CN105429150B - 电压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及针对中压应用的电压控制系统，包括：具有相应的初级绕组和次级绕组的升压变压器和馈电变压器，馈电变压器的次级绕组在中间电路中与升压变压器的初级绕组电连接，中间电路中的至少一个变压器绕组包括至少两个分接头，可从这些分接头选择一个作为活动的分接头，电邻接分接头被分配至不同的组。还包括：相应的接触器开关，与每个分接头关联，分接头选择性地可切换至中间电路中，可同时切换组的至多一个接触器开关；相应的换向电阻器，与各组的分接头电串联连接。还包括：共同的机柜，前面提及的构件布置于其中；和连接部件，为了以该方式将升压变压器的次级绕组与电能供应网连接，将升压变压器的次级绕组与电压要受控制的输电线路串联。

Description

电压控制系统

技术领域

本发明涉及针对中压应用的电压控制系统。已知，电能配电网中的电压等级取决于若干个因素，诸如配电网内的位置，例如沿着配电或输电线路的延长线的某一位置，或实际负载状况，并且，于是经受连续的变化。

背景技术

中压意味着配电网的典型的电压等级，在本申请的框架下，意味着介于50V和36kV之间的电压。为了将配电网的负载的电压等级保持在大约配电网的相应的部分的标称电压，例如标称电压等级10kV的期望的范围内，已知提供用于配电网的配电变压器的分接头变换器。

分接头变换器具有如下能力：使例如在初级侧额定电压为36kV，在次级侧额定电压为6kV且额定功率为1MVA的变压器的电压比在某一范围内适应，以便变压器的输出侧上的电压在大约标称电压的期望的范围内。变压器的分接头变换要求对构造高度努力，因为不但必须预见另外的用于变压器绕组的分接头，而且还必须预见另外的作为不同的分接头中间的选择开关的分接头变换器。由于在负载状况的期间可能必须由分接头变换器切换的高电流，导致分接头变换器经受加重的磨损。

还已知，特别是对于长的输电线路，例如长度为10km或更大，取决于实际负载状况，可能发生沿着输电线路的连续的电压降乃至电压升。在该情况下，也许不可能沿着输电线路的全长提供处于各位置的大约标称电压的公认的容差等级内的电压等级。所以，在输电线路的一端处，电压等级可能低于公认的容差范围，甚至在另一端，电压等级处于公认的容差范围的上边界。

发明内容

本发明的目标是提供用于调节电能配电网内的电压的针对中压应用的控制系统，该控制系统在一侧是柔性的，以集成于配电网内，并且，在另一侧是鲁棒的，不经受加重的磨损。

由根据本发明的针对中压应用的电压控制系统解决该问题。其特征在于以下构件：

●具有相应的初级绕组和次级绕组的升压变压器和馈电变压器，

○其中，馈电变压器的次级绕组在中间电路中与升压变压器的初级绕组电连接，

○其中，中间电路中的至少一个变压器绕组包括至少两个分接头，可从这些分接头选择一个作为活动的分接头，

○其中，电邻接分接头分配至不同的组，

●相应的接触器开关，与每个分接头关联，可利用这些接触器开关来将分接头选择性地可切换至中间电路中，

○其中，可同时切换组的至多一个接触器开关，

●相应的换向电阻器，与各组的分接头电串联连接，

●共同的机柜，其中，前面提及的构件布置于其中，以及

●连接部件，为了以该方式将升压变压器的次级绕组与电能供应网连接，升压变压器的次级绕组与电压要受控制的配电线路串联。

本发明的基本思想是提供紧凑的电压调节单元，该单元易于集成于配电网中，还易于集成于紧靠变压器处，同样地易于集成于离配电变电站较大距离处。馈电变压器和升压变压器的组合允许独立于配电网的任何配电变压器而使用电压控制系统。

馈电变压器的初级绕组优选地连接至配电线路的输入或电压被预见为受控制的任何另一电构件。升压变压器的次级绕组与配电线路或电压被预见为受控制的任何其他电构件电串联。因而，通过使用升压变压器来将相应的电压加到输入电压，从而允许电压控制。通过在中间电路内选择馈电变压器绕组的相应的合适的分接头，从而可调整升压变压器的效果。

本发明的重要的方面在于使用接触器开关，而不是用于在馈电变压器，相应地，升压变压器的不同的分接头中间切换的常规的分接头变换器。接触器开关是用于适合于在100A和显著地高于100A的范围内切换电流的单相或三相连接的众所周知的切换元件。使用若干个接触器开关，而不是一个分接头变换器，这允许简化的构造，因为接触器开关是以巨大的数量生产的非常常见的且可靠的构件。在单个接触器开关存在缺陷的情况下，能够选择性地且容易地置换该接触器开关，其中，将必须完全地置换有缺陷的分接头变换器。优选地，所有接触器开关完全相同。

措辞“可同时切换”意味着能够同时打开各组的至多一个接触器开关。如果某组的接触器开关不处于闭合状态，则有可能将该组的接触器开关闭合。如果某组的任何接触器开关都已经闭合，则不可能将同一组的另一个接触器开关闭合。电邻接分接头被分配至不同的分接头组。因而，从活动的分接头至较高的或较低的分接头的分接头变换与从一组至另一组的分接头变换关联。为了避免同一组的分接头中间的任何短路，预见，一组的至多一个接触器开关可同时切换，相应地，处于闭合状态。这能够例如通过针对被预见为按正确的序列协调接触器的触发的接触器开关的相关联的控制装置中的相应的控制算法来实现。

每组分接头，相应地，每组相关联的接触器开关与优选地共同的换向电阻器连接。因而，有可能同时打开各组的一个相应的接触器开关，因为相应的短路电流受换向电阻器限制。由于换向电阻器的热容量受限制，因而该时间限于例如几百毫秒，但这以有利的方式允许无中断的分接头变换。

因而，根据本发明的另一个实施例，在分接头变换期间，可同时切换两个与电邻接分接头关联的接触器开关，以便允许对活动的无中断的分接头变换。

布置于优选地标准化的共同的机柜中允许这样的系统的高灵活性。共同的机柜可以由铁皮或诸如此类制成，但它也能够由混凝土制成。在电压等级不满足要求的配电网内的弱区的情况下，能够容易地集成电压控制系统。

根据本发明的另一个实施例，中间电路包括用于使电压的极性反转的基于接触器开关的可切换的交叉连接。优选地，那些接触器开关与其他接触器开关完全相同。因而，有可能根据要求而以有利的方式以反转后的极性增加升压变压器的次级绕组的电压。

根据本发明的另一个实施例，预见至少一个另外的接触器开关用于使相关联的换向电阻器短路。因而，在当同时打开两个接触器开关时完成分接头变换的过程之后，不再需要限制短路电流。为了使仅打开一个接触器开关的情况下的损失最小化，能够将相应的换向电阻器与另外的接触器开关短路或桥接。

根据本发明的另一个实施例，本系统适合于三相网。电能配电网通常是三相网，因而，电压控制系统也因此必须适合于三相网。因此，预见相应地具有升压变压器和馈电变压器以及中间电路的系统必须是三倍，其中，所有构件优选地都布置在同一机柜内。优选地由相应的三相变压器实现升压变压器和馈电变压器。

根据三相电压控制系统的另一个实施例，升压变压器绕组和馈电变压器绕组布置于同一变压器铁心上，该变压器铁心具有一个内柱和两个外柱。两种变压器类型都优选地具有大约相同的功率比，因而，有可能将其绕组以该方式布置于共同的三柱变压器铁心的中间柱上，各绕组所造成的相应的磁通相反。由此，能够以有利的方式减小变压器铁心的中间柱的横截面。

根据本发明的另一个实施例，本系统还包括用于在期望的分接头变换的情况下按相应的预先定义的序列触发接触器开关的控制装置。因为各接触器开关理论上可单独地切换，所以必须预见排除以该方式进行的对接触器开关的切换的控制机构，出现不能允许的状态。合适的控制装置是例如计算装置，在该计算装置上运行相应的控制程序。

典型的切换规则是例如：

●同时打开各组的至多一个接触器开关，

●只有最低的分接头是活动的，才有可能切换用于使电压的极性反转的交叉连接，以便在使极性反转的期间，无电流流过中间电路，

●只有在该情况下才有可能同时打开不同的组的两个接触器开关，至少一个换向电阻器不短路。

根据本发明的另一个实施例，控制装置包括用于手动交互的用户界面。这样的用户界面允许电压控制系统的参数化，例如切换的延迟时间的定义、若干个分接头变换之间的最短时间、PLC接口的参数化等。

根据本发明的另一个实施例，控制装置包括用于提供本系统的运行信息的显示单元。因而，有可能例如在维护期间容易地呈现关于本系统的当前状态的信息或显示例如关于更早的时期的历史系统数据。当然，这样的显示还适合作为一部分用户界面。

根据本发明的另一个实施例，电压控制系统包括远程终端单元（RTU）。远程终端单元是将电压控制系统集成至上级的控制系统中并允许例如从远程控制室访问控制装置的适合的装置。

根据本发明的某一实施例，在自动检测到的标准，诸如机柜内的温度超过某一水平或出现另一个不被容许的运行状态的情况下，自动地启动旁路模式。因而，排除例如由于热的环境框架条件而导致的电压控制系统的热过载。而且，启动旁路的标准是例如构件的故障、控制系统的崩溃、电压要受控制的配电线路上的断电、传感器的击穿或失灵、非对称系统或期望的状态与实际的状态的偏差。

根据本发明的另一个实施例，预见以下操作模式：

●自动模式

●手动模式

●旁路模式

特别是，诸如380V的较低的电压等级的配电网不一定集成至上级的控制系统中。因而，不同的模式允许由偶尔在现场的操作者容易地手动改动电压控制系统的运行行为。

自动模式意味着某一电压等级被指定为期望的电压，并且，电压控制系统反复地选择一个相应的分接头以作为活动的分接头，相应地以该方式控制可切换的交叉连接，使期望的电压等级达到某一容差带内。手动模式意味着活动的分接头的不变的状态，相应地，可持续地选择可切换的交叉连接。旁路模式意味着停用整个控制系统，以便不通过升压变压器的次级绕组来增加电压。

根据电压控制系统的另一个变型，预见机柜，门位于其正面，以便赋予维护可达性，其中，变压器布置于背面。将较大的构件，诸如变压器布置于背面以有利的方式提高可达性。

在从属权利要求中提及本发明的更多的有利的实施例。

附图说明

现在，将借助于示范性的实施例并参考附图来进一步说明本发明，在附图中：

图1示出第一示范性的电压控制系统；并且，

图2示出第二示范性的电压控制系统。

具体实施方式

图1在电气简图中示出第一示范性的电压控制系统10。电压控制系统10的主要构件是具有初级绕组14和次级绕组16的升压变压器12（在本示例中，初级绕组14和次级绕组16的输电率为1:1）和具有初级绕组20和次级绕组22的馈电变压器18。

升压变压器12的次级绕组16与第一连接部件52和第二连接部件54电连接，所以次级绕组16能够容易地与输电线路或任何其他构件串联电连接，预见将通过增加控制电压来控制次级绕组16的电压，在次级绕组16中感应该控制电压。

预见馈电变压器18的初级绕组20在第一连接部件52处的输入电压与优选地对地电位设置为大约0V的中性线中间电连接。预见更多的连接部件用于将相应的中性线与电压控制系统10电连接。

馈电变压器18的次级绕组22和升压变压器12的初级绕组12电连接至中间电路50中，其中，馈电变压器18驱动电流通过中间电路50，该电流感应升压变压器12的次级绕组16中的另外的控制电压。因而，流过中间电路50的电流确定升压变压器的次级绕组16所增加的另外的控制电压。

为了影响流过中间电路50的电流，馈电变压器18的次级绕组22包括若干个分接头24，例如处于0%、20%、40%、60%、80%以及100%。取决于将哪个分接头24设置为活动的分接头，通过中间电路50的电流将更高或更低。在分接头处于0%的情况下，将无电流流动，并且，没有另外的控制电压将被感应。

相应的接触器开关30、32、34、36、38、40与每个分接头24关联，其中，电邻接分接头被分配至不同的组。因而，构建第一组接触器开关30、32、34和第二组接触器开关36、38、40。使用接触器开关，而不是分接头变换器，这允许选择活动的分接头24的简化的且更可靠的可能性。换向电阻器42与第一组接触器开关30、32、34电串联，换向电阻器44与第二组接触器开关36、38、40电串联。每个换向电阻器能够与相应的接触器开关46、48桥接，接触器开关46、48优选地与其他接触器开关30、32、34、36、38、40完全相同。

此外，预见中间电路50内的用于使电压的极性反转的交叉连接58，以便使升压变压器12的次级绕组16处的另外的控制电压的极性反转。同样地，交叉连接58基于接触器开关60、62，以便获得各构件的高度的平等。预见将另一个接触器开关64用于使升压变压器12的初级绕组14短路，以便确保在任何情况下，如有要求，则不感应另外的控制电压。

所有构件都布置在共同的机柜56内，其中，在该情况下，在控制机柜56的外侧预见所要求的用于将电压控制系统10电集成至配电网中的连接部件52、54。因而，允许容易地操纵电压控制系统。在对电压控制系统的户外的操作的艰苦的环境条件的情况下，控制机柜可能由混凝土制成或布置在小型保护建筑物内。

这样的电压控制系统10的典型的框架参数是例如标称电压0.4kV三相、最大电流400A、被预见为电压受控制的输电线路的额定电压的+/-6%的控制范围、6个分接头以及额定功率250kVA。当然，实施例不限于那些框架参数，围绕那些参数的大的变化也是可能的。

图2在相应的构件的布置的原理简图中示出第二示范性的电压控制系统70。带有基座74的共同的机柜72高度为大约2m，并且，在其底部处包括升压变压器76，相应地，包括馈电变压器78。在上部区域中，预见控制装置82，例如计算单元，诸如个人计算机，并且，预见显示单元84。在控制机柜70的中间区域中，若干个完全相同的接触器开关80在几何结构上布置成一行。模式选择开关86提供在例如“自动”、“手动”或“旁路”的若干个操作模式中间手动地选择的可能性。

参考符号列表

10　第一示范性的电压控制系统

12　升压变压器

14　升压变压器的初级绕组

16　升压变压器的次级绕组

18　馈电变压器

20　馈电变压器的初级绕组

22　馈电变压器的次级绕组

24　馈电变压器的分接头

26　第一组分接头

28　第二组分接头

30　与第一分接头关联的接触器开关

32　与第三分接头关联的接触器开关

34　与第五分接头关联的接触器开关

36　与第二分接头关联的接触器开关

38　与第四分接头关联的接触器开关

40　与第六分接头关联的接触器开关

42　第一组分接头的换向电阻器

44　第二组分接头的换向电阻器

46　与第一组分接头的换向电阻器关联的接触器开关

48　与第二组分接头的换向电阻器关联的接触器开关

50　中间电路

52　第一连接部件

54　第二连接部件

56　共同的机柜

58　用于使电压的极性反转的交叉连接

60　交叉连接的第一接触器开关

62　交叉连接的第二接触器开关

64　与升压器的初级绕组关联的接触器开关

70　第二示范性的电压控制系统

72　共同的机柜

74　共同的机柜的基座

76　升压变压器

78　馈电变压器

80　接触器开关

82　控制装置

84　显示单元

86　模式选择开关

88　连接部件。

Claims (13)

1.一种针对中压应用的电压控制系统（10、70），包括以下构件：

●具有相应的初级绕组和次级绕组的升压变压器（12、76）和馈电变压器（18、78），

○其中，所述馈电变压器（18、78）的所述次级绕组（22）在中间电路（50）中与所述升压变压器（12、76）的所述初级绕组（14）电连接，

○其中，所述中间电路（50）中的所述馈电变压器（18、78）的所述次级绕组（22）和所述升压变压器（12、76）的所述初级绕组（14）中的至少一个包括至少两个分接头（24），可从这些分接头选择一个作为活动的分接头，

○其中，所述至少两个分接头中的电邻接的分接头（24）被分配至至少两个组（26、28），

●相应的接触器开关（30、32、34、36、38、40），与每个所述分接头（24）关联，利用所述相应的接触器开关将所关联的分接头选择性地可切换至所述中间电路（50）中，

○其中，可同时切换所述至少两个组中的一组（26、28）的至多一个接触器开关（30、32、34、36、38、40），

●相应的换向电阻器（42、44），与所述至少两个组中的各组（26、28）的所述分接头（24）电串联连接，

●共同的机柜（56、72），其中，前面提及的构件布置于其中，以及

●连接部件（52、54、88），为了将所述升压变压器（12、76）的所述次级绕组（16）与电能供应网连接，所述升压变压器（12、76）的所述次级绕组（16）与电压要受控制的输电线路串联，

其中，所述中间电路（50）包括用于使来自所述换向电阻器（42、44）的电压的极性反转的基于接触器开关（60、62）的可切换的交叉连接（58）。

2.如权利要求1所述的电压控制系统，其特征在于，与电邻接的分接头（24）关联的接触器开关（30、32、34、36、38、40）可在分接头变换期间同时切换，以便允许对所述活动的分接头无中断的变换。

3.如权利要求1或2所述的电压控制系统，其特征在于，预见至少一个另外的接触器开关（46、48）用于使相关联的换向电阻器（42、44）短路。

4.如权利要求1或2所述的电压控制系统，其特征在于，所述系统适合于三相网。

5.如权利要求4所述的电压控制系统，其特征在于，所述升压变压器（12、76）的初级绕组（14）和次级绕组（16）和所述馈电变压器（18、78）的初级绕组（20）和次级绕组（22）构建为三相并布置于同一变压器铁心上。

6.如权利要求1或2所述的电压控制系统，其特征在于，还包括用于在期望的分接头变换的情况下按相应的预先定义的序列触发所述接触器开关（30、32、34、36、38、40、46、48、60、62、64）的控制装置（82）。

7.如权利要求6所述的电压控制系统，其特征在于，所述控制装置（82）包括用于手动交互的用户界面。

8.如权利要求7所述的电压控制系统，其特征在于，所述控制装置（82）包括用于提供所述系统的运行信息的显示单元（84）。

9.如权利要求1或2所述的电压控制系统，其特征在于，包括远程终端单元（RTU）。

10.如权利要求1或2所述的电压控制系统，其特征在于，在满足自动检测到的标准的情况下，自动地启动旁路模式。

11.如权利要求10所述的电压控制系统，其特征在于，所述自动检测到的标准是所述机柜内的温度超过一定水平或出现另一个不被容许的运行状态。

12.如权利要求1或2所述的电压控制系统，其特征在于，预见以下操作模式：

●自动模式

●手动模式

●旁路模式。

13.如权利要求1或2所述的电压控制系统，其特征在于，预见所述机柜（56、72）门位于其正面，以便赋予维护可达性，并且，所述升压变压器（12、76）和所述馈电变压器（18、78）布置于背面。

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