本發(fā)明涉及配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三繞組柔性有載調(diào)壓變壓器、低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著電力電子用電裝置的接入、分布式可再生能源的電源的推廣，配電網(wǎng)電能質(zhì)量面臨諸多挑戰(zhàn)。配電網(wǎng)中可再生發(fā)電裝置的接入使得配電網(wǎng)由無源網(wǎng)絡(luò)變成有源網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)中的電力潮流由單相流動(dòng)變成了雙向流動(dòng)。在無源配電網(wǎng)中，線路末端的電壓往往低于線路始端電壓，而在有源配電網(wǎng)中，線路始端、末端電壓間關(guān)系由可再生能源發(fā)電功率和用電功率共同決定，因此可再生能源間歇性出力特性使得配電網(wǎng)電壓幅值出現(xiàn)間歇性變化，可再生能源出力較大時(shí)，配電網(wǎng)電壓幅值較高，反之較低，嚴(yán)重威脅配電網(wǎng)中用電設(shè)備安全。

有載調(diào)壓變壓器能夠通過改變變壓器一次側(cè)分接頭來改變二次側(cè)的輸出電壓幅值，但這種方法會(huì)增加一次側(cè)的無功需求，且調(diào)節(jié)精度、調(diào)節(jié)速度有限，不適用于具有多頻率尺度功率變化特性的有源配電網(wǎng)。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(dvr)具有短時(shí)間內(nèi)補(bǔ)償電壓波動(dòng)的能力，但由于dvr在工作時(shí)既需要輸出無功又需要輸出有功，因此dvr需要配備一定容量的儲(chǔ)能裝置，增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本和維護(hù)成本。因此，為快速調(diào)節(jié)有源配電網(wǎng)電壓波動(dòng)，急需一種低成本、高可靠性的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種三繞組柔性有載調(diào)壓變壓器、低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法，有載調(diào)壓部分主要由半導(dǎo)體器件組成，不存在機(jī)械動(dòng)作結(jié)構(gòu)，響應(yīng)速度快，運(yùn)行穩(wěn)定。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種三繞組柔性有載調(diào)壓變壓器，包括一次繞組第一繞組、二次繞組第二繞組及二次繞組第三繞組，其中所述第二繞組的容量大于所述第三繞組；所述第三繞組依次連接交流-直流-交流變換器和耦合變壓器。

所述第一繞組采用y型接線，第二繞組采用y型接線，第三繞組采用三角型接線。

三個(gè)繞組的輸出電壓比為35/10/0.38kv，容量比為100/100/15。

所述交流-直流-交流變換器包括依次連接的不控整流器部分、直流電容及逆變器部分；不控整流用來將第三繞組輸出的交流電變?yōu)橹绷麟?；直流電容用來?chǔ)存直流電能、平抑直流電壓波動(dòng)；逆變器部分將直流電逆變?yōu)榻涣麟姟?/p>

所述耦合變壓器一次側(cè)分別串聯(lián)接入a、b、c相，二次側(cè)一端分別與交流-直流-交流變換器相連，二次側(cè)的另一端相連形成y型接線。

所述耦合變壓器一、二次側(cè)變比為4：1。

還包括電壓檢測(cè)單元，所述電壓檢測(cè)單元分別檢測(cè)第二繞組的輸出相電壓和交流-直流-交流變換器的輸出相電壓，并發(fā)送給控制器，所述控制器控制交流-直流-交流變換器中的開關(guān)器件的開關(guān)。

采用所述一種三繞組柔性有載調(diào)壓變壓器的低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)，所述第一繞組連接輸電網(wǎng)，第二繞組連接配電網(wǎng)，第三繞組經(jīng)交流-直流-交流變換器、耦合變壓器串聯(lián)到配電網(wǎng)中；

當(dāng)配電網(wǎng)中電壓幅值較低時(shí)，通過升高交流-直流-交流變換器的輸出電壓使配電網(wǎng)電壓幅值達(dá)到額定值；當(dāng)配電網(wǎng)中電壓幅值較高時(shí)，通過降低交流-直流-交流變換器的輸出電壓使配電網(wǎng)電壓幅值達(dá)到額定值。

所述低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟(1)第一繞組與輸電網(wǎng)相連，第二繞組和第三繞組輸出電壓，直流電容充電；

步驟(2)經(jīng)過設(shè)定時(shí)間后，直流電容電壓穩(wěn)定，啟動(dòng)控制器和電壓檢測(cè)單元；

步驟(3)控制器接收到電壓檢測(cè)信號(hào)并對(duì)第二繞組的輸出相電壓鎖相，計(jì)算a相相位角瞬時(shí)值φ；計(jì)算總參考電壓；計(jì)算交流-直流-交流變換器參考電壓；

步驟(4)交流-直流-交流變換器參考電壓與交流-直流-交流變換器的輸出的實(shí)際相電壓比較并送入調(diào)節(jié)器中計(jì)算；生成脈寬調(diào)制波pwm信號(hào)，對(duì)交流-直流-交流變換器中的開關(guān)器件進(jìn)行控制。

所述步驟(4)中的調(diào)節(jié)器為pi調(diào)節(jié)器。

本發(fā)明的有益效果：

1，快速抑制有源配電網(wǎng)多頻率尺度電壓波動(dòng)。

2，輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)，具有無差調(diào)節(jié)特性。

3，不存在機(jī)械動(dòng)作結(jié)構(gòu)，運(yùn)行可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)；

圖2為本發(fā)明的控制方法；

圖3為本發(fā)明的控制方法流程圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

采用一種三繞組柔性有載調(diào)壓變壓器的低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)，包括三繞組變壓器、交流-直流-交流變換器、耦合變壓器、電壓檢測(cè)單元、控制器，整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

三繞組變壓器包括第一繞組、第二繞組、第三繞組，第一繞組采用y型接線，第二繞組采用y型接線，第三繞組采用三角型接線?？紤]有載調(diào)壓范圍為15％，三繞組輸出電壓比為35/10/0.38kv，容量比為100/100/15。

三繞組變壓器的一次繞組(第一繞組)與輸電網(wǎng)相連，容量大的二次側(cè)線圈(第二繞組)與配電網(wǎng)相連，容量小的二次側(cè)線圈(第三繞組)經(jīng)交流-直流-交流變換器、耦合變壓器串聯(lián)到配電網(wǎng)中。

所述交流-直流-交流變換器部分包括不控整流器部分、直流電容、逆變器部分。不控整流用來將第三繞組輸出的交流電變?yōu)橹绷麟姴⑤敵龅诫娙?，包括輸入濾波電感l(wèi)d1、ld2、ld3二極管d1、d2、d3、d4、d5、d6，不控整流無需外加控制，其工作原理為公知常識(shí)。直流電容為cs1，用來儲(chǔ)存直流電能、平抑直流電壓波動(dòng)。逆變器部分包括可控開關(guān)器件s1、s2、s3、s4、s5、s6，輸出濾波電感l(wèi)s1、ls2、ls3，輸出濾波電容cs1、cs2、cs3，其中開關(guān)器件s1-s6的開關(guān)動(dòng)作由控制器控制。

所述耦合變壓器為ts1、ts2、ts3，一次側(cè)分別串聯(lián)接入a、b、c相，二次側(cè)一端分別與交流-直流-交流變換器相連，二次側(cè)另一端相連形成y型接線方式。耦合變壓器一、二次側(cè)變比為ns：1，為了保證有載調(diào)壓范圍為15％，ns的值為4。

所述電壓檢測(cè)單元分別檢測(cè)第二繞組的輸出相電壓u2a、u2b、u2c和交流-直流-交流變換器的輸出相電壓uca、ucb、ucc，并發(fā)送給控制器。具體電壓檢測(cè)單元原理為業(yè)內(nèi)公知常識(shí)。

所述控制器為數(shù)字信號(hào)處理器，其接收電壓檢測(cè)單元發(fā)送的電壓檢測(cè)信號(hào)，輸出端與開關(guān)器件s1-s6，并控制s1-s6的開通與關(guān)斷。數(shù)字控制器中的控制算法為適用于低壓配電網(wǎng)的三繞組柔性有載調(diào)壓變壓器的控制方法，具體方法將在下文介紹。

采用一種三繞組柔性有載調(diào)壓變壓器的低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法主要包括電壓鎖相方法、總參考電壓計(jì)算方法、交流-直流-交流變換器參考電壓計(jì)算方法、pi調(diào)節(jié)器、pwm生成器，其示意圖如圖2所示。

電壓鎖相方法根據(jù)電壓u2a、u2b、u2c計(jì)算出第二繞組的輸出電壓a相相位角瞬時(shí)值φ，其具體計(jì)算方法為業(yè)內(nèi)公知常識(shí)。

總參考電壓生成算法為公式(1)：

其中，ua*，ub*，uc*為總參考電壓值，u為額定電壓峰值10kv。

交流-直流-交流變換器參考電壓計(jì)算方法為公式(2)：

其中，uca*，ucb*，ucc*為交流-直流-交流變換器參考電壓值。

pi調(diào)節(jié)器可以將uca*，ucb*，ucc*與uca，ucb，ucc間的差值控制為0，保證交流-直流-交流變換器的輸出電壓uca，ucb，ucc與uca*，ucb*，ucc*相同，進(jìn)而保證接入配電網(wǎng)的電壓與額定電壓相同。

pwm生成器將pi調(diào)節(jié)器的輸出與三角載波比較，并輸出用來控制s1-s6的控制信號(hào)。其具體原理為公知常識(shí)。

采用一種三繞組柔性有載調(diào)壓變壓器的低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

(1)三繞組變壓器第一繞組與輸電網(wǎng)相連，第二繞組、第三繞組輸出電壓，電容cs1充電。

(2)經(jīng)過1s，電容電壓穩(wěn)定，啟動(dòng)控制器、電壓檢測(cè)單元。

(3)控制器接收到電壓檢測(cè)信號(hào)并對(duì)u2a、u2b、u2c鎖相，計(jì)算a相相位角瞬時(shí)值φ。

(4)計(jì)算總參考電壓ua*，ub*，uc*。

(5)計(jì)算交流-直流-交流變換器參考電壓uca*，ucb*，ucc*。

(6)參考電壓uca*，ucb*，ucc*與實(shí)際電壓uca，ucb，ucc比較并送入pi調(diào)節(jié)器中計(jì)算。

(7)生成脈寬調(diào)制波pwm信號(hào)。

(8)重復(fù)步驟(2)到(7)。

步驟如圖3流程圖所示。

當(dāng)配電網(wǎng)中電壓幅值較低時(shí)，通過升高交流-直流-交流變換器的輸出電壓使配電網(wǎng)電壓幅值達(dá)到額定值；當(dāng)配電網(wǎng)中電壓幅值較高時(shí)，通過降低交流-直流-交流變換器的輸出電壓使配電網(wǎng)電壓幅值達(dá)到額定值。該裝置能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整配電網(wǎng)電壓幅值，能夠?qū)σ欢ǚ秶鷥?nèi)的電壓幅值波動(dòng)進(jìn)行無差調(diào)節(jié)，該裝置的有載調(diào)壓部分主要由半導(dǎo)體器件組成，不存在機(jī)械動(dòng)作結(jié)構(gòu)，響應(yīng)速度快，運(yùn)行穩(wěn)定。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。