CN110310816A - 单相串联变压器及潮流控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单相串联变压器及潮流控制系统，单相串联变压器的网侧的首端、末端串联于电网线路；单相串联变压器包括至少一绕组结构，绕组结构包括：平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置，平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置套装于单相串联变压器的磁路的主柱。本发明提供一种耐受过励磁倍数高、耐受短路电流大、耐受对地绝缘水平远超出其额定电压等级的串联变压器，能够有效降低统一潮流控制器装置及其它设备成本，能够实现灵活控制系统潮流、提高线路传输容量、节省出线建设费用。

Description

单相串联变压器及潮流控制系统

技术领域

本发明涉及电力技术，具体的讲是一种单相串联变压器及潮流控制系统。

背景技术

当前，电网正逐渐向大机组、超高压、远距离输送和跨区域互联的方向深入发展，区域电网的互联使电网规模扩大化，随之而来会造成潮流的分布不均衡。在潮流传输不均衡极其严重的时候，就可能会造成一条输电线接近或超过其输电约束边缘，而另一条输电线路却只达到了它能传输容量的一小部分，这种情况会造成电网设备的利用不合理，更有可能会影响整个电网系统的安全运行。同时，在互联的输电线路区域间的功率交换过程中，也需要通过对潮流的控制作用来改善功率交换的能力。因此，在这种大规模的电网运行下，关注和研究的热点与难点之一就是如何灵活控制系统潮流、提高线路传输容量。

发明内容

为灵活控制系统潮流，提高线路传输质量，本发明实施例提供了一种单相串联变压器，单相串联变压器的网侧的首端、末端串联于电网线路；

所述单相串联变压器包括至少一绕组结构，所述绕组结构包括：平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置，所述的平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置套装于单相串联变压器的磁路的主柱。

本发明实施例中，所述的单相串联变压器磁路为单相三柱式，所述单相串联变压器包括一绕组结构。

本发明实施例中，所述的单相串联变压器磁路为单相四柱式，所述单相串联变压器包括：两组绕组结构；所述的两绕组结构分别套装于单相串联变压器的磁路的第一主柱、第二主柱；

所述两组绕组结构的网侧绕组为串联或并联；两组绕组结构的阀侧绕组并联，两组绕组结构的平衡绕组并联，两组绕组结构的补偿装置并联。

本发明实施例中，单相四柱式串联变压器的第一主柱、第二主柱以及旁柱分别为截面积相等，形状相同的结构。

本发明实施例中，所述的补偿装置首端悬空，所述的补偿装置末端和网侧绕组末端连接，网侧绕组的首端、末端分别引至一网侧套管，阀侧绕组的首端、末端分别引至一阀侧套管，平衡绕组的首端、末端分别引至一平衡套管。

本发明实施例中，所述的平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组均为螺旋式或连续式绕组结构，所述的补偿装置为箔式线圈结构。

本发明实施例中，所述的补偿装置末端和网侧绕组末端通过均压管结构连接后引到同一网侧套管，网侧绕组首端通过均压管结构引到另一网侧套管。

本发明实施例中，所述变压器的平衡套管和网侧套管同侧出线，平衡绕组首端由绕组上端直接出线后连接到一平衡套管，平衡绕组末端由绕组下端出线后连接到另一平衡套管；

所述变压器的阀侧套管设置于网侧套管的对侧，阀侧绕组的首端由绕组上端直接出线后连接到一阀侧套管，阀侧绕组的末端由绕组下端直接出线后连接到另一阀侧套管。

本发明实施例中，，所述变压器的绕组的导线采用半硬铜自粘换位导线。

本发明实施例中，所述的单相串联变压器的首端、末端之间通过一旁路开关串联于电网线路，所述旁路开关与单相串联变压器并联。

同时，本发明还公开一种潮流控制系统，包括：统一潮流控制器和前述的单相串联变压器；其中，

所述的单相串联变压器的阀侧连接统一潮流控制器的换流阀，所述的单相串联变压器的平衡侧绕组接地。本发明提供一种耐受过励磁倍数高、耐受短路电流大、耐受对地绝缘水平远超出其额定电压等级的串联变压器，能够有效降低UPFC装置其它设备成本，能够实现灵活控制系统潮流、提高线路传输容量、节省出线建设费用。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明公开的单相串联变压器与电网的连接示意图；

图2为本发明实施例公开的一单相三柱式变压器的内部结构示意图；

图3为本实施例中的串联变压器的示意图；

图4为本实施例中的串联变压器的示意图；

图5本发明实施例中公开的单相四柱式变压器的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

本发明提供了一种单相串联变压器101，如图1所示，该单相串联变压器101的网侧的首端、末端串联于一电网线路，并且单相串联变压器101的首端、末端之间设置一旁路开关102并与单相串联变压器101并联。

本发明公开的单相串联变压器101包括至少一绕组结构，该绕组结构包括：平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置，平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置套装于单相串联变压器的磁路的主柱。

本实施例中，串联变压器101网侧设计成开口式，单相串联变压器101的首端、末端串联在线路中，与串联变压器101并联有一开关102，阀侧接UPFC换流阀，平衡侧绕组引出接地。

通过本发明公开的单相串联变压器，解决了现有技术中，统一潮流控制器UPFC中分相串联在线路中的变压器没有接地点，其网侧绕组两端电压较低，但绝缘水平需要按照网侧绕组所联接线路的对地电压等级来设计的问题。同时，解决了现有技术中，由于变压器存在直流分量时会导致变压器磁饱和，对变压器设备造成影响，需要采取直流偏磁抑制措施的问题。另一方面，利用本发明的变压器阀侧接UPFC换流阀，可以实现UPFC控制良好，可以保证换流器输出电压为正序电压、不含直流分量，配合UPFC的控制策略优化，并采取直流偏磁抑制措施，提供一种直流偏磁耐受能力较强的串联变压器。

本发明一实施例中，单相串联变压器101其内部磁路为单相三柱式，单相串联变压器包括：平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置。

如图2所示，为本发明实施例公开的一单相三柱式变压器的内部结构示意图。如图2所示，本实施例中，平衡绕组101、阀侧绕组102、网侧绕组103以及补偿装置104按由内向外依序套装于磁路的主柱100。网侧绕组103首端、末端分别引到一网侧套管，补偿装置104首端悬空，补偿装置104末端和网侧绕组104末端均引到同一网侧套管。

本实施例中公开的单相三柱式串联变压器，其内部磁路包括：磁路主柱100、磁路旁柱200和磁路铁轭300；其内部电路包括：平衡绕组101、阀侧绕组102、网侧绕组103以及补偿装置104。如图3和图4所示，本实施例中的串联变压器由本体BT、网侧套管T11和网侧套管T12、阀侧套管T21和阀侧套管T22、平衡套管T31和平衡套管T32、保护设备B11和保护设备B12、冷却设备L11和冷却设备L22组成。

本发明公开的单相串联变压器其平衡绕组101、阀侧绕组102、网侧绕组103以及补偿装置104的放置位置及出线方式由阻抗要求、绝缘水平和试验要求决定。本发明图2所示的实施例中，平衡绕组101、阀侧绕组102、网侧绕组103以及补偿装置104均采用端部出线结构，从内到外依序套装磁路主柱100上。

本发明实施例公开的单相串联变压器网侧、阀侧、平衡均采用端部出线结构，绕组首末端套管分别同侧布置，便于与现场电网系统接线配合，保护装置合理布置，满足套管对地绝缘距离。

补偿装置104的下端(末端)与网侧绕组103下端(末端)连接，补偿装置104上端(首端)悬空；网侧绕组103首端、末端分别引至变压器的网侧套管，本实施例中，网侧绕组103首端、末端分别引至如图3、图4中所示的变压器的网侧套管T11、网侧套管T12，以满足网侧绕组串联在线路中对地绝缘水平高、首末端间电压差低的特点。阀侧绕组102的首端、末端分别引至阀侧套管T21、阀侧套管T22；平衡绕组101的首端、末端分别引至平衡套管T31、平衡套管T32。

本发明图2所示的实施例中，平衡绕组101、阀侧绕组102以及网侧绕组103均采用螺旋式或连续式绕组结构，平衡装置104采用箔式线圈结构；

本实施例中，网侧绕组103下端和平衡装置104的下端采用一均压管结构连接后统一引至网侧套管T11；网侧绕组103上端通过均压管结构引至网侧套管T12。

本发明一实施例中，平衡套管T31和平衡套管T32与网侧套管T11、网侧套管T12同侧出线，平衡绕组101的上端出线直接引出与平衡套管T32连接、平衡绕组101的下端出线直接引至平衡套管T31进行连接，从而实现变压器的结构更为紧凑和外形布置方便。

本发明一实施例中，为了保证变压器各套管之间的绝缘距离，阀侧套管T21和阀侧套管T22布置于网侧套管T11的对侧，阀侧绕组102的上端出线直接引出至阀侧套管T22进行连接、阀侧绕组102的下端出线引出至阀侧套管T21进行连接。

另外，本发明另一实施例还公开一单相四柱式单相串联变压器，单相四柱式变压器包括：两组绕组结构和两磁路主柱；

绕组结构包括：平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置，本实施例中，平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置由内向外依序套装于一磁路的主柱；

两组绕组结构的网侧绕组为串联或并联；两组绕组结构的阀侧绕组并联，两组绕组结构的平衡绕组并联，两组绕组结构的补偿装置并联。

如图5所示，为本发明一实施例中公开的单相四柱式变压器的内部结构示意图。其在图2单相三柱式变压器的基础上增加了磁路和电路结构。

如图5所示，本发明实施例中单相四柱式变压器，其内部磁路由磁路主柱20、磁路30、磁路旁柱40、磁路旁柱60、磁路铁轭50、磁路铁轭70组成；单相四柱式变压器其内部电路包括：第一绕组结构和第二绕组结构，其中，第一绕组结构包括：平衡绕组201、阀侧绕组202、网侧绕组203以及补偿装置204，第二绕组结构包括：平衡绕组301、阀侧绕组302、网侧绕组303以及补偿装置304组成。磁路主柱20与30、磁路旁柱40与60分别等截面积、形状结构完全一致的。

如图5所示的本实施例的单相四柱式变压器，其网侧绕组203与网侧绕组303可以采用串联或者并联结构，阀侧绕组202与阀侧绕组302、平衡绕组201与平衡绕组301、补偿装置204与补偿装置304采用并联结构，串联或者并联之后的绕组结构与各绕组对应的外部套管的引线联接方式与前述的单相三柱式变压器相同。同一绕组结构中，补偿装置末端和网侧绕组末端连接，网侧绕组的首端、末端分别引至一网侧套管，阀侧绕组的首端、末端分别引至一阀侧套管，平衡绕组的首端、末端分别引至一平衡套管。

本发明实施例公开的单相串联变压器其内部磁路采用单相三柱式或单相四柱式，在具体实施的过程中，根据电网情况合理选择磁通密度，选用国产硅钢片，采用先进的叠装工艺和质量控制措施，如采用多级接缝型式、铁芯整体绑扎工艺，即可保证串联变压器满足4倍过励磁运行的能力和直流偏磁耐受能力，从而解决了现有技术中，在变压器网侧绕组发生接地短路故障时，变压器阀侧绕组处于开路状态，变压器网侧绕组需承受短时4倍过励磁的工况的问题。

本发明公开的串联变压器主要由本体BT、网侧套管T11、T12、阀侧套管T21、T22、平衡套管T31、T32、保护设备B11、B12、冷却设备L11、L22组成。上述部件相对放置位置由接入电网的系统布置、设备放置位置的空间尺寸大小、组部件间绝缘距离等因素决定，同时兼顾串联变压器成本，做到内部引线简单、结构紧凑、成本最小。套管根据产品的外绝缘水平和海拔高度进行选择，保护设备B11尺寸根据本体BT油重进行选择，冷却设备L11和L12根据产品损耗及温升要求进行选择。冷却设备L11通过管路将多组片式散热器组成一个整体，使得油可以在其内循环，然后在冷却设备L11上下端分别伸出管路与变压器本体相连，使得变压器本体和冷却设备L11之间的油能够循环流通，冷却设备L12固定在冷却设备L11下端，通过吹风或者吸风冷却冷却设备L11表面、带走冷却设备L11表面热量，从而达到冷却变压器本体内变压器油的目的

本发明实施例中，变压器的绕组的导线采用半硬铜自粘换位导线，在选择合适的绕组型式前提下合理优化电流密度，采取有效的工艺保证措施，确保变压器各绕组在要求短路电流条件下具有足够的动稳定性和热稳定性。

本发明实施例公开的单相串联变压器，通过变压器中各绕组线圈的排列形式，通过增加补偿装置降低网侧绕组两端入波时的震荡电压和传递过电压，从而解决感应过电压倍数高和双端入波震荡电压高的问题，解决了感应过电压高、两端同时存在雷电冲击入波的问题。

现有技术中，国内大中型城市电网，其出线走廊很少，如果要增加线路，可能要开挖电缆隧道，本发明公开的单相串联变压器给双回线路直接安装潮流控制器，总投资则是电缆隧道耗资的1/5，综合经济效益显著，并且使得电压波动小，两电网负荷更加均匀。

并且，现有技术中，随着特高压交直流电网的快速发展，形成了特高压、500千伏和220千伏的三级电磁环网，电网的潮流分布日趋复杂，而统一潮流控制器UPFC是利用电力电子器件开关在线路中串入一个幅值、相位均连续可调的等效电源，响应速度快，控制灵活。利用本发明实施例公开的方案，如图1所示，串联变压器网侧串联在线路中，阀侧连接UPFC的换流阀，平衡接地，既能在电力系统稳态方面实现潮流优化调节，合理控制有功功率、无功功率，最大限度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，动态的支撑接入点的电压，提供系统电压稳定性。这项技术解决了城市建设中电网潮流分配的根本性问题，是电力电子领域技术发展的革命性突破。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种单相串联变压器，其特征在于，所述的单相串联变压器的网侧的首端、末端串联于电网线路；

所述单相串联变压器包括至少一组绕组结构，所述绕组结构包括：平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置，所述的平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组以及补偿装置套装于单相串联变压器的磁路的主柱。

2.如权利要求1所述的单相串联变压器，其特征在于，所述的单相串联变压器磁路为单相三柱式，所述单相串联变压器包括一组绕组结构。

3.如权利要求1所述的单相串联变压器，其特征在于，所述的单相串联变压器磁路为单相四柱式，所述单相串联变压器包括：两组绕组结构；所述的两组绕组结构分别套装于单相串联变压器的磁路的第一主柱、第二主柱；

所述两组绕组结构的网侧绕组为串联或并联；两组绕组结构的阀侧绕组并联，两组绕组结构的平衡绕组并联，两组绕组结构的补偿装置并联。

4.如权利要求3所述的单相串联变压器，其特征在于，单相四柱式串联变压器的第一主柱、第二主柱以及磁路旁柱分别为截面积相等，形状相同的结构。

5.如权利要求2或3任一项所述的单相串联变压器，其特征在于，所述的补偿装置首端悬空，所述的补偿装置末端和网侧绕组末端连接，网侧绕组的首端、末端分别引至一网侧套管，阀侧绕组的首端、末端分别引至一阀侧套管，平衡绕组的首端、末端分别引至一平衡套管。

6.如权利要求2或3任一项所述的单相串联变压器，其特征在于，所述的平衡绕组、阀侧绕组、网侧绕组均为螺旋式或连续式绕组结构，所述的补偿装置为箔式线圈结构。

7.如权利要求2或3任一项所述的单相串联变压器，其特征在于，所述的补偿装置末端和网侧绕组末端通过均压管结构连接后引到同一网侧套管，网侧绕组首端通过均压管结构引到另一网侧套管。

8.如权利要求5所述的单相串联变压器，其特征在于，所述变压器的平衡套管和网侧套管同侧出线，平衡绕组首端由绕组上端直接出线后连接到一平衡套管，平衡绕组末端由绕组下端出线后连接到另一平衡套管；

所述变压器的阀侧套管设置于网侧套管的对侧，所述阀侧绕组的首端由绕组上端直接出线连接到一阀侧套管，所述阀侧绕组的末端由绕组下端直接出线后连接到另一阀侧套管。

9.如权利要求2或3任一项所述的单相串联变压器，其特征在于，所述变压器的绕组的导线采用半硬铜自粘换位导线。

10.如权利要求1所述的单相串联变压器，其特征在于，所述的单相串联变压器的首端、末端之间通过一旁路开关串联于电网线路，所述旁路开关与单相串联变压器并联。

11.一种潮流控制系统，其特征在于，所述的系统包括：统一潮流控制器和权利要求1-10中任一项所述的单相串联变压器；其中，

所述的单相串联变压器的阀侧连接统一潮流控制器的换流阀，所述的单相串联变压器的平衡侧绕组接地。