專利名稱：具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力電子領域，特別涉及一種具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)以抑制變壓器的直流偏磁，同時該裝置也可用來實現(xiàn)兩相磁性材料、半硬磁合金的磁特性轉換和應用在可控電抗器中。
背景技術：
隨著電力電子技術，計算機技術和控制理論的迅速發(fā)展，使高壓直流輸電技術日趨完善。在大功率遠距離輸電、海底電纜和交流系統(tǒng)間異步連接等方面，直流輸電有許多獨特的優(yōu)越性。截至1996年低，世界上已投入運行的直流工程就有56項，輸電容量達54. 166GW。隨著我國“西電東送，南北互供，全國聯(lián)網”的電力發(fā)展總方針，直流輸電技術將會在全國電網互聯(lián)中起到重要作用。目前直流輸電在我國已經得到了長足的發(fā)展和應用，我國從自行建成的舟山100KV海底電纜直流輸電開始，至今以先后建成三峽至常州500KV直流輸電工程、天廣500KV直流輸電工程、貴廣500KV直流輸電工程。直流輸電在一定條件下，是具有很大的經濟效益。然而在實際運行中發(fā)現(xiàn)，當直流輸電系統(tǒng)采用大地作為回路的運行方式時，巨大的直流電流以大地構成回路，從大地中流過時會對附近的交流系統(tǒng)產生影響。其對交流系統(tǒng)的影響主要是由接地極附近中性點直接接地的變壓器直流偏磁所引起的。在高壓直流輸電中，線路一般都采用單極大地回路的方式運行，例如天廣輸電網就是采用這種運行方式，直流單極大地回路運行時，部分交流變壓器會受到直流偏磁的影響，會使得電網部分變壓器振動加劇，噪聲增加，勵磁電流畸變，三廣直流輸電線路投運以后類似事件一直出現(xiàn)。在貴廣直流線路中，2004年5月的監(jiān)測記錄表明，貴廣直流輸電線路單極大地回路運行方式下，春城站主變壓器中性點直流電流達34. 5A，噪聲達93. 9dB,諧波電壓總畸變率達2. 1%。三峽龍泉——江蘇政平500kV直流輸電系統(tǒng)自2002年12月調試和試運行以來，常州武南變電站兩組500KVA主變壓器均出現(xiàn)噪聲大幅度上升(上升20dB)。此外，除了高壓直流輸電工程可以引起直流偏磁現(xiàn)象外，地磁磁暴同樣也可以引起變壓器的直流偏磁。由文獻可以看出，引發(fā)電力變壓器直流偏磁的還有地磁感應電流(GIC)。地磁暴發(fā)生時，極電流產生的磁場和地球磁場相互作用在地球表面產生感應電勢(ESP)，該感應電勢可達每公里I IOV或更高。該地面電勢將在長距離輸電系統(tǒng)，特別是東西走向的輸電線路中的接地變壓器間誘發(fā)地磁感應電流。該感應電流的頻率在
0.OOfO.1Hz之間，與交流系統(tǒng)的50Hz工頻相比可近似看作直流。1989年3月13日，磁暴引起的偏磁電流導致了加拿大魁北克電網的大停電，起因是偏磁電流使變壓器鐵心急劇飽和，諧波大增，導致電網SVC裝置的繼電保護誤動作，大量電容器退出運行，系統(tǒng)電壓崩潰，最終失去9500麗負荷，電網解列近9個小時。因此，研究變壓器的直流偏磁現(xiàn)象的抑制方法和措施對電力系統(tǒng)安全運行是事在必行的。在電網中，很多變壓器都會受到了直流偏磁電流的影響，受到影響的變壓器有的是在換流器直流接地極附近，有的卻是遠離直流接地極，還有的卻是在東西走向輸電線路中。但有一點是肯定的，那就是變壓器直流偏磁現(xiàn)象是由流入其中性點的直流電流引起的。直流電流在兩接地變壓器間產生電位差，電流由一變壓器接地中性點流入，從另一個變壓器中性點流出。流過變壓器繞組的直流電流引起變壓器的偏磁造成變壓器鐵心飽和，勵磁電流畸變，產生大量諧波，無功損耗增加，甚至還可能引起系統(tǒng)電壓嚴重降低，系統(tǒng)繼電器誤動作等等。所以研究直流偏磁的抑制是勢在必行的。目前，對應于大地直流電位引起直流偏磁采取的抑制方法主要有四種中性點串小電阻法、電容隔直法、電位補償法及直流電流反向注入法。但是，各種方法都存在一定的問題。小電阻限流法無法完全消除中性點直流電流，有時候不得不采用較大阻值的電阻，這有可能影響主變壓器中性點絕緣強度；電容隔直法雖然能夠較好地消除中性點直流電流，但影響變壓器的有效接地，對主變壓器中性點絕緣強度要求較高，應對電網短路故障能力較差；中性點注入反向電流限制法需要另外建補償接地極，補償?shù)貥O的選取極其困難。并且在遠距離輸電系統(tǒng)，補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負擔,加速接地網腐蝕,應用成本極高；電位補償法耗電量大，裝置較昂貴，補償?shù)貥O的選取也較困難。因此，本實用新型提出的一種具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，能夠使具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器的顯著優(yōu)點(從自身設計的角度出發(fā)，在變壓器內部建立有效的結構體系，實現(xiàn)抑制變壓器直流偏磁，不改變電力變壓器外電路(特別是中性點)的連接)得以實現(xiàn)。將有可能從根本上解決直流偏磁問題，并能夠保證變壓器安全運行。
發(fā)明內容發(fā)明目的本實用新型提供一種具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)兩相磁性材料的轉換，將此功能用于具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器上，目的在于抑制變壓器直流偏磁。技術方案本實用新型是通過以下技術方案實施的具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，與具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器相連接，其特征在于所述系統(tǒng)主要由與電網連接的電抗器、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，退磁控制接觸器依次連接構成，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連接PWM可控整流器，退磁控制接觸器連接單相逆變器；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；具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器內設有兩相磁性材料、控制繞組和霍爾電流傳感器，兩相磁性材料繞制在控制繞組上并與控制系統(tǒng)相連，霍爾電流傳感器與CPU相連接。PWM可控整流器是由第一 IGBT與第一續(xù)流二極管構成的三相橋式連接組成。單相逆變器是由第二 IGBT與第二續(xù)流二極管構成的單相橋式連接組成。優(yōu)點和效果本實用新型可以實現(xiàn)兩相磁性材料磁特性的轉換功能，將此功能用于具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器中可以有效對直流偏磁進行抑制，克服了傳統(tǒng)抑制直流偏磁方法所帶來的不足，保證了變壓器中性點的可靠接地，提高了電力網及變壓器安全運行的可靠性，節(jié)電效果明顯，對整個電力系統(tǒng)具有重大的實際意義。


圖1為本實用新型的結構示意圖。附圖標記說明1、電網，2、電抗器，3、PWM可控整流器，4、IGBT，5、續(xù)流二極管，6、單相逆變器，7、IGBT，8、續(xù)流二極管，9、電容，10、正向充磁控制接觸器，11、反向充磁控制接觸器，12、退磁控制接觸器，13、CPU, 14、兩相磁性材料，15、控制繞組，16、霍爾電流傳感器，17、具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型進行具體說明本實用新型是一種具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，如圖1中所示，與具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器17相連接，其特征在于所述系統(tǒng)主要由與電網I連接的電抗器2、PWM可控整流器3、單相逆變器6、電容
9、正向充磁控制接觸器10、反向充磁控制接觸器11，退磁控制接觸器12依次連接構成，PWM可控整流器3連接單相逆變器6，正向充磁控制接觸器10及反向充磁控制接觸器11連接PWM可控整流器3，退磁控制接觸器12連接單相逆變器6 ;PWM可控整流器3、單相逆變器6、正向充磁控制接觸器10、反向充磁控制接觸器11、退磁控制接觸器12均與CPU13相連接；具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器17內設有兩相磁性材料14、控制繞組15和霍爾電流傳感器16，兩相磁性材料14繞制在控制繞組15上并與控制系統(tǒng)相連，霍爾電流傳感器16與CPU13相連接。PWM可控整流器3是由第一 IGBT 4與第一續(xù)流二極管5構成的三相橋式連接組成。單相逆變器6是由第二 IGBT 7與第二續(xù)流二極管8構成的單相橋式連接組成。該控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)兩相磁性材料14的特性轉換，即永磁特性與軟磁特性的轉換。兩相磁性材料14開始呈現(xiàn)軟磁特性，當兩相磁性材料14需要進行磁特性轉換時，由控制系統(tǒng)發(fā)出高頻脈沖信號，對兩相磁性材料14進行充磁，兩相磁性材料14即可呈現(xiàn)永磁特性；同理，對兩相磁性材料14進行退磁處理時，兩相磁性材料14又可恢復到初始狀態(tài)呈現(xiàn)軟磁特性。具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)用于具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器17時，當具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器17發(fā)生直流偏磁時，由于偏磁電流使變壓器鐵心磁通發(fā)生變化，通過霍爾電流傳感器16對偏磁電流(磁通)進行檢測，將檢測到的信號送入CPU13，CPU13控制正向充磁控制接觸器10或者反向充磁控制接觸器11吸合，同時控制PWM可控整流器3產生直流電壓，直流電壓通過控制繞組15產生補償電流(磁通)，該磁通與偏磁磁通大小相等，方向相反。最后，CPU 13控制正向充磁控制接觸器10或者反向充磁控制接觸器11斷開，同時控制PWM可控整流器3停止工作，進而達到斷電對具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器17進行直流偏磁的抑制，完成了對變壓器直流偏磁現(xiàn)象的檢測和消除。節(jié)能效果顯著；當直流偏磁消失時，通過霍爾電流傳感器16對勵磁電流的檢測，將檢測到的信號送入CPU 13，CPU 13控制退磁控制接觸器12吸合，并控制單相逆變器6產生交流電壓，交流電壓通過控制繞組15產生退磁電流(磁通)，進而對兩相磁性材料14進行從硬磁特性到軟磁特性的轉換。當兩相磁性材料14表征為軟磁特性后，CPU 13控制退磁控制接觸器12斷開，單相逆變器6停止工作，完成整個工作過程。本實用新型這種具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)利用了對兩相磁性材料磁特性的轉換的功能，使變壓器自身具有抑制直流偏磁的能力?？朔藗鹘y(tǒng)的抑制直流偏磁方法所帶來的不足，保證了變壓器中性點的可靠接地，提高了電力網及變壓器安全運行的可靠性，對整個電力系統(tǒng)具有重大的實際意義。
權利要求1.具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，與具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器(17)相連接，其特征在于:所述系統(tǒng)主要由與電網(I)連接的電抗器(2)、PWM可控整流器(3)、單相逆變器(6)、電容(9)、正向充磁控制接觸器(10)、反向充磁控制接觸器(11)，退磁控制接觸器(12)依次連接構成，PWM可控整流器(3 )連接單相逆變器(6 )，正向充磁控制接觸器(10 )及反向充磁控制接觸器(11)連接PWM可控整流器(3 )，退磁控制接觸器(12 )連接單相逆變器(6 ) ;PWM可控整流器(3 )、單相逆變器(6 )、正向充磁控制接觸器(10)、反向充磁控制接觸器(11 )、退磁控制接觸器(12)均與CPU (13)相連接；具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器(17)內設有兩相磁性材料(14)、控制繞組(15)和霍爾電流傳感器(16)，兩相磁性材料(14)繞制在控制繞組(15)上并與控制系統(tǒng)相連，霍爾電流傳感器(16)與CPU (13)相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有直流偏磁補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 (4)與第一續(xù)流二極管(5)構成的三相橋式連接組成。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有直流偏磁補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(6)是由第二 IGBT (7)與第二續(xù)流二極管(8)構成的單相橋式連接組成。
專利摘要本實用新型涉及一種具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，包括與電網連接的電抗器、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。本系統(tǒng)利用了對兩相磁性材料磁特性的轉換的功能，使變壓器自身具有抑制直流偏磁的能力?？朔藗鹘y(tǒng)的抑制直流偏磁方法所帶來的不足，保證了變壓器中性點的可靠接地，提高了電力網及變壓器安全運行的可靠性，對整個電力系統(tǒng)具有重大的實際意義。
文檔編號H02H7/04GK202917950SQ20122063096
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者白保東, 陳德志, 李寶鵬, 杜寧 申請人:沈陽工業(yè)大學