CN105356802B - 基于有载调压开关的移相变压器副边绕组抽头投切电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有载调压开关的移相变压器副边绕组抽头投切电路，其可以在有载的情况下实现快速可靠的抽头切换。当受端潮流需求改变时，有载调压分接开关接收到触发信号，通过电流检测过零装置实现了在两个反并联晶闸管抽头间的过渡，同时采用续流装置解决晶闸管过渡时产生的死区问题，协助有载调压分接开关进行开断，从而完成开关抽头的投切。

Description

基于有载调压开关的移相变压器副边绕组抽头投切电路

技术领域

本发明涉及一种移相变压器副边绕组抽头投切电路，尤其是涉及一种基于有载调压开关(OLTC)的移相变压器(“Sen”Transformer)副边绕组抽头投切电路。

背景技术

移相变压器是现代电力系统中实现潮流控制的一项关键技术。自上世纪30年代首次提出移相器的概念以来，基于机械式有载调压开关的传统移相器已在世界范围内、尤其是欧美国家的电网中得到了广泛应用。用移相变压器能改变线路中的潮流分布，可以减小损耗，使得线路潮流分布最优，提高电网输送能力，因而移相变压器的应用需求在不断增加。“Sen”Transformer(ST)由美国西屋科技中心的K.K.Sen博士于2003年提出，在与系统的接入方式上看，ST是一种串、并联混合型装置，它是基于多抽头变压器和抽头控制技术的改进型移相变压器，通过对副边绕组抽头的投切，使其输出不同的串联注入电压，调节系统电压、改变传输潮流，提高系统稳定性。

ST的结构如图1所示，它的原边绕组是以星型方式连接的，然后并联接入系统(通常是靠近首端的一侧)，构成变压器的励磁单元；副边绕组每相分别由三个带着抽头的小绕组连接而成，然后以串联的方式接入系统，提供电压补偿。

如图1所示，接入A相副边的三个绕组分别为a1、a2、a3(即a1、a2、a3连接在一起与A相原边的励磁单元产生电磁感应，B、C相与此相同)，依次接入B、C两相副边的绕组为b1、b2、b3和c1、c2、c3，。由于A、B、C三相相差120°，则相应的感应而出的a1、a2、a3(彼此同相位，下同)，b1、b2、b3和c1、c2、c3也相差120°。

将绕组a1、b1、c1串联起来构成A相的串联补偿电压，则可得到幅值和相角均可改变的电压。B、C两相与此相同，构成B相串联补偿电压的绕组为a2、b2、c2，构成C相串联补偿电压的绕组为a3、b3、c3。为增加每相串联补偿电压的幅值和相角的改变范围，通常会让副边的每个小绕组(a1、a2、a3等)携带多个抽头。

在图1所示的ST结构中，副边的每个小绕组都带有三个抽头，表示每个小绕组都可以输出以其自身容量为基值的0pu,0.25pu,0.5pu,0.75pu,1pu等五个电压。由于每一相的副边绕组都有三个小绕组，且每个小绕组输出电压的幅值和相角都不尽相同，因此可以通过多种不同的组合，得到多种不同的串联补偿电压，从而调节接入系统首端的电压，达到调节系统电压幅值和相角的目的。

要灵活、可靠的调节移相变压器副边输出电压，则需要快速、精确、可靠的抽头切换手段。

目前国内变压器主要有两种形式：无载(无励磁)调压变压器和有载调压变压器。无载调压变压器基本采用高压绕组抽头结构，这种结构的缺点是：在改变分接头时，必须停电，且必须测量接地电阻，所以分接开关很少调节。有载调压器变压器主要用于对电能质量要求比较高的配电系统中。这种配电变压器的优点是能够提供较稳定的输出电压，缺点是造价高，不适于频繁调节。有载调压分接开关是有载调压变压器的核心部件。

2000年前后，贵州某高校研制了晶闸管串联调压，此调压装置完全取消机械结构，反应迅速，调节快，可频繁调节，主变压器无分接头，切换时无电弧产生。但该方法需要辅助变压器，造价高。

日前国内的主流研究趋势是应用固态继电器作为无触点开关,这种开关没有机械部分的存在,所以可以频繁操作并且没有伴随电弧的产生。配以运算速度高、可靠性高、精度高的单片机控制技术的无触点有载自动调压配电变压器可以节省应用空间,降低制造成本,并且有利于有载分接开关的检修。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于有载调压开关的移相变压器副边绕组抽头投切电路，其使得抽头投切时反应快速、调节精确可靠，可频繁调节，输出稳定电压，制造成本低廉便于推广应用。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于有载调压开关的移相变压器副边绕组抽头投切电路，所述的移相变压器原边绕组以星型方式连接，然后并联接入系统、副边绕组每相分别由三个中间带着三个抽头的小绕组连接而成，然后以串联的方式接入系统，其特征是：所述中间带着三个抽头的小绕组加上首尾两端共五个抽头A、B、C、D和F中，抽头A、C和F分别经过各自的开关后连接在一起，然后分为两分支：一分支依次经第一电流检测装置(CT1)、第一反并联晶闸管组(F1)至电感线圈L的一端、另一分支则连接至三联开关的一个连通端头；抽头B和D分别经过各自的开关后连接在一起，然后分为两分支：一分支依次经第二电流检测装置(CT2)、第二反并联晶闸管组(F2)至电感线圈L的另一端、另一分支则连接至三联开关M的另一个连通端头；

所述的三联开关M一边是三个端头，其中两个是连通端头，中间的一个是不连通端头，另一边则依次连接有阻抗Z和负载。

图4的触发电路与电流过零检测装置的与门电路的组成和连接关系为：

电流过零检测装置的输出信号与晶闸管的脉冲控制信号通过与门电路(中间打叉方框)来控制反并联晶闸管组。

以正向导通说明，当有脉冲信号发出触发导通脉冲时，T1导通，当需要T3导通时，给T1发出关断信号的同时给T3发出触发导通脉冲，且T3必须在检测T1支路的电流检测装置检测到过零信号才能导通。

图3是主电路图，图4是基于EXB841的驱动电路是控制信号电路。

图6为小容量实验中使用的基于EXB841的驱动电路。在本实验中，对原有的EXB841芯片基础上做了一些外围电路的设计改进。

首先，使EXB841芯片的3脚出来的信号经过一个推挽式放大电路，进行功率放大，保证不会出现驱动功率不足的情况，推挽放大电路输出的电压信号同样是+20V，与3脚直接输出的电压幅值一样，因此不会影响驱动效果；

其次，我们不再采用EXB841内部电路产生负压，而是利用外部电路D1、C2来产生一个负压，这样可以提高高频开关关断的可靠性。

本发明可以在有载的情况下实现移相变压器副边绕组抽头的快速可靠切换；当受端潮流需求改变时，有载调压分接开关接收到触发信号，通过电流检测过零装置实现了在两个反并联晶闸管间的过渡，同时采用续流装置解决死区问题，协助有载调压分接开关进行开断，从而完成开关抽头的投切。

有益效果：本发明可以在有载的情况下实现移相变压器副边绕组抽头的快速可靠切换，且抽头投切时反应快速、调节精确可靠，可频繁调节，输出稳定电压，制造成本低廉便于推广应用。

附图说明

图1为移相变压器(“Sen”Transformer)原理图；

图2为ST电压输出补偿点数示意图；

图3为有载调压分接开关拓扑结构；

图4为电流检测脉冲触发信号原理图；

图5为抽头投切策略(以从抽头A投切到B为例)；

图6为基于EXB841的驱动电路；

图7为抽头投切控制流程图。

具体实施方式

图1为移相变压器(“Sen”Transformer)原理图。移相变压器原边绕组以星型方式连接，然后并联接入系统、副边绕组每相分别由三个中间带着三个抽头的小绕组连接而成，然后以串联的方式接入系统。

当抽头等分相电压，即设如果在ST的每相副边绕组有M个抽头，且该M个抽头等分该相电压，则在该相有(M+1)种输出电压。当M等于1时，通过抽头设置组合ST可补偿的输出点电压位置的如图2所示。不同的M值，计算得可补偿的电压点数N1可表示为：

表1表示在抽头等分相电压的情况下，抽头数M和ST可补偿的电压矢量数目N的关系，由表一可知随着抽头数的增加，ST可补偿的点也快速的增加。

表1.M和N之间的关系(抽头等分相电压)

Tab.1 the output current polarities of a three-phase inverter

以A相补偿电压V_dA来说，当M等于1，使ST相电压为1pu，则ST的每相输出电压有三种可能的值：0、0.5pu、1pu，那么ST的补偿点为每相可输出电压点和各相输出电压的组合电压点，即图2所示的小黑点，此时N＝19。

本发明的基于有载调压开关的移相变压器副边绕组抽头投切电路实施例，移相变压器原边绕组以星型方式连接，然后并联接入系统、副边绕组每相分别由三个中间带着三个抽头的小绕组连接而成，然后以串联的方式接入系统。

中间带着三个抽头的小绕组加上首尾两端共五个抽头A、B、C、D和F中，抽头A、C和F分别经过各自的开关后连接在一起，然后分为两分支：一分支依次经第一电流检测装置(CT1)、第一反并联晶闸管组(F1)至电感线圈L的一端、另一分支则连接至三联开关的一个连通端头；抽头B和D分别经过各自的开关后连接在一起，然后分为两分支：一分支依次经第二电流检测装置(CT2)、第二反并联晶闸管组(F2)至电感线圈L的另一端、另一分支则连接至三联开关M的另一个连通端头；

三联开关M一边是三个端头，其中两个是连通端头，中间的一个是不连通端头，另一边则依次连接有阻抗Z和负载。

参见图3，

有载调压分接开关实施步骤

当开关触头位于A时，此时输出电压为1pu,当要求输出4/5pu时，开关触头需要从A点调到B点。具体实施步骤如下：

步骤(一)：开关触头A闭合，电流信号从A-M-1线路流通。

步骤(二)：开关触头B闭合，电流信号从M-1线路流通。

步骤(三)：给CT1发导通的触发脉冲，使反并联晶闸管组F1导通，此时由于M-1线路无阻抗，所以电流信号仍然从M-1线路流通；

步骤(四)：开关M从1调整到0，此时电流从F1流过；

步骤(五)：反并联晶闸管组F1关断，F2开通，为防止出现死区状态，加装电感线圈L作续流作用，此时电流通路经开关触头B-F2流通。

步骤(六)：触头M从0投切到2，此时线路M-2无阻抗，因此电流通路经M-2流通，不再流经F2.

步骤(七)：电流检测装置发出关断信号，F2关断。

步骤(八)：开关触头A断开，有载调压分接开关完成从A到B触头的投切。

具体抽头投切策略如图5所示，1表示闭合，0表示断开。对于开关M，0表示关断，1,2表示在不同档位间开通.

3.电流检测脉冲触发信号原理图

如图3所示，以正向导通说明，当有脉冲信号发出时，T1导通，当需要T3导通时，必须在T1关断的瞬间T3才能导通。因此设计如图4所示电路，触发电路与电流过零检测装置的与门电路。

当脉冲触发信号发出，电流检测装置检测到T1过零关断，此时T3才能接收到脉冲触发信号进行开通。

4.续流电感的作用

图3中电感L是续流的作用。因为T1过渡到T3过程中，T1先关断T3再导通，有短暂的死区，加装电感线圈，则可以解决上述问题，使过渡过程更加平顺。

Claims (1)

1.一种基于有载调压开关的移相变压器副边绕组抽头投切电路，所述的移相变压器原边绕组以星型方式连接，然后并联接入系统、副边绕组每相分别由三个中间带着三个抽头的小绕组连接而成，然后以串联的方式接入系统，其特征是： 所述中间带着三个抽头的小绕组加上首尾两端共五个抽头A、B、C、D和F中，抽头A、C和F分别经过各自的开关后连接在一起，然后分为两分支：一分支依次经第一电流检测装置（CT1）、第一反并联晶闸管组（F1）至电感线圈L的一端、另一分支则连接至三联开关M的一个连通端头；抽头B和D分别经过各自的开关后连接在一起，然后分为两分支：一分支依次经第二电流检测装置（CT2）、第二反并联晶闸管组（F2）至电感线圈L的另一端、另一分支则连接至三联开关M的另一个连通端头；

所述的三联开关M一边是三个端头，其中两个是连通端头，中间的一个是不连通端头，另一边则依次连接有阻抗Z和负载。