CN104993488B - 有载调压变压器的调压控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有载调压变压器的调压控制装置，包括：有载调压变压器，用于接入外部交流电，变压后输出配电网电压至外部负载；调压控制装置包括：电源适配模块、微控制器、电压采样模块；调压传动装置包括：步进电机、齿轮装置、齿条；电源适配模块接入外部电源，用于将外部电源的电压进行转换，提供电源；电压采样模块接入配电网电压，用于对该配电网电压进行采样，生成采样信号发送至微控制器；微控制器连接步进电机，用于接收采样信号，控制步进电机转动；步进电机通过转动使齿轮装置转动；齿条与齿轮装置相啮合，由齿轮装置的转动使该齿条直线运动，该齿条上固定设置可调节的变压器分接头，可以随着齿条移动，调节有载调压变压器的变比。

Description

有载调压变压器的调压控制装置

技术领域

本发明涉及电力控制领域，尤指一种有载调压变压器的调压控制装置。

背景技术

在我国的电网中，电压偏移过量成为了普遍存在的问题，这不但严重影响着输电设备，设施的安全运行，还缩短了使用寿命以及我国电能的有效合理的运用。

当电压偏移过大时，将会影响工农业产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起系统性的“电压崩溃”，造成大面积停电。利用改变有载调压变压器的分接头进行调压在无功充裕的电力系统中是一种行之有效的调压措施。有载调压变压器可以在带负荷的条件下，手动或自动切换分接头达到调压目的。

目前，有载调压变压器采用机械式分接开关调压，使用半导体逻辑电路，这种调压方式至少存在以下几个缺陷：(1)容易受变电站复杂的电磁环境影响，性能不够稳定，工作不够可靠；(2)需要额外的模数转换器。(3)采用机械式调压分接开关，会产生电弧、动作速度慢、维护不便、故障率高。(4)只有固定的几个分接头，不能够实现无级平滑调压。(5)不能够自动维持配电网电压恒定。

发明内容

本发明为了克服上述机械式分接开关调压存在的缺陷，提出一种有载调压变压器的调压控制装置。该系统可以避免由于机械开关投切而产生的电弧，且调压速度快，控制精确。

为达到上述目的，本发明提出了一种有载调压变压器的调压控制装置，包括：有载调压变压器、调压控制装置、调压传动装置；其中，所述有载调压变压器，包括一可调节的变压器分接头，用于接入外部交流电，变压后输出配电网电压至外部负载；所述调压控制装置包括：电源适配模块、微控制器、电压采样模块；所述调压传动装置包括：步进电机、齿轮装置、齿条；所述电源适配模块，接入外部电源，用于将所述外部电源的电压进行转换，给所述微控制器、电压采样模块、步进电机提供电源；所述电压采样模块，接入所述配电网电压，用于对该配电网电压进行采样，生成采样信号发送至所述微控制器；所述微控制器，连接步进电机，用于接收所述采样信号，对该配电网电压与一设定的电压值进行比较，根据比较结果控制所述步进电机转动；所述步进电机通过转动使所述齿轮装置转动；所述齿条与齿轮装置相啮合，由所述齿轮装置的转动使该齿条直线运动，该齿条上固定设置所述可调节的变压器分接头，该可调节的变压器分接头随着齿条移动，调节所述有载调压变压器的变比。

通过本发明提出的有载调压变压器的调压控制装置，可以避免由于机械开关投切而产生的电弧，且调压速度快，控制精确、可靠，实现了自动维持配电网电压恒定；并且还通过传动装置调节分接头，实现了无级平滑调压。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的有载调压变压器的调压控制装置结构示意图。

图2为本发明一实施例的调压控制装置及调压传动装置的结构示意图。

图3为本发明一实施例的齿轮装置、齿条以及可调节的变压器分接头的关系示意图。

图4为本发明一实施例的调压控制装置的模块连接关系示意图。

图5为本发明一实施例的电压采样模块的结构示意图。

具体实施方式

以下配合图示及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

图1为本发明一实施例的有载调压变压器的调压控制装置结构示意图。如图1所示，该系统包括：有载调压变压器1、调压控制装置2、调压传动装置3。

有载调压变压器1，包括一可调节的变压器分接头，用于接入外部交流电4，变压后输出配电网电压5至外部负载6。

以下结合图2及图3来进一步说明，图2为本发明一实施例的调压控制装置及调压传动装置的结构示意图；图3为本发明一实施例的齿轮装置、齿条以及可调节的变压器分接头的关系示意图。

其中，如图2所示，调压控制装置2包括：电源适配模块21、电压采样模块22、微控制器23。

调压传动装置3包括：步进电机31、齿轮装置32、齿条33。

电源适配模块21，接入外部电源，用于将外部电源的电压进行转换，给电压采样模块22、微控制器23、步进电机31提供电源；电源适配模块21接入的外部电源可以是有载调压变压器1输出的配电网电压5。

电压采样模块22，接入配电网电压5，用于对该配电网电压5进行采样，生成采样信号发送至微控制器23。

微控制器23，连接步进电机31，用于接收采样信号，对配电网电压5与一设定的电压值进行比较，根据比较结果控制步进电机31转动；

步进电机31通过转动使齿轮装置32转动。

进一步结合图3所示，齿条33与齿轮装置32相啮合，由齿轮装置32的转动使该齿条33直线运动(例如，使齿条33上下运动)，该齿条33上固定设置可调节的变压器分接头7，该可调节的变压器分接头7随着齿条33移动，调节有载调压变压器1的变比。

在本实施例中，齿轮装置32可以包括多个同心固定且大小不同的齿轮(例如图3中所示的小齿轮321、大齿轮322)，齿条33与其中一个齿轮(图3中所示为小齿轮321)保持啮合。两种齿轮同时存在的原因是供工作人员选择调节精度或速度：小齿轮与齿条相啮合，调节会更加精确，但是调节速度较慢；而大齿轮与齿条相啮合，则会有相反的效果。通过这种齿条啮合齿轮的方式，可以将步进电机31的圆周运动转化成齿条33的直线运动；当步进电机31正转或反转时，可调节的变压器分接头7会随着齿条33上下移动，从而改变有载调压变压器1变比。

该系统还可以包括一电机驱动模块(图中未示)，该模块可以设置于在步进电机31和微控制器23之间或者集成于步进电机31中，用于根据微控制器发出的转动信号，控制步进电机31转动。

在本实施例中，比较结果包括：

当配电网电压5小于设定的电压值时，微控制器23控制步进电机31正转，该步进电机31正转带动齿轮装置32的转轴正向旋转(如图3中所示的A方向，顺时针方向)，该齿轮装置32使齿条33沿第一方向移动(如图3中所示，向上移动)，该齿条33带动可调节的变压器分接头7朝第一方向移动(向上移动)，增大有载调压变压器1的变比，增大配电网电压5。

当配电网电压5大于设定的电压值时，微控制器23控制步进电机31反转，该步进电机31反转带动齿轮装置32的转轴反向旋转(如图3中所示的B方向，逆时针方向)，该齿轮装置32使齿条33沿第二方向移动(如图3中所示，向下移动)，该齿条33带动可调节的变压器分接头7朝第二方向移动(向下移动)，减小有载调压变压器1的变比，减小配电网电压5。

在本实施例中，图4为本发明一实施例的调压控制装置的模块连接关系示意图。如图4所示，该系统还包括：连接于微控制器23的显示模块8、通信模块9、指令接收模块10。

显示模块8，用于显示配电网电压5的信息及可调节的变压器分接头9的位置信息，其中，配电网电压5的信息由微控制器23根据采样信号生成，可调节的变压器分接头9的位置信息由微控制器23根据步进电机31的转动情况生成。

通信模块9，用于发送警告信号，其中，警告信号是当微控制器23无法通过调节可调节的变压器分接头9维持配电网电压5在正常范围内时，由微控制器23生成，以提醒工作人员采取其它调节措施，实现了远程操作。

指令接收模块10，用于接收外部输入的控制指令，并发送至微控制器23，调节有载调压变压器1的变比。工作人员可以通过键盘手动输入控制指令，调节变比。

上述功能模块可以实现远程操作的功能，手动输入调压指令的功能，显示当前分接头位置、配电网电压等信息的功能。

再结合图4所示，该微控制器23可以采用MSP430f149单片机，包括：模数转换单元231、串口通讯单元232、I/O输入输出单元233。

其中，模数转换单元231连接电压采样模块22，转换精度达到12位，1位差分非线性，1位积分非线性。

串口通讯单元232连接通信模块9。

I/O输入输出单元233连接步进电机31(也可连接电机控制模块)、显示模块8、指令接收模块10。

主要控制程序写入了MSP430f149数字单片机，可以不受外部电磁环境的干扰，并且控制精确、可靠。

在本实施例中，电源适配模块21包括：AC/DC模块及DC/DC模块(图未示)；

AC/DC模块将外部电源(外部电源可以是配电网电压5)转换为24V直流电压，用于给步进电机31提供电源。

DC/DC模块将24V直流电压转换为3.3V直流电压，用于给微控制器23、电压采样模块22、通信模块9、指令接收模块10等提供电源。

在本实施例中，图5为本发明一实施例的电压采样模块的结构示意图。如图5所示，该电压采样模块由电压互感器T1、第一电阻R1、PI型滤波电路221、电压抬升电路222、电压追随器223、一阶RC滤波电路224组成。

其中，电压互感器T1接入配电网电压5。

PI型滤波电路221由电感L1、第一电容C1、第二电容C2组成；电网电压中含有谐波，电压互感器T1由于磁滞、磁饱和也会产生谐波，PI型滤波电路221主要是滤除这两部分谐波。

电压抬升电路222由第二电阻R2、第三电阻R3及3.3V直流电源VDD组成；由于输入微控制器的电压不能小于0，所以需要电压抬升电路222将小于0的电压抬升至大于0。

电压追随器223包括一放大器U1，该放大器U1的反相输入端与输出端相连，即构成了该电压追随器223，电压跟随器223的主要作用是使得输入阻抗变大，减小微控制器内部电路对采样电路的影响。

一阶RC滤波电路224由第四电阻R4、第三电容C3组成。

为了对上述有载调压变压器的调压控制装置进行更为清楚的解释，下面结合一个具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。

首先，电压采样模块对配电网电压进行采样后，将采样信号发送至微控制器MSP430f149中进行分析，并与设定的电压值比较。当判断出配电网电压改变时，微控制器会向显示模块发送信号，更改显示屏中的配电网电压的信息。

当配电网电压小于设定的电压值时，微控制器就会向电机驱动模块发出使步进电机正转的信号，步进电机正转带动齿轮正向旋转，齿轮带动齿条上移，齿条带动变压器分接头上移，从而增大变压器变比，增大配电网电压。

当配电网电压大于设定的电压值时，微控制器就会向电机驱动模块发出使步进电机反转的信号，步进电机反转带动齿轮逆向旋转，齿轮带动齿条下移，齿条带动变压器分接头下移，从而减小变压器变比，减小配电网电压。

当由于电网无功功率不足时，变压器变比调到最大或最小也不能维持配电网电压在正常范围内，则微控制器会停止向电机驱动模块发出信号，而向显示模块显示警急信号，通过通信模块向值班室的工作人员发出警报，以提醒工作人员需采取其他调节措施。当控制的目的不再是配电网电压恒定时，比如是以控制系统的潮流为目的，那变压器变比的调节可能就不再是主要的手段，而是一种辅助手段，此时就可以通过键盘模块向微控制器输入一个合理的变压器变比的值，来配合其他控制手段。

通过本发明提出的有载调压变压器的调压控制装置，可以避免由于机械开关投切而产生的电弧，且调压速度快，控制精确、可靠，实现了自动维持配电网电压恒定；并且还通过传动装置调节分接头，实现了无级平滑调压。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种有载调压变压器的调压控制装置，其特征在于，包括：有载调压变压器、调压控制装置、调压传动装置；其中，

所述有载调压变压器，包括一可调节的变压器分接头，用于接入外部交流电，变压后输出配电网电压至外部负载；

所述调压控制装置包括：电源适配模块、微控制器、电压采样模块；

所述调压传动装置包括：步进电机、齿轮装置、齿条；

所述电源适配模块，接入外部电源，用于将所述外部电源的电压进行转换，给所述微控制器、电压采样模块、步进电机提供电源；

所述电压采样模块，接入所述配电网电压，用于对该配电网电压进行采样，生成采样信号发送至所述微控制器；

所述微控制器，连接步进电机，用于接收所述采样信号，对该配电网电压与一设定的电压值进行比较，根据比较结果控制所述步进电机转动；

所述步进电机通过转动使所述齿轮装置转动；

所述齿条与齿轮装置相啮合，由所述齿轮装置的转动使该齿条直线运动，该齿条上固定设置所述可调节的变压器分接头，该可调节的变压器分接头随着齿条移动，调节所述有载调压变压器的变比。

2.如权利要求1所述的有载调压变压器的调压控制装置，其特征在于，所述微控制器，连接步进电机，用于接收所述采样信号，对该配电网电压与一设定的电压值进行比较，根据比较结果控制所述步进电机转动，还包括：

当所述配电网电压小于设定的电压值时，所述微控制器控制所述步进电机正转，该步进电机正转带动齿轮装置的转轴正向旋转，该齿轮装置使所述齿条沿第一方向移动，该齿条带动所述可调节的变压器分接头朝第一方向移动，增大所述有载调压变压器的变比，增大配电网电压；

当所述配电网电压大于设定的电压值时，所述微控制器控制所述步进电机反转，该步进电机反转带动齿轮装置的转轴反向旋转，该齿轮装置使所述齿条沿第二方向移动，该齿条带动所述可调节的变压器分接头朝第二方向移动，减小所述有载调压变压器的变比，减小配电网电压。

3.如权利要求1所述的有载调压变压器的调压控制装置，其特征在于，所述装置还包括：连接于所述微控制器的显示模块、通信模块、指令接收模块；

所述显示模块，用于显示所述配电网电压的信息及所述可调节的变压器分接头的位置信息，其中，所述配电网电压的信息由所述微控制器根据所述采样信号生成，所述可调节的变压器分接头的位置信息由所述微控制器根据所述步进电机的转动情况生成；

所述通信模块，用于发送警告信号，其中，所述警告信号是当微控制器无法通过调节所述可调节的变压器分接头维持配电网电压在正常范围内时，由微控制器生成，以提醒工作人员采取其它调节措施；

所述指令接收模块，用于接收外部输入的控制指令，并发送至所述微控制器，调节所述有载调压变压器的变比。

4.如权利要求3所述的有载调压变压器的调压控制装置，其特征在于，所述电源适配模块包括：AC/DC模块及DC/DC模块；

所述AC/DC模块将所述外部电源转换为24V直流电压，用于给步进电机提供电源；

所述DC/DC模块将所述24V直流电压转换为3.3V直流电压，用于给所述微控制器、电压采样模块、通信模块、指令接收模块提供电源。

5.如权利要求4所述的有载调压变压器的调压控制装置，其特征在于，所述电源适配模块接入的外部电源为所述有载调压变压器输出的配电网电压。

6.如权利要求3所述的有载调压变压器的调压控制装置，其特征在于，所述微控制器采用的是MSP430f149单片机，包括：模数转换单元、串口通讯单元、I/O输入输出单元；其中，

模数转换单元连接所述电压采样模块，转换精度达到12位，1位差分非线性，1位积分非线性；

所述串口通讯单元连接所述通信模块；

所述I/O输入输出单元连接所述步进电机、显示模块、指令接收模块。

7.如权利要求1所述的有载调压变压器的调压控制装置，其特征在于，所述电压采样模块由电压互感器、第一电阻、PI型滤波电路、电压抬升电路、电压追随器、一阶RC滤波电路组成；其中，

所述电压互感器接入所述配电网电压；

所述PI型滤波电路由电感、第一电容、第二电容组成；

所述电压抬升电路由第二电阻、第三电阻及3.3V直流电源组成；

所述电压追随器包括一放大器，该放大器的反相输入端与输出端相连；

所述一阶RC滤波电路由第四电阻、第三电容组成。

8.如权利要求1所述的有载调压变压器的调压控制装置，其特征在于，所述齿轮装置包括多个同心固定且大小不同的齿轮，所述齿条与其中一个齿轮啮合。