一种单相供电装置的制作方法

1.本实用新型涉及牵引供电领域，特别是涉及一种单相供电装置。


背景技术：

2.我国电气化铁路采用单相交流牵引供电的方式供电，变压器将三相电网的三相高压电变换为两个独立的单相电，两个独立的单相电分别向两段电气化铁路的接触网供电。但是由于电气化铁路的牵引负荷是典型的波动性和冲击性负荷，常常两段接触网的负荷的差异比较大，因此会在变压器的三相电压输入侧产生较大的负序电流，易造成变压器过负荷和负序跳闸。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种单相供电装置，可实现均衡供电，减小甚至消除vv变压器的三相电压输入侧的负序电流，降低vv变压器出现过负荷和负序跳闸的可能性，降低经济成本。
4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种单相供电装置，包括：
5.vv变压器、tsc、tcr、第一svg和第二svg；
6.所述vv变压器的输入端连接三相电网，所述vv变压器的输出端的第一绕组与第二绕组串联，所述第一绕组分别与所述tcr和所述第一svg并联连接，所述第二绕组分别与所述tsc和所述第二svg并联连接；
7.所述tcr用于输出第一补偿电流，所述第一svg用于输出第二补偿电流；所述第一补偿电流和所述第二补偿电流的第一电流矢量和的大小不大于与所述vv变压器的总输出电压同相位的输出电流的第一无功分量的大小且差值的数值小于第一预设范围，方向相反；
8.所述tsc用于输出第三补偿电流，所述第二svg用于输出第四补偿电流；所述第三补偿电流和所述第四补偿电流的第二电流矢量和的大小不大于与所述输出电流的第二无功分量的大小且差值的数值小于第二预设范围，方向相反；
9.当所述第一无功分量和所述第二无功分量中的一个为感性无功分量时，另一个为容性无功分量。
10.优选的，还包括与所述vv变压器的输出端连接的电流采集装置，用于检测所述输出电流。
11.优选的，还包括报警模块和控制模块；
12.所述控制模块的一端与所述电流采集装置连接，另一端与所述报警模块连接；
13.所述控制模块用于在检测到所述输出电流的大小大于第一预设阈值时，控制所述报警模块报警。
14.优选的，所述报警模块包括声音报警模块和/或显示报警模块。
15.优选的，所述控制模块为基于dsp的全数字控制系统。
generation，静止无功发生器)4和第二svg5；
29.vv变压器1的输入端连接三相电网，vv变压器1的输出端的第一绕组与第二绕组串联，第一绕组分别与tcr2和第一svg4并联连接，第二绕组分别与tsc3和第二svg5并联连接；
30.tcr2用于输出第一补偿电流，第一svg4用于输出第二补偿电流；第一补偿电流和第二补偿电流的第一电流矢量和i
c1
的大小不大于与vv变压器1的总输出电压uo同相位的输出电流io的第一无功分量的大小且差值的数值小于第一预设范围，方向相反；
31.tsc3用于输出第三补偿电流，第二svg5用于输出第四补偿电流；第三补偿电流和第四补偿电流的第二电流矢量和i
c2
的大小不大于与输出电流io的第二无功分量的大小且差值的数值小于第二预设范围，方向相反；
32.当第一无功分量和第二无功分量中的一个为感性无功分量时，另一个为容性无功分量。
33.考虑到电气化铁路的牵引负荷是典型的波动性和冲击性负荷，在变压器为其供电时，可能会在变压器的三相电压输入侧产生较大的负序电流，从而导致变压器过负荷和负序跳闸。
34.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种单相供电装置，该装置包括vv变压器1、tsc3、tcr2、第一svg4和第二svg5。图1中vv变压器1的三相输入电压为ua、ub和uc，ua、ub和uc的大小和相位的关系请参照图2，图2为本实用新型提供的一种单相供电装置的三相输入电压矢量图，从图中可知，ua、ub和uc的大小相等，两两之间的相位差为120
°
。vv变压器1的输出端的第一绕组的输出电压为u1，vv变压器1的输出端的第二绕组的输出电压为u2，vv变压器1的总输出电压为uo，uo为u1与u2的矢量和。例如，uo＝27.5kv时，vv变压器1的输入端连接三相电网，vv变压器1的输出端的第一绕组与第二绕组串联，即可将三相电压变换成为一个单相电压输出，只向一段电气化铁路的接触网供电。
35.优选地，为使变压器的负载在单位功率因数下运行，以牵引工况为例，vv变压器1的输出电流io与总输出电压uo同相位，且输出电流io在vv变压器1的两个输出绕组上的有功分量相同，而无功分量大小相等，且一个呈感性无功分量另一个呈容性无功分量。为达到上述目的，第一绕组分别与tcr2和第一svg4并联连接，第二绕组分别与tsc3和第二svg5并联连接，tcr2与第一svg4抵消与vv变压器1的总输出电压uo同相位的输出电流io的第一无功分量，tsc3与第二svg5抵消输出电流io的第二无功分量。当第一无功分量和第二无功分量中的一个为感性无功分量时，另一个为容性无功分量，具体的，tcr2和第一svg4均可以输出感性无功电流，以抵消输出电流io中的容性无功分量，该感性无功电流的大小和输出电流io的容性无功分量的大小相等且相位相反；此时，tsc3和第二svg5均会输出容性无功电流，以抵消输出电流io中的感性无功分量，该容性无功电流的大小和感性无功分量的大小相等且相位相反。当然，也可以反过来，tcr2和第一svg4均可以输出容性无功电流，以抵消输出电流io中的感性无功分量，该容性无功电流的大小和感性无功分量的大小相等且相位相反；此时，tsc3和第二svg5均可以输出感性无功电流，以抵消输出电流io中的容性无功分量，该感性无功电流的大小和容性无功分量的大小相等且相位相反。具体采用哪种方式可以根据vv变压器1的负载决定，本技术在此不作特别的限定。
36.请参照图3，图3为本实用新型提供的一种单相供电装置的电压及电流的矢量图。输出电流io的在第一绕组上的无功分量为i
op
，输出电流io的在第二绕组上的无功分量为ioq
。tcr2用于输出第一补偿电流，第一svg4用于输出第二补偿电流，第一补偿电流和第二补偿电流的第一电流矢量和i
c1
与i
op
大小相等，方向相反；tsc3用于输出第三补偿电流，第二svg5用于输出第四补偿电流；第三补偿电流和第四补偿电流的第二电流矢量和i
c2
与i
oq
大小相等，方向相反。通过上述方法，vv变压器1的第一绕组和第二绕组上的电流大小相等，且分别于两绕组上的电压同相位，以无功补偿的方式实现了均衡供电，减小甚至消除了vv变压器1的三相电压输入侧的负序电流，降低了vv变压器1出现过负荷和负序跳闸的可能性。
37.在实际应用中，考虑到变压器可以承受一定的负序电流，并且为了进一步选用容量较小的第一svg和第二svg，允许第一电流矢量和的大小略小于第一无功分量的大小，第二电流矢量和的大小略小于第二无功分量的大小。第一预设范围和第二预设范围的数值根据电网参数、负荷参数以及标准要求等实际应用中对不平衡度的要求而设定，其中，不平衡度为三相电网中的电流的负序分量的大小/三相电网中的电流的正序分量的大小，例如，不平衡度可以为2％或1.3％。
38.除此之外，与vv变压器1的总输出电压uo同相位的输出电流io的无功分量与有功分量相比比较小，并且采用无源器件tsc3与tcr2抵消了一部分输出电流的无功分量，并且无源器件的成本比较低，因此可以选用容量较小的第一svg4和第二svg5，降低了成本。
39.在上述实施例的基础上，
40.作为一种优选的实施例，还包括与所述vv变压器的输出端连接的电流采集装置，用于检测所述输出电流。
41.本实用新型通过设置电流采集装置来检测输出电流，基于此可以首先确定用于抵消输出电流的无功分量的第一电流i
c1
的大小和第二电流i
c2
的大小，以便再进一步得到第一svg4输出第二补偿电流的大小和第二svg5输出第四补偿电流的大小，最终实现降低或消除变压器的三相电压输入侧产生的负序电流，实现均衡供电，并且方法简单。
42.除此之外，还可根据电流采集装置检测到的输出电流的大小采取保护措施，比如设置报警装置等，提高单相供电装置的安全性与可靠性。
43.作为一种优选的实施例，还包括：
44.控制模块，用于根据输出电流的大小及vv变压器1的总输出电压uo与第一绕组的输出电压u1之间的相位角得到第一电流矢量和i
c1
，根据输出电流io的大小及vv变压器1的总输出电压uo与第二绕组的输出电压u2之间的相位角得到第二电流矢量和i
c2
，根据第一电流矢量和i
c2
与第一补偿电流控制第一svg4输出第二补偿电流，根据第二电流矢量和i
c2
与第三补偿电流控制第二svg5输出第四补偿电流。
45.请参照图3，图3为本实用新型提供的一种单相供电装置的电压及电流的矢量图。本实施例中，控制模块获取电流采集装置检测到的输出电流io的大小，第一电流矢量和i
c1
的大小等于输出电流io的大小乘vv变压器1的总输出电压uo与第一绕组的输出电压u1间的相位角的正弦值，第二电流矢量和i
c2
的大小等于输出电流io的大小乘vv变压器1的总输出电压uo与第二绕组的输出电压u2间的相位角的正弦值，第一svg4输出的第二补偿电流的大小为第一电流矢量和i
c1
的大小与第一补偿电流的大小的差值，第二svg5输出的第四补偿电流的大小为第二电流矢量和i
c2
的大小与第二补偿电流的大小的差值。
46.对于不同性质的负载，控制tcr2、tsc3、第一svg4和第二svg5输出电流的控制顺序是不同的，还可以通过控制模块控制tsc3输出第一补偿电流和tcr2输出第三补偿电流的时
间和大小，本技术对此不做特别限定。
47.综上所述，本实用新型通过设置控制模块，实现了对第一svg4输出第二补偿电流以及第二svg5输出第四补偿电流的自动控制，实现均衡供电，减小甚至消除vv变压器1的三相电压输入侧的负序电流。
48.作为一种优选的实施例，根据第一电流矢量和与第一补偿电流控制第一svg4输出第二补偿电流，包括：
49.根据第一电流矢量和与第一补偿电流闭环控制第一svg4输出第二补偿电流；
50.根据第二电流矢量和与第三补偿电流控制第二svg5输出第四补偿电流，包括：
51.根据第二电流矢量和与第三补偿电流闭环控制第二svg5输出第四补偿电流。
52.闭环控制是根据第一svg4/第二svg5的输出反馈来进行校正的控制方式，在测量出实际与计划发生偏差时，按预设标准进行纠正。在本实施例中，采用的是闭环控制中的负反馈形式，根据实时/预设周期采集到的第二补偿电流与第一预设补偿电流值的差值控制第一svg4，根据实时/预设周期采集到的第四补偿电流与第二预设补偿电流值的差值控制第二svg5。在本实施例中，单相供电装置能通过自身调节保持预设状态，提高了抗干扰能力和可靠性。
53.作为一种优选的实施例，还包括报警模块和控制模块；
54.所述控制模块的一端与所述电流采集装置连接，另一端与所述报警模块连接；
55.所述控制模块用于在检测到所述输出电流的大小大于第一预设阈值时，控制所述报警模块报警。
56.本实施例中，在控制模块检测到输出电流的大小大于第一预设阈值时，控制报警模块报警，便于用户及时进行维护，提高了单相供电装置的工作的可靠性与安全性。
57.作为一种优选的实施例，报警模块包括声音报警模块和/或显示报警模块。
58.在本实施例中，在控制模块检测到输出电流的大小大于第一预设阈值时，可以控制报警模块发出报警提示音和/或显示报警信息，便于用户及时进行维护。具体的，声音报警模块可以为蜂鸣器，显示报警模块可以为led显示屏，在此不做特别限定。
59.作为一种优选的实施例，控制模块为基于dsp的全数字控制系统。
60.在本实施例中，采用基于dsp的全数字控制系统作为控制模块，它是一种适合用于进行数字信号处理运算的控制系统，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法并进行控制，操作简单，可靠性高。
61.除此之外，还可以使用其他能够实现控制要求的设备，本技术在此不做特别限定。
62.作为一种优选的实施例，还包括：
63.与所述第一svg和所述第二svg连接的电源模块，用于为所述第一svg和所述第二svg供电。
64.在本实施例中，设置电源模块为第一svg4和第二svg5供电，具体为，通过分别控制第一svg4和第二svg5的开关管进而分别控制第一svg4输出第二补偿电流和第二svg5输出第四补偿电流。例如，电源模块可以包括供电开关和供电电源，供电电源在供电开关闭合时为第一svg4和第二svg5供电，结构简单，易于实现。
65.作为一种优选的实施例，还包括：
66.开关模块，所述开关模块串联在所述vv变压器的输出端与负载之间，用于在所述
输出电流的大小大于第二预设阈值时断开。
67.本实施例中，设置了开关模块，用于在输出电流的大小大于第二预设阈值时断开，提高了单相供电装置的工作的可靠性与安全性。具体的，可以使用控制模块控制开关模块，也可以为其他控制方式，本技术对此不作特别的限定。
68.需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
69.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。