本實(shí)用新型涉及配電變壓器的電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，具體講涉及一種無弧有載自動(dòng)調(diào)壓配電變壓器裝置。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)中有載調(diào)壓變壓器的應(yīng)用越來越廣泛，它在提高系統(tǒng)電壓質(zhì)量和供電可靠性方面的作用可謂舉足輕重。但傳統(tǒng)的有載調(diào)壓變壓器是由機(jī)械式有載分接開關(guān)調(diào)整其分接頭和相關(guān)的電動(dòng)部件完成的，分接開關(guān)帶負(fù)荷切換時(shí)產(chǎn)生較大的電弧，容易燒蝕觸頭造成油污染，影響變壓器的絕緣特性和使用壽命。電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)容易出現(xiàn)故障，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其故障率約占分接開關(guān)故障的80％，維護(hù)工作量大，制約了變壓器有載調(diào)壓作用的發(fā)揮。

配電變壓器自動(dòng)調(diào)壓技術(shù)目前存在兩方面問題：一是在電力系統(tǒng)無功功率充足的情況下，配電變壓器采用有載自動(dòng)調(diào)壓是穩(wěn)定電壓的最有效的方式，有載調(diào)壓分接開關(guān)是自動(dòng)調(diào)壓變壓器的主要裝置，現(xiàn)有的分接開關(guān)絕大多數(shù)為機(jī)械式有觸點(diǎn)開關(guān)，這種開關(guān)不僅切換時(shí)伴有電弧的產(chǎn)生，機(jī)械觸頭容易損壞，而且調(diào)節(jié)速度慢，不能頻繁操作，因此限制了這種開關(guān)的應(yīng)用范圍。二是常規(guī)含有繞組抽頭調(diào)節(jié)的配電變壓器調(diào)節(jié)精度不高，約為給定電壓的2.5％，在正負(fù)各三級(jí)繞組抽頭的情況下，配電變壓器的調(diào)節(jié)范圍約為其給定電壓的-7.5％～7.5％。

目前，也有少量采用電力電子器件開關(guān)模塊控制變壓器調(diào)壓繞組來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的相關(guān)專利，但是這些專利一方面存在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來困難的問題，另一方面存在正常狀態(tài)下電力電子器件一直處于工作狀態(tài)，存在能量損耗、持續(xù)驅(qū)動(dòng)及抗擾動(dòng)能力差等問題。

因此，需要提供一種技術(shù)方案來滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種無弧有載自動(dòng)調(diào)壓配電變壓器裝置，其包括：低壓側(cè)和高壓側(cè)；低壓側(cè)包括低壓繞組，高壓側(cè)包括：N個(gè)調(diào)壓繞組、N個(gè)開關(guān)模塊、高壓繞組和調(diào)壓控制模塊，每一調(diào)壓繞組與每一開關(guān)模塊并聯(lián)；高壓繞組和N個(gè)開關(guān)模塊串聯(lián)。開關(guān)模塊包括：切換開關(guān)、電子開關(guān)單元和常閉開關(guān)。

切換開關(guān)包括：磁保持繼電器或帶有四個(gè)端子的位置切換開關(guān)。

位置切換開關(guān)中的一個(gè)位置切換開關(guān)的兩個(gè)端子的一端與調(diào)壓繞組的一端相連，其另兩個(gè)端子分別與開關(guān)模塊中對(duì)外串接的兩個(gè)端子相連；

位置切換開關(guān)中的另一位置切換開關(guān)中兩個(gè)端子與調(diào)壓繞組的另一端相連，其另外兩個(gè)端子分別與開關(guān)模塊對(duì)外串接的兩個(gè)端子相連；電子開關(guān)單元和常閉開關(guān)的兩端分別與開關(guān)模塊對(duì)外串接的兩個(gè)端子相連。

電子開關(guān)單元的對(duì)外連接端與壓敏電阻的兩端相連；壓敏電阻與兩個(gè)反向并接的晶閘管并聯(lián)。

電子開關(guān)單元的一個(gè)對(duì)外連接端分別與二極管的陰極和絕緣柵雙極型晶體管的集電極相連；電子開關(guān)單元的另一對(duì)外連接端分別與另一二極管的陰極和另一絕緣柵雙極型晶體管的集電極相連；上述兩個(gè)二極管的陽極分別與上述兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極相連；二極管的陽極與另一二極管的陽極相連，絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與另一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極相連。

電子開關(guān)單元的一個(gè)對(duì)外連接端分別與二極管的陰極和絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極相連；電子開關(guān)單元的另一對(duì)外連接端分別與另一二極管的陰極和另一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極相連；上述兩個(gè)二極管的陽極分別與上述兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的集電極相連；二極管的陽極與另一二極管的陽極相連，絕緣柵雙極型晶體管的集電極與另一絕緣柵雙極型晶體管的集電極相連。

電子開關(guān)單元的兩個(gè)對(duì)外連接端之間，設(shè)有兩條并聯(lián)的二極管支路；一條二極管支路設(shè)有兩個(gè)陰極反向?qū)拥亩O管，另一二極管支路設(shè)有兩個(gè)陽極反向?qū)拥亩O管；陰極反向?qū)拥膬蓚€(gè)二極管的陰極分別與絕緣柵雙極型晶體管的集電極相連，陽極反向?qū)拥膬蓚€(gè)二極管的陽極分別與絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極相連。

調(diào)壓控制模塊包括：與取電單元相連的運(yùn)算控制單元，以及同運(yùn)算控制單元相連的測(cè)量單元和觸發(fā)輸出單元。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本實(shí)用新型通過改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及調(diào)壓方式，使調(diào)壓繞組矢量串入高壓繞組內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓功能。

2、本實(shí)用新型所提供的調(diào)壓原理可以實(shí)現(xiàn)變壓器的分相調(diào)壓功能和依據(jù)低壓側(cè)電壓實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)壓功能。

3、本實(shí)用新型簡(jiǎn)化了設(shè)備配置，減小了配電變壓器的體積和不必要的成本。

4、本實(shí)用新型消除了原有電動(dòng)開關(guān)機(jī)構(gòu)的隱患，更易于通過軟件控制快速完成選擇和切換，并有效延長了開關(guān)的使用壽命。

5、本實(shí)用新型所用的電子開關(guān)單元在正常工作狀態(tài)下不串入高壓側(cè)繞組，故沒有驅(qū)動(dòng)和功率損耗。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中一相電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型開關(guān)模塊和調(diào)壓繞組的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型調(diào)壓控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的電子開關(guān)單元形式1；

圖5為本實(shí)用新型的電子開關(guān)單元形式2；

圖6為本實(shí)用新型的電子開關(guān)單元形式3；

圖7為本實(shí)用新型的電子開關(guān)單元形式4；

圖8為本實(shí)用新型調(diào)壓繞組投入或退出的邏輯示意圖；

圖9為本實(shí)用新型變壓器的調(diào)壓過程流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種高精度無弧有載自動(dòng)調(diào)壓配電變壓器包括：變壓器高壓繞組、變壓器低壓繞組、n個(gè)調(diào)壓繞組、n個(gè)開關(guān)模塊、一個(gè)控制模塊。其中n是正整數(shù)(一般為2或3)，且每一調(diào)壓繞組都與一個(gè)開關(guān)模塊連接。

如圖2所示，開關(guān)模塊均包括：兩個(gè)位置切換開關(guān)(或有類似切換功能的開關(guān))K1和K2，一個(gè)電子開關(guān)單元K3，一個(gè)常閉開關(guān)K4；開關(guān)模塊一端與調(diào)壓繞組連接，另一端E1和E2串接在高壓繞組內(nèi)；開關(guān)模塊的位置切換開關(guān)K1和K2的A1、A2端子都與E1相連接，D1和D2端子都與E2相連接；開關(guān)模塊的位置切換開關(guān)K1的B1和C1端子與調(diào)壓繞組的X1端相連，開關(guān)模塊的位置切換開關(guān)K2的B2和C2端子與調(diào)壓繞組的X2端相連；開關(guān)模塊的電子開關(guān)單元K3的一端與E1相連接，另一端與E2相連接；開關(guān)模塊的常閉開關(guān)K4的一端與E1相連接，另一端與E2相連接。

如圖3所示，控制模塊主要包括：取電單元、測(cè)量單元、運(yùn)算控制單元和觸發(fā)輸出單元，本實(shí)施例的有載調(diào)壓變壓器可根據(jù)配電變壓器所在配電網(wǎng)的電壓波動(dòng)實(shí)際情況，以控制低壓側(cè)輸出電壓在給定范圍內(nèi)為目標(biāo)，通過控制開關(guān)模塊的開斷邏輯，可以使調(diào)壓繞組正向、反向或短路接入高壓繞組，改變高壓繞組的等效繞組匝數(shù)，從而在大范圍內(nèi)穩(wěn)定配電變壓器低壓側(cè)的電壓輸出。在有載變壓器開關(guān)模塊的任何一次調(diào)壓轉(zhuǎn)換過程中，首先使電子開關(guān)單元K3導(dǎo)通，然后再調(diào)節(jié)位置切換開關(guān)或常閉開關(guān)K4的通斷，從而消除了轉(zhuǎn)換過程中電弧的產(chǎn)生。

同時(shí)，本實(shí)用新型提供了一種確定配電變壓器有載調(diào)壓裝置的調(diào)壓范圍、調(diào)壓級(jí)數(shù)、調(diào)壓繞組數(shù)量、調(diào)壓步長、調(diào)壓繞組匝數(shù)之間關(guān)系的方法,形成了變壓器調(diào)壓繞組矢量的投入或退出的邏輯方法及變壓器調(diào)壓流程。該方法根據(jù)需要調(diào)節(jié)電壓的范圍和調(diào)壓繞組的數(shù)量，確定電壓調(diào)節(jié)的步長，從而確定調(diào)壓繞組的匝數(shù)。由于變壓器的調(diào)壓級(jí)數(shù)隨著調(diào)壓繞組個(gè)數(shù)的增加而呈指數(shù)倍的增加，依據(jù)該方法在給定電壓調(diào)節(jié)步長的前提下，通過增加調(diào)壓繞組的數(shù)量，大幅增大電壓調(diào)節(jié)范圍；在任意給定的調(diào)壓范圍前提下，通過增加調(diào)壓繞組的數(shù)量，可以大幅減小電壓調(diào)節(jié)步長，增加調(diào)節(jié)精度。

在本實(shí)施例中，通過控制開關(guān)模塊各個(gè)開關(guān)的通斷狀態(tài)，一方面可以使其對(duì)應(yīng)連接的調(diào)壓繞組矢量串接入高壓繞組中，從而改變高壓繞組的等效匝數(shù)，另一方面，可以通過電子開關(guān)單元的動(dòng)作消除調(diào)壓過程中電弧的產(chǎn)生。

以圖2所示的開關(guān)模塊和調(diào)壓繞組為例：

情形1，導(dǎo)通電子開關(guān)單元K3，導(dǎo)通開關(guān)K4，然后再斷開電子開關(guān)單元K3，此時(shí)電流直接從端子E1經(jīng)K4流向端子E2，相當(dāng)于調(diào)壓繞組被短接，即該開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組沒有接入高壓繞組，配電變壓器高壓側(cè)等效繞組匝數(shù)不變。

情形2，導(dǎo)通電子開關(guān)單元K3，斷開開關(guān)K4，并將位置切換開關(guān)K1切至A1-C1導(dǎo)通，將位置切換開關(guān)K2切至B2-D2導(dǎo)通，斷開電子開關(guān)單元K3，此時(shí)電流從端子E1經(jīng)A1-C1-B2-D2流向端子E2，此時(shí)相當(dāng)于該開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組從端子E1端至E2端接入，即調(diào)壓繞組正向串接入高壓繞組，配電變壓器高壓側(cè)等效繞組匝數(shù)增加。

情形3，導(dǎo)通電子開關(guān)單元K3，斷開開關(guān)K4，并將位置切換開關(guān)K1切至B1-D1導(dǎo)通，將位置切換開關(guān)K2切至A2-C2導(dǎo)通，斷開電子開關(guān)單元K3，此時(shí)電流從端子E1經(jīng)A2-C2-B1-D1流向端子E2，此時(shí)相當(dāng)于該開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組從端子E2端至E1端接入，即調(diào)壓繞組反向串接入高壓繞組，配電變壓器高壓側(cè)等效繞組匝數(shù)減少。

通過開關(guān)模塊中各個(gè)開關(guān)通斷的配合，可以將該開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組以正向、反向或短接的方式引入高壓繞組，實(shí)現(xiàn)增加、減少或保持原有高壓繞組等效繞組匝數(shù)的目的。通過多個(gè)調(diào)壓繞組及開關(guān)模塊的聯(lián)合使用，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓繞組數(shù)量級(jí)數(shù)倍的調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)，大大增大了配電變壓器的電壓調(diào)節(jié)范圍和精度，使得負(fù)載端電壓的波動(dòng)維持在合理的范圍內(nèi)。

作為一種具體的實(shí)施方法，調(diào)壓繞組的繞制方向與高壓繞組的繞制方向相同。

以圖2所示的開關(guān)模塊和調(diào)壓繞組為例，當(dāng)調(diào)壓繞組的繞制方向與高壓繞組的繞制方向相同時(shí)，調(diào)壓繞組的1端的極性與高壓繞組的極性相同，當(dāng)開關(guān)K4導(dǎo)通，然后此時(shí)電流直接從端子E1經(jīng)K4流向端子E2，相當(dāng)于調(diào)壓繞組被短路，即該開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組沒有串接入高壓繞組，配電變壓器高壓側(cè)等效繞組匝數(shù)不變。

當(dāng)開關(guān)K4斷開，位置切換開關(guān)K1切至A1-C1導(dǎo)通，位置切換開關(guān)K2切至B2-D2導(dǎo)通，此時(shí)電流從端子E1經(jīng)A1-C1-B2-D2流向端子E2，此時(shí)相當(dāng)于該開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組從端子E1端至E2端接入，即調(diào)壓繞組正向串接入高壓繞組，配電變壓器高壓側(cè)等效繞組匝數(shù)增加。當(dāng)開關(guān)K4斷開，位置切換開關(guān)K1切至B1-D1導(dǎo)通，位置切換開關(guān)K2切至A2-C2導(dǎo)通，此時(shí)電流從端子E1經(jīng)A2-C2-B1-D1流向端子E2，此時(shí)相當(dāng)于該開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組從端子E2端至E1端接入，即調(diào)壓繞組反向串接入高壓繞組，配電變壓器高壓側(cè)等效繞組匝數(shù)減少。

如圖2所示，在開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的位置切換開關(guān)，其有四個(gè)端子，功能為將其四個(gè)端子中的兩個(gè)端子的導(dǎo)通狀態(tài)變換為另外兩個(gè)端子導(dǎo)通，而不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的情形，比如位置切換開關(guān)K1，其只可能是A1-C1之間導(dǎo)通或B1-D1之間導(dǎo)通，或者在兩者之間變換，如A1-C1之間導(dǎo)通變換為B1-D1之間導(dǎo)通，而不會(huì)有其他狀態(tài)。該位置切換開關(guān)在具體實(shí)施時(shí)可以是磁保持繼電器。

如圖3所示的調(diào)壓控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖，調(diào)壓控制模塊主要包括取電單元、測(cè)量單元、運(yùn)算控制單元、觸發(fā)輸出單元。取電單元引接至高壓繞組(如圖2所示)，通取電變壓器T為整個(gè)控制模塊提供電能。測(cè)量單元主要用于測(cè)量變壓器低壓側(cè)的輸出電壓，為調(diào)壓變壓器的調(diào)壓提供參考，通常為以低壓側(cè)額定電壓為調(diào)整目標(biāo)。

給定電壓是變壓器的輸出目標(biāo)電壓，依據(jù)變壓器低壓側(cè)出口端和低壓線路末端的電壓都在合格范圍內(nèi)而設(shè)定的，通常為額定電壓。

運(yùn)算控制單元為根據(jù)測(cè)量單元提供的當(dāng)前低壓側(cè)電壓與給定電壓的差值，計(jì)算高壓側(cè)應(yīng)該調(diào)整的繞組匝數(shù)，生成預(yù)期的調(diào)壓繞組狀態(tài)矩陣和調(diào)壓邏輯。觸發(fā)輸出單元，根據(jù)運(yùn)算控制單元生成的調(diào)壓邏輯，按時(shí)序輸出響應(yīng)的控制信號(hào)，導(dǎo)通或關(guān)斷相應(yīng)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓繞組按調(diào)壓邏輯以正向、反向或短路的方式串接入高壓側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓目的。

如圖4所示，作為開關(guān)模塊中電子開關(guān)單元K3的一種具體的實(shí)施方式，電子開關(guān)單元K3包括兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管SCR1、晶閘管SCR2和一個(gè)壓敏電阻R1，晶閘管SCR1的陽極分別與晶閘管SCR2的陰極和壓敏電阻R1的一端相連，晶閘管SCR2的陽極分別與晶閘管SCR1的陰極和壓敏電阻R1的另一端相連，兩個(gè)公共連接端P和Q分別作為電子開關(guān)單元K3的對(duì)外連接端。由于上述兩個(gè)晶閘管能夠在控制信號(hào)的作用下實(shí)現(xiàn)各自的導(dǎo)通或關(guān)斷，因而能夠?qū)崿F(xiàn)電子開關(guān)單元K3在不同條件下的雙向通斷功能。在該開關(guān)單元中，與兩個(gè)晶閘管并聯(lián)的壓敏電阻R1用于限制晶閘管兩端的電壓，保護(hù)晶閘管。

如圖5所示，作為開關(guān)模塊中電子開關(guān)單元K3的另一種具體實(shí)施方式，電子開關(guān)單元K3包括：兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)T1、T2和兩個(gè)二極管D1、D2，絕緣柵雙極型晶體管T1的發(fā)射極分別與絕緣柵雙極型晶體管T2的發(fā)射極、二極管D1的陽極、二極管D2的陽極相連，絕緣柵雙極型晶體管T1的集電極和二極管D2的陰極分別與外部公共連接端P相連，絕緣柵雙極型晶體管T2的集電極和二極管D1的陰極分別與外部公共連接端Q相連。

如圖6所示，作為開關(guān)模塊中電子開關(guān)單元K3的又一種具體實(shí)施方式，電子開關(guān)單元包括：兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)T3、T4和兩個(gè)二極管D3、D4，絕緣柵雙極型晶體管T3的集電極分別與絕緣柵雙極型晶體管T4的集電極、二極管D1的陽極、二極管D2的陽極相連，絕緣柵雙極型晶體管T3的發(fā)射極和二極管D4的陰極分別與外部公共連接端P相連，絕緣柵雙極型晶體管T4的發(fā)射極和二極管D3的陰極分別與外部公共連接端Q相連。

如圖7所示，作為開關(guān)模塊中電子開關(guān)單元K3的再一種具體實(shí)施方式，電子開關(guān)單元包括：絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)T5和四個(gè)二極管D5、D6、D7、D8，絕緣柵雙極型晶體管T5的集電極分別與二極管D5的陰極、二極管D6的陰極相連，絕緣柵雙極型晶體管T5的發(fā)射極分別與二極管D7的陽極、二極管D8的陽極相連，外部公共連接端P分別與二極管D7的陰極、二極管D5的陽極相連，外部公共連接端Q分別與二極管D8的陰極、二極管D6的陽極相連。

在開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組在高壓側(cè)的串接狀態(tài)的每一次變換過程中，比如從正向串入變換為短路接入狀態(tài)、從正向串入變換為反向接入狀態(tài)、從短路接入狀態(tài)變換為反向接入狀態(tài)、反向接入狀態(tài)變換為短路接入狀態(tài)，開關(guān)模塊中首先導(dǎo)通的都是電子開關(guān)單元K3，然后其他開關(guān)K1，K2和K4根據(jù)調(diào)壓繞組需要接入高壓側(cè)的狀態(tài)切換或?qū)?，最后電子開關(guān)單元K3斷開，一個(gè)變換過程結(jié)束，電子開關(guān)單元K3在整個(gè)調(diào)壓繞組的順串、反串和短接的切換過程中起到過渡作用。

從圖4到圖7的4種電子開關(guān)單元K3的具體實(shí)施方式中，由于采用了IGBT和晶閘管等電子開關(guān)，特別是IGBT具有開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性好、驅(qū)動(dòng)功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，使得K3不僅具有良好的開關(guān)特性，還具備了在過渡過程中消除了常規(guī)開關(guān)電弧的產(chǎn)生。

如圖2所示的高低壓繞組及調(diào)壓繞組只是實(shí)際應(yīng)用中配電變壓器三相繞組中的一相的調(diào)壓示意連接圖，其他兩相的連接方式和圖2相同。

本實(shí)用新型提供了一種確定配電變壓器有載調(diào)壓裝置的調(diào)壓范圍、調(diào)壓級(jí)數(shù)(直接決定調(diào)壓精度)、調(diào)壓繞組數(shù)量、調(diào)壓步長、調(diào)壓繞組匝數(shù)之間關(guān)系的方法。由于配電變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)的電壓之比與高低壓繞組的匝數(shù)成正比，因此通過調(diào)節(jié)高壓側(cè)等效繞組，可以調(diào)節(jié)低壓側(cè)的電壓到一個(gè)合理的范圍。配電變壓器的調(diào)壓范圍U_H-U_L、調(diào)壓級(jí)數(shù)K、調(diào)壓繞組數(shù)量N、調(diào)壓繞組匝數(shù)M是一個(gè)互為影響的關(guān)系，其中U_H,U_L為高壓側(cè)在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的最高電壓和最低電壓。比如，高壓側(cè)的調(diào)壓級(jí)數(shù)K與調(diào)壓繞組數(shù)量N有關(guān)，高壓側(cè)調(diào)壓范圍U_H-U_L等于調(diào)壓級(jí)數(shù)K與調(diào)壓基本步長Ui的乘積,調(diào)壓基本步長Ui與調(diào)壓繞組匝數(shù)M有關(guān)。

下面首先確定調(diào)壓級(jí)數(shù)K與調(diào)壓繞組數(shù)量N的關(guān)系：

假設(shè)調(diào)壓繞組個(gè)數(shù)為N＝3，通過每一個(gè)調(diào)壓繞組對(duì)應(yīng)的開關(guān)模塊的變換可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓繞組順串、反串以及短接接入高壓繞組，即開關(guān)模塊的狀態(tài)與對(duì)應(yīng)調(diào)壓繞組的接入狀態(tài)密切相關(guān)，每一個(gè)開關(guān)模塊的狀態(tài)都對(duì)應(yīng)著不同的高壓側(cè)總的等效繞組匝數(shù)。

為了描述方便，根據(jù)公式(1)定義開關(guān)模塊的狀態(tài)函數(shù)Si：當(dāng)開關(guān)K4斷開，位置切換開關(guān)K1切至A1-C1導(dǎo)通，位置切換開關(guān)K2切至B2-D2導(dǎo)通，此時(shí)電流從端子E1經(jīng)A1-C1-B2-D2流向端子E2，此時(shí)相當(dāng)于該開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組從端子X1端至X2端接入，即調(diào)壓繞組正向串接入高壓繞組，Si＝1；當(dāng)開關(guān)K4導(dǎo)通，電流直接從端子E1經(jīng)K4流向端子E2，相當(dāng)于調(diào)壓繞組被短路時(shí)，Si＝0；當(dāng)開關(guān)K4斷開，位置切換開關(guān)K1切至B1-D1導(dǎo)通，位置切換開關(guān)K2切至A2-C2導(dǎo)通，此時(shí)電流從端子E1經(jīng)A2-C2-B1-D1流向端子E2，此時(shí)相當(dāng)于該開關(guān)模塊對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組從端子X2端至X1端接入，即調(diào)壓繞組反向串接入高壓繞組,Si＝-1。

由于每一個(gè)調(diào)壓繞組對(duì)應(yīng)的開關(guān)模塊都存在三種不同的狀態(tài)將調(diào)壓繞組接入，因此為了能表征所有情況，以公式(1)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了3個(gè)調(diào)壓繞組的調(diào)壓狀態(tài)矩陣，當(dāng)調(diào)壓線圈的個(gè)數(shù)為N＝2時(shí)，調(diào)壓級(jí)數(shù)的級(jí)數(shù)為9；如(2)式所示，當(dāng)調(diào)壓線圈的個(gè)數(shù)為N＝3時(shí)，調(diào)壓級(jí)數(shù)的級(jí)數(shù)為27；該狀態(tài)矩陣包括了3個(gè)調(diào)壓繞組的全部可能的接入狀態(tài)。

從而可知，當(dāng)調(diào)壓線圈的個(gè)數(shù)為N＝4時(shí)，調(diào)壓級(jí)數(shù)的級(jí)數(shù)為81；當(dāng)調(diào)壓線圈的個(gè)數(shù)為N時(shí)，調(diào)壓級(jí)數(shù)的級(jí)數(shù)為3^N，則N個(gè)調(diào)壓線圈全部可能的接入狀態(tài)矩陣為：

調(diào)壓級(jí)數(shù)K與調(diào)壓繞組個(gè)數(shù)N的關(guān)系為：

K＝3^N(N＝1，2，3) (4)

調(diào)壓基本步長：

假設(shè)高壓側(cè)基本繞組匝數(shù)為M₀，高壓側(cè)給定電壓為U₀，調(diào)壓基本步長U_i對(duì)應(yīng)的繞組的匝數(shù)為M_i:

假定M_i＝0.01M₀，0.01為基礎(chǔ)調(diào)壓倍數(shù)；當(dāng)調(diào)壓線圈的個(gè)數(shù)為N＝3時(shí)，由于式(4)可知，調(diào)壓級(jí)數(shù)對(duì)應(yīng)公式的底數(shù)為3，因此不同調(diào)壓繞組的倍數(shù)關(guān)系也應(yīng)為3，三個(gè)調(diào)壓繞組的匝數(shù)分別為0.01M₀，0.03M₀，0.09M₀，用矩陣表示調(diào)壓繞組M與高壓側(cè)基本繞組匝數(shù)M₀的關(guān)系為：

T為對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣，則N個(gè)調(diào)壓線圈的系數(shù)矩陣T₀為：

由于高壓等效繞組匝數(shù)為高壓側(cè)基本繞組匝數(shù)與接入調(diào)壓繞組的匝數(shù)之和，根據(jù)式(2)和(7)可以用矩陣的形式計(jì)算出高壓繞組的等效繞組匝數(shù)，則當(dāng)調(diào)壓線圈的個(gè)數(shù)為N＝3時(shí)，高壓側(cè)等效繞組匝數(shù)Meq為：

從式(8)可知，三個(gè)調(diào)壓繞組矢量的接入高壓繞組后，高壓側(cè)等效繞組有27個(gè)可調(diào)級(jí)，匝數(shù)變化范圍為原有高壓繞組匝數(shù)的87％-113％，即在原有高壓匝數(shù)的基礎(chǔ)上變化-13％-13％，從而配電變壓器低壓側(cè)輸出電壓的變化范圍也為給定電壓的87％-113％。

由于調(diào)壓配電變壓器的調(diào)節(jié)目標(biāo)為保持低壓側(cè)電壓穩(wěn)定，因此也可以認(rèn)為在高壓側(cè)在給定電壓的87％-113％范圍內(nèi)，調(diào)壓變壓器能夠保持低壓側(cè)電壓為恒定給定輸出電壓。

從本實(shí)施案例，我們可看出，當(dāng)調(diào)壓范圍給定時(shí)，只要增加調(diào)壓繞組的數(shù)量，就能增加調(diào)壓級(jí)數(shù)，增加調(diào)節(jié)精度，同時(shí)減小基礎(chǔ)調(diào)壓倍數(shù)；當(dāng)調(diào)壓繞組數(shù)量給定時(shí)，調(diào)壓級(jí)數(shù)也就定了，只要增加基礎(chǔ)調(diào)壓倍數(shù)，就能大幅增加調(diào)壓的范圍，這為針對(duì)不同需求而開發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品指明了方向。

本實(shí)用新型提供了一種在已確定調(diào)壓繞組數(shù)量和匝數(shù)的前提下，根據(jù)調(diào)壓變化需求確定調(diào)壓繞組矢量的投入或退出的邏輯方法及變壓器的調(diào)壓流程。配電變壓器自動(dòng)調(diào)壓的目的是通過調(diào)整高壓側(cè)的等效匝數(shù)來保持低壓側(cè)電壓的穩(wěn)定，因此不同的高壓側(cè)電壓對(duì)應(yīng)不同的調(diào)壓等效匝數(shù)，調(diào)壓過程就是不同繞組的投入或退出的過程。

如圖8所示，仍以調(diào)壓繞組的個(gè)數(shù)N＝3，調(diào)壓繞組的匝數(shù)分別為0.01M₀，0.03M₀，0.09M₀為例來說明變壓器的調(diào)壓邏輯；由式(2)和(8)可知，式(8)中每一個(gè)高壓側(cè)的等效匝數(shù)都對(duì)應(yīng)式(2)中一個(gè)調(diào)壓狀態(tài)矩陣，來反映不同調(diào)壓繞組的投入或退出狀態(tài)，比如式(8)中等效匝數(shù)為0.93M₀時(shí)，對(duì)應(yīng)的調(diào)壓狀態(tài)矩陣為[-1,1,-1]，1.01M₀對(duì)應(yīng)的調(diào)壓狀態(tài)矩陣為[1,0,0]；若根據(jù)調(diào)壓需求，對(duì)應(yīng)等效繞組需要從0.93M₀變?yōu)?.01M₀時(shí)，只需將對(duì)應(yīng)的調(diào)壓狀態(tài)矩陣從[-1,1,-1]調(diào)為[1,0,0]，對(duì)應(yīng)0.01M₀調(diào)壓繞組的狀態(tài)量由-1變?yōu)?，即該調(diào)壓繞組由反向串入狀態(tài)變?yōu)檎虼霠顟B(tài)，但由于電子開關(guān)支路的短路過渡過程，其實(shí)際變換過程為狀態(tài)量由-1變?yōu)?，接著再變?yōu)?，即該調(diào)壓繞組由反向串入狀態(tài)變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，接著在變位正向串入狀態(tài)；對(duì)應(yīng)0.03M₀調(diào)壓繞組的狀態(tài)量由1變?yōu)?，即該調(diào)壓繞組由正向串入狀態(tài)變?yōu)槎搪窢顟B(tài)；對(duì)應(yīng)0.09M₀調(diào)壓繞組的狀態(tài)量由-1變?yōu)?，即該調(diào)壓繞組由反向串入狀態(tài)變?yōu)槎搪窢顟B(tài)；其先后順序?yàn)閺臓顟B(tài)矩陣最左側(cè)變量對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組先變換狀態(tài)，依次向右側(cè)變量對(duì)應(yīng)的調(diào)壓繞組接著變換狀態(tài)，直到最后一個(gè)。

如圖9所示，為變壓器有載調(diào)壓過程流程圖。其步驟為：首先判斷低壓側(cè)輸出電壓與給定電壓的差值是否大于低壓側(cè)對(duì)應(yīng)的調(diào)壓步長(該調(diào)壓步長為高壓側(cè)調(diào)壓步長Ui與變壓器變比的比值，如圖8示例中，Ui＝0.01*10kV＝100V,那么此時(shí)低壓側(cè)對(duì)應(yīng)調(diào)壓步長就為100V/10/0.4＝4V)，如果大于該調(diào)壓步長，判斷當(dāng)前高壓側(cè)各個(gè)調(diào)壓繞組對(duì)應(yīng)的狀態(tài)矩陣S，根據(jù)低壓側(cè)當(dāng)前電壓與給定電壓的差值，計(jì)算將當(dāng)前低壓側(cè)電壓調(diào)整為給定電壓時(shí)高壓側(cè)各個(gè)調(diào)壓繞組對(duì)應(yīng)的狀態(tài)矩陣S’；然后判斷調(diào)壓繞組的狀態(tài)矩陣S和S’對(duì)應(yīng)的第一位(矩陣最左側(cè)位)狀態(tài)量是否有變化，如果有變化，則根據(jù)該狀態(tài)位的變化形成對(duì)應(yīng)調(diào)壓繞組的開關(guān)控制邏輯，如果沒有變化，則繼續(xù)判斷狀態(tài)矩陣S和S’對(duì)應(yīng)的第二位狀態(tài)量是否有變化，如果有變化，則根據(jù)該狀態(tài)位的變化形成對(duì)應(yīng)調(diào)壓繞組的開關(guān)控制邏輯，如果沒有變化，則繼續(xù)向右判斷下一位，直至最后一位。最后，判斷狀態(tài)矩陣S和S’對(duì)比結(jié)束后，根據(jù)以上形成各個(gè)調(diào)壓繞組的開關(guān)控制邏輯，依次動(dòng)作控制開關(guān)，按照從左至右，亦即先調(diào)節(jié)匝數(shù)少的調(diào)壓繞組，后調(diào)節(jié)匝數(shù)多的調(diào)壓繞組的順序，調(diào)整各個(gè)調(diào)壓繞組的串接狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓目的，結(jié)束此次調(diào)壓過程。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。