CN112103954B - 一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统、装置和方法 - Google Patents

一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统、装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统、装置和方法，本发明在原有混合式变压器的隔离变压器的高压绕组上并接一反并联晶闸管，通过检测混合式变压器一次绕组电流的过零点，根据过零点来协调配合反并联晶闸管与电压补偿变换器的触发脉冲，从而实现HDT电压补偿变换器的无冲击投切。通过检测HDT一次绕组电流的过零时刻，协调配合反并联晶闸管与电压补偿变换器的触发脉冲使能信号。在一次绕组电流的过零时刻之后，投入电压补偿变换器运行，从而能有效避免电压补偿变换器错误投入导致的短路冲击电流。

Description

一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统、装 置和方法
【技术领域】
本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统、装置和方法。
【背景技术】
混合式配电变压器(hybrid distribution transformer,HDT)是在传统配电变压器的基础上集成两个电压源型变换器而实现的一种新型可控配电变压器。其中一个变换器按并联方式接入主变压器，主要用于消除负载电流中的谐波、无功、不对称等有害电流对配网带来的危害。这个变换器可称之为电流补偿变换器。还有一个变换器通过隔离变压器直接串联在主变压器的高压侧一次绕组，其主要消除配网电压波动、不对称对负载供电带来的不利影响，因而可将其称为电压补偿变换器。
在理论上，将电流补偿变换器与电压补偿变换器始终投入运行并不影响HDT的基本功能。但众所周知，变换器在运行时总存在较大的损耗。事实上，对于HDT而言，其中的电流补偿变换器只需当配网中存在电流质量问题时参与运行，而电压补偿变换器只需当配网中存在电压质量问题时参与运行即可。也就是说，让两个变换器长期处于运行状态，必然会降低HDT的运行效率。因此，HDT在实际中运行时难免需要对两个变换器进行在线投入或切除。
对于电流补偿变换器而言，只需激活或者关闭该变换器的触发脉冲便可以实现电流补偿变换器的投入与切除；但对于电压补偿变换器如果直接触发脉冲，一旦不能正确协调旁路/断开时刻与变换器触发脉冲关闭/激活时刻，则往往会导致HDT发生断电或短路的危险，因此切除或接入目前缺乏安全有效的投入与切除方法。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统、装置和方法，以解决现有技术中对于混合式配电变压器电压补偿变换器投切过程缺乏有效的控制装置与方法的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切方法，包括以下步骤：
将脉冲使能信号pL反向处理转换为检测信号pCVT；
对检测信号pCVT进行触发沿检测；
当检测信号pCVT为电压补偿变化器投入使用，且一次绕组上的电流过零时，电压补偿变换器投入使用；
当检测信号pCVT为电压补偿变化器投入使用，一次绕组上的电流未过零时，电压补偿变换器等待一次绕组上的电流过零后，电压补偿变换器投入使用；
当检测信号pCVT为电压补偿变化器切断，从混合式配电变压器中切除电压补偿变化器。
本发明的进一步改进在于：
优选的，通过非门将脉冲使能信号pL反向处理。
优选的，一次绕组的电流过零判断由电流传感器发出的电流信号判断，所述电流传感器和一次绕组串联。
优选的，电压补偿变换器等待过程中，电压补偿变换器被短路，处于过调制状态。
一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统，包括判断模块、驱动模块、采集模块、比较模块和输出模块；
转换模块，用于将脉冲使能信号pL反向处理转换为检测信号pCVT；
判断模块，用于通过触发沿检测判断检测信号pCVT是要求电压补偿变换器(4)投入还是切断；
检测模块，用于判断一次绕组上的电流是否过零；
比较模块，当检测信号pCVT为电压补偿变换器投入且一次绕组上的电流过零，电压补偿变换器投入；当检测信号pCVT为电压补偿变化器切断，从混合式配电变压器中切除电压补偿变化器。
优选的，还包括接收模块，用于接收脉冲使能信号pL，将脉冲使能信号pL输入至转换模块和驱动模块；
还包括输出模块，用于控制电压补偿器的投入和切断。
优选的，主变压器和隔离变压器串联；
所述隔离变压器的网侧绕组连接有反并联晶闸管，阀侧绕组连接有电压补偿变换器；所述主变压器的一次绕组串联有电流传感器。
优选的，所述一次绕组和网侧绕组串联，一次绕组的一端连接有端口W1，网侧绕组的一端连接有端口W2，W1和W2连接至电网。
优选的，所述主变压器的二次绕组并联有控制绕组。
优选的，所述二次绕组连接至负载，控制绕组连接有电流补偿器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切方法，该方法首先将脉冲使能信号进行反向处理后，通过触发沿判断检测信号的目的，结合一次绕组上的电流情况，进行电压补偿变换器的投入或切换，从而实现HDT电压补偿变换器的无冲击投切。通过检测HDT一次绕组电流的过零时刻，协调配合反并联晶闸管与电压补偿变换器的触发脉冲使能信号。在一次绕组电流的过零时刻之后，投入电压补偿变换器运行，从而能有效避免电压补偿变换器错误投入导致的短路冲击电流。
本发明还公开了一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统，该系统通过各个模块实现信号的转换、传输与检测，使得整个电压补偿变换器的投切控制为一个自动过程，该系统，在实现HDT电压补偿变换器的无冲击投切的同时，能够实时监测整个装置，提高整个系统的安全性。
本发明还公开了一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切装置，该装置在原有混合式变压器的隔离变压器的高压绕组上并接一反并联晶闸管，通过检测混合式变压器一次绕组电流的过零点，根据过零点来协调配合反并联晶闸管与电压补偿变换器的触发脉冲，从而实现HDT电压补偿变换器的无冲击投切。通过检测HDT一次绕组电流的过零时刻，协调配合反并联晶闸管与电压补偿变换器的触发脉冲使能信号。在一次绕组电流的过零时刻之后，投入电压补偿变换器运行，从而能有效避免电压补偿变换器错误投入导致的短路冲击电流。
【附图说明】
图1为HDT电压补偿变换器无冲击投切主电路配置装置图；
图2为整个控制系统图；
图3为电压补偿变换器脉冲使能信号生成框图；
图4为使能信号pL和pCVt的波形；
图5(a)为电压补偿变换器冲击投切仿真波形；
图5(b)为电压补偿变换器无冲击投切仿真波形；
其中，1-主变压器；2-隔离变压器；3-电流补偿变换器；4-电压补偿变换器；5-电流传感器；6-反并联晶闸管；7-非门；8-触发沿检测；11-一次绕组；12-二次绕组；13-控制绕组；21-阀侧绕组；22-网侧绕组。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，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；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；此外，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。
本发明公开了一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统、装置和方法，如图1所示，本发明所研究的HDT主要由主变压器1、隔离变压器2、电流补偿变换器3、电压补偿变换器4构成。主变压器1包括一次绕组11、二次绕组12和控制绕组13，二次绕组12和控制绕组13并联。隔离变压器2包括网侧绕组22和阀侧绕组21。其中，一次绕组11与网侧绕组22串联成一体后通过端口W1+W1-接入配网10kV侧。二次绕组12通过端口W2+W2-为配网负载供电，电流补偿变换器3和控制绕组13并联，以补偿配网负载中的畸变、无功、不对称有害分量；电压补偿变换器4和阀侧绕组4串联补偿10kV配网电源电压的波动，从而稳定端口W2+W2-的供电电压。
如图1所示，隔离变压器2的网侧绕组22两端并联反并联晶闸管6作为旁路开关，网侧绕组22为高压侧绕组，其中反并联晶闸管的电流为iPsk5，k可取a、b、c，分别表示三相的相序。在一次绕组11的输入端串联有电流传感器5来实时测量一次绕组11的电流iPsk，以实时对主变压器1的一次绕组11进行过零点检测；在对电压补偿变换器4进行无冲击投切时，需要对反并联晶闸管6的脉冲使能信号pL及电压补偿变换器4的脉冲使能信号pCVtk进行协调控制。
通过控制系统实施整个装置的控制过程，系统包括接收模块、判断模块、驱动模块、采集模块、比较模块和输出模块；
接收模块，用于接收脉冲使能信号pL，将脉冲使能信号pL输入至驱动模块，以方便后续驱动模块直接驱动反并联晶闸管6。
转换模块，用于将脉冲使能信号pL转换为信号pCVT，然后传递给判断模块，具体的转换过程中，通过非门7，将脉冲使能信号pL反向转换为信号pCVT，信号pCVT为电压补偿变换器脉冲使能信号，但是该信号不能直接控制电压补偿变换器4的激活与闭锁，所若直接用信号pCVt控制电压补偿变换器4触发脉冲的激活与闭锁，则会在投入电压补偿变换器4时引发短路冲击电流，因此通过后续模块进行进一步的限定。
判断模块，用于通过触发沿检测判断信号pCVT是上升沿还是下降沿，以判断接收模块接收到的信号pL是要求电压补偿转换器4激活还是闭锁，若信号pCVT是上升沿，则是要求电压补偿转换器4激活；若信号pCVT是下降沿，则是要求电压补偿转换器4闭锁。
检测模块，用于检测电流传感器5的输出电流是否过零，以判断一次绕组11是否过零，如果过零电流传感器5则输出信号pxk为高电平，否则输出信号pxk为低电平。
比较模块，当信号pCVT为上升沿时，则等待信号pxk出现高电平后，将信号pCVtk置为高电平；当信号pCVT为下降沿时，则直接将信号pCVtk置为低电平，将信号pCVtk传递至输出模块。
驱动模块，接收来自接收模块的脉冲使能信号pL，以及比较模块传递的信号pCVtk，通过脉冲使能信号pL控制反并联晶闸管6的通断，通过信号pCVtk控制电压补偿变换器4的投切。
图2所示为本发明提出的HDT电压补偿变换器4无冲击投切时电压补偿变换器脉冲使能信号的生成流程。接收模块输出的pL为反并联晶闸管脉冲使能信号，转换模块中通过非门1将pL转换得到电压补偿变换器脉冲使能信号pCVt，若直接用pCVt控制电压补偿变换器4触发脉冲的激活与闭锁，则会在投入电压补偿变换器4时引发短路冲击电流。
如图2所示，为实现电压补偿变换器4的无冲击投切，特别在判断模块中设置触发沿检测环节2对pCVt的触发沿进行检测，得出信号pCVt是上升沿还是下降沿。此外，还在检测模块中设置一次绕组11电流过零检测过程，设该模块输出信号为pxk,pxk为高电平则表示ipsk出现过零点，ipsk为一次绕组11上的电流。将触发沿检测过程及过零检测过程的输出结果输入到比较模块中，进行电压补偿变换器4驱动脉冲各相使能信号的逻辑运算，便能得出电压补偿变换器4各相触发脉冲使能信号pCVtk。
电压补偿变换器4各相使能信号的具体运算逻辑为，如果pCVt出现上升沿，则意味着系统期望电压补偿变换器4投入运行，但为了避免电压补偿变换器4过早投入，而反并联晶闸管6不能立即断开导致的冲击电流，需要等待pxk变为高电平后，再将pCVtk置为高电平，从而将电压补偿变换器4无冲击投入。而如果pCVt出现下降升沿，则立即将pCVtk置为低电平，从而将电压补偿变换器4切除。按照这种方式投入电压补偿变换器4便不会出现冲击电电流，各电压电流量的仿真波形如图5(b)所示。
具体可结合图5(a)与图5(b)进行说明，图5所示为HDT b相的仿真波形，仿真时，设置配网10kV电源电压(usbc)始终为额定电压的120％。如果将电压补偿变换器4切除，则负载电压(u2b)也将变为额定电压的120％，从而无法稳定在额定电压附近。
在图4中，假设电压补偿变换器4刚开始一直处于切除状态，在t＝0.1s，需要电压补偿变换器4投入，于是pL由高置低。根据图3非门1，pCVt则由低置高。若直接用pCVt作为电压补偿变换器4的脉冲使能信号，则在t＝0.1s时刻后，电压补偿变换器4立即开始工作，其AC端口的电压(vtb)将如图5中的(a)所示。但由于反并联晶闸管6必需在自身电流(ipsb5)过零后才能关断；因此，在0.1s后，反并联晶闸管6并不会立即断开，于是电压补偿变换器4被短路而处于过调制状态。如图5(a)所示，在0.1s之后，ipsb5的值变得很大，直到ipsb5过零，电压补偿变换器4才开始正常工作。电压补偿变换器4进入正常状态之后，隔离变压器2的网侧绕组22才会发出正常的补偿电压(u5b)，从而将u2b控制为额定电压。
本发明的设计原理：
对于电压补偿变换器来说，需要通过旁路开关来控制其切除或接入。与此同时旁路开关还需正确地与电压补偿变换器的触发脉冲协调配合。一旦不能正确协调旁路/断开时刻与变换器触发脉冲关闭/激活时刻，则往往会导致HDT发生断电或短路的危险。
因此，在进行电压补偿变换器4投切时，需设置电压补偿变换器4的触发脉冲使能信号与反并联晶闸管6脉冲使能信号，而且两个使能信号的时序需要协调配合，使得电压补偿变换器4在投切时不会发生断电或短路的危险。
当需要将电压补偿变换器4切除时，反并联晶闸管6脉冲使能信号置为高电平。与此同时，将电压补偿变换器4的触发脉冲使能信号置为低电平。此时，反并联晶闸管6的触发脉冲被激活，从而瞬间导通闭合。同时，电压补偿变换器4的PWM脉冲被关闭，从而将电压补偿变换器4切除。
当需要电压补偿变换器4投入运行时，反并联晶闸管6脉冲使能信号置为低电平，此时，反并联晶闸管6的触发脉冲被关闭，反并联晶闸管6经过一定时间的延迟，直至到一次绕组电流的过零点才断开。若在将反并联晶闸管6脉冲使能信号被置为低电平的同时将电压补偿变换器4触发脉冲使能信号置为高电平。此时，电压补偿变换器4会立即投入运行，而反并联晶闸管6尚未断开，于是电压补偿变换器被短路，从而会导致很大的短路冲击电流。
当反并联晶闸管6脉冲使能信号被置为低电平后，在检测到HDT一次绕组电流出现过零点时，便将电压补偿变换器4触发脉冲使能信号置为高电平。此时，反并联晶闸管6由于电流过零而断开。与此同时，电压补偿变换器4的触发脉冲被激活，从而投入运行。由于反并联晶闸管6已经断开，因而不会再导致短路冲击电流。从而实现了HDT电压补偿变换器的无冲击投入与切除。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切方法，其特征在于，混合式配电变压器包括主变压器（1），主变压器（1）和隔离变压器（2）串联；
所述隔离变压器（2）的网侧绕组（22）连接有反并联晶闸管（6），阀侧绕组（21）连接有电压补偿变换器（4）；所述主变压器（1）的一次绕组（11）和网侧绕组（22）串联；
包括以下步骤：
将脉冲使能信号p L反向处理转换为检测信号p CVT，通过非门将脉冲使能信号p L反向处理；
对检测信号p CVT进行触发沿检测；
当检测信号p CVT为电压补偿变换器（4）投入使用，且一次绕组（11）上的电流过零时，电压补偿变换器（4）投入使用；一次绕组（11）的电流过零判断由电流传感器（5）发出的电流信号判断，所述电流传感器（5）和一次绕组（11）串联；
当检测信号p CVT为电压补偿变换器（4）投入使用，一次绕组（11）上的电流未过零时，电压补偿变换器（4）等待一次绕组（11）上的电流过零后，电压补偿变换器（4）投入使用；电压补偿变换器（4）等待过程中，电压补偿变换器（4）被短路，处于过调制状态；
当检测信号p CVT为电压补偿变换器（4）切断，从混合式配电变压器中切除电压补偿变换器（4）；
当需要将电压补偿变换器（4）切除时，反并联晶闸管（6）脉冲使能信号置为高电平；与此同时，将电压补偿变换器（4）的触发脉冲使能信号置为低电平；
当需要电压补偿变换器（4）投入运行时，反并联晶闸管（6）脉冲使能信号置为低电平，此时，反并联晶闸管（6）的触发脉冲被关闭，反并联晶闸管（6）经过一定时间的延迟，直至到一次绕组电流的过零点才断开；
当反并联晶闸管（6）脉冲使能信号被置为低电平后，在检测到HDT一次绕组电流出现过零点时，便将电压补偿变换器（4）触发脉冲使能信号置为高电平。
2.一种用于实现权利要求1所述方法的混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统，其特征在于，包括判断模块、驱动模块、采集模块、比较模块和输出模块；
转换模块，用于将脉冲使能信号p L反向处理转换为检测信号p CVT；
判断模块，用于通过触发沿检测判断检测信号p CVT是要求电压补偿变换器（4）投入还是切断；
检测模块，用于判断一次绕组（11）上的电流是否过零；
比较模块，当检测信号p CVT为电压补偿变换器（4）投入且一次绕组（11）上的电流过零，电压补偿变换器（4）投入；当检测信号p CVT为电压补偿变换器（4）切断，从混合式配电变压器中切除电压补偿变换器（4）。
3.根据权利要求2所述的一种混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切系统，其特征在于，还包括接收模块，用于接收脉冲使能信号p L，将脉冲使能信号p L输入至转换模块和驱动模块；
还包括输出模块，用于控制电压补偿变换器（4）的投入和切断。
4.一种用于实现权利要求1所述方法的混合式配电变压器电压补偿变换器无冲击投切装置，其特征在于，包括主变压器（1），主变压器（1）和隔离变压器（2）串联；
所述隔离变压器（2）的网侧绕组（22）连接有反并联晶闸管（6），阀侧绕组（21）连接有电压补偿变换器（4）；所述主变压器（1）的一次绕组（11）串联有电流传感器（5）；
所述一次绕组（11）和网侧绕组（22）串联，一次绕组（11）的一端连接有端口W1+，网侧绕组（22）的一端连接有端口W1-，W1+和W1-连接至电网；
所述主变压器（1）的二次绕组（12）并联有控制绕组（13）；
所述二次绕组（12）连接至负载，控制绕组（13）连接有电流补偿变换器（3）。
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