CN109038606A - 一种有载调压变压器及统一潮流控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种有载调压变压器及统一潮流控制系统，其中有载调压变压器包括：三相变压器，其原边每相绕组并联连接输电线路，其副边每相绕组包括至少两组具有的两端抽头，所述两端抽头的极性相反；至少一调压单元，所述调压单元至少包括第一调压子单元，所述第一调压子单元还包括第一极性切换电路和第一有载调压电路，所述第一极性切换电路分别并联连接所述三相变压器的副边的一相绕组具有的第一组所述两端抽头。本发明可以将有载调压电路与极性切换电路的结合，通过不同开关的极性切换和电压调节实现扩大电压的注入范围，从而提高潮流控制的稳定性。

Description

一种有载调压变压器及统一潮流控制系统

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种有载调压变压器及统一潮流控制系统。

背景技术

电力网架结构日益复杂，潮流分布不均、电压支撑能力不足等问题给电网的安全稳定运行带来了新的挑战。统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)是迄今为止功能最全面的FACTS装置，既能在电力系统稳定方面实现潮流调节，合理控制有功功率、无功功率，提高线路的输送能力，实现优化运行；又能在动态方面，通过快速无功吞吐，动态支撑接入点的电压，提高系统电压稳定性，还可以改善系统阻尼，提高功角稳定性。而有载调压变压器是统一潮流控制器中用于电压补偿或改善潮流分布必不可少的一部分。

目前传统的统一潮流控制系统中运用的有载调压变压器一般为ST(SenTransformer)变压器,ST变压器是一种串、并联混合型装置，它是基于多抽头变压器和抽头控制技术的改进型移相变压器，通过对副边绕组抽头的投切，使其输出不同的串联注入电压，调节系统电压、改变传输潮流，提高系统的稳定性。ST变压器的结构，如图1所示，它的原边绕组是以星型方式连接的，然后并联接入交流系统，构成变压器的励磁单元，副边绕组每相分别由三个带着抽头的小绕组连接而成，然后以串联的方式接入UPFC系统，提供电压补偿。该传统的ST变压器属于常规的有载抽头变压器，由于该ST变压器一般未设置电压切换开关，将导致电压调节范围很有限。

并且上述传统的ST变压器一般独立地串联接入统一潮流控制器中形成统一潮流控制系统，且一般在统一潮流控制器的输入端通过一并联变压器接入配电网的输入端，在统一潮流控制器的输出端再通过一并联变压器接入配电网的输出端，然后将ST变压器串联接入配电网中与统一潮流控制器共同工作。这种独立接入ST变压器和统一潮流控制器显然会导致并联变压器与ST变压器的总数增多，传统的ST与UPFC结合的统一潮流控制结构，为了保证UPFC正常接入配电网，需要涉及多个并联变压器，导致变压器成本过高，另外，该ST变压器与统一潮流控制器结合的统一潮流控制系统因没有涉及极性切换的电路结构，所以无法进行极性切换，导致其输出电压范围很有限。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于克服现有技术中的ST变压器或利用ST变压器和统一潮流控制器结合的统一潮流控制系统调压范围有限，且利用ST变压器和统一潮流控制器结合的统一潮流控制系统导致变压器的总数增多。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例提供一种有载调压变压器，包括：

三相变压器，其原边每相绕组并联连接输电线路，其副边每相绕组包括至少两组具有的两端抽头，所述两端抽头的极性相反；

至少一调压单元，所述调压单元至少包括第一调压子单元，所述第一调压子单元还包括第一极性切换电路和第一有载调压电路，所述第一极性切换电路分别并联连接所述三相变压器的副边的一相绕组具有的第一组所述两端抽头。

可选地，所述调压单元至少还包括：第二调压子单元，其包括第二极性切换电路和第二有载调压电路，所述第二极性切换电路分别并联连接所述三相变压器的副边的二相绕组具有的第一组所述两端抽头。

可选地，所述调压单元至少还包括：

第三调压子单元，其包括第三极性切换电路和第三有载调压电路，所述三相变压器的副边的三相绕组具有的第一组所述两端抽头。

可选地，所述第一有载调压电路连接所述第二极性切换电路，所述第二有载调压电路连接所述第三极性切换电路。

可选地，所述一相绕组、所述二相绕组和所述三相绕组分别具有的第二组所述两端抽头的第一端星形连接，所述一相绕组、所述二相绕组和所述三相绕组分别具有的第二组所述两端抽头的第二端连接待控制电路。

可选地，所述第一有载调压电路、所述第二有载调压电路和所述第三有载调压电路分别包括至少两组反并联的第一晶闸管相连构成至少两输入端和一输出端。

可选地，所述第一极性切换电路、所述第二极性切换电路和所述第三极性切换电路分别包括至少两组反并联的第二晶闸管相连构成至少两输入端和一输出端。

可选地，所述两组反并联的第二晶闸管相连构成的第一输入端连接所述两组反并联的第一晶闸管相连构成的第一输入端，所述两组反并联的第二晶闸管相连构成的第二输入端连接所述两组反并联的第一晶闸管相连构成的第二输入端。

可选地，所述第一有载调压电路的所述一输出端连接所述第二极性切换电路的一输出端，所述第二有载调压电路的一输出端连接所述第三极性切换电路的一输出端，所述第一极性切换电路连接所述待控制电路，所述第三有载调压电路连接所述输电线路。

本发明实施例提供一种统一潮流控制系统，包括所述的有载调压变压器，还包括：

至少两电压源换流器，其中第一电压源换流器与第二电压源换流器通过其直流侧背靠背连接；

所述第一电压源换流器的交流侧连接所述一相绕组、所述二相绕组和所述三相绕组分别具有的所述第二组所述两端抽头的第二端；

所述第二电压源换流器的交流侧连接所述第三有载调压电路的输出端；

至少一串联变压器，其原边连接所述第一极性切换电路的输出端，其副边连接所述输电线路。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供一种有载调压变压器及统一潮流控制系统，其中有载调压变压器包括：三相变压器，其原边每相绕组并联连接输电线路，其副边每相绕组包括至少两组具有的两端抽头，所述两端抽头的极性相反；至少一调压单元，所述调压单元至少包括第一调压子单元，所述第一调压子单元还包括第一极性切换电路和第一有载调压电路，所述第一极性切换电路分别并联连接所述三相变压器的副边的一相绕组具有的第一组所述两端抽头。本发明可以将有载调压电路与极性切换电路的结合，通过不同开关的极性切换和电压调节实现扩大电压的注入范围，从而提高潮流控制的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中传统ST变压器的电路原理图；

图2为本发明实施例中有载调压变压器的电路原理图；

图3为本发明实施例中一相调压单元的电路结构示意图；

图4A为本发明实施例中第一有载调压电路第一结构示意图；

图4B为本发明实施例中第一有载调压电路第二结构示意图；

图4C为本发明实施例中第一极性切换电路的第一结构示意图；

图4D为本发明实施例中第一极性切换电路的第二结构示意图；

图5为本发明实施例中有载调压变压器及统一潮流控制系统的电路结构示意图。

附图标记：

20-三相变压器； 21-第一调压单元； 22-第二调压单元；

23-第三调压单元； 24-待控制电路； 25-第一电压源换流器；

26-第二电压源换流器； 27-第一串联变压器； 28-第二串联变压器；

29-第三串联变压器； 211-第一调压子单元； 212-第二调压子单元；

213-第三调压子单元； 2111-第一有载调压电路； 11-第一组；

2112-第一极性切换电路； 2121-第二有载调压电路； 12-第二组；

2121-第二极性切换电路； 2131-第三有载调压电路；

2132-第三极性切换电路。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种有载调压变压器，变压器在负载运行中能完成分接头电压切换的变压器称有载调压变压器。如图2所示，包括：三相变压器20和一调压单元21或22或23，可以认为第一调压单元为21、第二调压单元22和第三调压单元23，作为其它可替换的实施方式，该有载调压变压器还可以包括两个或三个或四个等多个调压单元，在图2中，有载调压变压器包括三个调压单元21、22和23，分别为A相调压单元、B相调压单元和C相调压单元，这三个调压单元21、22和23的结构相同且功能相同，以下对其中A相调压单元进行详细展开描述，至于B相和C相调压单元可参考A相调压单元，当有载调压变压器存在A相调压单元、B相调压单元和C相调压单元为最佳的实施方式，可达到电压调节的最平衡状态。

其中，三相变压器20，其原边每相绕组并联连接输电线路，其副边每相绕组包括两组具有的两端抽头，两端抽头的极性相反，作为其它可替换的实施方式，其副边每组绕组还可以包括四组具有的两端抽头。

此处的三相变压器20为常规的变压器，一般由A相、B相和C相构成三相变压器20，该三相变压器20的原边绕组作为其一次侧或高压侧，该三相变压器20的原边绕组的抽头一般以星型方式并联接入输电线路，用于向电网输电电路注入可调电压，且三相变压器20原边绕组的抽头一般为两个，分别为首端抽头和尾端抽头。该三相变压器20的副边每相绕组包括两组具有的两端抽头，分别为第一组11具有的两端抽头和第二组12具有的两端抽头。该三相变压器20的副边每相绕组具有两端抽头中的一端与三相变压器20的原边每相绕组的首端互为同名端或异名端，所谓的同名端就是与三相变压器20的原边绕组的绕线方向相同，所谓的异名端就是与三相变压器20的原边的绕线方向相反，在图2中可看出，在三相变压器20的接线端中标注*为同名端，或在三相变压器20的接线端中标注·为同名端，所以标注·的接线端与标注*的接线端互为异名端。在图2中，副边每相绕组包括四组具有的两端抽头，具体抽头端分别为a1、a2、a3、a4，b1、b2、b3、b4，c1、c2、c3、c4。在图2中，三相变压器20的副边的三相绕组，分别为：A相的一相绕组、B相的二相绕组和C相的三相绕组，这三相绕组分别具有的第二组12两端抽头的第一端星形连接，这三相绕组分别具有的第二组12两端抽头的第二端用于连接待控制电路24，此处的待控制电路24一般为潮流控制电路。

其中，调压单元21或22或23用于对三相变压器20注入的三相电压进行调节和切换。此处的第一调压单元21包括第一调压子单元211，作为其它可替换的实施方式，第一调压单元21还可以包括两个或三个等多个第一调压子单元211，在图2中，有载调压变压器的调压单元21还包括第二调压子单元212和第三调压子单元213。第二调压子单元212、第三调压子单元213分别和第一调压子单元211的结构、功能相同，以下对第一调压子单元211进行详细描述，同理，第二调压子单元212和第三调压子单元213的具体结构同第一调压子单元211一样，所以第二调压子单元212与第三调压子单元213的具体结构可参照第一调压子单元211的具体结构。

虽然，三相变压器20具有三相绕组，但是调压单元21在调节电压的过程中，可以单独调节其中的一相绕组的电压。如图3所示，第一调压子单元211还包括第一极性切换电路2112和第一有载调压电路2111，第二调压子单元212，其包括第二极性切换电路2122和第二有载调压电路2121，第三调压子单元213，其包括第三极性切换电路2132和第三有载调压电路2131，

在图4A中，第一有载调压电路2111由两组反并联的第一晶闸管相连构成两输入端和一输出端，两输入端分别为绕组端1和绕组端2，一输出端为3。作为其它可替换的实施方式，第一有载调压电路2111还可以由三组或四组等多组反并联的第一晶闸管相连构成两输入端，例如：在图4B中，第一有载调压电路2111由四组反并联的第一晶闸管相连构成两输入端和一输出端，分别为绕组端1、绕组端2、绕组端3和绕组端4，其中一输出端为5，绕组端1和绕组端4作为两输入端，其中将绕组端2和绕组端3都与绕组端1和绕组端4连接一起。同理，第二有载调压电路2121、第三有载调压电路2131与第一有载调压电路2111的结构相同。

在图4C中，第一极性切换电路2112由两组反并联的第二晶闸管相连构成两输入端和一输出端，两输入端分别为绕组端1和绕组端2，一输出端为3。作为其它可替换的实施方式，第一极性切换电路2112还可以由三组或四组等多组反并联的第二晶闸管相连构成两输入端和一输出端，例如：在图4D中，第一极性切换电路2112由四组反并联的第二晶闸管相连构成两输入端和一输出端，分别为绕组端1、绕组端2、绕组端3和绕组端4，其中一输出端为5，绕组端1和绕组端4作为两输入端，其中将绕组端2和绕组端3都与绕组端1和绕组端4连接一起。同理，第二极性切换电路2122、第三极性切换电路2132同第一极性切换电路2112相同。

如果将上述图4A中的第一有载调压电路2111与图4C中的第一极性切换电路2112连接在一起，将图4C中的绕组端1与图4A中的绕组端1连接，将图4C中的绕组端2与图4A中的绕组端2连接，即将两组反并联的第二晶闸管相连构成的第一输入端连接两组反并联的第一晶闸管绕相连构成的第一输入端，将两组反并联的第二晶闸管相连构成的第二输入端连接两组反并联的第一晶闸管绕相连构成的第二输入端。如果将上述图4A中的第一有载调压电路2111与图4D中的极性切换电路连接在一起，将图4D中的绕组端1与4A中的绕组端1连接，将图4D中的绕组端4与图4A中的绕组端2连接，图4D中的其它绕组可以无需连接。

上述中的第一有载调压电路2111连接第二极性切换电路2122，第二有载调压电路2121连接第三极性切换电路2132。在图2或3中，第一调压子单元211为a1相，第二调压子单元212为b1相，第三调压子单元213为c1相。第一调压子单元211连接第二调压子单元212，第二调压子单元212连接第三调压子单元213，具体为,其通过第一有载调压电路2111的输出端连接第二极性切换电路2122的输出端，第二有载调压电路2121的输出端连接第三极性切换电路2132的输出端。

在图2中，第一极性切换电路2112分别并联连接三相变压器20的副边的一相绕组具有的第一组11两端抽头。具体地，第一极性切换电路2112的由两组反并联的第二晶闸管相连构成的两输入端连接三相变压器20的副边的一相绕组的第一组11两端抽头，两组反并联的第二晶闸管相连构成的第一输入端连接三相变压器20的副边的一相绕组的的第一组11两端抽头的第一端，该第一端与三相变压器20的一相原边绕组的首端互为同名端，两组反并联的第二晶闸管相连构成的第二输入端连接三相变压器20的副边的一相绕组的的第一组11两端抽头的第二端，该第二端与三相变压器20的一相原边绕组的首端互为异名端。由于该一相绕组的第一组11两端抽头的极性相反，且第一极性切换电路2112与第一有载调压电路2111连接构成一体化的调压单元，所以通过极性切换电路的切换与有载调压电路中的多个开关的不用开闭合状态组合，可实现不同的电压注入。

具体地，在图2中，例如：对于单独利用A相调压单元的第一调压子单元211、第二调压子单元212和第三调压子单元213进行电压调节时，可实现U0、Ua1、-Ua1、Ub1、-Ub1、Uc1、-Uc1、Ua1-Ub1、Ua1-Uc1、Ub1-Ua1、Ub1-Uc1、Uc1-Ua1、Uc1-Ub1、Ua1-Ub1-Uc1、Ua1-Ub1+Uc1、Ub1-Uc1-Ua1、Ub1-Uc1+Ua1、Uc1-Ua1-Ub1、Uc1-Ua1+Ub1共19个注入电压。同理，对于图5来说，本实施例中的有载调压变压器包括三个调压单元，B相调压单元可实现U0、Ua2、-Ua2、Ub2、-Ub2、Uc2、-Uc2、Ua2-Ub2、Ua2-Uc2、Ub2-Ua2、Ub2-Uc2、Uc2-Ua2、Uc2-Ub2、Ua2-Ub2-Uc2、Ua2-Ub2+Uc2、Ub2-Uc2-Ua2、Ub2-Uc2+Ua2、Uc2-Ua2-Ub2、Uc2-Ua2+Ub2共19个注入电压，C相调压单元可实现Ua3、-Ua3、Ub3、-Ub3、Uc3、-Uc3、Ua3-Ub3、Ua3-Uc3、Ub3-Ua3、Ub3-Uc3、Uc3-Ua3、Uc3-Ub3、Ua3-Ub3-Uc3、Ua3-Ub3+Uc3、Ub3-Uc3-Ua3、Ub3-Uc3+Ua3、Uc3-Ua3-Ub3、Uc3-Ua3+Ub3共19个注入电压。所以，本实施例中的有载调压变压器将有载调压电路与极性切换电路进行结合可实现较多的电压调节，使得电压运行范围进一步扩大。

实施例2

本发明实施例提供一种统一潮流控制系统，如图2所示，包括实施例1中的有载调压变压器，还包括：两电压源换流器(VSC1和VSC2)，当然，还可以包括三电压源换流器(VSC1、VSC2和VSC3)或四电压源换流器(VSC1、VSC2、VSC3和VSC4)等多个电压源换流器，正常情况下一般选择两电压源换流器，这两个电压源换流器分别为第一电压源换流器25和第二电压源换流器26，其中第一电压源换流器25与第二电压源换流器26通过其直流侧背靠背连接，第一电压源换流器25的交流侧连接实施例1中有载调压变压器的副边的一相绕组、二相绕组和三相绕组分别具有的第一组11两端抽头的第二端，第二电压源换流器26的交流侧连接第三有载调压电路2131的输出端。

本发明实施例中的统一潮流控制系统还包括一串联变压器27或28或29，其原边连接第一极性切换电路2112的输出端，其副边连接输电线路。作为一种可替换的实施方式，本发明实施例中的统一潮流控制系统，还可以包括两串联变压器或三串联变压器，对于当实施例1中有载调压变压器具有三相调压单元时，一般为三串联变压器，A相调压单元连接第一串联变压器27，B相调压单元连接第二串联变压器28，C相调压单元连接第三串联变压器29，而这三个串联变压器的原边连接第一极性切换电路2112的输出端，其副边连接输电线路。

综上，将实施例1中有载调压变压器应用到实施例2中的统一潮流控制系统中，将有载调压电路和极性切换电路的调压单元进行融合，且结合多个电压源换流器构成统一潮流控制系统接入电网输电线路，通过有载调压变压器的调压单元的极性切换电路和有载调压电路的切换，以及多个开关的不同开闭状态的组合实现多个电压的注入，如图5所示，进而可以提高本实施例中的统一潮流控制系统的电压的稳定性，进而改善潮流分布，并且本实施例中的统一潮流控制系统无需使用并联变压器，使用一体化设计的有载调压变压器可以显著减少变压器的数量，进而降低变压器设计成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种有载调压变压器，其特征在于，包括：

三相变压器，其原边每相绕组并联连接输电线路，其副边每相绕组包括至少两组具有的两端抽头，所述两端抽头的极性相反；

至少一调压单元，所述调压单元至少包括第一调压子单元，所述第一调压子单元还包括第一极性切换电路和第一有载调压电路，所述第一极性切换电路分别并联连接所述三相变压器的副边的一相绕组具有的第一组所述两端抽头。

2.根据权利要求1所述的有载调压变压器，其特征在于，所述调压单元至少还包括：第二调压子单元，其包括第二极性切换电路和第二有载调压电路，所述第二极性切换电路分别并联连接所述三相变压器的副边的二相绕组具有的第一组所述两端抽头。

3.根据权利要求2所述的有载调压变压器，其特征在于，所述调压单元至少还包括：

第三调压子单元，其包括第三极性切换电路和第三有载调压电路，所述三相变压器的副边的三相绕组具有的第一组所述两端抽头。

4.根据权利要求3所述的有载调压变压器，其特征在于，所述第一有载调压电路连接所述第二极性切换电路，所述第二有载调压电路连接所述第三极性切换电路。

5.根据权利要求3所述的有载调压变压器，其特征在于，所述一相绕组、所述二相绕组和所述三相绕组分别具有的第二组所述两端抽头的第一端星形连接，所述一相绕组、所述二相绕组和所述三相绕组分别具有的第二组所述两端抽头的第二端连接待控制电路。

6.根据权利要求3所述的有载调压变压器，所述第一有载调压电路、所述第二有载调压电路和所述第三有载调压电路分别包括至少两组反并联的第一晶闸管相连构成至少两输入端和一输出端。

7.根据权利要求6所述的有载调压电路，所述第一极性切换电路、所述第二极性切换电路和所述第三极性切换电路分别包括至少两组反并联的第二晶闸管相连构成至少两输入端和一输出端。

8.根据权利要求7所述的有载调压变压器，所述两组反并联的第二晶闸管相连构成的第一输入端连接所述两组反并联的第一晶闸管相连构成的第一输入端，所述两组反并联的第二晶闸管相连构成的第二输入端连接所述两组反并联的第一晶闸管相连构成的第二输入端。

9.根据权利要求7所述的有载调压变压器，所述第一有载调压电路的所述一输出端连接所述第二极性切换电路的一输出端，所述第二有载调压电路的一输出端连接所述第三极性切换电路的一输出端，所述第一极性切换电路连接所述待控制电路，所述第三有载调压电路连接所述输电线路。

10.一种统一潮流控制系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的有载调压变压器，还包括：

至少两电压源换流器，其中第一电压源换流器与第二电压源换流器通过其直流侧背靠背连接；

所述第一电压源换流器的交流侧连接所述一相绕组、所述二相绕组和所述三相绕组分别具有的所述第二组所述两端抽头的第二端；

所述第二电压源换流器的交流侧连接所述第三有载调压电路的输出端；

至少一串联变压器，其原边连接所述第一极性切换电路的输出端，其副边连接所述输电线路。