CN108666974A - 基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法 - Google Patents

基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108666974A
CN108666974A CN201810462659.7A CN201810462659A CN108666974A CN 108666974 A CN108666974 A CN 108666974A CN 201810462659 A CN201810462659 A CN 201810462659A CN 108666974 A CN108666974 A CN 108666974A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic linkage
phase
transformer
winding
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810462659.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108666974B (zh
Inventor
柳轶彬
梁得亮
梁阳
张明康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201810462659.7A priority Critical patent/CN108666974B/zh
Priority to US17/055,497 priority patent/US11735903B2/en
Priority to PCT/CN2018/092507 priority patent/WO2019218423A1/zh
Publication of CN108666974A publication Critical patent/CN108666974A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108666974B publication Critical patent/CN108666974B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/341—Preventing or reducing no-load losses or reactive currents
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/38—Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Protection Of Transformers (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法，在变压器的二次绕组或辅助绕组接入一小容量DC/AC变流器，在空载合闸之前，检测一次侧电网电压的相位，根据绕组电压与铁芯磁链之间的关系，导出铁芯磁链的参考指令。在同步旋转坐标系下构建铁芯磁链闭环PI控制系统，以控制变流器的输出电压，使铁芯磁链对磁链参考值进行无静差跟踪，从而在空载合闸之前能够在铁芯中预先建立一个与电网电压相位差为90度的正弦同步磁链。通过上述措施，无论变压器何时合闸，铁芯磁链将直接处于稳态而无暂态过程，从而能彻底消除励磁涌流。

Description

基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法
技术领域
本发明属于变压器技术领域，涉及变压器励磁涌流抑制。
背景技术
变压器空载合闸接入电网时，铁芯磁链除包含正弦稳态分量外，往往还包含相应的直流分量(直流偏磁)，偏磁较大时往往会使铁芯饱和而引发励磁涌流。励磁涌流虽然持续时间不长，但往往能达到额定电流的6-8倍，从而会导致保护装置误动作。为此，诸多科技工作者针对励磁涌流的检测与识别进行了研究，以避免继电保护装置的误动作。事实上，励磁涌流对电网中的敏感设备具有很大的危害。此外，其中的谐波、无功分量数值较大，会对电网造成严重污染。因此，消除励磁涌流才能从根本上解决以上问题。
研究表明，励磁涌流的大小与铁芯的直流偏磁程度密切相关，而偏磁大小则与铁芯剩磁及合闸时刻密切相关。从理论上讲，通过精确测量剩磁极性及大小，并控制断路器的合闸相角，使直流偏磁为零，便可以有效抑制励磁涌流。然而实际变压器一般通过真空断路器进行合闸，其合闸时间具有较大的分散性，精确的相位控制很难实现。
对于传统变压器来讲，合闸前铁芯磁链仅为剩磁，合闸后，铁芯磁链由电网电压决定，由于电网电压不可控，因此铁芯磁链也不可控。由此可见，要消除励磁涌流，必须在合闸之前实现磁链控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于磁链控制的变压器，包括主变压器、DC/AC变流器以及与DC/AC变流器的直流母线电容并联的小功率辅助电源，DC/AC变流器与主变压器的二次绕组或辅助绕组相连。在单相应用场合，主变压器采用单相双绕组或单相三绕组结构，DC/AC变流器采用单相全桥变流器。在三相应用场合，主变压器采用三相双绕组或三相三绕组结构，DC/AC变流器采用电容中点引出的三相半桥变流器。
优选的，所述基于磁链控制的变压器还包括通过控制DC/AC变流器以在主变压器接入电网前建立主变压器铁芯同步稳态磁链的铁芯磁链控制模块。
优选的，所述铁芯磁链控制模块在主变压器空载合闸之前，通过控制DC/AC变流器的端电压，使主变压器铁芯磁链实时跟踪给定的稳态指令以消除直流偏磁。
优选的，无论三相还是单相应用场合，采用双绕组结构时，主变压器包括一次绕组和二次绕组。采用三绕组结构时，主变压器包括一次绕组、二次绕组和辅助绕组。主变压器的一次绕组通过网侧断路器接入电网，二次绕组为负载供电。
优选的，所述单相全桥变流器由连接电感及相并联的2个桥臂和1个直流母线电容构成。所述三相半桥变流器由对应三相的连接电感及相并联的3个桥臂和直流母线构成，直流母线上设置有2个串联在一起的直流母线电容。所述辅助电源由相串联的限流电阻、直流侧断路器和蓄电池构成，用于在合闸前给直流母线电容限流上电。主变压器合闸接入电网之后，直流侧断路器断开，使该辅助电源退出。
优选的，在单相应用场合，当采用双绕组结构时，单相全桥变流器并联在二次绕组两端；当采用三绕组结构时，单相全桥变流器并联在辅助绕组两端。在三相应用场合，当采用双绕组结构时，二次绕组采用三相四线方式为负载供电，电容中点引出的三相半桥变流器各相输出端与对应相二次绕组首端相连，电容中点与二次绕组中性点相连；当采用三绕组结构时，辅助绕组采用星型中性点引出接法，电容中点引出的三相半桥变流器各相输出端与对应相辅助绕组首端相连，电容中点与辅助绕组中性点相连。
一种基于磁链控制的变压器励磁涌流抑制方法，包括以下步骤：在原有变压器(即上述主变压器)的二次绕组或辅助绕组上并接一DC/AC变流器。在主变压器接入电网之前，通过控制DC/AC变流器以提前建立铁芯的同步稳态磁链，从而能彻底消除电网合闸时的励磁涌流。
所述励磁涌流抑制方法具体包括以下步骤：
1)在主变压器通过网侧断路器空载合闸之前，利用上述小功率辅助电源为DC/AC变流器的直流母线电容限流上电，当DC/AC变流器母线电容达到稳定值后，该辅助电源退出；
2)经过步骤1)后，通过控制DC/AC变流器的端电压对铁芯磁链进行控制，使主变压器铁芯磁链实时跟踪给定的稳态指令以消除直流偏磁，从而能从根本上消除励磁涌流。网侧断路器合闸之后，变流器停止工作，跟踪结束。
优选的，所述步骤2)中，对铁芯磁链进行控制包括以下步骤：在单相应用场合，检测单相电网电压，通过单相锁相环计算得出电网电压的相位，用作坐标变换时的相位参考信号。根据铁芯磁链幅值与电网电压有效值之间的关系，算出磁链的幅值，将磁链的幅值作为dq同步旋转坐标系下q轴磁链的参考值。检测铁芯磁链瞬时值，并通过90度延迟构造该瞬时值在两相静止坐标系下的正交磁链信号，对两相静止坐标系下的磁链信号进行坐标变换，将通过坐标变换得出的dq同步旋转坐标系下的q轴磁链信号作为磁链瞬时反馈值，将该反馈值与所述参考值的偏差送入PI控制器进行计算，得出磁链的q轴调制信号，令磁链的d轴调制信号为0，对dq同步旋转坐标系下的磁链调制信号进行坐标反变换，得到静止坐标系下的磁链调制信号，对其中静止坐标系下α轴的磁链调制信号进行SPWM调制，得出变流器的驱动脉冲以驱动单相全桥变流器发出脉冲电压，从而控制铁芯磁链。
优选的，所述步骤2)中，对铁芯磁链进行控制包括以下步骤：在三相应用场合，检测三相电网电压，通过三相锁相环计算得出电网电压的相位，用于坐标变换时的相位参考信号。根据铁芯磁链幅值与电网电压有效值之间的关系，算出磁链的幅值，将磁链的幅值作为dq0同步旋转坐标系下q轴磁链的参考值，令d轴与0轴磁链的参考值为0。检测三相铁芯磁链瞬时值，得到三相静止坐标系下a轴、b轴、c轴的磁链信号，对三相静止坐标系下的磁链信号进行坐标变换，将通过坐标变换得到的dq0同步旋转坐标系下的d轴、q轴、0轴的磁链信号作为磁链瞬时反馈值，将d轴、q轴及0轴反馈值与对应磁链的参考值的偏差分别送入PI控制器进行计算，得到磁链的d轴、q轴及0轴调制信号，对dq0同步旋转坐标系下的磁链调制信号进行坐标反变换，得出三相静止坐标系下a轴、b轴、c轴的调制信号，对各调制信号进行SPWM调制，得出变流器的驱动脉冲以驱动电容中点引出的三相半桥变流器发出脉冲电压，从而控制三相铁芯的磁链。
优选的，所述步骤2)中，当网侧断路器合闸之后，封锁变流器的驱动脉冲，使变流器停止工作，跟踪结束。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过将DC/AC变流器接入变压器，在空载合闸之前，利用变流器提前在铁芯中构建与电网电压同步的正弦稳态磁链，从而能有效避免直流偏磁引起的励磁涌流。本发明对断路器的合闸时刻没有任何限制，不再需要精确控制断路器的合闸相角，不存在合闸时刻的分散性问题，无论何时合闸，磁链都将直接处于稳态，从而能从根本上消除励磁涌流。
附图说明
图1a为单相三绕组变压器励磁涌流抑制方案的主电路拓扑示意图。
图1b为单相双绕组变压器励磁涌流抑制方案的主电路拓扑示意图。
图2a为三相三绕组变压器励磁涌流抑制方案的主电路拓扑示意图。
图2b为三相双绕组变压器励磁涌流抑制方案的主电路拓扑示意图。
图3为变压器铁芯磁链控制框图，其中：(a)单相应用场合；(b)三相应用场合。
图4为涌流抑制前后铁芯磁链标幺值及一次绕组电流波形图，其中：(a)无磁链控制；(b)有磁链控制。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。应当理解，此处所述的实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出的一种基于磁链控制的变压器空载合闸励磁涌流抑制方法可应用于单相或三相应用场合，可以通过双绕组变压器实现，也可通过三绕组变压器实现。
如图1a所示，基于磁链控制的变压器励磁涌流抑制方法的单相三绕组实现装置，由单相三绕组变压器20、单相全桥变流器21及辅助电源22构成。单相三绕组变压器20包括一次绕组1、二次绕组2和辅助绕组3。单相全桥变流器21包括连接电感6、直流母线电容8以及由开关单元7构成的左、右桥臂，左、右桥臂均与直流母线电容8并联，连接电感6一端接入左桥臂中点，另一端作为单相全桥变流器21的输出端，右桥臂的桥臂中点作为单相全桥变流器21的另一个输出端。辅助电源22包括直流侧断路器9、限流电阻10和蓄电池11，三者依次串联。一次绕组1通过网侧断路器4接入电网电源5，二次绕组2为负载供电，辅助电源22与直流母线电容8并联，单相全桥变流器21的输出端并联接入辅助绕组3两端。
如图1b所示，基于磁链控制的变压器励磁涌流抑制方法的单相双绕组实现装置，由单相双绕组变压器30、单相全桥变流器21及辅助电源22构成。单相双绕组变压器30包括一次绕组1和二次绕组2。单相全桥变流器21的输出端并联在二次绕组2两端。单相全桥变流器21及辅助电源22的内部构成及其连接关系、一次绕组1与电网电源5及二次绕组2与负载的连接方式与单相三绕组实现装置一致。
如图2a所示，基于磁链控制的变压器励磁涌流抑制方法的三相三绕组实现装置，由三相三绕组变压器40、三相半桥变流器31和上述辅助电源22构成。三相三绕组变压器40包括a相、b相和c相一次绕组1a、1b和1c、a相、b相和c相二次绕组2a、2b和2c及a相、b相和c相辅助绕组3a、3b和3c。a相、b相、c相一次绕组1a、1b、1c的首/末端A/X、B/Y、C/Z，a相、b相、c相二次绕组2a、2b、2c的首/末端a2/x2、b2/y2、c2/z2以及a相、b相、c相辅助绕组3a、3b、3c的首/末端a3/x3、b3/y3、c3/z3于图中标出。三相半桥变流器31包括a相、b相和c相连接电感6a、6b和6c、第一直流母线电容8s和第二直流母线电容8x，以及由开关单元7构成的三相桥臂，第一、第二直流母线电容8s、8x串联在一起构成支撑直流母线的电容，二者的串联中点作为直流母线电容中点J引出，三相桥臂均并联在直流母线上，a相、b相、c相连接电感6a、6b、6c各自的一端分别接入对应一个桥臂中点，各自的另一端作为三相半桥变流器31的a相、b相、c相输出端u3、v3、w3。辅助电源22并联在直流母线上。a相、b相、c相一次绕组1a、1b、1c采用星形中点引出接法通过a相、b相、c相网侧断路器4a、4b、4c分别接入a相、b相、c相电网电源5a、5b、5c；具体为：a相、b相、c相网侧断路器4a、4b、4c各自的一端分别与a相、b相、c相电网电源5a、5b、5c的一端对应相连，各自的另一端与a相、b相、c相一次绕组1a、1b、1c的首端A、B、C相连，a相、b相、c相一次绕组1a、1b、1c的末端X、Y、Z则连在一起并与电网电源的中性点相连。a相、b相、c相二次绕组2a、2b、2c采用三相四线制方式为负载供电；具体为：a相、b相、c相二次绕组2a、2b、2c的首端a2、b2、c2分别与负载a相、b相、c相端子u2、v2、w2对应相连，a相、b相、c相二次绕组2a、2b、2c的末端x2、y2、z2则连在一起并接入负载中性点。三相半桥变流器31接入a相、b相和c相辅助绕组3a、3b和3c；具体为：三相半桥变流器31的a相、b相、c相输出端u3、v3、w3分别与a相、b相、c相辅助绕组3a、3b、3c的首端a3、b3、c3相连，a相、b相、c相辅助绕组3a、3b、3c的末端x3、y3、z3连在一起并与直流母线电容中点J相连。
如图2b所示，基于磁链控制的变压器励磁涌流抑制方案的三相双绕组实现装置，由三相双绕组变压器50、三相半桥变流器31和辅助电源22构成。三相双绕组变压器50包括a相、b相和c相一次绕组1a、1b和1c及a相、b相和c相二次绕组2a、2b和2c。a相、b相、c相一次绕组1a、1b、1c与a相、b相、c相电网电源5a、5b、5c的连接关系、a相、b相、c相二次绕组2a、2b、2c与负载的连接关系及三相半桥变流器31和辅助电源22的内部构成及其连接关系与三相三绕组实现装置一致。所不同的是，三相半桥变流器31并联在a相、b相和c相二次绕组2a、2b和2c上；具体为：三相半桥变流器31的a相、b相、c相输出端u3、v3、w3分别与a相、b相、c相二次绕组2a、2b、2c的首端a2、b2、c2相连，a相、b相、c相二次绕组2a、2b、2c的末端x2、y2、z2连在一起并与直流母线电容中点J相连。
在以上各类装置基础上设计的励磁涌流抑制方案说明如下：
参见图1a、图1b，单相应用情形中，首先网侧断路器4断开，直流侧断路器9合闸，蓄电池11通过限流电阻10为直流母线电容8限流上电，或者，参见图2a、图2b，三相应用情形中，首先a相、b相、c相网侧断路器4a、4b、4c均断开，直流侧断路器9合闸，蓄电池11通过限流电阻10为相串联的第一、第二直流母线电容8s、8x限流上电；无论单相还是三相情形，当母线电容达到稳定值后，直流侧断路器9断开，辅助电源退出，然后利用变流器进行磁链控制使铁芯磁通能够快速跟踪给定的正弦稳态磁通，从而避免直流偏磁，以抑制励磁涌流。
如图3(a)所示，单相应用场合的磁链控制流程：假设通过磁链观测，测得铁芯的实时磁链值为Ψ，将其作为两相静止坐标系下α轴的磁链信号Ψα，即令Ψα＝Ψ；对Ψα延时90度，构造出与Ψα正交的β轴的磁链信号Ψβ，对Ψα、Ψβ进行坐标变换，坐标变换如式(1)所示，得出同步旋转坐标系下的磁链信号Ψd、Ψq：
式中，ω为电网角频率，t为时间。
在q轴下，建立磁链闭环控制系统，设q轴磁链的给定信号为Ψqref，则Ψqref可由式(2)得出：
式中，Us为电网电压的有效值。
将Ψqref与Ψq的偏差ΔΨq作为PI控制的输入，将PI控制器的输出作为q轴的调制信号mq，令d轴调制信号md＝0。然后通过坐标反变换得出两相静止坐标系下的调制信号mα与mβ。坐标反变换如式(3)所示：
对α轴调制信号mα进行调制，得出单相全桥变流器21的驱动脉冲，从而控制变流器的端电压，进而实现磁链的跟踪控制。
如图3(b)所示，三相应用场合的磁链控制流程：假设通过磁链观测，测得铁芯的三相实时磁链值为Ψa、Ψb、Ψc，将其作为三相静止坐标系下a轴、b轴、c轴的磁链信号。对Ψa、Ψb、Ψc进行坐标变换，得出同步旋转坐标系下的磁链信号Ψd、Ψq、Ψ0。坐标变换如式(4)所示：
在d轴、q轴、0轴下建立磁链闭环控制系统，设d轴、q轴、0轴磁链的给定信号为Ψdref、Ψqref、Ψ0ref，其值由式(5)给出：
将Ψdref与Ψd、Ψqref与Ψq、Ψ0ref与Ψ0的偏差ΔΨd、ΔΨq、ΔΨ0作为PI控制器的输入，将PI控制器的输出作为d轴、q轴、0轴的调制信号md、mq、m0。然后通过坐标反变换得出三相静止坐标系下的调制信号ma、mb、mc。坐标反变换如式(6)所示：
对a轴、b轴、c轴调制信号ma、mb、mc进行调制，得出三相半桥变流器31的驱动脉冲，从而控制变流器的端电压，进而实现磁链的跟踪控制。
基于以上电路拓扑及控制流程，可构建变压器磁链闭环控制系统仿真模型。参见图4，通过对比有无磁链控制时铁芯磁链标幺值及一次绕组实际电流的仿真波形，从中可以看到，无磁链控制时，空载合闸后(t＝0.08s)，铁芯中往往会出现明显的直流偏磁(标幺值达到2)，导致铁芯饱和，从而引发较大的励磁涌流(电流峰值达到10A，约为额定值电流的5倍)。而添加磁链控制后，在空载合闸之前(t＝0.08s之前)，铁芯磁链已通过闭环跟踪控制预先进入正弦稳态，其波形与电网电压同步，相位比电网电压延迟90度，这相当于在空载合闸之前预先建立了变压器稳态运行时的铁芯磁链，因此之后无论在任何时候合闸、均不会引发直流偏磁，从而能从根本上消除励磁涌流。
总之，在变压器的二次绕组或辅助绕组接入一小容量(数值需根据变压器容量决定)DC/AC变流器，在空载合闸之前，检测一次侧电网电压的相位，根据绕组电压与铁芯磁链之间的关系，导出铁芯磁链的参考指令(式2、式5)。在同步旋转坐标系中构建铁芯磁链闭环PI控制系统，以控制变流器的输出电压，使铁芯磁链对磁链参考值进行无静差跟踪，从而在空载合闸之前能够在铁芯中预先建立一个与电网电压相位差为90度的正弦同步磁链。通过上述措施，无论变压器何时合闸，铁芯磁链将直接处于稳态而无暂态过程，从而能彻底消除励磁涌流。

Claims (10)

1.一种基于磁链控制的变压器，其特征在于：包括主变压器、DC/AC变流器以及辅助电源；所述主变压器采用单相双绕组或单相三绕组结构，且DC/AC变流器采用单相全桥变流器，或者，所述主变压器采用三相双绕组或三相三绕组结构，且DC/AC变流器采用电容中点引出的三相半桥变流器；辅助电源与DC/AC变流器的直流母线电容并联，DC/AC变流器的输出端与主变压器的二次绕组或辅助绕组相连。
2.根据权利要求1所述一种基于磁链控制的变压器，其特征在于：所述基于磁链控制的变压器还包括通过控制DC/AC变流器以在主变压器接入电网前建立主变压器铁芯同步稳态磁链的铁芯磁链控制模块。
3.根据权利要求2所述一种基于磁链控制的变压器，其特征在于：所述铁芯磁链控制模块在主变压器空载合闸之前，通过控制DC/AC变流器的端电压，使主变压器铁芯磁链实时跟踪给定的稳态指令以消除直流偏磁。
4.根据权利要求1所述一种基于磁链控制的变压器，其特征在于：采用双绕组结构时，主变压器包括一次绕组和二次绕组，DC/AC变流器的输出端与主变压器的二次绕组相连；采用三绕组结构时，主变压器包括一次绕组、二次绕组和辅助绕组，DC/AC变流器的输出端与主变压器的辅助绕组相连；主变压器的一次绕组通过网侧断路器接入电网，二次绕组为负载供电。
5.根据权利要求1所述一种基于磁链控制的变压器，其特征在于：所述单相全桥变流器包括连接电感及相并联的2个桥臂和1个直流母线电容，主变压器的二次绕组或辅助绕组通过连接电感接入其中一个桥臂的中点；所述三相半桥变流器包括对应三相的连接电感及相并联的3个桥臂和直流母线，直流母线上设置有2个串联的直流母线电容，主变压器的对应相二次绕组或辅助绕组通过连接电感接入对应一个桥臂的中点；所述辅助电源包括相串联的限流电阻、直流侧断路器和蓄电池。
6.根据权利要求1所述一种基于磁链控制的变压器，其特征在于：当采用单相双绕组结构时，单相全桥变流器并联在主变压器的二次绕组两端；当采用单相三绕组结构时，单相全桥变流器并联在主变压器的辅助绕组两端；当采用三相双绕组结构时，主变压器的二次绕组采用三相四线方式为负载供电，电容中点引出的三相半桥变流器各相输出端与主变压器的对应相二次绕组首端相连，电容中点与主变压器的二次绕组中性点相连；当采用三相三绕组结构时，主变压器的辅助绕组采用星型中性点引出接法，电容中点引出的三相半桥变流器各相输出端与主变压器的对应相辅助绕组首端相连，电容中点与主变压器的辅助绕组中性点相连。
7.一种基于磁链控制的变压器励磁涌流抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：在主变压器的二次绕组或辅助绕组上并接DC/AC变流器；在主变压器接入电网之前，通过控制DC/AC变流器以建立主变压器铁芯的同步稳态磁链，从而消除主变压器空载合闸时的励磁涌流。
8.根据权利要求7所述一种基于磁链控制的变压器励磁涌流抑制方法，其特征在于：所述励磁涌流抑制方法具体包括以下步骤：
1)在网侧断路器合闸之前，利用辅助电源为DC/AC变流器的直流母线电容上电，当DC/AC变流器母线电容达到稳定值后，该辅助电源退出；
2)经过步骤1)后，通过控制DC/AC变流器的端电压对主变压器铁芯磁链进行控制，使主变压器铁芯磁链实时跟踪给定的稳态指令以消除网侧断路器合闸过程中的直流偏磁；网侧断路器合闸之后，DC/AC变流器停止工作，跟踪结束。
9.根据权利要求8所述一种基于磁链控制的变压器励磁涌流抑制方法，其特征在于：所述步骤2)中，对铁芯磁链进行控制包括以下步骤：根据铁芯磁链幅值与电网电压有效值之间的关系，算出磁链的幅值，将磁链的幅值作为dq同步旋转坐标系下q轴磁链的参考值；检测铁芯磁链瞬时值，并通过90度延迟构造该瞬时值在两相静止坐标系下的正交磁链信号，对两相静止坐标系下的磁链信号进行坐标变换，将通过坐标变换得出的dq同步旋转坐标系下的q轴磁链信号作为磁链瞬时反馈值，将该反馈值与所述参考值的偏差送入PI控制器进行计算，得出磁链的q轴调制信号，令磁链的d轴调制信号为0，对dq同步旋转坐标系下的磁链调制信号进行坐标反变换，得到静止坐标系下的磁链调制信号，对其中静止坐标系下α轴的磁链调制信号进行SPWM调制，得出变流器的驱动脉冲以驱动单相全桥变流器发出脉冲电压，从而控制铁芯磁链。
10.根据权利要求8所述一种基于磁链控制的变压器励磁涌流抑制方法，其特征在于：所述步骤2)中，对铁芯磁链进行控制包括以下步骤：根据铁芯磁链幅值与电网电压有效值之间的关系，算出磁链的幅值，将磁链的幅值作为dq0同步旋转坐标系下q轴磁链的参考值，令d轴与0轴磁链的参考值为0；检测三相铁芯磁链瞬时值，得到三相静止坐标系下a轴、b轴、c轴的磁链信号，对三相静止坐标系下的磁链信号进行坐标变换，将通过坐标变换得到的dq0同步旋转坐标系下的d轴、q轴、0轴的磁链信号作为磁链瞬时反馈值，将d轴、q轴及0轴反馈值与对应磁链的参考值的偏差分别送入PI控制器进行计算，得到磁链的d轴、q轴及0轴调制信号，对dq0同步旋转坐标系下的磁链调制信号进行坐标反变换，得出三相静止坐标系下a轴、b轴、c轴的调制信号，对各调制信号进行SPWM调制，得出变流器的驱动脉冲以驱动电容中点引出的三相半桥变流器发出脉冲电压，从而控制三相铁芯的磁链。
CN201810462659.7A 2018-05-15 2018-05-15 基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法 Active CN108666974B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810462659.7A CN108666974B (zh) 2018-05-15 2018-05-15 基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法
US17/055,497 US11735903B2 (en) 2018-05-15 2018-06-22 Transformer with flux linkage control and method for suppressing magnetizing inrush current of transformer
PCT/CN2018/092507 WO2019218423A1 (zh) 2018-05-15 2018-06-22 基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810462659.7A CN108666974B (zh) 2018-05-15 2018-05-15 基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108666974A true CN108666974A (zh) 2018-10-16
CN108666974B CN108666974B (zh) 2019-10-11

Family

ID=63779687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810462659.7A Active CN108666974B (zh) 2018-05-15 2018-05-15 基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11735903B2 (zh)
CN (1) CN108666974B (zh)
WO (1) WO2019218423A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109378986A (zh) * 2018-12-22 2019-02-22 深圳市捷益达电子有限公司 一种耐负载冲击的不间断电源逆变输出电路
CN109546636A (zh) * 2018-11-30 2019-03-29 国电南瑞科技股份有限公司 岸电变频电源抑制变压器空载合闸励磁涌流的控制方法和系统
CN110060857A (zh) * 2018-11-29 2019-07-26 合肥工业大学 一种能够消除励磁涌流的电力变压器及其使用方法
CN110838716A (zh) * 2019-09-30 2020-02-25 中国电力科学研究院有限公司 一种变压器启动冲击电流抑制系统及方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112202179B (zh) * 2020-08-26 2023-08-29 国网山西省电力公司电力科学研究院 抑制电压补偿器串联变压器磁饱和的磁链控制法
CN113675820B (zh) * 2021-07-16 2024-02-13 国网浙江省电力有限公司杭州供电公司 一种用于应对变压器直流偏磁的应急控制方法
EP4152585B1 (en) 2021-09-17 2023-11-22 Abb Schweiz Ag A method for preventing saturation of a transformer during fast voltage changes and a control system thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54144940A (en) * 1978-05-04 1979-11-12 Hitachi Ltd Transformer protective device
CN101247104A (zh) * 2008-03-27 2008-08-20 无锡市飞象电子有限公司 定子磁链定向的交流电机旋转速度和转子位置推测方法
CN105226610A (zh) * 2015-10-26 2016-01-06 三峡大学 一种变压器合闸励磁涌流消除器
CN105870929A (zh) * 2016-03-28 2016-08-17 清华大学 一种抑制船舶变压器励磁涌流的装置和方法
CN106058939A (zh) * 2016-08-05 2016-10-26 北京千驷驭电气有限公司 变压器合闸控制系统和无涌流控制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100214686B1 (ko) * 1997-04-10 1999-08-02 이종수 엘리베이터의 구출운전 겸용 역률 개선장치
KR20000031658A (ko) * 1998-11-09 2000-06-05 이구택 변압기의 여자돌입전류 발생억제장치 및 방법
CN101075498B (zh) * 2007-04-13 2011-05-25 中国南车集团株洲电力机车研究所 一种抑制变压器空载合闸涌流的装置和方法
CN104319752B (zh) * 2014-11-06 2017-04-19 山东大学 基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统及方法
CN105691245B (zh) * 2016-03-29 2018-01-19 三峡大学 一种电力机车无冲击分区换相系统及方法
CN110582916B (zh) * 2017-05-05 2024-03-15 西门子能源有限责任公司 充电系统和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54144940A (en) * 1978-05-04 1979-11-12 Hitachi Ltd Transformer protective device
CN101247104A (zh) * 2008-03-27 2008-08-20 无锡市飞象电子有限公司 定子磁链定向的交流电机旋转速度和转子位置推测方法
CN105226610A (zh) * 2015-10-26 2016-01-06 三峡大学 一种变压器合闸励磁涌流消除器
CN105870929A (zh) * 2016-03-28 2016-08-17 清华大学 一种抑制船舶变压器励磁涌流的装置和方法
CN106058939A (zh) * 2016-08-05 2016-10-26 北京千驷驭电气有限公司 变压器合闸控制系统和无涌流控制方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110060857A (zh) * 2018-11-29 2019-07-26 合肥工业大学 一种能够消除励磁涌流的电力变压器及其使用方法
CN109546636A (zh) * 2018-11-30 2019-03-29 国电南瑞科技股份有限公司 岸电变频电源抑制变压器空载合闸励磁涌流的控制方法和系统
CN109546636B (zh) * 2018-11-30 2019-12-31 国电南瑞科技股份有限公司 岸电变频电源抑制变压器空载合闸励磁涌流的控制方法和系统
CN109378986A (zh) * 2018-12-22 2019-02-22 深圳市捷益达电子有限公司 一种耐负载冲击的不间断电源逆变输出电路
CN110838716A (zh) * 2019-09-30 2020-02-25 中国电力科学研究院有限公司 一种变压器启动冲击电流抑制系统及方法
CN110838716B (zh) * 2019-09-30 2023-11-14 中国电力科学研究院有限公司 一种变压器启动冲击电流抑制系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019218423A1 (zh) 2019-11-21
US11735903B2 (en) 2023-08-22
US20220271526A1 (en) 2022-08-25
CN108666974B (zh) 2019-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108666974B (zh) 基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法
Vodyakho et al. An induction machine emulator for high-power applications utilizing advanced simulation tools with graphical user interfaces
Ledwich et al. A flexible DSTATCOM operating in voltage or current control mode
CN110829619B (zh) 一种具有阻抗调整功能的输电线路取能装置及其应用方法
CN103368167A (zh) 一种单相接地故障基波电流全补偿装置与方法
CN108258712A (zh) 一种用于次同步振荡分析的vsc-hvdc系统
CN105048825B (zh) 超大功率级联型高压变频器及其抑制浪涌的方法
CN110618319B (zh) 一种用于VSC型电力机车dq阻抗测量的装置及其控制方法
CN108574276A (zh) 一种基于频率注入的直流微电网功率均分控制方法及系统
CN113178851B (zh) 一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法
CN107769247A (zh) 一种用于防孤岛检测的rlc负载模拟系统及其控制方法
CN103956738B (zh) 一种兼具apf与svg功能的电池储能系统控制方法
CN109449998A (zh) 一种大功率岸电电源系统
CN111049189B (zh) 含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法
CN111697634B (zh) 基于交直流侧瞬时功率的直流电压控制小信号的建模方法
Chauhan et al. Assessment of induction motor performance under supply voltage unbalance: A review
CN209927950U (zh) 用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置
Srinath et al. A combined mode of control for unified power quality conditioner connected to a low voltage distribution system
CN207603218U (zh) 一种智能可控动态电压调节柔性配电设备
De Castro et al. Avoiding undesirable high-frequency phenomena in long cable drives: Rectifier-to-inverter connection through long dc cable—part i: Evaluation of the losses reduction and copper economy
Singh et al. Comparative Performance Analysis of Three-Phase, Three-Wire Shunt Active Power Filter and Dynamic Voltage Restorer
Xie et al. Comparison of voltage and flux modulation schemes of StatComs regarding transformer saturation during fault recovery
Yeganehfar et al. Presents a new topology for parallel compensator to improve the load unbalance in electrical energy distribution network
Xu et al. Modeling and simulation for the power sharing of micro-grid inverter
CN109936143A (zh) 一种智能可控动态电压调节柔性配电设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant