直流電流平衡裝置制造方法
【專利摘要】一種直流電流平衡裝置，包括：控制器、直流電源單元、直流換相器、第一開關(guān)、設(shè)于變壓器中性線上的第一傳感器；所述控制器分別與所述第一傳感器、直流換相器、第一開關(guān)和直流電源單元連接，所述直流電源單元通過第一開關(guān)與交流電源連接，所述直流電源單元與所述直流換相器連接，所述直流換相器與所述變壓器中性線連接，所述直流換相器與所述變壓器中性線的連接端位于第一傳感器和中性線的接地端之間；所述控制器根據(jù)第一傳感器檢測(cè)的電流的大小和方向計(jì)算所述電流與預(yù)設(shè)電流的差值，根據(jù)差值控制第一開關(guān)的開與關(guān)，控制直流電源單元輸出電流大小為所述差值的電流，控制直流換相器輸出電流的方向。本發(fā)明抑制直流偏磁的同時(shí)，提高了響應(yīng)速度。
【專利說明】直流電流平衡裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及輸電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種直流電流平衡裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于高壓直流輸電具有大容量、遠(yuǎn)距離的輸電優(yōu)點(diǎn)，高壓直流輸電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。但是在直流輸電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，直流系統(tǒng)單極大地或雙極不對(duì)稱運(yùn)行方式導(dǎo)致直流電流通過接地極流入大地，在附近土壤產(chǎn)生直流電場(chǎng)，形成地中直流。這些電流會(huì)通過附近變壓器中性接地點(diǎn)流入變壓器繞組，引起變壓器直流偏磁。直流偏磁現(xiàn)象產(chǎn)生，將會(huì)造成變壓器噪聲增加、鐵心過熱等一系列危害，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行極為不利。
[0003]為了避免接地變壓器由于中性點(diǎn)流入直流電流導(dǎo)致的直流偏磁問題，傳統(tǒng)技術(shù)是在變壓器中性點(diǎn)加裝一臺(tái)直流發(fā)生裝置，裝置輸出的電流經(jīng)過變壓器接地極和補(bǔ)償接地極形成回路，對(duì)變壓器中性點(diǎn)直流進(jìn)行補(bǔ)償；并且在中性點(diǎn)安裝檢測(cè)和控制裝置，根據(jù)中性點(diǎn)直流的監(jiān)測(cè)值對(duì)直流發(fā)生裝置的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到抑制中性點(diǎn)直流的目的。
[0004]然而，因其直流發(fā)生裝置內(nèi)運(yùn)用了電動(dòng)機(jī)械式的調(diào)壓器，使用可控硅整流裝置作為注入電源，由于機(jī)械式調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度較慢，所以在響應(yīng)速度方面會(huì)受到限制，另外，裝置的體積較大、較重，功率密度低，冗余和可靠性也較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要針對(duì)變壓器中性點(diǎn)直流進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)響應(yīng)速度慢的問題，提供一種直流電流平衡裝置。
[0006]一種直流電流平衡裝置，包括:控制器、直流電源單元、直流換相器、第一開關(guān)、設(shè)于變壓器中性線上的第一傳感器；
[0007]所述控制器分別與所述第一傳感器、直流換相器、第一開關(guān)和直流電源單元連接，所述直流電源單元通過第一開關(guān)與交流電源連接，所述直流電源單元與所述直流換相器連接，所述直流換相器與所述變壓器中性線連接，所述直流換相器與所述變壓器中性線的連接端位于第一傳感器和中性線的接地端之間；
[0008]所述控制器根據(jù)第一傳感器檢測(cè)的電流的大小和方向計(jì)算所述電流與預(yù)設(shè)電流的差值，根據(jù)差值控制第一開關(guān)的開與關(guān)，控制直流電源單元輸出電流大小為所述差值的電流，控制直流換相器輸出電流的方向。
[0009]上述直流電流平衡裝置，通過第一傳感器采集變壓器中性線的電流，控制器根據(jù)電流計(jì)算差值，根據(jù)差值控制第一開關(guān)的開與關(guān)，并自動(dòng)調(diào)節(jié)直流電源單元輸出電流，跟蹤變壓器中性線直流電流差值，維持變壓器中性線電流小于預(yù)設(shè)電流，抑制直流偏磁的同時(shí)，提高了響應(yīng)速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明直流電流平衡裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；[0011]圖2為本發(fā)明直流電流平衡裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下針對(duì)本發(fā)明直流電流平衡裝置的各實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0013]實(shí)施例一
[0014]如圖1所示，為本發(fā)明直流電流平衡裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:控制器110、直流電源單元120、直流換相器130、第一開關(guān)140、設(shè)于變壓器中性線上的第一傳感器150，即第一傳感器貫穿與中性線上。
[0015]控制器110分別與第一傳感器150、直流換相器130、第一開關(guān)140和直流電源單元120連接，直流電源單元120通過第一開關(guān)140與交流電源連接，直流電源單元120與直流換相器130連接，直流換相器130與變壓器中性線連接，直流換相器130與變壓器中性線的連接端位于第一傳感器150和中性線的接地端之間。
[0016]控制器根據(jù)第一傳感器檢測(cè)的電流的大小和方向計(jì)算電流與預(yù)設(shè)電流的差值，根據(jù)差值控制第一開關(guān)的開與關(guān)，控制直流電源單元輸出電流大小為差值的電流，控制直流換相器輸出電流的方向。
[0017]其中，控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)流入變壓器中性線的直流電流，一旦超出預(yù)設(shè)電流時(shí)，計(jì)算電流與預(yù)設(shè)電流差值，根據(jù)差值控制第一開關(guān)的開與關(guān)。比如，當(dāng)差值大于零時(shí)，打開第一開關(guān)，此時(shí)交流電與直流電源單元接通?？刂破鲗⒉钪缔D(zhuǎn)換為脈寬可調(diào)信號(hào)，從而控制直流電源單元輸出相應(yīng)的電流。控制器同時(shí)根據(jù)電流方向控制直流換相器輸出電流的方向，以補(bǔ)償變壓器中性線的直流電流。如圖1所示，當(dāng)?shù)谝粋鞲衅鳈z測(cè)到中性線電流方向?yàn)檎龝r(shí)，直流換相器則輸出負(fù)電流。本實(shí)施例抑制直流偏磁的同時(shí)，提高了響應(yīng)速度。同時(shí)，裝置體積小、無調(diào)壓器，重量輕，功率密度高。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，控制器包括可編程邏輯控制器(即PLC控制器)和電源控制器。
[0019]可編程邏輯控制器分別與第一開關(guān)、電源控制器和第一傳感器連接，電源監(jiān)控器分別與直流電源單元和直流換相器連接。
[0020]可編程邏輯控制器根據(jù)第一傳感器檢測(cè)的電流大小與預(yù)設(shè)電流相減獲得差值，將差值進(jìn)行比例積分計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送至電源監(jiān)控器，根據(jù)差值控制第一開關(guān)的開與關(guān)，根據(jù)第一傳感器檢測(cè)的電流方向控制直流換相器輸出電流的方向；
[0021 ] 電源監(jiān)控器根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出脈寬可調(diào)的信號(hào)，控制直流電源單元輸出電流大小為計(jì)算結(jié)果的電流。
[0022]本實(shí)施例中，通過檢測(cè)變壓器中性線上的直流電流的方向和大小的數(shù)據(jù)In，通過PLC控制器與預(yù)設(shè)電流ID.相減，如果In超過電流定值ID.，一方面PLC控制器控制第一開關(guān)閉合，交流電流入直流電源單元，另一方面相減后的差值經(jīng)過比例積分(PI)環(huán)節(jié)計(jì)算，PLC控制器輸出相對(duì)應(yīng)的數(shù)值，通過通訊發(fā)送到電源監(jiān)控器，電源監(jiān)控器輸出脈寬可調(diào)的信號(hào)控制直流電源單元和直流換相器，對(duì)直流電源單元的輸出電流大小實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)直流換相器輸出的電流方向?qū)嵤┻M(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出直流補(bǔ)償電流Ij,將變壓器中性線直流電流In減小到預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，減小流過變壓器中性線上的直流電流，消除變壓器直流偏磁的影響。本實(shí)施例通過比例積分閉環(huán)控制，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償精度高，不會(huì)造成中性點(diǎn)直流過度補(bǔ)償。當(dāng)然，控制器還可以為能實(shí)現(xiàn)上述功能的單片機(jī)或其他嵌入式控制器。
[0023]在其中一個(gè)實(shí)施例中，直流電源單元為高頻開關(guān)直流電源。采用高頻開關(guān)直流電源可以提高響應(yīng)速度。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，直流電源單元還可以為可控硅整流直流電源。
[0024]在其中一個(gè)實(shí)施例中，高頻開關(guān)直流電源個(gè)數(shù)為兩個(gè)或兩個(gè)以上，各高頻開關(guān)直流電源并聯(lián)連接。本實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際需要補(bǔ)償電流的大小選擇高頻開關(guān)直流電源的個(gè)數(shù)。比如，需要輸出180A的直流電流，可以選擇8個(gè)30A/500V的高頻開關(guān)直流電源并聯(lián)運(yùn)行，可提供從OA到240A連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電流。有2個(gè)為冗余，在所有高頻開關(guān)直流電源都正常時(shí)，每個(gè)高頻開關(guān)直流電源輸出相同的電流，以保證相同的運(yùn)行條件和使用壽命。如果某一高頻開關(guān)直流電源出現(xiàn)故障而退出運(yùn)行，其余高頻開關(guān)直流電源均擔(dān)該高頻開關(guān)直流電源的輸出電流，提高了裝置的可靠性。另外，高頻開關(guān)直流電源支持熱插拔，在單個(gè)高頻開關(guān)直流電源損壞時(shí)，可以不影響系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行更換，提高了裝置的可靠性。
[0025]在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括第二開關(guān)，第二開關(guān)與控制器連接，所述直流換相器通過第二開關(guān)與變壓器中性線連接；控制器根據(jù)差值控制第二開關(guān)的開與關(guān)。
[0026]本實(shí)施例的目的是通過控制器控制第二開關(guān)的關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)需要補(bǔ)償時(shí)才關(guān)閉第二開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)中性線的補(bǔ)償，而不需要補(bǔ)償時(shí)，及時(shí)斷開開關(guān)。當(dāng)然，本實(shí)施例可以結(jié)合其他實(shí)施例組成新的實(shí)施例，舉例說明，比如新增第二開關(guān)的同時(shí)，控制器也可以是上述實(shí)施例中的可編程邏輯控制器和電源控制器。又比如，比如新增第二開關(guān)的同時(shí)，直流電源單元可以為多個(gè)高頻開關(guān)直流電源，并且采用并聯(lián)連接方式和冗余設(shè)計(jì)方式等。
[0027]在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括第二傳感器，第二傳感器與控制器連接，直流換向器通過第二傳感器與變壓器中性線連接；
[0028]第二傳感器檢測(cè)直流換相器輸出的電流的大小和方向，控制器根據(jù)第二傳感器反饋的電流的大小和方向控制直流電源單元的輸出電流。
[0029]本實(shí)施例中，第二傳感器設(shè)在直流換相器與直流換相器同變壓器中性線的連接端之間，目的是檢測(cè)直流換相器輸出電流的大小和方向，控制器從而可以比較差值與第二傳感器檢測(cè)值是否相同，構(gòu)成閉環(huán)控制，提高了調(diào)節(jié)精確度。
[0030]當(dāng)然，本實(shí)施例方案可以和其他實(shí)施例相結(jié)合構(gòu)成新的實(shí)施例。比如，新增第二傳感器的同時(shí)，控制器也可以是可編程邏輯控制器和電源控制器。此時(shí)，可編程邏輯控制器分別與第一開關(guān)、第一傳感器、第二傳感器、電源監(jiān)控器連接。電源監(jiān)控器分別與直流電源單元和直流換相器連接?？删幊踢壿嬁刂破鞲鶕?jù)第一傳感器和第二傳感器反饋的電流值，將控制指令發(fā)送至電源監(jiān)控器，電源監(jiān)控器控制直流電源單元輸出相應(yīng)補(bǔ)償電流。其他組合類似，在此不再贅述。
[0031]在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括限流電抗器，直流換相器通過限流電抗器與變壓器中性線連接。目的是為了抑制中性點(diǎn)故障電流流入。
[0032]在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括與控制器連接的顯示屏，顯示屏顯示直流電源單元輸出電流大小和方向、直流電源單兀損壞狀態(tài)、第一傳感器檢測(cè)電流大小和方向、第一開關(guān)狀態(tài)中的一種或多種?？梢酝ㄟ^顯示屏實(shí)時(shí)觀測(cè)到電流走向，也可以觀察到元器件是否損壞。
[0033]在其中一個(gè)實(shí)施例中，顯示屏為觸摸屏，觸摸屏接收用于控制預(yù)設(shè)電流的控制指令。本實(shí)施例可以通過觸摸屏是定預(yù)設(shè)電流?？刂破鞲鶕?jù)控制指令更新預(yù)設(shè)電流，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閾值，以適應(yīng)實(shí)際需求。同時(shí)還可以設(shè)置與控制器連接的遠(yuǎn)程監(jiān)控器，比如通過光纖通信，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過光纖通訊在遠(yuǎn)方實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)的記錄，與就地工作模式形成互補(bǔ)。另外，還可以包括客戶服務(wù)終端，客戶服務(wù)終端可經(jīng)局域網(wǎng)與變電站的遠(yuǎn)方監(jiān)控機(jī)進(jìn)行通信，該客戶服務(wù)終端可遠(yuǎn)方查看現(xiàn)場(chǎng)裝置的工作狀態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和記錄。
[0034]實(shí)施例二
[0035]如圖2所示，為本發(fā)明直流電流平衡裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:觸摸屏210、可編程邏輯控制器(PLC控制器)220、電源控制器230、第一開關(guān)240、高頻開關(guān)直流電源250、直流換相器260、第二開關(guān)270、設(shè)于變壓器中性線上的第一傳感器280、第二傳感器290。
[0036]可編程邏輯控制器分別與觸摸屏、第一開關(guān)、電源監(jiān)控器、第二開關(guān)、第一傳感器、第二傳感器連接。電源監(jiān)控器分別與高頻開關(guān)直流電源、直流換相器連接。高頻開關(guān)直流電源通過第一開關(guān)與交流電源連接，高頻開關(guān)直流電源與直流換相器連接，并且各高頻開關(guān)直流電源并聯(lián)連接。直流換相器與第二開關(guān)、第二傳感器依次連接。第二傳感器與變壓器中性線連接，第二傳感器與變壓器中性線的連接端位于第一傳感器和中性線的接地端之間。
[0037]第一傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器中性線上的直流電流In (包括大小和方向)，PLC控制器根據(jù)In，與給定的電流Idckef相減，如果In超過電流定值IDQiEF，一方面PLC控制器控制第一開關(guān)Ka。和第二開關(guān)Kd。閉合，交流電流入高頻開關(guān)直流電源，另一方面將相減后的差值經(jīng)過比例積分(PI)環(huán)節(jié)計(jì)算，PLC控制器輸出相對(duì)應(yīng)的數(shù)值，通過通訊發(fā)送到電源監(jiān)控器，通過電源監(jiān)控器控制高頻開關(guān)直流電源輸出電流的方向及大小，達(dá)到閉環(huán)控制。同時(shí)，PLC控制器還根據(jù)第二傳感器反饋的電流，實(shí)時(shí)監(jiān)控輸出電流是否比例積分后的結(jié)果相符，實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)，提高調(diào)節(jié)精度。各高頻開關(guān)直流電源并聯(lián)連接，根據(jù)實(shí)際需要補(bǔ)償電流的大小選擇高頻開關(guān)直流電源的個(gè)數(shù)，可提供從OA到NA連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電流。由于可以設(shè)置高頻開關(guān)直流電源的個(gè)數(shù)，所以可以實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)，以便在其中電源損壞時(shí)，冗余的電源替補(bǔ)上，仍能正常工作，提高可靠性。同時(shí)，由于高頻開關(guān)直流電源支持熱插拔，可以隨時(shí)更換。因此，即使有元件損壞，只要更換該元件即可，無需整個(gè)系統(tǒng)更換。本實(shí)施例中的觸摸屏可以接收用于控制預(yù)設(shè)電流的控制指令，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)電流的更新。還可以通過觸摸屏顯示高頻開關(guān)直流電源輸出電流大小和方向、高頻開關(guān)直流電源損壞狀態(tài)、第一傳感器檢測(cè)電流大小和方向、第二傳感器檢測(cè)電流大小和方向、第一開關(guān)狀態(tài)、第二開關(guān)狀態(tài)中的一種或多種。觸摸屏還可以通過光纖的方式與PLC連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。還可以包括限流電抗器LR，第二傳感器通過限流電抗器與變壓器中性線連接。實(shí)現(xiàn)抑制中性線故障電流流入。
[0038]因此，本實(shí)施例通過比例積分(PI)閉環(huán)控制，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償精度高，經(jīng)測(cè)試不會(huì)造成中性點(diǎn)直流過補(bǔ)償。采用高頻開關(guān)直流電源模塊，響應(yīng)速度快。裝置體積小、無調(diào)壓器，重量輕，功率密度高。有冗余，熱插拔更換，可靠性高。通過光纖通訊在遠(yuǎn)方實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)的記錄，與就地工作模式形成互補(bǔ)。自動(dòng)和手動(dòng)控制相結(jié)合，最大限度保證了裝置的可靠性。
[0039]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種直流電流平衡裝置，其特征在于，包括:控制器、直流電源單元、直流換相器、第一開關(guān)、設(shè)于變壓器中性線上的第一傳感器； 所述控制器分別與所述第一傳感器、直流換相器、第一開關(guān)和直流電源單元連接，所述直流電源單元通過第一開關(guān)與交流電源連接，所述直流電源單元與所述直流換相器連接，所述直流換相器與所述變壓器中性線連接，所述直流換相器與所述變壓器中性線的連接端位于第一傳感器和中性線的接地端之間； 所述控制器根據(jù)第一傳感器檢測(cè)的電流的大小和方向計(jì)算所述電流與預(yù)設(shè)電流的差值，根據(jù)差值控制第一開關(guān)的開與關(guān)，控制直流電源單元輸出電流大小為所述差值的電流，控制直流換相器輸出電流的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流平衡裝置，其特征在于，所述控制器包括可編程邏輯控制器和電源控制器； 所述可編程邏輯控制器分別與第一開關(guān)、電源控制器和第一傳感器連接，所述電源監(jiān)控器分別與直流電源單元和直流換相器連接； 所述可編程邏輯控制器根據(jù)第一傳感器檢測(cè)的電流大小與預(yù)設(shè)電流相減獲得差值，將差值進(jìn)行比例積分計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送至電源監(jiān)控器，根據(jù)差值控制第一開關(guān)的開與關(guān)，根據(jù)第一傳感器檢測(cè)的電流方向控制直流換相器輸出電流的方向； 電源監(jiān)控器根據(jù)所述計(jì)算結(jié)果輸出脈寬可調(diào)的信號(hào)，控制直流電源單元輸出電流大小為計(jì)算結(jié)果的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電流平衡裝置，其特征在于，所述直流電源單元為高頻開關(guān)直流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流電流平衡裝置，其特征在于，所述高頻開關(guān)直流電源個(gè)數(shù)為兩個(gè)或兩個(gè)以上，各高頻開關(guān)直流電源并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電流平衡裝置，其特征在于，還包括第二開關(guān)，所述第二開關(guān)與所述控制器連接，所述直流換相器通過所述第二開關(guān)與所述變壓器中性線連接； 所述控制器根據(jù)所述差值控制第二開關(guān)的開與關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電流平衡裝置，其特征在于，還包括第二傳感器，所述第二傳感器與所述控制器連接，所述直流換向器通過所述第二傳感器與所述變壓器中性線連接； 所述第二傳感器檢測(cè)直流換相器輸出的電流的大小和方向，所述控制器根據(jù)第二傳感器反饋的電流的大小和方向控制直流電源單元的輸出電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電流平衡裝置，其特征在于，還包括限流電抗器，所述直流換相器通過所述限流電抗器與所述變壓器中性線連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電流平衡裝置，其特征在于，還包括與所述控制器連接的顯示屏，所述顯示屏顯示所述直流電源單元輸出電流大小和方向、直流電源單元損壞狀態(tài)、第一傳感器檢測(cè)電流大小和方向、第一開關(guān)狀態(tài)中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的直流電流平衡裝置，其特征在于，所述顯示屏為觸摸屏，所述觸摸屏接收用于控制預(yù)設(shè)電流的控制指令。
【文檔編號(hào)】H02H7/04GK103515929SQ201310436024
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】王曉毛, 梅桂華 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院