兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，包括與電網(wǎng)連接的等效阻抗、PWM可控整流器、單相逆變器、電容、正向充磁控制接觸器、反向充磁控制接觸器、退磁控制接觸器和CPU，PWM可控整流器、單相逆變器、正向充磁控制接觸器、反向充磁控制接觸器、退磁控制接觸器均與CPU相連接。本發(fā)明利用了對(duì)兩相磁性材料磁特性的轉(zhuǎn)換的功能，使變壓器自身具有抑制直流偏磁和無(wú)功調(diào)節(jié)的能力。降低電力系統(tǒng)損耗，節(jié)能效果明顯；并且克服了傳統(tǒng)的抑制直流偏磁方法所帶來(lái)的不足，保證了變壓器中性點(diǎn)的可靠接地；提高了電力網(wǎng)及變壓器安全運(yùn)行的可靠性，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)具有重大的實(shí)際意義。
【專利說(shuō)明】兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，涉及一種兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，同時(shí)該裝置也可用來(lái)控制兩相磁性材料磁特性轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)具有變壓器直流偏磁補(bǔ)償和無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪芰Α?br> 【背景技術(shù)】
[0002]二十世紀(jì)七八十年代以來(lái)，隨著超高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的發(fā)展及電力系統(tǒng)負(fù)荷變化影響的加劇，電網(wǎng)中的無(wú)功功率消耗日益增大，無(wú)功功率不足是導(dǎo)致我國(guó)電能質(zhì)量不高和浪費(fèi)的重要因素?？煽仉娍蛊髋c電容器組并運(yùn)行相互協(xié)調(diào)可以調(diào)節(jié)無(wú)功。所以在特高壓或超高壓，大容量的電網(wǎng)中，安裝一定的無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)控制無(wú)功潮流，穩(wěn)定電網(wǎng)的運(yùn)行電壓。大量的理論研究和實(shí)踐證明，調(diào)節(jié)電抗對(duì)于提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行性能有顯著的作用，特別是可電抗器的應(yīng)用，其容量會(huì)隨著傳輸功率的大小而自動(dòng)變化，防止了線路一側(cè)開(kāi)關(guān)切合時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)高的工頻操作過(guò)電壓及相應(yīng)的暫態(tài)震蕩過(guò)電壓，同時(shí)也可以減少電網(wǎng)損耗、提高電能質(zhì)量，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。所以可控電抗器的研究越來(lái)越成為當(dāng)今各國(guó)電力決策和電力設(shè)計(jì)人員的共同目標(biāo)。
[0003]1965年英國(guó)通用電氣公司制造了世界上第一臺(tái)可控電抗器，1977?1978年，美國(guó)GE公司，西屋公司和BBC公司先后研制出采用晶閘管控制的靜補(bǔ)裝置、超高壓TCT型靜補(bǔ)裝置、晶閘管控制電抗器(TCR)。1986年，原蘇聯(lián)提出了新型可控電抗器結(jié)構(gòu)，從而使飽和式可控電抗器有了突破性進(jìn)展，電抗器性能有了大大的改善。隨后日本的研究人員提出了基于控制磁通原理正交磁心的可控電抗器；歐美一些國(guó)家也開(kāi)始對(duì)可控電抗器進(jìn)行研究。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)對(duì)可控電器的研究，在許多方面都取得了成果，如基于PWM控制的可控電抗器、基于可控負(fù)載原理的變壓器式可控電抗器、基于磁通控制原理的正交磁心式可控電抗器、超/特高壓可控電抗器等。
[0004]國(guó)內(nèi)對(duì)可控電抗器的研究主要集中在直流可控電抗器和交流可控電抗器上。在直流可控電抗器方面，武漢大學(xué)、上海交通大學(xué)和華北電力大學(xué)進(jìn)行了深入的研究。在交流電抗器方面，浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)展開(kāi)了這個(gè)方面的研究。我國(guó)的原武漢水利電力大學(xué)于1990年開(kāi)始對(duì)新型可控電抗器進(jìn)行研究，并取得了一系列的研究成果。1977年研制成功了基于磁閥式可控電抗器的自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈，1988年開(kāi)發(fā)出27.5KV電氣鐵路動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)目煽仉娍蛊鳎壳罢铝τ诟唠妷旱燃?jí)、更大容量的可控電抗器的理論和應(yīng)用研究。對(duì)特高壓可控電抗器的研究還有湖南大學(xué)、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)等高等院校，以及特變電工衡陽(yáng)變壓器有限公司、特變電工沈陽(yáng)變壓器有限公司和西安變壓器有限公司等企業(yè)單位。
[0005]隨著我國(guó)“西電東送，南北互供，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的電力發(fā)展總方針，直流輸電技術(shù)將會(huì)成為全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)主要解決途徑，因此直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定具有重要作用。但隨著大容量、長(zhǎng)距離直流輸電的應(yīng)用，以大地返回方式運(yùn)行的直流輸電系統(tǒng)的接地極電流會(huì)通過(guò)變壓器中性點(diǎn)流過(guò)變壓器繞組，引起變壓器直流偏磁現(xiàn)象。變壓器中性點(diǎn)引入的直流電在變壓器內(nèi)部形成直流偏磁，可以使鐵心磁通嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流高度畸變，產(chǎn)生大量諧波，噪聲明顯增大，金屬構(gòu)件損耗增加，無(wú)功損耗增加，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致局部過(guò)熱現(xiàn)象，破壞絕緣，以致?lián)p壞變壓器或降低壽命。
[0006]1989年3月13日，直流偏磁現(xiàn)象引起加拿大魁北克水力發(fā)電中斷，美國(guó)東海岸發(fā)電站的大型升壓變壓器被毀，其中連接兩個(gè)低壓繞組導(dǎo)線的銅接線頭燒毀，電網(wǎng)SVC裝置的繼電保護(hù)誤動(dòng)作，大量電容器退出運(yùn)行，系統(tǒng)電壓崩潰，最終失去9500MW負(fù)荷，電網(wǎng)解列了近9個(gè)小時(shí)。
[0007]1992年，美國(guó)專家以魁北克水電站Radisson/LG2聯(lián)合體為對(duì)象，提出了幾種抑制直流電流的方案，其方法是將中性線串聯(lián)工頻阻抗較小的電容器，以間隙、可觸發(fā)間隙及M0V等實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)電容器的快速過(guò)電壓保護(hù)，方案還配備有機(jī)械旁路開(kāi)關(guān)。美國(guó)DEI公司1996年初開(kāi)發(fā)了 4套變壓器隔直裝置；2003年又根據(jù)SIEMENS公司提供的參數(shù)開(kāi)發(fā)了 10套變壓器隔直裝置，并用于靠近印度的一條HVDC終端站的變壓器。此裝置由I個(gè)4000uF(50Hz)隔直/通交電容器和2組反并聯(lián)的大電流旁路通道以及機(jī)械開(kāi)關(guān)旁路組成。
[0008]我國(guó)電力網(wǎng)存在直流偏磁問(wèn)題。江蘇500kV上河主變壓器、三峽龍泉一江蘇政平500kV直流輸電系統(tǒng)中的常州武南變電站兩組500kVA主變壓器、貴廣直流線路中春城站主變壓器均受到直流偏磁的影響。申請(qǐng)者從1996年開(kāi)始進(jìn)行有關(guān)直流偏磁問(wèn)題的研究，曾分析了 2007年遼寧撫順電力局勝利一次變電站22萬(wàn)伏18萬(wàn)千伏安電力變壓器出現(xiàn)的直流偏磁問(wèn)題(檢測(cè)到2-11安培偏磁電流、引起高達(dá)90分貝的噪聲)。直流偏磁問(wèn)題越來(lái)越得到我國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注，許多學(xué)者多年來(lái)也對(duì)直流偏磁問(wèn)題開(kāi)展研究及開(kāi)發(fā)補(bǔ)償裝置。清華大學(xué)提出了一種小電阻裝置用于變壓器中性點(diǎn)直流偏磁的抑制。該裝置主要由一無(wú)感電阻和間隙組成，并于2005年在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了安裝與測(cè)試，對(duì)抑制變壓器中性線直流電流有明顯效果。有學(xué)者介紹了變壓器中性點(diǎn)注入反向直流電流的方法，其主要原理是電源經(jīng)過(guò)調(diào)壓器后再經(jīng)過(guò)硅整流經(jīng)輔助接地極和變壓器中性點(diǎn)回路向變壓器中性點(diǎn)注入反向直流電流。2007年有學(xué)者提出了一種基于電位補(bǔ)償原理的校檢變壓器中性點(diǎn)直流電流的新方法，其原理是在變壓器中性線中間串聯(lián)一個(gè)小電阻，通過(guò)外部電源在該電阻上形成一個(gè)直流點(diǎn)位，以此調(diào)節(jié)變壓器中性點(diǎn)的直流點(diǎn)位來(lái)達(dá)到減小流入變壓器繞組直流電流的目的。國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了電容隔直裝置的研究與開(kāi)發(fā)工作。華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)等高校也都做了大量工作，有效地抑制了變壓器直流偏磁的影響。
[0009]但是，各種方法都存在一定的問(wèn)題。小電阻限流法無(wú)法完全消除中性點(diǎn)直流電流，有時(shí)候不得不采用較大阻值的電阻，有可能影響主變壓器中性點(diǎn)絕緣強(qiáng)度；電容隔直法雖然能夠較好地消除中性點(diǎn)直流電流，但影響變壓器的有效接地，對(duì)主變壓器中性點(diǎn)絕緣強(qiáng)度要求較高，應(yīng)對(duì)電網(wǎng)短路故障能力較差；中性點(diǎn)注入反向電流限制法需要另外建補(bǔ)償接地極，補(bǔ)償?shù)貥O的選取極其困難。并且在遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)，補(bǔ)償電流的效率將降低，直流發(fā)生器的功率將倍增，大電流入地也加重了地網(wǎng)負(fù)擔(dān),加速接地網(wǎng)腐蝕,應(yīng)用成本極高；電位補(bǔ)償法耗電量大，裝置較昂貴，補(bǔ)償?shù)貥O的選取也較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明目的:
本發(fā)明提供一種兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)兩相磁性材料的轉(zhuǎn)換，將此功能用于兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器上，目的在于實(shí)現(xiàn)電感連續(xù)可調(diào)、無(wú)功補(bǔ)償以及抑制變壓器直流偏磁問(wèn)題。
[0011]技術(shù)方案:
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)施的:
一種兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，與具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器相連接，其特征在于:所述系統(tǒng)主要由與電網(wǎng)三相電源連接的等效阻抗、PWM可控整流器、電容、單相逆變器、正向充磁控制接觸器、反向充磁控制接觸器，退磁控制接觸器構(gòu)成，等效阻抗連接PWM可控整流器，PWM可控整流器連接單相逆變器，正向充磁控制接觸器及反向充磁控制接觸器與PWM可控整流器相連，退磁控制接觸器連接單相逆變器，單相逆變器與電容并聯(lián)后連接補(bǔ)償控制繞組；PWM可控整流器、單相逆變器、正向充磁控制接觸器、反向充磁控制接觸器、退磁控制接觸器均與CPU相連接；具有直流偏磁補(bǔ)償功能的變壓器內(nèi)設(shè)有兩相磁性材料、補(bǔ)償控制繞組和霍爾電流傳感器，補(bǔ)償控制繞組繞制在兩相磁性材料上并與控制系統(tǒng)相連，霍爾電流傳感器與CPU相連接。
[0012]PWM可控整流器是由第一 IGBT與第一續(xù)流二極管構(gòu)成的三相橋式連接組成。
[0013]單相逆變器是由第二 IGBT與第二續(xù)流二極管構(gòu)成的單相橋式連接組成。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
1、三相電源，2、等效阻抗，3、PWM可控整流器，4、電容，5、單相逆變器，6、正向充磁控制接觸器，7、反向充磁控制接觸器，8、退磁控制接觸器，9、CPU，10、變壓器，11、兩相磁性材料，12、補(bǔ)償、控制繞組，13、霍爾電流傳感器，14、第一 IGBT，15、第一續(xù)流二極管，16、第二IGBT，17、第二續(xù)流二極管。
[0016]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明:
本發(fā)明是一種兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，與具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器10相連接，如圖1中所示，其特征在于:所述控制系統(tǒng)主要由與電網(wǎng)三相電源I連接的等效阻抗2、PWM可控整流器3、電容4、單相逆變器5、正向充磁控制接觸器6、反向充磁控制接觸器7，退磁控制接觸器8構(gòu)成，等效阻抗2連接PWM可控整流器3，PWM可控整流器3連接單相逆變器5，正向充磁控制接觸器6及反向充磁控制接觸器7與PWM可控整流器3相連，退磁控制接觸器8連接單相逆變器5，單相逆變器5與電容4并聯(lián)后連接變壓器10內(nèi)的補(bǔ)償控制繞組12 ;PWM可控整流器3、單相逆變器5、正向充磁控制接觸器6、反向充磁控制接觸器7、退磁控制接觸器8均與CPU 9相連接；具有直流偏磁補(bǔ)償功能的變壓器10內(nèi)設(shè)有兩相磁性材料11、補(bǔ)償控制繞組12和霍爾電流傳感器13，補(bǔ)償控制繞組12繞制在兩相磁性材料11上并與控制系統(tǒng)相連，霍爾電流傳感器13與CPU 9相連接。
[0017]PWM可控整流器3是由第一 IGBT 14與第一續(xù)流二極管15構(gòu)成的三相橋式連接組成。
[0018]單相逆變器5是由第二 IGBT 16與第二續(xù)流二極管17構(gòu)成的單相橋式連接組成。[0019]本發(fā)明CPU9采用面向控制類TMS320系列DSP芯片如:TMS320C24x/F24x、TMS320F28xx，本發(fā)明采實(shí)驗(yàn)現(xiàn)有TMS320F2812高性價(jià)比的32位定點(diǎn)DSP芯片，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)也降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。
[0020]該控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)兩相磁性材料11的特性轉(zhuǎn)換，即硬磁特性與軟磁特性的轉(zhuǎn)換。兩相磁性材料11最初呈現(xiàn)軟磁特性，當(dāng)兩相磁性材料11需要進(jìn)行磁特性轉(zhuǎn)換時(shí)，由控制系統(tǒng)發(fā)出高頻脈沖信號(hào)，對(duì)兩相磁性材料11進(jìn)行充磁，兩相磁性材料11即可呈現(xiàn)硬磁特性；同理，對(duì)兩相磁性材料11進(jìn)行退磁處理時(shí)，兩相磁性材料11又可恢復(fù)到初始狀態(tài)呈現(xiàn)軟磁特性。
[0021]本發(fā)明的工作原理:
兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)工作原理:當(dāng)具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器10發(fā)生直流偏磁時(shí)，由于偏磁電流使變壓器鐵心磁通發(fā)生變化，通過(guò)霍爾電流傳感器13對(duì)偏磁電流(磁通)進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)到的信號(hào)送入CPU 9,CPU 9控制正向充磁控制接觸器6或者反向充磁控制接觸器7吸合，同時(shí)控制PWM可控整流器3產(chǎn)生直流電壓，直流電壓通過(guò)控制繞組12產(chǎn)生補(bǔ)償電流(磁通)，該磁通與偏磁磁通大小相等，方向相反。最后，CPU 9控制正向充磁控制接觸器6或者反向充磁控制接觸器7斷開(kāi)，同時(shí)控制PWM可控整流器3停止工作，進(jìn)而達(dá)到斷電對(duì)具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器10進(jìn)行直流偏磁的抑制，完成了對(duì)變壓器直流偏磁現(xiàn)象的檢測(cè)和消除。節(jié)能效果顯著；當(dāng)直流偏磁消失時(shí)，通過(guò)霍爾電流傳感器13對(duì)勵(lì)磁電流的檢測(cè)，將檢測(cè)到的信號(hào)送入CPU9，CPU 9控制退磁控制接觸器8吸合，并控制單相逆變器5產(chǎn)生交流電壓，交流電壓通過(guò)控制繞組12產(chǎn)生退磁電流(磁通)，進(jìn)而對(duì)兩相磁性材料11進(jìn)行從硬磁特性到軟磁特性的轉(zhuǎn)換。當(dāng)兩相磁性材料11表征為軟磁特性后，CPU 9控制退磁控制接觸器8斷開(kāi)，單相逆變器5停止工作，完成整個(gè)工作過(guò)程。
[0022]本發(fā)明這種兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩相磁性材料在直流勵(lì)磁及退磁功能之間的轉(zhuǎn)換，完成對(duì)電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償及諧波抑制。降低電力系統(tǒng)損耗，節(jié)能效果明顯，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)具有重大的實(shí)際意義。
[0023]該控制系統(tǒng)利用了對(duì)兩相磁性材料磁特性的轉(zhuǎn)換的功能，使變壓器自身具有抑制直流偏磁的能力。克服了傳統(tǒng)的抑制直流偏磁方法所帶來(lái)的不足，保證了變壓器中性點(diǎn)的可靠接地，提高了電力網(wǎng)及變壓器安全運(yùn)行的可靠性，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)具有重大的實(shí)際意義。
【權(quán)利要求】
1.一種兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，與具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器(10)相連接，其特征在于:所述系統(tǒng)主要由與電網(wǎng)三相電源(I)連接的等效阻抗(2)、PWM可控整流器(3)、電容(4)、單相逆變器(5)、正向充磁控制接觸器(6)、反向充磁控制接觸器(J)，退磁控制接觸器(8)構(gòu)成，等效阻抗(2)連接PWM可控整流器(3)，PWM可控整流器(3)連接單相逆變器(5)，正向充磁控制接觸器(6)及反向充磁控制接觸器(7)與PWM可控整流器(3)相連，退磁控制接觸器(8)連接單相逆變器(5)，單相逆變器(5)與電容(4)并聯(lián)后連接補(bǔ)償控制繞組(12) ；PWM可控整流器(3)、單相逆變器(5)、正向充磁控制接觸器(6)、反向充磁控制接觸器(7)、退磁控制接觸器(8)均與CPU (9)相連接；具有直流偏磁補(bǔ)償功能的變壓器(10)內(nèi)設(shè)有兩相磁性材料(11)、補(bǔ)償控制繞組(12)和霍爾電流傳感器(13)，補(bǔ)償控制繞組(12)繞制在兩相磁性材料(11)上并與控制系統(tǒng)相連，霍爾電流傳感器(13)與CPU (9)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，其特征在于:PWM可控整流器(3)是由第一 IGBT (14)與第一續(xù)流二極管(15)構(gòu)成的三相橋式連接組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼具直流偏磁及無(wú)功補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，其特征在于:單相逆變器(5)是由第二 IGBT (16)與第二續(xù)流二極管(17)構(gòu)成的單相橋式連接組 成。
【文檔編號(hào)】H01F27/38GK104022698SQ201410279706
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】白保東, 陳志偉, 于江華, 胡召富, 趙曉旋, 王禹 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)