CN108335867B - 一种光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器，所述变压器包括三相三柱共轭式铁心，其包括铁轭和三相心柱，所述铁轭包括上轭、中轭和下轭，且所述上轭和下轭分别设置在三相心柱的顶端和底端，所述中轭设置在三相心柱的中部，每相心柱上均绕制有低压绕组和高压绕组，所述高压绕组分裂为上下两个高压绕组部，所述低压绕组分裂为上下两个低压绕组部，且所述中轭分别将上下两个高压绕组部，以及上下两个低压绕组部隔开，并提供高频磁通通路。本发明既能有效抑制逆变器运行时造成的电网电压波形过度畸变和抑制向电网注入过度的谐波电流，又能避免产生环流。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器。
背景技术
随着全球石化能源的日渐枯竭和人类环保意识的增强，以光伏为核心的太阳能发电事业近年来有了突飞猛进的发展，而且将成为世界能源供应的主要手段。
目前，光伏电站为节约投资、节省安装空间，多选用两台逆变器共用一台升压变压器的方式。然而，在实际运行中逆变器的输出电流中有3kHz左右频率的高频分量，比工频50Hz大很多，如果处理不当，会导致逆变器发生异常情况，使得逆变器在运行时造成电网电压波形过度畸变，以及向电网注入过度的谐波电流，对逆变器连接到电网的其他设备造成不利影响。而且在两个逆变器之间有环流，当逆变器发生异常情况时，存在着严重的质量事故隐患，甚至会造成不可估量的经济损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器，既能有效抑制逆变器运行时造成的电网电压波形过度畸变和抑制向电网注入过度的谐波电流，又能避免产生环流。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器，所述变压器包括三相三柱共轭式铁心，其包括铁轭和三相心柱，所述铁轭包括上轭、中轭和下轭，且所述上轭和下轭分别设置在三相心柱的顶端和底端，所述中轭设置在三相心柱的中部，每相心柱上均绕制有低压绕组和高压绕组，所述高压绕组分裂为上下两个高压绕组部，所述低压绕组分裂为上下两个低压绕组部，且所述中轭分别将上下两个高压绕组部，以及上下两个低压绕组部隔开，并提供高频磁通通路。
可选地，所述变压器还包括上夹件、中部夹件和下夹件，所述上夹件用于将上轭固定在三相心柱的顶端，所述中部夹件用于将中轭固定在三相心柱的中部，所述下夹件用于将下轭固定在三相心柱的底端。
可选地，所述上夹件与各相心柱上绕制的上高压绕组部、上低压绕组部之间，所述中部夹件与各相心柱上绕制的上高压绕组部、上低压绕组部之间，所述中部夹件与各相心柱上绕制的下高压绕组部、下低压绕组部之间，以及下夹件与各相心柱上绕制的下高压绕组部、下低压绕组部之间，均设置有器身压块。
可选地，所述高压绕组通过上部出线端接入电网，所述低压绕组分别通过上部进线端和下部进线端接至两台逆变器。
可选地，各相心柱上绕制的上高压绕组部与下高压绕组部串联联接，且各相心柱上绕制的上高压绕组部的第一端即上部出线端，每相心柱上绕制的下高压绕组部的第二端均与另一相心柱上绕制的上高压绕组部的第一端连接，从而形成三角形连接方式。
可选地，各相心柱上绕制的上高压绕组部的第二端与下高压绕组部的第一端通过铜片连接；每相心柱上绕制的下高压绕组部的第二端均通过角结联结铜管与另一相心柱上绕制的上高压绕组部的第一端连接。
可选地，各相心柱上绕制的上低压绕组部的第一端即上部进线端，各相心柱上绕制的上低压绕组部的第二端并联在一起；各相心柱上绕制的下低压绕组部的第二端即下部进线端，各相心柱上绕制的下低压绕组部的第一端并联在一起。
可选地，各相心柱、上轭和下轭的横截面均为外接圆的多级阶梯形；中轭的横截面为矩形。
可选地，所述变压器还包括设置在其底部的垫脚。
可选地，所述变压器还包括固定在垫脚上的六台冷却风机，其中三台冷却风机设置在所述铁心的一侧并靠近各相心柱，其余三台冷却风机设置在所述铁心的另一侧并靠近各相心柱。
有益效果：
本发明所述光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器中，三相三柱共轭式铁心的中轭分别将上下两个高压绕组部，以及上下两个低压绕组部隔开，并提供高频磁通通路，从而有效抑制逆变器运行时造成的电网电压波形过度畸变和抑制向电网注入过度的谐波电流，以避免对连接到电网的其他设备造成不利影响。而且，所述变压器是一种环保节能型产品，具有受热冲击能力强、过载能力大、无可燃性树脂、难燃以及紧急过负载能力强，修理维护方便，对湿度、灰尘不敏感，不开裂，性能安全可靠的特点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器的主视图；
图2为本发明实施例提供的光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器的侧视图；
图3为本发明实施例提供的三相三柱共轭式铁心的主视图；
图4为图3中的A-A截面图；
图5为图3中的B-B截面图；
图6为本发明实施例提供的高低压绕组和铁轭的结构简图；
图7为本发明实施例提供的高压绕组联结示意图；
图8为本发明实施例提供的低压绕组联结示意图。
图中：1－上轭；2－上夹件；3－上部进线端；4A－上高压绕组部；4B－下高压绕组部；5A－上低压绕组部；5B－下低压绕组部；6－中部夹件；7－中轭；8－下部进线端；9－下夹件；10－下轭；11－冷却风机；12－垫脚；13－器身压块；14－铜片；15－角结联结铜管。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器。
如图1和图2所示，所述变压器包括三相三柱共轭式铁心，所述铁心包括铁轭和三相心柱，所述铁轭包括上轭1、中轭7和下轭10，且所述上轭1和下轭10分别设置在三相心柱的顶端和底端，所述中轭7设置在三相心柱的中部，从而形成田字形铁心(如图3所示)。
每相心柱上均绕制有低压绕组和高压绕组，如图2和图6所示，所述高压绕组分裂为上下两个高压绕组部，即分裂为竖直排列的上高压绕组部4A和下高压绕组部4B，所述低压绕组分裂为上下两个低压绕组部，即分裂为竖直排列的上低压绕组部5A和下低压绕组部5B，且上低压绕组部5A和下低压绕组部5B均包裹在心柱外，上高压绕组部4A包裹在上低压绕组部5A外，下高压绕组部4B包裹在下低压绕组部5B外；所述中轭7分别将上下两个高压绕组部，以及上下两个低压绕组部隔开，换言之，中轭7既将上高压绕组部4A和下高压绕组部4B隔开，也将下高压绕组部5A和下低压绕组部5B隔开，并提供高频磁通通路，因而抑制高频频率的效果更显著。所述高频的范围为1500～3500Hz。
本发明中，中轭7分别将上下两个高压绕组部，以及上下两个低压绕组部隔开，即将上下两组绕组隔开，并提供高频磁通通路，这种结构的变压器能够有效抑制逆变器运行时造成的电网电压波形过度畸变，以及有效抑制并网系统在逆变过程中因直流分量引起的谐波污染，并阻止谐波流入公网系统中(即防止向电网注入过度的谐波电流)，避免对连接到电网的其他设备造成不利影响，同时还不会产生环流。本发明不仅很好的满足了光伏电站对升压干式变压器的特殊需求，同时还具有制造成本低、安装空间省的特点。
如图2所示，所述变压器还包括上夹件2、中部夹件6和下夹件9，所述上夹件2用于将上轭1固定在三相心柱的顶端，所述中部夹件6用于将中轭7固定在三相心柱的中部，所述下夹件9用于将下轭10固定在三相心柱的底端。
如图1所示，所述上夹件1与各相心柱上绕制的上高压绕组部4A、上低压绕组部5A之间，所述中部夹件6与各相心柱上绕制的上高压绕组部4A、上低压绕组部5A之间，所述中部夹件6与各相心柱上绕制的下高压绕组部4B、下低压绕组部5B之间，以及下夹件9与各相心柱上绕制的下高压绕组部4B、下低压绕组部5B之间，均设置有器身压块13，用以支撑高低压绕组。而且，器身压块13最好紧挨着对应的高低压绕组设置。
如图2所示，所述变压器还包括设置在其底部的垫脚12，起到支撑变压器和找平的作用。所述变压器还包括固定在垫脚12上的六台冷却风机11，其中三台冷却风机11设置在所述铁心的一侧并靠近各相心柱，其余三台冷却风机11设置在所述铁心的另一侧并靠近各相心柱，用于给高低压绕组降温。
此外，所述高压绕组通过上部出线端16接入电网，所述低压绕组分别通过上部进线端3和下部进线端8接至两台逆变器。换言之，低压侧两路输入，高压侧一路输出。
具体地，如图7所示，各相心柱上绕制的上高压绕组部4A与下高压绕组部4B串联联接；且各相心柱上绕制的上高压绕组部4A的第一端即上部出线端16(也即图1和图7中的A端、B端和C端)，每相心柱上绕制的下高压绕组部4B的第二端(即图1和图7中的X端、Y端和Z端)均与另一相心柱上绕制的上高压绕组部4A的第一端连接，即高压绕组采用“D”接法。例如，在图1和图7中，位于左侧的心柱上绕制的下高压绕组部4B的第二端(即X端)与位于中间的心柱上绕制的上高压绕组部4A的第一端(即B端)连接，位于中间的心柱上绕制的下高压绕组部4B的第二端(即Y端)与位于右侧的心柱上绕制的上高压绕组部4A的第一端(即C端)连接，位于右侧的心柱上绕制的下高压绕组部4B的第二端(即Z端)与位于左侧的心柱上绕制的上高压绕组部4A的第一端(即A端)连接，从而形成三角形连接方式。
本发明中，由于高压绕组采用上下串联结构，使得高压绕组分裂而成的各个高压绕组部仅承受一半的电压，故而每个高压绕组部的匝数仅为现有技术的一半，满足了光伏发电用变压器低压侧要求双电压输出要求，克服了传统的高压绕组因采用上下并联结构而需承受全电压，且结构复杂、制造成本高等的缺点，从而有效降低了铁心和整个变压器器身的高度(下降约20～30％)和重量(减轻了约20～30％)，以及高低压绕组的幅向尺寸(减少约20～30％)；节约了大量的生产成本。
进一步地，各相心柱上绕制的上高压绕组部4A的第二端与下高压绕组部4B的第一端通过铜片14连接；每相心柱上绕制的下高压绕组部4B的第二端均通过角结联结铜管15与另一相心柱上绕制的上高压绕组部4A的第一端连接。
具体地，如图8所示，各相心柱上绕制的上低压绕组部5A的第一端即上部进线端(即图8中的a1端、b1端和c1端)，各相心柱上绕制的上低压绕组部5A的第二端并联在一起；各相心柱上绕制的下低压绕组部5B的第二端即下部进线端(即图8中的a2端、b2端和c2端)，各相心柱上绕制的下低压绕组部5B的第一端并联在一起，即低压绕组采用“y”接法。低压侧中性点可引出，也可以不引出。较优地，上低压绕组部5A和下低压绕组部5B均采用线绕或箔绕结构。
本发明中，由于低压绕组分裂成纵向排列的上下两个低压绕组部，可根据用户需求进行设计以使得上下两个低压绕组部之间具有较大的分裂阻抗，从而在变压器运行时，若低压侧的一个低压绕组部发生短路时，另一个低压绕组部仍能维持较高的电压，保证了低压侧上的各支路电流能独立汇入而互不影响，并能保怔系统公网的平稳运行。其中分裂阻抗的具体范围可由本领域技术人员根据实际需求进行设定。
此外，铁轭和三相心柱均采用依次叠放的硅钢片制成，每级硅钢片均为矩形条状结构。较优地，各相心柱、上轭1和下轭10的横截面均为外接圆的多级阶梯形(如图4所示)，且各级硅钢片的横截面在各相心柱、上轭1和下轭10的外接圆内下上左右皆轴对称；中轭7的横截面为矩形(如图5所示)，便于插片和固定，且中轭7的截面积可按实际需求来设置。
综上所述，本发明提供的光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器与现有技术相比，改变了传统光伏电站同类变压器所采用的铁心结构以及高压绕组的上下并联结构，通过铁心采用共轭式，且中轭将上、下两组绕组隔开，并提供较高频磁通通路，有效抑制了逆变器运行时造成的电网电压波形过度畸变和抑制向电网注入过度的谐波电流，以避免对连接到电网的其他设备造成不利影响；而且，变压器自身的重量下降了约20～30％；同时，该变压器结构简单，使用方便，一台干式变压器能够同时连接两台逆变器，很好的满足了光伏电站对升压干式变压器的特殊需求，且不会产生环流，还节省了安装空间，降低了成本，保证电网的安全运行。
本发明所述变压器的额定容量应依据所配逆变器的容量而定，高压侧电压等级一般为10kV、35kV，两路低压绕组部的额定电压相同，电压大小也随逆变器电压等级不同而不同。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种光伏逆变用共轭式双分裂升压干式变压器，其特征在于，所述变压器包括三相三柱共轭式铁心，其包括铁轭和三相心柱，所述铁轭包括上轭、中轭和下轭，且所述上轭和下轭分别设置在三相心柱的顶端和底端，所述中轭设置在三相心柱的中部，每相心柱上均绕制有低压绕组和高压绕组，所述高压绕组分裂为上下两个高压绕组部，所述低压绕组分裂为上下两个低压绕组部，且所述中轭分别将上下两个高压绕组部，以及上下两个低压绕组部隔开，并提供高频磁通通路；所述高压绕组通过上部出线端接入电网；每相心柱上绕制的上高压绕组部的两端为第一端和第二端，每相心柱上绕制的下高压绕组部的两端为第一端和第二端，且上高压绕组部的第二端与下高压绕组部的第一端沿轴向相邻设置，各相心柱上绕制的上高压绕组部的第二端与下高压绕组部的第一端串联联接，各相心柱上绕制的上高压绕组部的第一端即上部出线端，每相心柱上绕制的下高压绕组部的第二端均与另一相心柱上绕制的上高压绕组部的第一端连接，从而形成三角形连接方式。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括上夹件、中部夹件和下夹件，所述上夹件用于将上轭固定在三相心柱的顶端，所述中部夹件用于将中轭固定在三相心柱的中部，所述下夹件用于将下轭固定在三相心柱的底端。
3.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述上夹件与各相心柱上绕制的上高压绕组部、上低压绕组部之间，所述中部夹件与各相心柱上绕制的上高压绕组部、上低压绕组部之间，所述中部夹件与各相心柱上绕制的下高压绕组部、下低压绕组部之间，以及下夹件与各相心柱上绕制的下高压绕组部、下低压绕组部之间，均设置有器身压块。
4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述低压绕组分别通过上部进线端和下部进线端接至两台逆变器。
5.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，各相心柱上绕制的上高压绕组部的第二端与下高压绕组部的第一端通过铜片连接；每相心柱上绕制的下高压绕组部的第二端均通过角结联结铜管与另一相心柱上绕制的上高压绕组部的第一端连接。
6.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，各相心柱上绕制的上低压绕组部的第一端即上部进线端，各相心柱上绕制的上低压绕组部的第二端并联在一起；各相心柱上绕制的下低压绕组部的第二端即下部进线端，各相心柱上绕制的下低压绕组部的第一端并联在一起。
7.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，各相心柱、上轭和下轭的横截面均为外接圆的多级阶梯形；中轭的横截面为矩形。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括设置在其底部的垫脚。
9.根据权利要求8所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括固定在垫脚上的六台冷却风机，其中三台冷却风机设置在所述铁心的一侧并靠近各相心柱，其余三台冷却风机设置在所述铁心的另一侧并靠近各相心柱。
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