路开关5(机械式或者固体式)的单相饱和变压器，如图12所示。图12所示电压支持变压器实施例支持非故障线路的电压与前面所述的几个实施例相同。可饱和变压器1A.B在制成在一个非故障线路上的系统电压恢复到100％时达到饱和。避雷器MOV7提供由饱和电压支持变压器引起的线路A和线路B的过电压保护。当故障持续太长时，旁路开关5闭合，以避免MOV7过热。这个示范性实施例潜在地比非饱和电压支持变压器昂贵。
根据本发明的不同实施例的配电网可能比现有技术的配电网造价低，因为电网的每条线路不需要象现有技术的电网那样坚固。由于在本发明中采用VST来支持未受扰动的线路电压，并且降低了受扰动线路的电压变化，因而大大地降低了电网的压力，使得电网元件可以设计得适应较小的压力，因此也便宜。
尽管已经参照最佳实施例对本发明进行了详细的叙述，本领域技术人员显然可以作出各种改变，并且在不偏离本发明的范围内进行等效的使用。
权利要求
1.一种配电网，包括电源；与所述电源相连的第一配电线，用于连接第一负荷；与所述电源相连的第二配电线，用于连接第二负荷；包括第一和第二绕组的第一变压器，所述第一绕组与所述第一线路串联，所述第二绕组与所述第二线路串联，在所述第一和第二线路以外的其他线路发生功率扰动时，所述第一变压器可以基本保持所述第一和第二线路的电压不变。
2.根据权利要求1的配电网，其中，所述第一变压器包括单相非饱和电压支持变压器。
3.根据权利要求1的配电网，进一步包括与所述第一绕组串联的第一重合器，以及与所述第二绕组串联的第二重合器。
4.根据权利要求1的配电网，其中，所述第一和第二线路连接到同一母线，并且感受相同的电源阻抗。
5.根据权利要求1的配电网，进一步包括第三配电线、第二变压器以及第三变压器，所述第二和第三变压器都包括第一和第二绕组，所述第二变压器的第一绕组与所述第一变压器的第二绕组串联，所述第二变压器的第二绕组与所述第三线路以及所述第三变压器的第二绕组串联，所述第三变压器的第一绕组与所述第一变压器的第一绕组串联。
6.根据权利要求1的配电网，进一步包括第三配电线以及第二变压器，所述第二变压器包括第一和第二绕组，所述第一和第二线路连接到所述第一和第二负荷，所述第二变压器的第一绕组与所述第一和第二线路串联，所述第二变压器的第二绕组与所述第三线路串联。
7.根据权利要求1的配电网，进一步包括第三配电线、第四配电线、第二变压器以及第三变压器，所述第二变压器包括第一和第二绕组，所述第一和第二线路连接到所述第一和第二负荷，所述第三和第四线路连接到所述第三和第四负荷，所述第三变压器的第一绕组与所述第一和第二线路串联，所述第二变压器的第二绕组与所述第三和第四线路串联。
8.根据权利要求7的配电网，进一步包括第三变压器，所述第三变压器包括第一和第二绕组，所述第三变压器的第一绕组与所述第三线路串联，所述第三变压器的第二绕组与所述第四线路串联。
9.根据权利要求1的配电网，进一步包括第三和第四配电线，所述第一变压器的第一绕组与所述第一、第三和第四线路串联。
10.根据权利要求1的配电网，其中所述第一变压器包括一个单相饱和电压支持变压器，该变压器有两个绕组，以及第一和第二旁路开关、第一、第二避雷器，所述第一旁路开关以及所述第一避雷器与所述第一变压器的第一绕组并联，所述第二旁路开关以及第二避雷器与所述第一变压器的第二绕组并联。
11.一种配电网，包括三相电源；第一三相配电线与所述电源连接，用于连接第一负荷；第二三相配电线与所述电源连接，用于连接第二负荷；第一变压器包括第一和第二绕组，所述第一绕组与所述第一线的第一相串联，所述第二绕组与所述第二线的第一相串联，所述第一变压器可以在所述第一和第二线路的所述第一相以外的地方发生功率扰动时，基本上保持所述第一或者第二线路的所述第一相的电压。
12.根据权利要求11的配电网，其中，所述第一变压器包括一个单相不饱和电压支持变压器。
13.根据权利要求11的配电网，进一步包括有第一和第二绕组的第二变压器，所述第一绕组与所述第一线路的第二相串联，所述第二绕组与所述第二线路的第二相串联，所述第二变压器可以在所述第一和第二线路的所述第二相以外的地方发生功率扰动时，基本上保持所述第一和第二线路的第二相的电压；以及包括有第一和第二绕组的第三变压器，所述第一绕组与所述第一线路的第三相串联，所述第二绕组与所述第二线路的第三相串联，所述第三变压器可以在所述第一和第二线路的所述第三相以外的地方发生功率扰动时，基本上保持所述第一和第二线路的所述第三相的电压；
14.当一种配电网的第二线路上发生电压或者电流扰动时，支持所述配电网的第一线路的电压或者支持通过第一线路的电流的方法，包括以下步骤将包括第一和第二绕组的电压支持变压器连接到配电网的第一和第二线路，所述第一绕组与所述第一线路串联，所述第二绕组与所述第二线路串联，利用所述第一绕组的电流，在所述第二绕组的两端感应一个电压，通过所述电压支持变压器支持所述第二线路的电压。
15.在包括电源、第一负荷、将所述电源与所述第一负荷连接的第一配电线、第二负荷，以及将所述电源与所述第二负荷连接的第二配电线的配电网中，用于稳定所述电网中功率分配的方法，包括以下步骤响应在所述第一配电线上的故障状态改变通过与所述第一配电线串联的变压器第一绕组的电流；在与所述第二配电线串联的所述变压器的第二绕组中感应一个电压，稳定在第二配电线中的功率分配。
16.根据权利要求15的方法，其中，所述变压器为电压支持变压器。
17.根据权利要求15的方法，其中，所述第一配电线以及所述第二配电线为单相线路。
18.根据权利要求15的方法，其中，所述第一配电线和所述第二配电线为三相线路。
19.根据权利要求15的方法，其中，所述故障状态为一个过电流状态，并且，所述感应步骤包括增加所述第二配电线的电压以及电流。
全文摘要
公开了一种包括电压支持变压器(1A,B)的配电网,它用发生故障的配电网中一条线路(A或者B)的故障电流来支持或者稳定连到电网同一母线、并且感受相同电源阻抗的一条或者多条线路的电压,使得这些线路电压基本维持在故障以前的水平上。根据由故障引起故障线路的阻抗变化而引起电流变化,来稳定非故障线路电压。
文档编号H01F30/00GK1271458SQ98809383
公开日2000年10月25日 申请日期1998年9月23日 优先权日1997年9月23日
发明者柳博米尔·A·科亚维克 申请人:柳博米尔·A·科亚维克