CN112713596B - 高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统及方法 - Google Patents

高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统及方法，包括变压器、高压侧电流互感器、中间转换电路以及低压APF/SVG装置，其中：低压APF/SVG装置接入变压器的低压侧，变压器的高压侧接入高压电网；高压电网的电源电流或者负载电流通过高压侧电流互感器转换为二次电流信号，所述二次电流信号通过中间转换电路转换为低压APF/SVG装置的电源侧采样信号或负载侧采样信号。本发明在不调整软件的情况下使通用的低压APF或SVG够应用于中、高压电网的谐波、无功补偿，几乎不增加硬件成本，甚至当中间转换电路安装于通用低压APF/SVG装置内部时完全不会增加硬件成本。

Description

高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统及方法
技术领域
本发明涉及有源电力滤波及无功补偿领域，具体地，涉及一种高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统及方法。
背景技术
中压输电线路在输电距离远的时候，输电线对大地存在较大电容，因此会产生容性无功功率。这种容性无功功率会导致功率因数降低，因此需要补偿。补偿中压电网的容性无功功率通常可以使用中压SVG(静止无功发生器)，但相对于所需补偿的输电线路容性无功功率，中压SVG容量相对过大，因此不适合使用。合适的方案是采用低压SVG，并且用升压变压器接入中压电网进行补偿。
在工业生产中常用到大功率整流电源，往往采用三相全桥6脉波整流，此时将会有6n±1(n＝1，2…)次谐波电流注入电网。为了减小注入电网的谐波电流，更大功率的整流电源往往采用12脉波整流，其变压器在低压侧有两个绕组，相位互差30°，低压侧产生的谐波在高压侧被抵消了一部分，使得注入电网的谐波电流减少为12n±1(n＝1，2…)次。此类负载的谐波电流补偿更适合在高压侧进行，因为低压侧的谐波电流没有被抵消，因此在低压侧补偿需要的容量要大得多。合适的方案是采用低压APF(有源滤波器)，并且用升压变压器接入中压电网进行补偿，如图1所示。
上述补偿方案都需要用升压变压器将低压SVG或APF接入中压电网。通常变压器的高压侧绕组接为三角形，而低压侧绕组通常接为星形，这是为了给低压侧的零序电流在高压侧提供一个回路。这种接线方式的变压器通常称为Dy11(或Dyn11)变压器，这种变压器的低压侧电压相位和高压侧相差30°，因此高压侧补偿电流和低压侧之间存在换算关系，无法从高压侧电流通过常规方法计算得到补偿电流。
鉴于此，一些专利公开了基于Dyn11变压器的补偿电流计算方法。专利文献为CN201910008551.5的发明专利公开了一种基于Dyn11变压器的APF补偿方法，采用DSP对低压侧电压锁相以获得低压侧电压相位，将此相位偏移30°作为高压侧电压相位，据此进行高压侧谐波电流的计算，再换算到低压侧即为低压侧需要补偿的电流。专利文献为C201710600935.7N的发明专利公开了一种基于相位变换的多拓扑结构下SVG通用控制方法，也公开了类似的方法，所不同的是它能够支持更多的变压器接线方式。
上述方法的缺点在于：需要做大量的相位变换，这些变换有同步电压相位变换、装置电流相位变换、负荷电流相位变换以及参考电流相位变换。这些变换将占用大量DSP运行时间，导致软件系统其它功能弱化或者增加成本采用更高运行频率的DSP。另外，对于低压APF和SVG，应用在中、高压补偿的数量在其总量中仅占小部分，而为了适应少量的应用对软件做大量的修改只是一种无奈的选择。如果有一种方法可以在不修改软件的情况下使通用的低压APF或SVG能够在这种中、高压电网的补偿中应用，并且几乎不增加硬件成本，将会是一种更方便的选择。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统及方法。
根据本发明提供的一种高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统，包括变压器、高压侧电流互感器、中间转换电路以及低压APF/SVG装置，其中：
低压APF/SVG装置接入变压器的低压侧，变压器的高压侧接入高压电网；
高压电网的电源电流或者负载电流通过高压侧电流互感器转换为二次电流信号，所述二次电流信号通过中间转换电路转换为低压APF/SVG装置的电源侧采样信号或负载侧采样信号。
优选地，所述变压器采用Dy11变压器。
优选地，所述中间转换电路包括第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器，其中：
自高压侧电流互感器的A相和C相引出的绕线分别绕制在所述第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器上；
第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器的输出端分别接入低压APF/SVG装置。
优选地，所述第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器的输出端分别并联有分流电阻器。
优选地，来自高压侧电流互感器的A相电流互感器采样信号的同相端A+信号线正向穿过第一电流互感器2次，再分别反向穿过第二电流互感器以及第三电流互感器1次后回到反相端A-；
来自高压侧电流互感器的C相电流互感器采样信号的同相端C+信号线正向穿过第一电流互感器1次，再反向穿过第二电流互感器2次，再正向穿过第三电流互感器1次后回到反相端C-。
优选地，所述低压APF/SVG装置包括采样调理电路、控制器、驱动器以及逆变器，其中：
采样调理电路接收中间转换电路转换的采样信号；
采样调理电路、控制器、驱动器以及逆变器依次连接。
优选地，所述中间转换电路通过如下公式进行信号转换：
式(1)中，iA和iC为高压侧负载电流或电源电流，ia、ib和ic为低压APF/SVG装置的负载侧采样信号或电源侧采样信号。
根据本发明提供的一种基于上述的高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统的补偿方法，包括如下步骤：
步骤S1：采用中间转换电路将高压侧负载电流或电源电流转换至低压侧，作为低压APF/SVG装置的负载侧采样信号或电源侧采样信号；
步骤S2：设置低压APF/SVG装置中的电流互感器变比；
步骤S3：低压APF/SVG装置按照补偿低压负载无功或谐波的方式发出补偿电流进行补偿。
优选地，步骤S2中：设置的电流互感器变比，满足式(2)的表达：
T＝CT·n (2)
式(2)中，CT为高压侧电流互感器变比，n为变压器高压侧绕组和低压侧绕组匝比，T为电流互感器变比。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在不调整软件的情况下使通用的低压APF或SVG够应用于中、高压电网的谐波、无功补偿，避免了软件修改所造成的研发成本及其对补偿设备可靠性或性能可能造成的不良影响。
2、本发明几乎不增加硬件成本，甚至当中间转换电路安装于通用低压APF/SVG装置内部时完全不会增加硬件成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
附图1为带Dy11变压器的低压SVG/APF连接及变压器高低压侧电压矢量图。
附图2为本发明第一个实施例的原理示意图。
附图3为本发明第二个实施例的原理示意图。
附图4为本发明中间转换电路位于低压SVG/APF外部的实施例电路图。
附图5为本发明中间转换电路位于低压SVG/APF内部的实施例电路图。
附图6为本发明所技术方案的实施步骤示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
附图1为带Dy11变压器的低压SVG/APF连接，及变压器高低压侧电压矢量图。请见图1，负载接入高压侧电网，通用低压APF或SVG连接于变压器低压侧，通过变压器接入高压侧电网；为了给低压侧的零序电流在高压侧提供回路，变压器的高压侧绕组优选接为三角形，而低压侧优选接为星形，因此变压器高压侧和低压侧电压存在相位差；为了正确补偿变压器高压侧和低压侧电压存在的相位差，必须通过电路或软件程序对高压侧的电流采样信号进行处理，本发明选择不改变软件程序的电路方法。
所述的通用低压APF或SVG区别于中、高压补偿用低压SVG。所述的中、高压补偿用低压SVG包含以下特征：连接于变压器低压侧，通过变压器接入高压侧电网；其上运行相位变换程序以实现对高压侧负载无功或谐波的补偿。
如图2至图6所示，本发明提供了一种高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统及方法。如图2所示，负载接入高压电网，高压电网连接Dy11变压器的高压侧，Dy11变压器的低压侧接入通用低压APF/SVG装置，还包括中间转换电路和高压侧电流互感器，高压侧电流互感器设置在高压电网上，高压电网上的负载电流或电源电流通过高压侧电流互感器转换为二次电流信号，二次电流信号通过中间转换电路转换为通用低压APF/SVG装置的负载侧采样信号或电源侧采样信号。
附图2为本发明第一个实施例的原理示意图，中间转换电路位于低压SVG/APF外部。请见图2，高压侧的采样用电流互感器可以安装在电网侧(采集电源电流)或负载侧(采集负载电流)；高压侧电流采样信号经过中间转换电路处理后进入通用低压SVG/APF。
附图3为本发明第二个实施例的原理示意图，中间转换电路位于低压SVG/APF内部。请见图3，高压侧电流采样信号进入通用低压SVG/APF，经过其内部的中间转换电路处理后用于SVG/APF的补偿控制。
附图4为本发明中间转换电路实施例电路图，位于低压SVG/APF外部。请见图4，中间转换电路包含a、b、c三相中间电流互感器，来自高压侧A相电流互感器采样信号的同相端A+信号线正向穿过a相中间电流互感器2次，再分别反向穿过b相及c相中间电流互感器1次后回到反相端A-；来自高压侧C相电流互感器采样信号的同相端C+信号线正向穿过a相中间电流互感器1次，接着反向穿过b相中间电流互感器2次，再正向穿过c相中间电流互感器1次后回到反相端C-；a、b、c三相中间电流互感器二次绕组为3匝；a、b、c三相中间电流互感器二次输出信号作为通用低压SVG/APF三相电源/负载电流采样输入。本实施例适用于采用Dy11变压器的应用，对于其它的绕组连接方式，中间电流互感器应采用不同的穿线方式。
附图5为本发明中间转换电路实施例电路图，位于低压SVG/APF内部。请见图5，高压侧A相和C相电流互感器采样信号接通用低压SVG/APF的A相和C相电源/负载电流采样输入端子；中间转换电路安装于低压SVG/APF内部；中间转换电路包含a、b、c三相中间电流互感器，来自A相电源/负载电流采样输入端子的同相端A+信号线正向穿过a相中间电流互感器2次，再分别反向穿过b相及c相中间电流互感器1次后回到反相端A-；来自C相电源/负载电流采样输入端子的同相端C+信号线正向穿过a相中间电流互感器1次，接着反向穿过b相中间电流互感器2次，再正向穿过c相中间电流互感器1次后回到反相端C-；优选地，a、b、c三相中间电流互感器二次绕组为2000匝；a、b、c三相中间电流互感器二次输出信号各并联分流电阻后作为电流/负载电流采样调理电路的输入。本实施例适用于采用Dy11变压器的应用，对于其它的绕组连接方式，中间电流互感器应采用不同的穿线方式；根据电流/负载电流采样调理电路的不同，a、b、c三相中间电流互感器二次绕组也可以采用其它的匝比。
进一步的，所述的中间转换电路包括三个中间电流互感器，三个中间电流互感器上设置有特定的绕线方式。具体的，中间转换电路包括第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器，自高压侧电流互感器的A相和C相引出的绕线分别绕制在所述第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器上；第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器的输出端分别接入低压APF/SVG装置。更为详细的，第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器的输出端分别并联有分流电阻器。
本发明的通用低压APF/SVG装置区别于中、高压补偿用低压SVG。本发明的低压APF/SVG装置通过变压器接入高压侧电网；其上运行相位变换程序以实现对高压侧负载无功或谐波的补偿。
所述中间转换电路可以包括两种安装方式：
1、安装于高压侧电流互感器和通用低压APF/SVG装置中间，独立于通用低压APF/SVG装置之外。
2、安装于通用低压APF/SVG装置内部，成为通用低压APF/SVG装置的一部分。
所述的中间转换电路可以实现负载电流或电源电流从高压侧到低压侧的转换，根据变压器绕组连接方式不同，所实现的转换也不同。具体说明，中间转换电路能够实现式(1)所示的转换：
式(1)中，iA和iC为高压侧负载电流或电源电流，ia、ib和ic为通用低压APF或SVG的负载侧或电源侧采样信号。
本发明所提供的高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿方法包括如下步骤：
步骤S1：采用中间转换电路将高压侧负载或电源电流转换至低压侧，作为通用低压APF或SVG的负载侧或电源侧采样信号；
步骤S2：设置通用低压APF或SVG中的电流互感器变比；
步骤S3：通用低压APF或SVG按照补偿低压负载无功或谐波的方式发出补偿电流进行补偿。
所述的步骤S2中设置的电流互感器变比，满足式(2)的表达：
T＝CT·n (2)
式(2)中，CT为高压侧电流互感器变比，n为变压器高压侧绕组和低压侧绕组匝比，T为步骤二中设置的电流互感器变比。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统，其特征在于，包括变压器、高压侧电流互感器、中间转换电路以及低压APF/SVG装置，其中：
低压APF/SVG装置接入变压器的低压侧，变压器的高压侧接入高压电网；
高压电网的电源电流或者负载电流通过高压侧电流互感器转换为二次电流信号，所述二次电流信号通过中间转换电路转换为低压APF/SVG装置的电源侧采样信号或负载侧采样信号；
所述中间转换电路包括第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器，其中：
自高压侧电流互感器的A相和C相引出的绕线分别绕制在所述第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器上；
第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器的输出端分别接入低压APF/SVG装置；
所述第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器的输出端分别并联有分流电阻器；
来自高压侧电流互感器的A相电流互感器采样信号的同相端A+信号线正向穿过第一电流互感器2次，再分别反向穿过第二电流互感器以及第三电流互感器1次后回到反相端A-；
来自高压侧电流互感器的C相电流互感器采样信号的同相端C+信号线正向穿过第一电流互感器1次，再反向穿过第二电流互感器2次，再正向穿过第三电流互感器1次后回到反相端C-；
所述低压APF/SVG装置包括采样调理电路、控制器、驱动器以及逆变器，其中：
采样调理电路接收中间转换电路转换的采样信号；
采样调理电路、控制器、驱动器以及逆变器依次连接；
所述中间转换电路通过如下公式进行信号转换：
（1）
式（1）中，和/>为高压侧负载电流或电源电流，/>、/>和/>为低压APF/SVG装置的负载侧采样信号或电源侧采样信号。
2.根据权利要求1所述的高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统，其特征在于，所述变压器采用Dy11变压器。
3.一种基于权利要求1或2所述的高压侧无功及谐波的低压侧加变压器补偿系统的补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：采用中间转换电路将高压侧负载电流或电源电流转换至低压侧，作为低压APF/SVG装置的负载侧采样信号或电源侧采样信号；
步骤S2：设置低压APF/SVG装置中的电流互感器变比；
步骤S3：低压APF/SVG装置按照补偿低压负载无功或谐波的方式发出补偿电流进行补偿。
4.根据权利要求3所述的补偿方法，其特征在于，步骤S2中：设置的电流互感器变比，满足式（2）的表达：
（2）
式（2）中，为高压侧电流互感器变比，/>为变压器高压侧绕组和低压侧绕组匝比，/>为电流互感器变比。
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