CN112885582B - 一种一体式移相整流变压器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变压器领域，具体提供一种一体式移相整流变压器，该一体式移相整流变压器为一种油浸式变压器，并且在变压器内还设置有油位传感器和温度传感器，用于监测变压器油位、油温、变压器绕组温度、整流电路温度和Boost变换器温度，实时根据变压器油位、油温、变压器绕组温度、整流电路温度和Boost变换器温度调节Boost变换器的给定电流指令，从而限制一体式移相整流变压器的输出功率，本发明不仅利于安装，能有效减小安装维护成本，而且降低了发生过热、火灾等安全事件的概率，提高了安全性。

Description

一种一体式移相整流变压器及控制方法

技术领域

本发明涉及变压器领域，具体涉及一体式移相整流变压器及控制方法。

背景技术

现代电网对网上运行的整流变流器要求越来越高，特别是功率因素和谐波电流，要提高功率因素，减小网侧谐波电流，就必须提高整流设备的脉冲数；整流设备常采用三相桥或双反星带平衡电抗器的整流电路，但这些接线方式的脉波数P只能达到6，而大功率整流设备为了提高功率因素，减小交流电网的谐波电流，脉波数P＝6是不够的；移相能使整流变压器的二次绕组的同名端线电压之间有一个相位移，从而可以达到提高整流设备的脉冲数的目的。

目前移相整流变压器分为两种，一种是在整流设备前增设移相变压器；另一种为移相绕组加载于整流变压器中，主导产品为为非包封干式变压器的基础上研制多绕组移相整流变压器。前一种方法接线触头多，接线繁琐，不利于用户使用，并且在设备正常运行过程中，变压器和整流设备均会产生热量，持续重负荷运转容易使得设备过热损坏，依靠各自的散热装置进行散热不仅安装维护成本高，而且效果有限。后一种方法缺点在于对绝缘和散热要求高，需配备专门的冷却装置。

发明内容

本发明为解决现有移相整流变压器存在接线繁琐，不利于用户使用、对散热要求高、存在过热易损坏的问题，提供一种一体式移相整流变压器。

本发明采用的技术方案：

一种一体式移相整流变压器，包括：

壳体，所述壳体内容纳有移相电路、整流电路和Boost变换器，所述壳体内还设置油位传感器和温度传感器，用于监测变压器油位、变压器油温、变压器绕组温度、整流电路温度和Boost变换器温度；

移相电路，所述移相电路连接交流输入端；

整流电路，所述整流电路连接所述移相电路的输出端；

Boost变换器，所述Boost变换器连接所述整流电路的输出端，根据油位传感器和温度传感器的监测值以及用户设定的输出电压，调节Boost变换器的给定电流指令，限制输出功率。

进一步地，所述移相电路包括四组三相变压器，四组所述三相变压器的原边绕组均采用星形连接，第一组变压器副边绕组采用星型连接，第二组副边绕组和第三组副边绕组采用延边三角形连接，第四组副边绕组采用三角形连接。

进一步地，所述整流电路包括四组整流桥，四组所述整流桥分别连接四组三相变压器。

进一步地，所述一体式移相整流变压器还包括平衡电抗器，所述整流电路输出端经平衡电抗器连接Boost变换器。

进一步地，所述整流电路及所述Boost变换器采用模块化封装置于壳体内部，所述整流电路及所述Boost变换器封装外壳设置有绝缘油。

进一步地，所述一体式移相整流变压器外部设置控制面板及显示面板，用户可设置输出电压，同时实时显示输出电压及输出功率值。

进一步地，所述Boost变换器包括开关件VT，所述开关件VT的通断通过PWM控制电路实现。

本发明为解决现有移相整流变压器存在接线繁琐，不利于用户使用、对散热要求高、存在过热易损坏的问题，提供一种一体式移相整流变压器控制方法。

一种一体式移相整流变压器控制方法，包括：

按照用户设定的输出电压调节给定电流指令Iref；

获取油位高度L、变压器油温度T1、变压器绕组温度T2和整流升压模块温度T3；

计算获取油位高度L与基准油位高度L0的差值ΔL、变压器油温度T1、变压器绕组温度T2和电路模块温度T3与环境温度值T0的差值ΔT1、ΔT2、ΔT3；

判断ΔL、ΔT1、ΔT2、ΔT3是否各自在设定的阈值范围内；

如果ΔL、ΔT1、ΔT2、ΔT3在阈值范围内，则设备按照用户设定的输出电压给定电流指令Iref；

如果ΔL、ΔT1、ΔT2、ΔT3超出阈值范围，则调整给定电流指令为I’ref。

进一步地，调整给定电流指令I’ref＝β*Iref/(k*ΔL+k1*ΔT1+k2*ΔT2+k3*ΔT3)，其中k、k1、k2、k3分别为四个权重值，β为使β/(k*ΔL+k1*ΔT1+k2*ΔT2+k3*ΔT3)的值为小于1的任意值。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的一体式移相整流变压器为一种油浸式变压器，并且在变压器内还设置有油位传感器和温度传感器，用于监测变压器油位、变压器油温、变压器绕组温度、整流电路温度和Boost变换器温度，实时根据变压器油位、变压器油温、变压器绕组温度、整流电路温度和Boost变换器温度调节Boost变换器的给定电流指令，从而限制一体式移相整流变压器的输出功率，本发明不仅利于安装，能有效减小安装维护成本，而且降低了发生过热、火灾等安全事件的概率，提高了安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的一体式移相整流变压器的电路图；

图2为本发明实施例提供的第一组变压器的连接示意图；

图3为本发明实施例提供的第二组变压器的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的第三组变压器的连接示意图；

图5为本发明实施例提供的第四组变压器的连接示意图；

图6为本发明实施例提供的一体式移相整流变压器控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1示出了本发明实施例提供的一种一体式移相整流变压器的电路图，该一体式移相整流变压器包括壳体、移相电路、整流电路和Boost变换器，移相电路、整流电路和Boost变换器设置在壳体内，壳体内还设置油位传感器和温度传感器，用于监测变压器油位、变压器油温、变压器绕组温度、整流电路温度和Boost变换器温度，所述移相电路连接交流输入端，所述整流电路连接所述移相电路的输出端，所述Boost变换器连接所述整流电路的输出端，根据油位传感器和温度传感器的监测值以及用户设定的输出电压，调节Boost变换器的给定电流指令，限制输出功率。

需要说明的是，本实施例提供的一体式移相整流变压器为一种油浸式变压器，油浸式变压器散热效果优于非包封干式变压器，并且在变压器内还设置有油位传感器和温度传感器，用于监测变压器油位、变压器油温、变压器绕组温度、整流电路温度和Boost变换器温度，实时根据变压器油位、变压器绕组温度、整流电路温度和Boost变换器温度调节Boost变换器的给定电流指令，从而限制一体式移相整流变压器的输出功率，本实施例不仅利于安装，能有效减小安装维护成本，而且降低了发生过热、火灾等安全事件的概率，提高了安全性。

进一步地，如图2～图5所示，所述移相电路包括四组三相变压器，四组所述三相变压器的原边绕组均采用星形连接，第一组变压器副边绕组采用星型连接，第二组副边绕组和第三组副边绕组采用延边三角形连接，第四组副边绕组采用三角形连接。

进一步地，所述整流电路包括四组整流桥，四组所述整流桥分别连接四组三相变压器。

进一步地，所述一体式移相整流变压器还包括平衡电抗器，所述整流电路输出端经平衡电抗器连接Boost变换器，本实施例通过平衡电抗器平衡各整流桥的输出电流。

进一步地，所述整流电路及所述Boost变换器采用模块化封装置于壳体内部，所述整流电路及所述Boost变换器封装外壳设置有绝缘油，各模块之间靠绝缘油进行绝缘，并且靠绝缘油在变压器内部的循环将热量带到变压器的散热片上进行散热。

进一步地，所述一体式移相整流变压器外部设置控制面板及显示面板，用户可设置输出电压，同时实时显示输出电压及输出功率值。

进一步地，所述Boost变换器包括开关件VT，所述开关件VT的通断通过PWM控制电路实现。

需要说明的是，由于电流控制稳定快速，本实施例中Boost变换器控制采用平均电流控制模式，即控制开关件VT通断的PWM控制电路，取PWM周期内的电感电流平均值iL与给定电流指令Iref比较，误差信号经过PWM控制电路中控制器处理，进入PWM波发生器与三角载波比较，从而控制功率开关通断，本实施例通过Boost变换器调节输出功率，本实施例中提供的移相整流变压器输出端仅有两根线，便于用户安装，简化了接线。

本实施例还提供了一种一体式移相整流变压器控制方法，应用上述的一体式移相整流变压器，该方法包括：

按照用户设定的输出电压调节电流指令Iref；

获取油位高度L、变压器油温度T1、变压器绕组温度T2和整流升压模块温度T3；

计算获取油位高度L与基准油位高度L0的差值ΔL、变压器油温度T1、变压器绕组温度T2和电路模块温度T3与环境温度值T0的差值ΔT1、ΔT2、ΔT3；

判断ΔL、ΔT1、ΔT2、ΔT3是否各自在设定的阈值范围内；

如果ΔL、ΔT1、ΔT2、ΔT3在阈值范围内，则设备按照用户设定的输出电压给定电流指令Iref；

如果ΔL、ΔT1、ΔT2、ΔT3超出阈值范围，则调整给定电流指令为I’ref。

进一步地，调整给定电流指令I’ref＝β*Iref/(k*ΔL+k1*ΔT1+k2*ΔT2+k3*ΔT3)，其中k、k1、k2、k3分别为四个权重值，按照四个变量对该产品安全运行的影响程度进行赋值，β≤min{k*ΔLmax，k1*ΔT1max，k2*ΔT2max，k3*ΔT3max}，即β为使β/(k*ΔL+k1*ΔT1+k2*ΔT2+k3*ΔT3)的值为小于1的任意值。

优选地，在本实施例中可选择k＝30，k1＝1.5，k2＝1.2，k3＝1.2，β＝32。

具体地，基准油位高度L0为变压器刚启动状态下的油面线，L0必须大于变压器正常运行最低允许的油面线；T0为环境温度值，最大环境温度一般为40℃。

具体地，设置ΔL、ΔT1、ΔT2、ΔT3的阈值的边界值分别为ΔLmax、ΔT1max、ΔT2max、ΔT3max，ΔLmax优选值为变压器油位计上+40℃的油面线与刚启动状态下的油面线的高度差值，以mm为单位；优选值ΔT1max＝min{52，70-T0}；ΔT2max的值与绝缘材料的绝缘等级有关，以A等级为例，预留一定的裕度空间后，ΔT2max＝min{50，90-T0}；优选值ΔT3max＝min{50，85-T0}。

进一步地，设备按照用户设定的输出电压调节给定电流指令Iref，具体地，采用平均电流模式PWM控制方法，方法步骤已在名称为“基于BOOST斩波的潮流电站电力变换系统研究”的论文中介绍，在此不作过多赘述。

综上所述，本实施例提供的一体式移相整流变压器不仅利于安装，能有效减小安装维护成本，而且降低了发生过热、火灾等安全事件的概率，提高了安全性。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种一体式移相整流变压器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内容纳有移相电路、整流电路和Boost变换器，所述壳体内还设置油位传感器和温度传感器，用于监测变压器油位、变压器油温、变压器绕组温度、整流电路温度和Boost变换器温度；

移相电路，所述移相电路连接交流输入端；

整流电路，所述整流电路连接所述移相电路的输出端；

Boost变换器，所述Boost变换器连接所述整流电路的输出端，根据油位传感器和温度传感器的监测值以及用户设定的输出电压，调节Boost变换器的给定电流指令，限制输出功率。

2.根据权利要求1所述的一体式移相整流变压器，其特征在于，所述移相电路包括四组三相变压器，四组所述三相变压器的原边绕组均采用星形连接，第一组变压器副边绕组采用星型连接，第二组副边绕组和第三组副边绕组采用延边三角形连接，第四组副边绕组采用三角形连接。

3.根据权利要求2所述的一体式移相整流变压器，其特征在于，所述整流电路包括四组整流桥，四组所述整流桥分别连接四组三相变压器。

4.根据权利要求1所述的一体式移相整流变压器，其特征在于，所述一体式移相整流变压器还包括平衡电抗器，所述整流电路输出端经平衡电抗器连接Boost变换器。

5.根据权利要求1所述的一体式移相整流变压器，其特征在于，所述整流电路及所述Boost变换器采用模块化封装置于壳体内部，所述整流电路及所述Boost变换器封装外壳设置有绝缘油。

6.根据权利要求1所述的一体式移相整流变压器，其特征在于，所述一体式移相整流变压器外部设置控制面板及显示面板，用户可设置输出电压，同时实时显示输出电压及输出功率值。

7.根据权利要求1所述的一体式移相整流变压器，其特征在于，所述Boost变换器包括开关件VT，所述开关件VT的通断通过PWM控制电路实现。

8.一种如权利要求1~7任一项所述的一体式移相整流变压器控制方法，其特征在于，包括：

按照用户设定的输出电压调节给定电流指令Iref；

获取油位高度L、变压器油温度T1、变压器绕组温度T2和整流升压模块温度T3；

计算获取油位高度L与基准油位高度L0的差值L、变压器油温度T1、变压器绕组温度T2和整流升压模块温度T3与环境温度值T0的差值/>T1、/>T2、/>T3；

判断L、/>T1、/>T2、/>T3是否各自在设定的阈值范围内；

如果L、/>T1、/>T2、/>T3在阈值范围内，则设备按照用户设定的输出电压给定电流指令Iref；

如果L、/>T1、/>T2、/>T3超出阈值范围，则调整给定电流指令为I’ref。

9.根据权利要求8所述的一体式移相整流变压器控制方法，其特征在于，调整给定电流指令，其中k、k1、k2、k3分别为四个权重值，/>为使/>/（/>）的值为小于1的任意值。