一种零地电压处理系统的制作方法

1.本发明涉及三相四线低压电力系统领域，更具体地说，涉及一种零地电压处理系统。


背景技术：

2.随着科技的进步，计算机技术日新月异的发展，精密仪器越来越多，内部芯片的工作电压越来越低，能耗越来越小。为了正常工作需要，最新型服务器或者高精尖设备对使用场所的零地电压提出越来越高的要求。
3.目前，在高校科研实验室，研究所、医院、药企检测中心等精密仪器的使用场所，精密仪器对零地电压的要求越来越高，实验楼的零地电压普遍性都达不到使用要求。
4.很多工程师以为ups可以解决此问题，但ups承诺的零地电压小于多少，是指不额外增加的零地电压。即指在机房的输入配电柜上零地电压为0v时，在ups输出端的零地电压。假如用户本身的配电系统达不到要求，零线电流或者线间高次谐波耦合，造成零线相对地线有一定的电压差，这样，在ups的输入处，零地电压就会升高而达不到设备要求，这不是ups本身能彻底解决的问题。而要解决对应的问题，首先要知道零地电压产生的原因.
5.零地电压的来源有以下几个方面
6.(1)零线电流和零线阻抗造成的零线压降
7.(2)系统谐波过高(特别是零线地线谐波电流含量过高)
8.(3)系统三相电流不平衡造成的零位飘移
9.零对地有电压对精密仪器的影响主要表现在三个方面：引起硬件故障，烧毁电路设备；引发控制信号的误动作；影响通信质量。
10.1、零地电压过高可以引起硬件损坏，一般情况下，零地电压值不能超过2v；
11.2、零地电压过高，除了引起电子设备硬件直接损坏外，还可能影响控制信号，造成设备的误启动和误关机；还可能造成误码率上升，丢包率增加，造成通信缓慢，传输速率下降；
12.3、另外还会影响通信质量，延误或者阻止通信的正常进行；对于计算机设备，零地电压过高则会导致服务器速度下降、网络交换速度降低、服务器无故关机，反过来也会造成硬件损坏。


技术实现要素：

13.1.要解决的技术问题，通过零地电压系统，使零线对地电压尽可能的降低，满需科研和特定场所的需求.
14.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种零地电压处理系统，它可以实现，与所需要保护设备串联，能把地线上的谐波处理干净，使零地压在0.5v以内，保证所带系统设备的安全。
15.2.技术方案
16.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
17.一种零地电压处理系统，包括以下处理步骤：
18.第一步：零地电流电压采样单元；采集负载输出端的零线地线之间的电压及电流；其中，零地电流电压采样包含零地电压处理电路；
19.第二步：谐波检测分析；根据第一步采集的电流及电压分析谐波电压及电流的大小角度，做为补偿电压的给定信号提供给电压谐波补偿单元；
20.第三步：电流跟踪控制电路；电流跟踪控制电路通过闭环计算，总结电流电压的变化规律，提前跟踪产生与原始谐波分量大小相等、方向相反的谐波电压进行补偿，并提供给信号驱动；
21.第四步：驱动单元；驱动直驱动电压谐波的稳定运行；
22.第五步：零地谐波电压补偿单元；
23.其中，还包括三相变压器和控制器，所述控制器分别电性连接零地电流电压采样单元和零地谐波电压补偿单元，所述零地谐波电压补偿单元并联三相变压器副边的零线与地线，所述零地谐波电压补偿单元并联驱动单元其中，还包括三相变压器和控制器，所述控制器分别电性连接零地电流电压采样单元和零地谐波电压补偿单元，所述零地谐波电压补偿单元并联三相变压器副边的零线与地线，所述零地谐波电压补偿单元并联驱动单元。
24.进一步的，所述三相变压器的接法为双z/y接法。
25.进一步的，所述零地电压处理电路为三相五线制进线接输入，出线输出连接驱动单元，所述磁路三相变压器包括输入一次原边线圈；
26.所述零地电压处理电路包括电源进线a、电源进线b、电源进线c、输入端n、r1/r2、r3/r4、r5/r62，s1/s2、s3/s4、s5/s6，t1/t2、t3/t4、t5/t6，输出端x1、输出端x2、输出端y1、输出端y2、输出端z1、输出端z2和零线，所述电源进线a连接r1，所述r2连接s4，所述s3连接t6，所述t5连接输入端n，所述电源进线b连接s1，所述s2连接t4，所述t3连接r6，所述r5连接输入端n，所述电源进线c连接t1，所述t2连接r4，所述r3连接s6，所述s5连接输入端n；
27.其中，所述输出端x2、输出端y2和输出端z2为相线连接负载相线，所述输出端x1、输出端y1和输出端z1连接零线。
28.进一步的，所述地线与零线之间并联零地谐波电压补偿单元。
29.3.有益效果
30.相比于现有技术，本发明的优点在于：
31.(1)本发明可以与所需要保护设备串联，能把地线上的谐波处理干净，使零地压在0.5v以内，保证所带系统设备的安全。
32.(2)本发明的零地电压处理系统主回路为特殊性变压器，无电子元器件，运行稳定，结构简单，元件寿命长，基本免维护。
33.(3)本发明只在零线地线之间做谐波电压的补偿，补偿容量小。
附图说明
34.图1为本发明处理步骤的控制流程图；
35.图2为本发明中一种零地电压处理电路的主电路图；
36.图3为本发明中双z/y接法三相变压器的结构图；
37.图4为本发明中应用例测试的数据统计图；
38.图5为源滤波器的谐波检测电路图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.实施例1：
41.请参阅图1-5，一种零地电压处理系统，包括以下处理步骤：
42.第一步：零地电流电压采样单元；采集负载输出端的零线地线之间的电压及电流；其中，零地电流电压采样包含零地电压处理电路；
43.第二步：谐波检测分析；根据第一步采集的电流及电压分析谐波电压及电流的大小角度，做为补偿电压的给定信号提供给电压谐波补偿单元；
44.第三步：电流跟踪控制电路；电流跟踪控制电路通过闭环计算，总结电流电压的变化规律，提前跟踪产生与原始谐波分量大小相等、方向相反的谐波电压进行补偿，并提供给信号驱动；
45.第四步：驱动单元；驱动直驱动电压谐波的稳定运行；
46.第五步：零地谐波电压补偿单元；
47.其中，还包括三相变压器和控制器，控制器分别电性连接零地电流电压采样单元和零地谐波电压补偿单元，零地谐波电压补偿单元并联z/y接法三相变压器副边的零线与地线，零地谐波电压补偿单元并联驱动单元。
48.零地电流电压采样单元：采集负载输出端的零线地线之间的电压及电流；
49.谐波检测分析：利用零地电流电压采样单元采样到的电压及电流分析谐波电压及电流的大小角度，做为补偿电压的给定信号提供给电压谐波补偿单元；
50.电流跟踪控制电路：通过闭环计算，总结电流电压的变化规律，提前跟踪产生与原始谐波分量大小相等、方向相反的谐波电压进行补偿，并提供给信号驱动；
51.驱动单元：驱动电压谐波的稳定运行；
52.零地谐波电压补偿单元：是一组单相低电压，宽幅度(0.5～110v)有源谐波电压补偿单元，它根据控制器提供的零线与地线之间需要补偿的各次谐波含量及矢量角度及大小，在10ms内补偿到零线与地线中，最终达到降低零地电压的目的；
53.其中参阅图5，有源滤波器是在谐波检测的基础上，产生与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，注入电网中来达到谐波补偿。同时利用有功能量平衡原理，直接获得整个系统所需的有功分量。本系统采用双环控制策略，内环是电流环，检测实际输入电流is与参考输入电流iref的误差，经pi调节后与三角波比较，产生驱动信号驱动功率开关管的开通关断；外环是电压环，一方面控制直流侧输出电压跟踪电压设定值，另一方面利用功率平衡获取参考输入电流iref的幅值，与电压同步信号相乘后作为电流环的输入。电压环顺利工作的前提是电流环中实际输入电流is能迅速跟踪参考电流iref。
54.参考图3，三相变压器的接法为双z/y接法，在同一铁芯柱中，零序谐波在主线圈产
生的磁通刚好与两组移相线圈产生的磁通大小相等，方向相反，与磁补偿的方式解决3次谐波电流及系统三相电流不平衡引起的零位飘移问题；还通过两次移相磁通补偿的方式解决5次及7次谐波的处理问题。
55.其中，双z/y接法三相变压器设有三柱铁心，每柱铁心绕制四组线圈；磁路三相变压器铁心为无气隙组铁；
56.双z/y接法三相变压器的原边三组线圈按双z串接，使用同一柱铁芯内的线圈产生的零序磁通相互抵消，正序负序磁通分别有相应的合适的移相角度，使用解决谐波都可通过磁通方式实现处理；到达滤除谐波，减少输出端谐波，通过两次移相，原边三相不平衡电流并会输出到副边，改变输出端的电压。
57.由于通过两次移相变压器容量选择要按计划容量的第2倍。
58.参阅图2，零地电压处理电路为三相五线制进线接输入，出线输出连接驱动单元，磁路三相变压器包括输入一次原边线圈；
59.零地电压处理电路包括电源进线a、电源进线b、电源进线c、输入端n、r1/r2、r3/r4、r5/r62，s1/s2、s3/s4、s5/s6，t1/t2、t3/t4、t5/t6，输出端x1、输出端x2、输出端y1、输出端y2、输出端z1、输出端z2和零线，电源进线a连接r1，r2连接s4，s3连接t6，t5连接输入端n，电源进线b连接s1，s2连接t4，t3连接r6，r5连接输入端n，电源进线c连接t1，t2连接r4，r3连接s6，s5连接输入端n，形成双z型接法；
60.其中，输出端x2、输出端y2和输出端z2为相线连接负载相线，输出端x1、输出端y1和输出端z1连接零线。
61.原边输出：三相双星接z接，每柱上三个线圈分别是主线圈与两移相线圈，主线圈与第一第二两线圈总移相角差60度，即：r1/r2线圈电压为134v、s4/s3/t6/t5两线圈串起来总电压也是134v，s1/s2线圈电压为134v、t4/t3r6/r5两线圈串起来总电压也是134v，t1/t2线圈电压为134v、r4/r3/s6/s5两线圈串起来总电压也是134v，由于3次等零线谐波及不平衡电流矢量角度一致，所以在零序电流流过时，铁苡内流过谐波产生的磁通刚好相反，相互抵消，消除了系统的零序谐波。三相主线圈容量为总容量的45％左右；
62.主线圈与第一移相线圈单独算移相角度要在10.2～13.8％之间，r3/r4、s3/s4、t3/t4这几组线圈的电压在应该在105v～120v之间，这个移相角度对负序谐波有很好的处理效果；三相一次移相线圈容量为总容量的35％左右；
63.第一移相线圈与第二移相线圈的移相角度要在5.5～9％之间，r5/r6、s5/s6、t5/t6这几组线圈的电压在应该在73v～98v之间，这个移相角度对正序谐波有很好的处理效果；三相一次移相线圈容量为总容量的20％左右；
64.地线与零线之间并联零地谐波电压补偿单元。
65.本发明的零地电压处理系统主回路为特殊性变压器，无电子元器件，运行稳定，结构简单，元件寿命长，基本免维护。
66.其中：
67.零地电压的来源：
68.(1)零线电流和零线阻抗造成的零线压降；
69.(2)系统谐波过高(特别是零线地线谐波电流含量过高)；
70.(3)系统三相电流不平衡造成的零位飘移.
71.降低零地电压必需以下三种办法同时做好：
72.(1)缩短零线长度，增大零线截面积可减小零线电抗，从而降低零地电压；
73.(2)系统的三相电流基本调平衡；
74.(3)重做安全可靠科学的接地系统。
75.应用例：
76.请参阅图4，零地电压系统专为零地谐波过大造成的零地电压过高而研发的高科技产品。它是与所需要保护设备串联，能把地线上的谐波处理干净，使零地压在0.5v以内，保证所带系统设备的安全。
77.图4为我司在某著名药企科研楼实际测试的地线谐波电流情况，它的零线电压在2.1v，零地线谐波电压含量如下：总谐波含量高达426％。
78.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。