一种单相交流供电系统的制作方法

本发明属于电网供电设备，具体是单相交流电网供电系统技术领域。

背景技术：

目前我国民用配电普遍采用三相四线制，中性点直接接地系统，而高压侧多采用中性点绝缘的配电系统，主要是把三相中压电压变为三相四线380v/220v的低压电压，再根据计算的供电功率将负载均衡地分接在a、b、c三相上，向用户供电。这种配电方式存在很多弊端,一是供电半径长,线路损耗大，二是配变损耗大,无法保证配电变压器的经济运行。

三相不平衡是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定范围。在三相四线制民用供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比，当相电流平衡的时候，系统的电能损耗最小，如果各相负载分布不均、单相负载用电的不同时性、以及单相大功率负载接入就会造成三相电网不平衡，由于城市民用电网及农用电网中存在大量单相负载，使得当今三相不平衡现象普遍存在且尤为严重。电网中的三相不平衡会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，会造成因三相电压不平衡而降低供电质量。不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗，甚至会影响电能变表的精度而造成计量损失，为解决三相不平衡问题，三相四线制系统需增加三相不平衡调节器，大大增加了供电成本。

如果供电系统中有非线性元件和负荷，即使供电电压为正弦波形，其电流波形将偏离正弦波形发生畸变；而非正弦波形的电流在供电系统中传递，由于沿途电压降使得供电点的电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变，大量的非线性负荷是引起供电系统的电流和电压波形产生畸变的主要原因。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，非线性负荷将日益增多，导致供电系统中非线性电气设备与负荷产生越来越多的高次谐波电流进入电网，直接使供电系统中的电压波形发生严重畸变，功率因数也明显降低，不仅使供电系统中的电能质量下降，而且威胁家用电器的用电安全，既有方案是采用无功发生器和有源滤波器对三相四线配电系统进行无功功率补偿和谐波治理方法解决的此类问题，这样大大增加了供电的成本，同时由于器件的增加，系统的可靠性也降低很多。

技术实现要素：

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的就是提供一种单相交流供电系统，该系统能有效解决民用配电三相电网不平衡问题；对单相负荷产生的无功、谐波进行补偿，提高电网的功率因素；且该系统结构简单，成本低，便于实施。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：单相交流供电系统，其组成是：变压器(t)采用三相/两相平衡变压器，平衡变压器（t）的原边(a、b、c)三相接公用电网，平衡变压器（t）次边α相两个端子α1、α2与220v交流电网的火线和零线分别相连，平衡变压器（t）次边β相另两个端子β1、β2与变流器（rec）的a、b端子分别相连，变流器(rec)的另两个端子c、d分别连接到220v交流电网的火线和零线。

本发明能有效解决民用配电三相电网不平衡问题；对单相负荷产生的无功、谐波进行补偿，提高电网的功率因素；减小供电半径，降低线路和配变损耗；且该系统结构简单，成本低，便于实施。

本发明的工作原理是：公用中压a、b、c三相电网经三相/两相平衡变压器对称变换后，平衡变压器(t)次边α相两个端子α1、α2两端输出220v交流电压，并直接连接到民用单相电网的火线和零线。

平衡变压器(t)次边β相另两个端子β1、β2两端输出大于或等于220v的电压，并将电压输入到变流器（rec）的a、b两端子，经变流器（rec）交直交变换成和平衡变压器(t)次边α相输出电压同相的220v电压，并通过输出端子c、d连接到民用单相电网的火线和零线上，和平衡变压器(t)次边α相两个端子α1、α2一起向单相220v民用电网供电。

在向220v单相交流电网供电时，平衡变压器(t)次边α相直接向单相电网提供一半的功率；平衡变压器(t)次边β相经变流器（rec）交直交变换后向单相电网提供另一半的功率，同时变流器（rec）还对单相220v交流电网进行谐波和无功补偿。

由于平衡变压器(t)输出端两相输出功率相等，使中压三相电网不存在负序分量和零序分量，保证了三相电网的平衡。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明解决了低压配电三相电网不平衡问题。

二、本发明的系统能对单相民用负荷产生的无功、谐波进行补偿，提高电网的功率因素，实现了电能质量的综合补偿。

三、本发明的系统系统结构简单，成本低，便于实施。解决了三相四线制民用供电系统供电半径长,线路损耗大，配变损耗大,无法保证配电变压器的经济运行的问题。

上述的平衡变压器(t)为scott变压器、阻抗匹配平衡变压器、ynvd变压器或vv变压器。

上述的变流器（rec）为交直交变流器，有两种拓扑结构。一种为输入侧串联，输出侧并联的级联拓扑结构，另一种为输入侧并联，输出侧也并联的级联拓扑结构。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明scott变压器的结构示意图。

图3是本发明阻抗匹配平衡变压器的结构示意图。

图4是本发明ynvd变压器的结构示意图。

图5是本发明vv变压器的结构示意图。

图6是本发明变流器实施例一的结构示意图。

图7是本发明变流器实施例二的结构示意图。

具体实施方式

图1示出，本发明的一种具体实施方式为：一种单相交流供电系统，其组成是：变压器(t)采用三相/两相平衡变压器，平衡变压器（t）的原边(a、b、c)三相接公用电网，平衡变压器（t）次边α相两个端子α1、α2与220v交流电网的火线和零线分别相连，平衡变压器（t）次边β相另两个端子β1、β2与变流器（rec）的a、b端子分别相连，变流器(rec)的另两个端子c、d分别连接到220v交流电网的火线和零线。

图1还示出，在向民用220v单相交流电网供电时，平衡变压器(t)次边α相直接向民用单相电网提供一半的功率；平衡变压器(t)次边β相经变流器（rec）交直交变换后向民用单相电网提供另一半的功率，同时变流器（rec）还对民用单相220v交流电网进行谐波和无功补偿。

由于平衡变压器(t)输出端两相输出功率相等，使中压三相电网不存在负序分量和零序分量，保证了三相电网的平衡。

图1中的平衡变压器(t)为scott变压器、阻抗匹配平衡变压器、ynvd变压器或vv变压器。

图1中的变流器(rec)在β1、β2两端子输出为220v交流电压时，采用输入端和输出端都并联的级联拓扑结构向220v交流电网供电；当变流器(rec)在β1、β2两端子输出为大于220v交流电压时，采用输入端串联和输出并联的级联拓扑结构向220v交流电网供电。

所述变流器(rec)的电力电子器件可为集成门极换向晶闸管(igct)或绝缘栅双极性晶体管(igbt)。

图2示出，该平衡变压器(t)为scott变压器，设一次侧绕组bc的匝数为ω1，二次侧绕组ad的匝数为ω2，bc的匝数为ω3，则一次侧绕组ad的匝数为3^1/2ω2/2，记

ω1/ω2=k1,ω2/ω3=k2。

正常运行时，α侧和β侧的电压和电流关系为uβ=juα/k2，iβ=jk2iα，功率关系为pβ=pα，即α侧和β侧输出功率相等，此时三相电网平衡，且不存在零序和负序分量。

图3示出，该平衡变压器(t)为阻抗匹配平衡变压器，设一次侧绕组的匝数为

ωa=ωb=ωc=ω1，二次侧三角形连接绕组的匝数为ωa2=ωb2=ωc2=ω2，延边α侧绕组的匝数为ω3，延边β侧绕组的匝数为ω4，记ω1/ω2=k1，ω3=(3^1/2-1)ω2/2，

（ωc2+ω4）=(ωa2+ω3）/k2。

正常运行时，α侧和β侧的电压和电流关系为uβ=juα/k2，iβ=jk2iα，功率关系为pβ=pα，即α侧和β侧输出功率相等，此时三相电网平衡，且不存在零序和负序分量。

图4示出，该平衡变压器(t)为ynvd变压器，设一次侧绕组的匝数为ωa=ωb=ωc=ω1，二次α侧连接v型绕组的匝数为ωa1=ωc1=ω3，二次β侧三角形连接绕组的匝数为ωa2=ωb2=ωc2=ω2，记ω1/ω2=k1，ω2/ω3=3^1/2k2，正常运行时，α侧和β侧的电压和电流关系为uα=juβ/k2，iα=jk2iβ，功率关系为pα=pβ，即α侧和β侧输出功率相等，此时三相电网平衡，且不存在零序和负序分量。

图5示出，该平衡变压器(t)为vv变压器。设一次侧绕组的匝数为ω1，二次α侧绕组的匝数为ω2，二次β侧绕组的匝数为ω3，记ω1/ω2=k1，ω2/ω3=k2，正常运行时，α侧和β侧的电压和电流关系为uβ=e^j(-2π/3)uα/k2，iβ=e^j(-2π/3)k2，功率关系为pα=pβ，即α侧和β侧输出功率相等，此时三相电网平衡，且不存在零序和负序分量。