CN106053921B - 一种对称双芯移相变压器负载条件下的级电压计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对称双芯移相变压器负载条件下的级电压计算方法，所述计算方法为：根据移相变压器的额定通过容量S和额定电压UN确定额定电流IN和串联变压器电源侧电压根据额定电流IN、整体漏阻抗Z和功率因数角确定串联变压器负载侧电压进而结合空载时的移相角α确定串联变压器电源侧电流和负载侧电流根据串联变压器电源侧电流和负载侧电流确定励磁变压器一次侧电流和二次侧电流根据串联变压器电源侧电压负载侧电压励磁变压器一次侧电流和二次侧电流确定励磁变压器一次侧电压进而确定励磁变压器二次侧电压以及根据励磁变压器二次侧电压确定有载分接开关级电压本发明还提出了移相变压器在所选的n档位下计算整体漏阻抗Zn和空载时移相角αn的方法。
Description
技术领域
本发明涉及变压器制造技术领域，并且更具体地，涉及一种对称双芯移相变压器在负载条件下的有载分接开关级电压计算方法。
背景技术
移相变压器作为消除过载、控制系统有功潮流的方法因操作便捷性和对电力系统附加影响很小等优势得到了国内外专家的广泛关注。有载分接开关是移相变压器调节电压移相角的关键组件，其关键技术参数的确定及合理选型将直接影响着移相变压器的设计和可靠运行。现阶段，对移相变压器中有载分接开关级电压的确定是首先在空载条件下进行计算，再按照一定的经验裕度确定最大级电压的大小，而与普通变压器相比，移相变压器结构复杂，设计参数多样，且存在超前调节和滞后调节两种方式、负载电流大小以及与负载电压的相位差变化很大。因此对于在负载条件下级电压的大小以及影响因素缺乏必要的理论研究，按照现有方法不能经济、可靠的实现有载分接开关的选型。
发明内容
为了解决背景技术存在的上述问题，本发明提供一种精确计算双芯移相变压器负载条件下的有载分接开关级电压的计算方法。所述计算方法的积极效果在于：一方面，所述方法克服了不同的移相变压器由于设计的差异性导致的基于空载条件下裕度大小的分散性，可以更准确的确定移相变压器中有载分接开关级电压的大小；另一方面，所述方法不依赖于潮流计算的结果，仅由移相变压器的通过容量以及额定电压就可以进行负载条件下级电压的计算，便于工程设计人员在工程实际应用中的使用，从而更好地为移相变压器的设计以及有载分接开关的选型提供技术指导。
所述级电压计算方法为：
根据移相变压器的额定通过容量S和额定电压UN确定移相变压器的额定电流IN；
根据移相变压器的额定电压UN和串联变压器的电源侧电压相角φ确定串联变压器一次侧的电源侧电压
根据移相变压器的额定电流IN、整体漏阻抗Z和功率因数角确定串联变压器一次侧的负载侧电压
根据移相变压器的额定电流IN、整体漏阻抗Z、移相变压器空载时的移相角α和功率因数角确定串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流
根据串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流确定励磁变压器一次侧绕组电流和二次侧绕组电流
根据串联变压器一次侧的电源侧电压和负载侧电压确定励磁变压器一次侧电压
根据励磁变压器一次侧电压和一次侧绕组电流确定励磁变压器一次侧的空载电压和二次侧的空载电压
根据励磁变压器二次侧绕组电流和二次侧的空载电压确定励磁变压器二次侧电压以及
根据励磁变压器二次侧电压确定有载分接开关级电压
优选地，所述计算方法适用于移相变压器超前调节和滞后调节两种运行方式。
优选地，所述计算方法中的串联变压器的电源侧电压相角是可变的，范围为-180°至180°。
优选地，在所选的n档位下,所述移相变压器的整体漏阻抗Zn的计算公式如下：
D＝n/nmax
其中，ZS1,ZS2,ZE1,ZE2分别为串联变压器一次侧、二次侧和励磁变压器一次侧、二次侧绕组的漏阻抗，NS为串联变压器的变比，NE为开关位置在nmax时励磁变压器一次绕组与二次绕组匝数的比值，n为所选档位，nmax为最大档位。
优选地，在所选的n档位下，所述移相变压器空载时的移相角αn计算公式如下：
D＝n/nmax
其中，n为所选档位，nmax为最大档位，NS为串联变压器的变比，NE为开关位置在nmax时励磁变压器一次绕组与二次绕组匝数的比值，且NE前面符号的正、负分别对应滞后调节和超前调节。
优选地，串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流存在如下关系：
优选地，在所选的n档位下，根据串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流通过公式确定励磁变压器的绕组电流和其中D前面符号的正、负根据励磁变压器二次侧绕组电流连接极性并结合理想变压器的电流关系确定。
优选地，在所选的n档位下，根据串联变压器的二次侧绕组电流通过公式确定励磁变压器绕组电流和其中D前面符号的正、负根据励磁变压器二次侧绕组电流连接极性并结合理想变压器的电流关系确定。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1示出了本发明具体实施方式的双芯移相变压器负载条件下的级电压计算流程图；
图2示出了本发明具体实施方式的双芯移相变压器接线拓扑图；
图3示出了本发明具体实施方式的双芯移相变压器单相等效电路图；
图4示出了本发明具体实施方式的双芯移相变压器单相等效模型图；以及
图5示出了本发明具体实施方式的双芯移相变压器电压、电流关系相量图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1是本发明具体实施方式的双芯移相变压器负载条件下的级电压计算流程图。图2是本发明具体实施方式的双芯移相变压器接线拓扑图。如图2所示，其中SA、SB、SC和LA、LB、LC分别为A、B、C三相的输入和输出端。串联变压器二次侧角型连接，励磁变压器二次侧的aE、bE、cE三相分别与串联变压器二次侧bScS、aScS、aSbS相连。按照此图接线方式可实现电压相角滞后调节。图3是本发明具体实施方式的双芯移相变压器在图2所示连接拓扑下的单相等效电路图。如图3所示，励磁变压器二次侧绕组中的同名端(星号所示)与串联变压器二次侧相连，异名端接地。
结合图2和图3，现以A相(设电源侧电压初相角φ＝0°)、作滞后调节为例，根据图1所示计算流程图对负载条件下级电压的计算方法进行说明。
优选地，在步骤S101，根据移相变压器的额定通过容量S和额定电压UN确定移相变压器的额定电流IN，所述额定电流IN的计算公式如下：
优选地，在步骤S102，根据移相变压器的额定电压UN和设定的串联变压器的电源侧电压相角φ＝0°确定串联变压器一次侧的电源侧电压所述串联变压器一次侧的电源侧电压的计算公式如下：
优选地，在步骤S103，在所选的n档位下，根据移相变压器的额定电流IN、整体漏阻抗Zn和功率因数角确定串联变压器一次侧的负载侧电压其中，所述整体漏阻抗Zn的计算公式如下：
D＝n/nmax (4)
在上述算式3、4中，ZS1、ZS2、ZE1、ZE2分别为串联变压器一次侧、二次侧和励磁变压器一次侧、二次侧绕组的漏阻抗。n为所选档位，nmax为最大档位，NS为串联变压器的变比，NE为开关位置在nmax时励磁变压器一次绕组与二次绕组匝数的比值。
图5是本发明具体实施方式的双芯移相变压器电压、电流关系相量图。在图5中，为空载时负载侧电压，为负载时负载侧电压，为作超前调节时电源侧电压，为作滞后调节时电源侧电压，为负载电流，为负载侧电压与电流的相位差，α为空载时电压移相角，α+表示α为正，对应超前调节，α-表示α为负，对应滞后调节。相角β代表由于移相变压器的内阻抗的存在而形成的附加移相角。
在本实施例中，以滞后调节为例，在所选的n档位下，因内阻抗引起的电压的内移相角用βn表示，如图5所示，其可通过下式进行计算：
其中，是空载时负载侧电压，其幅值近似等于电源侧电压幅值，为负载侧电流幅值。为负载的功率因数，Rn和Xn分别为移相变压器在n档位时整体漏阻抗Zn的电阻部分和电抗部分。
如图5所示，负载条件下负载侧电压的模值为
优选地，在步骤S104，在所选的n档位下，根据移相变压器的额定电流IN、整体漏阻抗Zn、移相变压器空载时的移相角αn和功率因数角确定串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流其中，所述移相变压器空载时的移相角αn计算公式如下：
根据式7求出的移相变压器空载时的移相角αn，所述串联变压器一次侧的负载侧绕组电流计算公式如下：
图4是本发明具体实施方式的双芯移相变压器单相等效电路图。α为空载条件下的移相角，R+jX为移相变压器的内部等效阻抗，和分别为电源侧电压、电流和负载侧电压、电流，为空载条件下负载侧电压。如图4所示，串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流存在如下关系：
故在所选的n档位下，所述串联变压器一次侧的电源侧绕组电流的计算公式如下：
优选地，在步骤105(A)，在所选的n档位下，根据串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流通过公式和确定励磁变压器的绕组电流和具体计算方式如下：
优选地，在步骤105(B)，在所选的n档位下，根据串联变压器的二次侧绕组电流通过公式和确定励磁变压器绕组电流和具体计算方式如下：
优选地，在步骤106，在所选的n档位下，根据串联变压器一次侧的电源侧电压和负载侧电压确定励磁变压器一次侧电压如图5所示，所述励磁变压器一次侧电压的计算公式如下：
优选地，在步骤107，在所选的n档位下，根据励磁变压器一次侧电压和一次侧绕组电流确定励磁变压器一次侧的空载电压和二次侧的空载电压其中，励磁变压器一次侧的空载电压和二次侧的空载电压计算公式如下：
其中，NE为开关位置在nmax时励磁变压器一次绕组与二次绕组匝数的比值，n为所选档位，nmax为最大档位。
优选地，在步骤108，在所选的n档位下，根据励磁变压器二次侧绕组电流和二次侧的空载电压确定励磁变压器二次侧电压如图3所示，所述励磁变压器二次侧电压的计算公式如下：
在式17中，ZE2n为在n档位下二次侧绕组的阻抗，其计算公式为
ZE2n＝ZE2n/nmax (18)
将式15、16和18代入式17，则：
优选地，在步骤109，在所选的n档位下，根据励磁变压器二次侧电压确定有载分接开关级电压故负载条件下的有载分接开关的级电压计算公式为：
已经通过上述实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (8)
1.一种对称双芯移相变压器负载条件下的级电压计算方法，其特征在于：
根据移相变压器的额定通过容量S和额定电压UN确定移相变压器的额定电流IN；
根据移相变压器的额定电压UN和串联变压器的电源侧电压相角φ确定串联变压器一次侧的电源侧电压
根据移相变压器的额定电流IN、整体漏阻抗Z和功率因数角确定串联变压器一次侧的负载侧电压
根据移相变压器的额定电流IN、整体漏阻抗Z、移相变压器空载时的移相角α和功率因数角确定串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流
根据串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流确定励磁变压器一次侧绕组电流和二次侧绕组电流
根据串联变压器一次侧的电源侧电压和负载侧电压确定励磁变压器一次侧电压
根据励磁变压器一次侧电压和一次侧绕组电流确定励磁变压器一次侧的空载电压和二次侧的空载电压
根据励磁变压器二次侧绕组电流和二次侧的空载电压确定励磁变压器二次侧电压以及
根据励磁变压器二次侧电压确定有载分接开关级电压
2.根据权利要求1所述的计算方法，所述计算方法适用于移相变压器超前调节和滞后调节两种运行方式。
3.根据权利要求1所述的计算方法，其中所述串联变压器的电源侧电压相角φ是可变的，范围为-180°至180°。
4.根据权利要求1所述的计算方法，其中在所选的n档位下,所述移相变压器的整体漏阻抗Zn的计算公式如下：
D＝n/nmax
其中，ZS1,ZS2,ZE1,ZE2分别为串联变压器一次侧、二次侧和励磁变压器一次侧、二次侧绕组的漏阻抗，n为所选档位，nmax为最大档位，NS为串联变压器的变比，NE为开关位置在nmax时励磁变压器一次绕组与二次绕组匝数的比值。
5.根据权利要求1所述的计算方法，其中在所选的n档位下，所述移相变压器空载时的移相角αn计算公式如下：
D＝n/nmax
其中，n为所选档位，nmax为最大档位，NS为串联变压器的变比，NE为开关位置在nmax时励磁变压器一次绕组与二次绕组匝数的比值，且NE前面符号的正、负分别对应滞后调节和超前调节。
6.根据权利要求1所述的计算方法，其中，串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流存在如下关系：
。
7.根据权利要求1所述的计算方法，其中在所选的n档位下，根据串联变压器一次侧的电源侧绕组电流和负载侧绕组电流通过公式和确定励磁变压器的绕组电流和其中D前面符号的正、负根据励磁变压器二次侧绕组电流连接极性并结合理想变压器的电流关系确定。
8.根据权利要求1所述的计算方法，其中在所选的n档位下，根据串联变压器的二次侧绕组电流通过公式和确定励磁变压器绕组电流和其中D前面符号的正、负根据励磁变压器二次侧绕组电流连接极性并结合理想变压器的电流关系确定。
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