CN108712085A - 一种调整变压器的二次电压的系统和方法 - Google Patents

一种调整变压器的二次电压的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种调整变压器的二次电压的系统和方法,所述系统包括:测量单元,其位于变压器的二次侧,与控制单元连接,用于实时检测变压器二次侧接入负载后的电压信号和电流信号;控制单元,其与测量单元、转换开关和补偿单元连接,用于根据检测的电压信号和电流信号来控制转换开关和补偿单元;转换开关,其与控制单元连接,用于根据控制单元的投切指令,断开或者接入补偿单元;补偿单元,其与控制单元连接,用于根据控制单元的投切指令投切分级补偿绕组,以进行变压器二次电压的补偿。本发明所述系统和方法,不仅降低了变压器的整体造价,而且在变压器设计阶段即可安装在变压器内部,大幅度降低了变压器占地面积。

Description

一种调整变压器的二次电压的系统和方法
技术领域
本发明涉及电力设备控制领域,并且更具体地,涉及一种调整变压器的二次电压的系统和方法。
背景技术
变压器空载运行时,若一次绕组电压U1不变,则二次绕组电压U2也不变。变压器加上负载后,随着负载电流I2的增加,二次绕组内部阻抗压降升高,使得二次绕组输出电压U2随之发生变化。此外,由于一次电流I1随U2增加,当I2增加时一次绕组漏抗的压降也会升高,一次绕组电动势E1和二次绕组电动势E2会下降,影响二次输出电压U2。通过试验得到,当负载呈纯阻性时,U2随I2的增加下降变化程度不大;当负载呈感性时,U2随I2的增加变化程度加大,这是因为滞后的无功电流对变压器磁路中的主磁通的去磁作用更为显著,而使E1和E2有所下降的缘故;当负载呈容性时,超前的无功电流有助磁作用,主磁通会有所增加,E1和E2亦相应加大,使得U2随I2的增加而提高。因此,变压器入网后随着负载的变化二次输出电压会出现波动。
一般情况下,变压器负载多为感性负载,因此当负载增加后,变压器二次输出电压U2总是下降,其下降程度常用变化率来描述。电压变化率反映了供电电压的稳定性,是变压器的一个重要性能指标。要变压器输出的电压越稳定,即要求变压器的电压变化率越小。常用的电力变压器从空载到满载电压变化率一般在5%以内。然而,许多地方的变压器通常会运行在过负载状态,导致电压变化率超过5%的要求。当出现电压变化率波动时,根据变压器电压等级的不同,由不同部门启用分节开关,通过在变压器高压侧的调节实现控制电压变化率,最终将二次电压调整到符合要求的状态。但是在变压顺高压侧进行电厂的调节,存在变压器造价高,占地面积多,安装与运维成本高的问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的通过在变压器高压侧调节电压以控制二次侧电压变化率造价高、占地面积大和安装运维成本高的技术问题,本发明提供一种调整变压器的二次电压的系统,所述系统包括:
测量单元,其位于变压器的二次侧,与控制单元连接,用于实时检测变压器二次侧接入负载后的电压信号、第一电流信号和第二电流信号;
控制单元,其与测量单元、转换开关和补偿单元连接,用于选择调整二次侧电压的控制方式,根据电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿以及进行电压补偿时的电压补偿方向,并根据第二电流信号计算二次侧拟补偿的二次电压值,确定补偿单元拟投切的分级补偿绕组个数后,向补偿单元和转换开关发送投切指令,其中所述电压补偿的方向包括正向补偿和负向补偿,控制方式包括自动控制和手动控制;
转换开关,其与控制单元连接,用于根据控制单元的投切指令,断开或者接入补偿单元;
补偿单元,其与控制单元连接,用于根据控制单元的投切指令投切分级补偿绕组,以进行变压器二次电压的补偿。
进一步地,所述测量单元包括1个电压互感器和2个电流互感器,其中,所述电压互感器和第一电流互感器直接与控制单元连接,所述第二电流互感器与补偿单元串联后,再与控制单元连接。
进一步地,所述补偿单元包括:
若干个分级补偿绕组,其与控制单元连接,用于根据控制单元的指令,通过投切不同个数的分级补偿绕组来补偿变压器的二次电压;
若干个补偿开关,其与分组补偿绕组一一对应,每个分级补偿绕组串联一个补偿开关,并通过投切补偿开关接入或者断开分级补偿绕组;
分级补偿绕组接入开关,其用于在变压器二次侧保证分级补偿绕组回路的初始状态为非开路状态。
进一步地,所述控制单元包括:
数据处理单元,其用于根据测量单元传输的电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿和进行电压补偿时的电压补偿方向,并根据第二电流信号计算二次侧拟补偿的二次电压值,确定补偿单元拟投切的分级补偿绕组个数,其中所述电压补偿方向包括正向补偿和负向补偿;
人机交互单元,其用于设置每一个分级补偿绕组的二次电压补偿值,以及采集的电压信号和第一电流信号的阈值,并进行控制方式的切换,其中,所述控制方式包括自动控制和手动控制;
执行单元,其用于根据人机处理单元的指令,自动或手动选择电压补偿的方向,控制转换开关、补偿单元分级补偿绕组接入开关和补偿开关的开合,以实现分级补偿绕组的投切。
进一步地,所述控制单元是可编程逻辑控制模块。
进一步地,所述执行单元是交流接触器。
进一步地,所述若干个分级补偿绕组的匝数相同。
进一步地,所述系统安装于变压器内部。
根据本发明的另一方面,本发明提供一种调整变压器的二次电压的方法,所述方法包括:
控制单元选择调整变压器二次电压的控制方式,测量单元采集变压器二次侧接入负载后的电压信号、第一电流信号和第二电流信号;
当变压器二次侧的电压信号的变化率在预设区间时,根据电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧进行电压补偿时的电压补偿方向,并根据第二电流信号计算二次侧拟补偿的二次电压值,确定补偿单元拟投切的分级补偿绕组个数后,向补偿单元和转换开关发送投切指令,其中,所述电压补偿的方向包括正向补偿和负向补偿;
控制单元根据选择的控制方式,自动或手动选择电压补偿的方向,控制转换开关、补偿单元分级补偿绕组接入开关和补偿开关的开合,以实现分级补偿绕组的投切。
进一步地,在采集变压器二次侧接入负载后的电压信号和电流信号之前还包括设置每一个分级补偿绕组的二次电压补偿值。
进一步地,根据电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿,以及进行电压补偿时的电压补偿方向包括:
当电压信号和第一电流信号的变化率超过二次电压变化率的预设区间且超过人机控制单元设定的电压信号和第一电流信号的阈值时,确定变压器发生故障,不进行电压补偿,并闭合转换开关;
当电压信号和第一电流信号的变化率在二次电压变化率的预设区间时,确定变压器二次侧进行电压补偿,在电压信号低于额定二次输出电压时,进行正向补偿,在电压信号高于额定输出二次输出电压时,进行负向补偿。
进一步地,所述转换开关的初始状态是闭合。
进一步地,控制单元根据选择的控制方式,自动或手动选择电压补偿的方向,控制转换开关、补偿单元分级补偿绕组接入开关和补偿开关的开合,以实现分级补偿绕组的投切包括:
选择调整二次电压的控制方式,其中,所述控制方式包括自动控制和手动控制;
根据选择的控制方式,自动或手动选择电压补偿的方向;
根据选择的控制方式,自动或手动断开转换开关,并闭合分级补偿绕组接入开关;
根据选择的控制方式,自动或手动闭合相应的补偿开关以接入拟进行二次电压补偿的分级补偿绕组,并断开分组补偿绕组接入开关。
进一步地,当测量单元传输的电压信号和电流信号发生变化,后续二次电压补偿需要改变时,控制单元将拟接入的分级补偿绕组闭合后,再断开之前接入的分级补偿绕组。
进一步地,所述每个分组绕组补偿的电压值相等。
本发明提供的调整变压器的二次电压的系统和方法通过监测变压器二次电流的变化,在变压器低压侧采用分级补偿绕组来分步调节变压器变比,以实现对二次电压变化率的控制。所述方法和系统在变压器低压侧进行操作,采用交流接触器进行补偿开关的开断,与传统的分节开关相比较,不仅降低了变压器的整体造价,而且所述调整变压器二次电压的系统作为部件,在变压器设计阶段即安装在变压器内部,大幅度降低变压器占地面积,在缓解土地资源紧张、节约原材料等方面均具有优势,而且可以提供更有优质的电源。
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为根据本发明优选实施方式的调整变压器的二次电压的系统的结构图;
图2为根据本发明优选实施方式的调整变压器的二次电压的方法的流程图。
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为根据本发明优选实施方式的调整变压器的二次电压的系统的结构图。如图1所示,本优选实施方式所述的调整变压器的二次电压的系统100包括:
测量单元101,其位于变压器的二次侧,与控制单元102连接,用于实时检测变压器二次侧接入负载后的电压信号、第一电流信号和第二电流信号。
优选地,所述测量单元101包括1个电压互感器111、2个电流互感器112和113,其中,所述电压互感器111和第一电流互感器112直接与控制单元102连接,所述第二电流互感器113与补偿单元104串联后,再与控制单元102连接。
控制单元102,其与测量单元101、转换开关103和补偿单元104连接,用于选择调整二次侧电压的控制方式,当测量单元101传输的电压信号的变化率在预设区间时,根据电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧进行电压补偿时的电压补偿方向,并根据第二电流信号计算二次侧拟补偿的二次电压值,确定补偿单元拟投切的分级补偿绕组个数后,向补偿单元104和转换开关103发送投切指令,其中所述电压补偿的方向包括正向补偿和负向补偿,控制方式包括自动控制和手动控制;
转换开关103,其与控制单元102连接,用于根据控制单元102的投切指令,断开或者接入补偿单元104;
补偿单元104,其与控制单元102连接,用于根据控制单元102的投切指令投切分级补偿绕组,以进行变压器二次电压的补偿。
优选地,所述补偿单元104包括:
若干个分级补偿绕组141,其与控制单元102连接,用于根据控制单元的指令,通过投切不同个数的分级补偿绕组来补偿变压器的二次电压;
若干个补偿开关142,其与分组补偿绕组141一一对应,每个分级补偿绕组141串联一个补偿开关142,并通过投切补偿开关142接入或者断开分级补偿绕组141;
分级补偿绕组接入开关143,其用于在变压器二次侧保证分级补偿绕组回路的初始状态为非开路状态。
优选地,所述控制单元102包括:
数据处理单元121,其用于根据测量单元101传输的电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿和进行电压补偿时的电压补偿方向,并根据第二电流信号计算二次侧拟补偿的二次电压值,确定补偿单元拟投切的分级补偿绕组个数,其中所述电压补偿方向包括正向补偿和负向补偿;
人机交互单元122,其用于设置每一个分级补偿绕组的二次电压补偿值,以及采集的电压信号和第一电流信号的阈值,并进行控制方式的切换,其中,所述控制方式包括自动控制和手动控制;
执行单元123,其用于根据人机处理单元122的指令,自动或手动选择电压补偿的方向,控制转换开关、补偿单元分级补偿绕组接入开关和补偿开关的开合,以实现分级补偿绕组的投切。
优选地,所述控制单元102是可编程逻辑控制模块。
优选地,所述执行单元123是交流接触器。
在本优选实施方式中,所述控制方式的选择,补偿方向的切换,以及每个补偿绕组拟补偿的电压值的设置等都通过人机交互单元实现,通过PLC控制器编程来实现每种控制方式下的开关投切。
优选地,所述若干个分级补偿绕组141的匝数相同。在本优选实施方式,根据控制的精度要求,正向补偿的分级补偿绕组6个,负向补偿的分级补偿绕组2个。在实际应用中,分级补偿绕组的个数可根据需求订制,分级补偿绕组越多,补偿量的值越小,越精确。
优选地,所述系统安装于变压器内部。
图2为根据本发明优选实施方式的调整变压器的二次电压的方法的流程图。如图2所示,本发明所述的调整变压器的二次电压的方法200从步骤201开始。
在步骤201,在人机交互单元设置每一个分级补偿绕组的二次电压补偿值。
在步骤202,控制单元选择调整变压器二次电压的控制方式,测量单元采集变压器二次侧接入负载后的电压信号、第一电流信号和第二电流信号;
在步骤203,根据电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿,以及进行电压补偿的方向,并根据第二电流信号计算二次侧拟补偿的二次电压值,确定补偿单元拟投切的分级补偿绕组个数后,向补偿单元和转换开关发送投切指令,其中,所述电压补偿的方向包括正向补偿和负向补偿;
在步骤204,控制单元根据选择的控制方式,自动或手动选择电压补偿的方向,控制转换开关、补偿单元分级补偿绕组接入开关和补偿开关的开合,以实现分级补偿绕组的投切。
优选地,根据电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿,以及进行电压补偿时的电压补偿方向包括:
当电压信号和第一电流信号的变化率超过二次电压变化率的预设区间且超过人机控制单元设定的电压信号和第一电流信号的阈值时,确定变压器发生故障,不进行电压补偿,并闭合转换开关;
当电压信号和第一电流信号的变化率在二次电压变化率的预设区间时,确定变压器二次侧进行电压补偿,在电压信号低于额定二次输出电压时,进行正向补偿,在电压信号高于额定输出二次输出电压时,进行负向补偿。优选地,所述转换开关的初始状态是闭合。
优选地,控制单元根据选择的控制方式,自动或手动选择电压补偿的方向,控制转换开关、补偿单元分级补偿绕组接入开关和补偿开关的开合,以实现分级补偿绕组的投切包括:
选择调整二次电压的控制方式,其中,所述控制方式包括自动控制和手动控制;
根据选择的控制方式,自动或手动选择电压补偿的方向;
根据选择的控制方式,自动或手动断开转换开关,并闭合分级补偿绕组接入开关;
根据选择的控制方式,自动或手动闭合相应的补偿开关以接入拟进行二次电压补偿的分级补偿绕组,并断开分组补偿绕组接入开关。
优选地,当测量单元传输的电压信号和电流信号发生变化,后续二次电压补偿需要改变时,控制单元将拟接入的分级补偿绕组闭合后,再断开之前接入的分级补偿绕组。
优选地,所述每个分组绕组补偿的电压值相等。
在本优选实施方式中,变压器额定输出电压是220V交流电,要求变压器的二次电压的波动在-5%至3%的范围内,则二次电压正向补偿的电压变化范围为0-11V,负向补偿的电压变化范围为0-6.6V。当正向补偿绕组为6个时,将其分成6等份,则由6个补偿绕组按比例分担11V的电压变化值,即按顺序每投入一个绕组,电压最大提升1.83V,按顺序每切除一个绕组,电压最大降低1.83V。根据要求的二次电压变化率和绕组的个数,可在人机交互单元随时设置补偿绕组电压变化的值。在初始状态下,转换开关闭合,分级补偿绕组接入开关闭合,当采集的电压信号低于220V时,控制单元确定拟投切的分级补偿绕组并断开转换开关,且与所述分级补偿绕组连接的交流接触器的常开触点闭合,交流接触器闭合,补偿开关也随之闭合进行电压的补偿,当补偿开关闭合时,分级补偿绕组接入开关断开。当控制单元根据采集的电压信号和第一电流信号再次确定需要对二次电压进行正向补偿,且拟投入的分级补偿绕组不同时,先闭合拟投入的分级补偿绕组后,再断开先前投入的分级补偿绕组,从而完成一个完整的切换,有效地避免了二次侧绕组开路的现象发生。
当采集的电压信号和第一电流信号超过人机交互单元设定的阈值,例如线路发生短路时,二次侧电流急速增大,当测量单元采集到的第一电流信号检测到这个电流值,并且确定所述电流值已经超过设定的电流阈值时,可迅速投入转换开关,从而避免进行二次电压的无效调节。
已经通过参考少量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 (15)

1.一种调整变压器的二次电压的系统,其特征在于,所述系统包括:
测量单元,其位于变压器的二次侧,与控制单元连接,用于实时检测变压器二次侧接入负载后的电压信号、第一电流信号和第二电流信号;
控制单元,其与测量单元、转换开关和补偿单元连接,用于选择调整二次侧电压的控制方式,根据电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿以及进行电压补偿时的电压补偿方向,并根据第二电流信号计算二次侧拟补偿的二次电压值,确定补偿单元拟投切的分级补偿绕组个数后,向补偿单元和转换开关发送投切指令,其中所述电压补偿的方向包括正向补偿和负向补偿,控制方式包括自动控制和手动控制;
转换开关,其与控制单元连接,用于根据控制单元的投切指令,断开或者接入补偿单元;
补偿单元,其与控制单元连接,用于根据控制单元的投切指令投切分级补偿绕组,以进行变压器二次电压的补偿。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述测量单元包括1个电压互感器和2个电流互感器,其中,所述电压互感器和第一电流互感器直接与控制单元连接,所述第二电流互感器与补偿单元串联后,再与控制单元连接。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述补偿单元包括:
若干个分级补偿绕组,其与控制单元连接,用于根据控制单元的指令,通过投切不同个数的分级补偿绕组来补偿变压器的二次电压;
若干个补偿开关,其与分组补偿绕组一一对应,每个分级补偿绕组串联一个补偿开关,并通过投切补偿开关接入或者断开分级补偿绕组;
分级补偿绕组接入开关,其用于在变压器二次侧保证分级补偿绕组回路的初始状态为非开路状态。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述控制单元包括:
数据处理单元,其用于根据测量单元传输的电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿和进行电压补偿时的电压补偿方向,并根据第二电流信号计算二次侧拟补偿的二次电压值,确定补偿单元拟投切的分级补偿绕组个数,其中所述电压补偿方向包括正向补偿和负向补偿;
人机交互单元,其用于设置每一个分级补偿绕组的二次电压补偿值,以及采集的电压信号和第一电流信号的阈值,并进行控制方式的切换,其中,所述控制方式包括自动控制和手动控制;
执行单元,其用于根据人机处理单元的指令,自动或手动选择电压补偿的方向,控制转换开关、补偿单元分级补偿绕组接入开关和补偿开关的开合,以实现分级补偿绕组的投切。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述控制单元是可编程逻辑控制模块。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述执行单元是交流接触器。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述若干个分级补偿绕组的匝数相同。
8.根据权利要求1至7中任意一个所述的系统,其特征在于,所述系统安装于变压器内部。
9.一种采用权利要求1-8中任意一种系统调整变压器的二次电压的方法,其特征在于,所述方法包括:
控制单元选择调整变压器二次电压的控制方式,测量单元采集变压器二次侧接入负载后的电压信号、第一电流信号和第二电流信号;
根据电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿,以及进行电压补偿时的电压补偿方向,并根据第二电流信号计算二次侧拟补偿的二次电压值,确定补偿单元拟投切的分级补偿绕组个数后,向补偿单元和转换开关发送投切指令,其中,所述电压补偿的方向包括正向补偿和负向补偿;
控制单元根据选择的控制方式,自动或手动选择电压补偿的方向,控制转换开关、补偿单元分级补偿绕组接入开关和补偿开关的开合,以实现分级补偿绕组的投切。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在采集变压器二次侧接入负载后的电压信号和电流信号之前还包括设置每一个分级补偿绕组的二次电压补偿值。
11.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,根据电压信号和第一电流信号确定变压器二次侧是否进行电压补偿,以及进行电压补偿时的电压补偿方向包括:
当电压信号和第一电流信号的变化率超过二次电压变化率的预设区间且超过人机控制单元设定的电压信号和第一电流信号的阈值时,确定变压器发生故障,不进行电压补偿,并闭合转换开关;
当电压信号和第一电流信号的变化率在二次电压变化率的预设区间时,确定变压器二次侧进行电压补偿,在电压信号低于额定二次输出电压时,进行正向补偿,在电压信号高于额定输出二次输出电压时,进行负向补偿。
12.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述转换开关的初始状态是闭合。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,控制单元根据选择的控制方式,自动或手动选择电压补偿的方向,控制转换开关、补偿单元分级补偿绕组接入开关和补偿开关的开合,以实现分级补偿绕组的投切包括:
选择调整二次电压的控制方式,其中,所述控制方式包括自动控制和手动控制;
根据选择的控制方式,自动或手动选择电压补偿的方向;
根据选择的控制方式,自动或手动断开转换开关,并闭合分级补偿绕组接入开关;
根据选择的控制方式,自动或手动闭合相应的补偿开关以接入拟进行二次电压补偿的分级补偿绕组,并断开分组补偿绕组接入开关。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,当测量单元传输的电压信号和电流信号发生变化,后续二次电压补偿需要改变时,控制单元将拟接入的分级补偿绕组闭合后,再断开之前接入的分级补偿绕组。
15.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述每个分组绕组补偿的电压值相等。
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