CN103280839A - 异容变压器并列交替运行节电方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种异容变压器并列交替运行节电方法及装置，属于智能电力设备领域。其特征在于：包括以下步骤：采集负荷的运行规律，确定负荷最大值、最小值、峰值出现时间段；设置两台以上不同容量的变压器、切换控制器和调节补偿机构，不同容量的变压器通过切换控制器和调节补偿机构柔性切换；根据用电负荷高峰运行规律，补偿、切换变压器，使得投用的变压器容量略大于用电负荷。该方法及装置具有：1、及时准确调整变压器的容量达到的经济运行，有效地降低变压器的运行损耗；2、柔性切换变压器保障供电；3、可以有效减低空载损耗；4、适用于负荷变化较大的地方，增加供电可靠性。

Description

异容变压器并列交替运行节电方法及装置

技术领域

本发明提供一种根据负载情况异容变压器并列交替运行节电方法及装置，属于智能电力设备领域。

背景技术

电力系统用电负荷，特别是生活小区、医院、学校、办公楼及不连续工作的厂矿，每天都在周而复始的进行着高峰-低谷-高峰多次变化，节假日期间更是白白浪费大量电量。

目前，变压器容量的选取基本是参照高峰容量参考同时率的方法，低负荷时，多数时间的运行容量只有高负荷的十几乃至几十分之一。而大小容量的变压器，空载损耗差别很大，负载损耗更是空载损耗的近十倍。几十年来，为了节省空载损耗，变压器进行了几次大的改型，空载损耗大大降低，人们为了减少电力系统低谷时段电力变压器的空载损耗，常采用两种方法：一种方法是采用两台变压器列运行，另一种方法是采用调容变压器，用电负荷高峰时段变压器全容量投入运行，用电负荷低谷时段变压器调为小容量运行。

目前，变压器运行投退操作都需要靠运行值班人员根据负荷的大小进行操作，也就是负荷大靠值班人员去操作投入两台变压器，所需负荷小时退出变为一台变压器。特别是调容变压器改变容量操作需要在停电状态下进行，每次调容变压器改变容量操作都要对用户停电，此操作耗用时间长，而且值班人员的劳动强度大，并且存在不安全的误操作因素。

这些原有的变压器，容量不符合实际状况，调节范围不够，只能节省空载而损耗，负载损耗不能节省，负载损耗是空载损耗的近十倍，耗能更大。变压器出现故障不能及时检测出来，只能停电检修，影响供电可靠性，影响正常用电。计划停电和无准备突然停电的造成的损失大不同。生活小区不同时段的负荷差别极大，且低负荷时段远大于高负荷时段，这就需要变压装置应该有一个变化的过程，否则容易造成损耗巨大，或者容量不够，造成变压器烧坏。实际运行中，三相电的每相负载不同，也容易出现事故。

现有的等容变压器投切方案，需要增加过多变压器，投入成本过大。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种根据负载情况及运行时间，实现自动切换不同容量变压器供电，以达到节省大量空载损耗，特别是节省大量负载损耗，并且可实现减少停电次数，减少无计划检修停电，增加变压器综合运行寿命，提高供电可开靠性的异容变压器并列交替运行节电方法。

本发明的另一目的是提供一种可以实现该方法的根据负载情况自动切换不同容量变压器的异容变压器并列交替运行节电装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：异容变压器并列交替运行节电方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）采集负荷的运行规律，确定负荷运行中的最大值、最小值、峰值出现时间段；

（2）根据负荷的运行规律设置两台容量不相同的变压器、切换控制器和调节补偿机构构成大容量变压器支路和小容量变压器支路，大容量的变压器的容量大于负荷最大值，小容量的变压器的容量大于负荷最小值；

（3）根据用电负荷高峰运行规律，切换控制器控制调节补偿机构，对小容量变压器支路和大容量变压器支路分别进行调节补偿，直到小容量变压器支路和大容量变压器支路满足并联条件后，切换控制器实行线路柔性切换，切断原来支路，消除空载损耗，使得投用的变压器容量大于用电负荷，降低变压器损耗。

所述的采集负荷的运行规律是指在高压母线贯穿接入高压电能数据终端，通过高压电能数据终端采集负荷的电压区间、电流区间、功率区间，以及记录峰值出现的时间段，并且存储数据。既可以采用人工手动通过人机界面输入数据，优点是数据直接，修改方便，节省采集时间；也可以切换控制器通过通讯装置直接从高压电能数据终端采集数据。该高压电能数据终端为传感器式高压电能表，由于其高压电流取样装置采用了贯穿式微型电流传感器，其高压电压取样装置同样借助微型电流传感器采用电流法来测量高压电压，容易做到小型化采集数据准确，减少了变换环节，减少了变换能量损耗和信号强度衰减，提高采集负荷规律的准确性。

所述的调节补偿方法是指增加/减少变压器的阻抗，调节功率。供电环节的一次侧电压和二次侧电压在有效区间内视为恒定值，那么调节容量时既可以通过调节电流实现调节变压器容量，以实现切换意义上的切换。

所述的调节补偿方法是指采用功率开关元件，切换控制器控制电流/电压触发角度，实现变压器容量变化。控制准确。

所述的调节补偿方法是指采用可变阻抗，实现变压器容量变化，可变阻抗的控制端由切换控制器控制。控制简单。

所述的根据用电负荷高峰运行规律，切换控制器控制调节补偿机构进行补偿、切换是指按照负载峰值出现的时间点，在时间点之前，手动或者通过切换控制器内部设定的切换时间，实行补偿、切换。时间控制设置定时功能即可实现，使用简单。

所述的根据用电负荷高峰运行规律，切换控制器控制调节补偿机构进行补偿、切换是指实时采集负荷运行数据，当负荷降低趋近小容量变压器容量时或者当负荷升高趋近大容量变压器容量时，切换控制器进行补偿、切换。可以根据负载实时运行，实时控制切换，切换及时，准确。

实现该方法的装置是异容变压器并列交替运行节电装置，包括变压器，变压器一次侧连接高压母线，二次侧连接负载，其特征在于：设置两台不同容量的备用变压器，在高压母线贯穿接入高压电能数据终端，高压电能数据终端的输出端设置连接切换控制器，切换控制器包括中央处理器和执行机构，切换控制器的输出端连接调节补偿机构的控制端，执行机构的触点分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧和二次侧，调节补偿机构串联在小容量变压器的一次侧。

调节补偿机构只设置在小容量变压器的一次侧可以是实现对小容量变压器的补偿和调节，控制简单。也可以分别设置在两台变压器的一次侧实现双相补偿，补充精度高，切换平稳。

所述的高压电能数据终端包括取样单元、电能计量模块、电源单元和无线传输模块，取样单元连接电能计量模块，电能计量模块的通讯端设置无线传输模块，取样单元包括高压电流取样装置和高压电压取样装置，高压电流取样装置和高压电压取样装置的输出端分别连接电能计量模块，高压电流取样装置采用贯穿式微型电流传感器，高压电压取样装置采用微型电流传感器。

所述的调节补偿机构包括两组柔性功率开关元件，柔性功率开关元件的控制端连接中央处理器的数据端，两组柔性功率开关元件的输出端分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧。

所述的调节补偿机构包括可变阻抗元件，可变阻抗元件的控制端连接中央处理器的数据端，两组可变阻抗元件的输出端分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧。

本发明异容变压器并列交替运行节电方法及装置所具有的有益效果是：该方法通过检测负载运行参数，并且进行处理和控制不同容量变压器的投入或者切除，使得：

1、该方法检测负载运行的参数，能及时准确调整切换接入不同容量的变压器达到的经济运行，有效地降低变压器的运行损耗，另一台变压器去除空载损耗；

2、由于该方法是自动完成变压器的切换工作，减去了运行人员的复杂繁重倒闸操作，同时更重要的一条是减少了误操作，提高供电可靠性；

3、切换迅速及时准确，由于设置了调节补偿机构，切换时对电网和供电线路影响很小，负载端不易察觉，不会出现停电现象，实现了柔性切换；

4、不同容量变压器根据负载运行规律循环被接入使用，提高整体变压器的寿命。

实现本方法的装置带来的有益效果还具有：适用于负荷变化较大的地方，特别是生活小区等，节约负载、空载损耗节能省电，增加供电可靠性，某台变压器出现故障可及时推出，不用停电维修，使用方便，可以完全适用应对计划性和突发性停电。

附图说明

图1为本发明的原理运行方框图；

图2为本发明的电气原理方框图；

图3为本发明的实施例1的变压器支路的电气原理图；

图4为本发明的实施例2的变压器支路的电气原理图；

图5为本发明的不对称半桥的调节补偿机构的电气原理图；

其中：KM1-KM4、受控开关  U1、U2、调节补偿机构  T1、T2、变压器  C1、逆变电容  VD1-VD6、高压二极管  V1-V6、可控硅  A、B、C、变压器绕组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1所示，异容变压器并列交替运行节电方法，包括以下步骤：

（1）采集负荷的运行规律，确定负荷运行中的最大值、最小值、峰值出现时间段；

（2）根据负荷的运行规律设置两台容量不相同的变压器、切换控制器和调节补偿机构构成大容量变压器支路和小容量变压器支路，大容量的变压器的容量大于负荷最大值，小容量的变压器的容量大于负荷最小值；

（3）根据用电负荷高峰运行规律，切换控制器控制调节补偿机构，对小容量变压器支路和大容量变压器支路分别进行调节补偿，直到小容量变压器支路和大容量变压器支路满足并联条件后，切换控制器实行线路柔性切换，切断原来支路，消除空载损耗，使得投用的变压器容量大于用电负荷，降低变压器损耗。

采集负荷的运行规律是指通过高压电能数据终端采集负荷的电压区间、电流区间、功率区间，以及记录峰值出现的时间段，并且存储数据。既可以采用人工手动通过人机界面输入数据，优点是数据直接，修改方便，节省采集时间；也可以切换控制器通过通讯装置直接从高压电能数据终端采集数据。该高压电能数据终端为传感器式高压电能表，采集数据准确，减少了变换环节，减少了变换能量损耗和信号强度衰减，提高采集负荷规律的准确性。

调节补偿方法是指增加/减少变压器的阻抗，调节功率。供电环节的一次侧电压和二次侧电压在有效区间内视为恒定值，那么调节容量时既可以通过调节电流实现调节变压器容量，以实现切换意义上的切换。

调节补偿方法是指采用功率开关元件，切换控制器控制电流/电压触发角度，实现变压器容量变化。控制准确。

调节补偿方法也可以是是指采用可变阻抗，实现变压器容量变化，可变阻抗的控制端由切换控制器控制。控制简单。

根据用电负荷高峰运行规律，切换控制器控制调节补偿机构进行补偿、切换可以有两种基本方式：

1、按照负载峰值出现的时间点，在时间点之前，手动或者通过切换控制器内部设定的切换时间，实行补偿、切换。时间控制设置定时功能即可实现，使用简单。

2、实时采集负荷运行数据，当负荷降低趋近小容量变压器容量时或者当负荷升高趋近大容量变压器容量时，切换控制器进行补偿、切换。可以根据负载实时运行，实时控制切换，切换及时，准确。

数据采集器为高压电能数据终端，其输入端设置在变压器组的每台变压器的一次侧，采集的参数为电压、电流、功率、功率因数和电能量。也可以选择其中的几个参数进行采集。高压电能数据终端采用传感器式高压电能表。

中央处理器至少包括一个PLC，其输出端控制执行机构，执行机构由开关装置组成，开关装置的触点设置在变压器组中备用变压器上。也可以采用单片机控制器，在其输出端连接执行机构。开关装置可以用晶闸管、可控硅、无触点开关、继电器、有载开关代替。

如图2所示，实现该方法的装置，包括变压器，变压器一次侧连接高压母线，二次侧连接负载，设置两台不同容量的备用变压器，在高压母线设高压电能数据终端，高压电能数据终端的输出端设置连接切换控制器，切换控制器包括中央处理器和执行机构，切换控制器的输出端连接调节补偿机构的控制端，执行机构的触点分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧和二次侧，调节补偿机构分别串联在大容量变压器和小容量变压器的一次侧。

高稳定性的高压电能数据终端，其输出端通过485接口电路连接中央处理器的输入端。实现网络接线电路为除了RS485外，还可以采用RS232或者RJ45接口电路，便于远距离数据传输，实现远程监测，还可以报警。还可以采用光电转换器连接光纤更可靠的实现远距离数据传输任务。

如图3所示，变压器支路的包括受控开关KM1-KM4，调节补偿机构U1、U2和变压器T1、Y2。变压器T1的容量大，可以支持负荷较大时使用。变压器T2的容量小，可以支持负荷较小时使用。

大容量变压器支路上，受控开关KM1、调节补偿机构U1、变压器T1和受控开关KM2依次串联。小容量变压器支路上，受控开关KM3、调节补偿机构U2、变压器T2和受控开关KM4依次串联。

调节补偿机构U1、U2包括两组柔性功率开关元件，柔性功率开关元件的控制端连接中央处理器的数据端，两组柔性功率开关元件的输出端分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧。采用如图5所示的逆变不对称半桥调节结构。功率开关元件为高压可控硅V1-V6，高压可控硅V1-V6与变压器一侧绕组A、B、C相串联。绕组两侧分别设置高压二极管VD1-VD6。切换控制器控制电流/电压触发角度，实现变压器容量变化，控制准确。

实施例2：

如图4所示，大容量变压器支路上，受控开关KM1、变压器T1和受控开关KM2依次串联。小容量变压器支路上，受控开关KM3、调节补偿机构U1、变压器T2和受控开关KM4依次串联。

执行机构的触点（受控开关KM1-KM4）分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧和二次侧，调节补偿机构只串联在和小容量变压器的一次侧。

使用时，调节补偿机构将小容量变压器支路调整，就可以切换。

实施例3：

以上实施例中，调节补偿机构包括可变阻抗元件，可变阻抗元件的控制端连接中央处理器的数据端，两组可变阻抗元件的输出端分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧。

举例说明工作原理或使用方法：

例如通过设置在变压器支路一次侧的高压电能数据终端（其输入端设置在变压器支路的原边），采集的参数为电压、电流、功率、功率因数和电能量中的一种或几种。以功率为例，高压电能数据终端采集该用单位负荷的实时功率。根据最大值和最小值，设置两台满足要求的大容量变压器和小容量变压器。

高压电能数据终端实时采集负荷运行情况，达到切换临界条件，当负荷变小到低于小容量变压器的容量时，切换控制器控制调节补偿机构，对小容量变压器支路进行调节补偿，小容量变压器支路和大容量变压器支路满足并联条件后，切换控制器实行线路切换，将小容量变压器支路投入使用，切断大容量变压器支路；

当负荷变小时，调节、切换过程相反。

Claims (10)

1.一种异容变压器并列交替运行节电方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）采集负荷的运行规律，确定负荷运行中的最大值、最小值、峰值出现时间段；

（2）根据负荷的运行规律设置两台容量不相同的变压器、切换控制器和调节补偿机构构成大容量变压器支路和小容量变压器支路，大容量的变压器的容量大于负荷最大值，小容量的变压器的容量大于负荷最小值；

（3）根据用电负荷高峰运行规律，切换控制器控制调节补偿机构，对小容量变压器支路和大容量变压器支路分别进行调节补偿，直到小容量变压器支路和大容量变压器支路满足并联条件后，切换控制器实行线路柔性切换，切断原来支路，消除空载损耗，使得投用的变压器容量大于用电负荷，降低变压器损耗。

2.根据权利要求1所述的异容变压器并列交替运行节电方法，其特征在于：所述的采集负荷的运行规律是指在高压母线贯穿接入高压电能数据终端，通过高压电能数据终端采集负荷的电压区间、电流区间、功率区间，以及记录峰值出现的时间段，并且存储数据。

3.根据权利要求1所述的异容变压器并列交替运行节电方法，其特征在于：所述的调节补偿方法是指增加/减少变压器的阻抗，调节功率。

4.根据权利要求3所述的异容变压器并列交替运行节电方法，其特征在于：所述的调节补偿方法是指采用功率开关元件，切换控制器控制电流/电压触发角度，实现变压器容量变化。

5.根据权利要求3所述的异容变压器并列交替运行节电方法，其特征在于：所述的调节补偿方法是指采用可变阻抗，实现变压器容量变化，可变阻抗的控制端由切换控制器控制。

6.根据权利要求1所述的异容变压器并列交替运行节电方法，其特征在于：所述的根据用电负荷高峰运行规律，切换控制器控制调节补偿机构进行补偿、切换是指按照负载峰值出现的时间点，在时间点之前，手动或者通过切换控制器内部设定的切换时间，实行补偿、切换。

7.根据权利要求1所述的异容变压器并列交替运行节电方法，其特征在于：所述的根据用电负荷高峰运行规律，切换控制器控制调节补偿机构进行补偿、切换是指实时采集负荷运行数据，当负荷降低趋近小容量变压器容量时或者当负荷升高趋近大容量变压器容量时，切换控制器进行补偿、切换。

8.一种实现权利要求1所述的方法的异容变压器并列交替运行节电装置，包括变压器，变压器一次侧连接高压母线，二次侧连接负载，其特征在于：设置两台不同容量的备用变压器，在高压母线贯穿接入高压电能数据终端，高压电能数据终端的输出端设置连接切换控制器，切换控制器包括中央处理器和执行机构，切换控制器的输出端连接调节补偿机构的控制端，执行机构的触点分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧和二次侧，调节补偿机构串联在小容量变压器的一次侧。

9.根据权利要求8所述的异容变压器并列交替运行节电装置，其特征在于：所述的调节补偿机构包括两组柔性功率开关元件，柔性功率开关元件的控制端连接中央处理器的数据端，两组柔性功率开关元件的输出端分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧。

10.根据权利要求8所述的异容变压器并列交替运行节电装置，其特征在于：所述的调节补偿机构包括可变阻抗元件，可变阻抗元件的控制端连接中央处理器的数据端，两组可变阻抗元件的输出端分别连接大容量变压器和小容量变压器的一次侧。

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