CN113315149B - 一种斯科特变压器及使用方法 - Google Patents

一种斯科特变压器及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种斯科特变压器及使用方法，涉及变压器技术领域，该变压器包括：超前相变压器、滞后相变压器和控制器，超前相变压器设有第一电流补偿单元，第一电流补偿单元与超前相变压器的二次侧绕组并联后引出接线端a和x；滞后相变压器设有第二电流补偿单元，第二电流补偿单元与滞后相变压器的二次侧绕组并联后引出接线端b和y，接线端x与b连接，接线端a和y为向负载供电的两端；控制器用于根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元和第二电流补偿单元的补偿容量，以使超前相变压器和滞后相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相。本发明的变压器的两个供电端向负载供电时，在三相电网中三相可达到平衡，不产生负序电流。

Description

一种斯科特变压器及使用方法
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，特别涉及一种斯科特变压器及使用方法。
背景技术
斯科特变压器通常是由二个单相变压器组成，将一台变压器高压绕组的末端联接在另一台高压绕组的中央，便可组成"T"形结构的三相高压绕组。每个低压绕组均是简单的单相绕组，它们的电压和电流与普通单相变压器相同，每个高压绕组的电压和电流却与普通单相变压器不同。
斯科特变压器作为一种三相转单相的变压器，会在二次侧产生两个正交的电压，当使用这两个电压供电的时候，如果负载完全相同，不平衡电流可以完全抵消，不在三相系统中产生负序电流。但是如果当两侧负载不完全相同时，会在三相电网中产生负序电流，危害电力系统安全运行。因此，单独使用斯科特变压器的供电方式会时常产生不平衡负序电流。
发明内容
本发明实施例提供一种斯科特变压器及使用方法，以解决相关技术中斯科特变压器两侧负载不完全相同时，会在三相电网中产生负序电流，危害三相电网安全运行的技术问题。
第一方面，提供了一种斯科特变压器，包括：
超前相变压器，其设有第一电流补偿单元，所述第一电流补偿单元与所述超前相变压器的二次侧绕组并联后引出接线端a和x；
滞后相变压器，其设有第二电流补偿单元，所述第二电流补偿单元与所述滞后相变压器的二次侧绕组并联后引出接线端b和y；其中所述接线端x与b连接，所述接线端a和y为向负载供电的两端；
控制器，其被配置为：
所述控制器用于根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元和第二电流补偿单元的补偿容量，以使所述超前相变压器和滞后相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相。
一些实施例中，所述第一电流补偿单元包括第一容性补偿元件和第一可控感性补偿元件，所述第一容性补偿元件和第一可控感性补偿元件均与对应的所述超前相变压器的二次侧绕组并联。
一些实施例中，所述超前相变压器的铁芯由两个第一半铁芯组成，每个所述第一半铁芯上分别绕设有一半匝数的二次侧绕组，不同所述第一半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联，且不同所述第一半铁芯的二次侧绕组的上段绕组之间设有第一可控直流电源，以构成第一可控感性补偿元件与对应的二次侧绕组并联的结构；以及
所述控制器用于根据负载电流的大小，控制所述第一可控直流电源输出的电压，调节第一电流补偿单元的补偿容量，以使所述超前相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相。
一些实施例中，不同所述第一半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联引出所述接线端a和x，所述第一容性补偿元件与所述接线端a和x连接。
一些实施例中，所述第二电流补偿单元包括第二容性补偿元件和第二可控感性补偿元件，所述第二容性补偿元件和第二可控感性补偿元件均与对应的所述滞后相变压器的二次侧绕组并联。
一些实施例中，所述滞后相变压器的铁芯由两个第二半铁芯组成，每个所述第二半铁芯上分别绕设有一半匝数的二次侧绕组，不同所述第二半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联，且不同所述第二半铁芯的二次侧绕组的上段绕组之间设有第二可控直流电源，以构成第二可控感性补偿元件与对应的二次侧绕组并联的结构；以及
所述控制器用于根据负载电流的大小，控制所述第二可控直流电源输出的电压，调节第二电流补偿单元的补偿容量，以使所述滞后相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相。
一些实施例中，不同所述第二半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联引出接线端b和y，所述第二容性补偿元件与所述接线端b和y连接，所述接线端a和y引出端子α和β作为向负载供电的两端。
一些实施例中，所述第一容性补偿元件和所述第二容性补偿元件均为非电解电容。
第二方面，提供了一种上述实施例所述的斯科特变压器的使用方法，所述使用方法包括：
根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元和第二电流补偿单元的补偿电流，以使超前相变压器和滞后相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相。
一些实施例中，所述根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元和第二电流补偿单元的补偿容量，包括：
根据负载电流的大小，控制第一可控直流电源和第一可控直流电源的输出电压，以调节第一电流补偿单元和第二电流补偿单元的补偿容量。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种斯科特变压器及使用方法，斯科特变压器设有超前相变压器、滞后相变压器和控制器，且超前相变压器和滞后相变压器中分别设有第一电流补偿单元和第二补偿单元，第一电流补偿单元的接线端x和第二补偿单元的接线端b连接，第一电流补偿单元的接线端a和第二补偿单元的y作为向负载供电的两端，控制器根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元和第二电流补偿单元的补偿容量，可使超前相变压器和滞后相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相，即当本发明实施例中的斯科特变压器的两个供电端向负载供电时，不管负载如何变化，经过补偿，在三相电网中三相可达到平衡，不产生负序电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例提供的一种斯科特变压器的并网示意图；
图2为本发明实施例提供的一种斯科特变压器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的负载从三相电网吸收能量情况下电流的向量图；
图4为本发明实施例提供的负载向三相电网回馈能量情况下电流的向量图；
图中：1、超前相变压器；11、第一电流补偿单元；111、第一可控直流电源；2、滞后相变压器；21、第二电流补偿单元；211、第二可控直流电源；3、控制器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
本发明实施例提供了一种斯科特变压器，其能解决现有斯科特变压器两侧负载不完全相同时，在三相电网中产生负序电流，危害三相电网安全运行的技术问题。
参见图1和图2所示，一种斯科特变压器，包括：超前相变压器1、滞后相变压器2和控制器3。
超前相变压器1设有第一电流补偿单元11，第一电流补偿单元11与超前相变压器1的二次侧绕组并联后引出接线端a和x。
滞后相变压器2设有第二电流补偿单元21，第二电流补偿单元21与滞后相变压器2的二次侧绕组并联后引出接线端b和y。其中，接线端x与b连接，以接线端a和y作为向负载供电的两端。
控制器3被配置为：控制器用于根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元11和第二电流补偿单元21的补偿容量，以使超前相变压器1和滞后相变压器2的二次侧绕组的电压和电流同相。
本发明实施例中的斯科特变压器，其设有超前相变压器1、滞后相变压器2和控制器3，且超前相变压器1和滞后相变压器2中分别设有第一电流补偿单元11和第二补偿单元21，第一电流补偿单元11的接线端x和第二补偿单元21的接线端b连接，第一电流补偿单元11的接线端a和第二补偿单元21的y作为向负载供电的两端，控制器根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元11和第二电流补偿单元21的补偿容量，可使超前相变压器1和滞后相变压器2的二次侧绕组的电压和电流同相，即当本发明实施例中的斯科特变压器的两个供电端向负载供电时，不管负载如何变化，经过补偿，在三相电网中三相可达到平衡，不产生负序电流。
进一步地，参见图1和图2所示，超前相变压器1和滞后相变压器2的结构基本相同。
超前相变压器和滞后相变压器的铁芯均由两个半铁芯组成，一次侧的连接方式如下：超前相变压器1的一次侧绕组为A-X绕组，滞后相变压器2的一次侧绕组为B-Y绕组，三相电网的A相连接在超前相变压器的A-X绕组的A端，B、C相分别接在滞后相变压器2的B-Y绕组的B端和Y端。超前相变压器A-X绕组的X端接在滞后相变压器B-Y绕组的中间匝数抽头D。超前相变压器1的一次侧绕组(即A-X绕组)的总匝数为滞后相变压器2一次侧绕组(即B-Y绕组)的
Figure BDA0003090451930000061
第一电流补偿单元11包括第一容性补偿元件C1和第一可控感性补偿元件X1，第一容性补偿元件C1和第一可控感性补偿元件X1均与对应的超前相变压器的二次侧绕组并联。具体地，超前相变压器1的每个第一半铁芯上分别绕设有一半匝数的二次侧绕组，不同第一半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联，且不同第一半铁芯的二次侧绕组的上段绕组之间设有第一可控直流电源111，以构成第一可控感性补偿元件与对应的二次侧绕组并联的结构。不同第一半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联引出接线端a和x，第一容性补偿元件与接线端a和x连接。
第二电流补偿单元21包括第二容性补偿元件C2和第二可控感性补偿元件X2，第二容性补偿元件C2和第二可控感性补偿元件X2均与对应的滞后相变压器的二次侧绕组并联。滞后相变压器2的每个第二半铁芯上分别绕设有一半匝数的二次侧绕组，不同第二半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联，且不同第二半铁芯的二次侧绕组的上段绕组之间设有第二可控直流电源211，以构成第二可控感性补偿元件与对应的二次侧绕组并联的结构。不同第二半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联引出接线端b和y，第二容性补偿元件与接线端b和y连接，接线端a和y引出端子α和β作为向负载供电的两端。
其中，控制器根据负载电流的大小，控制第一可控直流电源111和第二可控直流电源211输出的电压，进而调节第一电流补偿单元11和第二电流补偿单元21的补偿容量，以使超前相变压器1和滞后相变压器2的二次侧绕组的电压和电流同相。
下面以负载从三相电网吸收能量和负载向三相电网回馈能量两种情况说明本发明实施例的工作方式。
如果负载从三相电网吸收能量，如图3所示的相量图，Uα和Uβ分别为本发明实施例中的超前相变压器1和滞后相变压器2的二次侧绕组输出电压。因此，单相供电的输入电压为Uα+Uβ，如果负载为阻性，则流过负载的电流为图3中的I，该电流流过超前相变压器1和滞后相变压器2的二次侧绕组。此时，如果不加第一电流补偿单元11和第二电流补偿单元21(即没有第一、二容性补偿元件和第一、二可控感性补偿元件)，那么超前相变压器1和滞后相变压器2的二次侧电流、电压相量都分别不在同一条直线上，必然在一次侧的三相系统中产生负序电流分量。为消除该负序电流分量，首先由控制器获取负载电流大小，确定第一电流补偿单元11和第二电流补偿单元21的补偿容量，对于超前相变压器1而言，考虑与接线端a和x连接的第一容性补偿元件，控制器发出控制信号控制第一可控直流电源111的输出电压，第一可控直流电源111实时调节直流励磁，使得励磁电抗补偿第一容性补偿元件冗余的电容，最后使得超前相变压器1产生一个图3中I1大小的容性补偿电流，使得流过超前相变压器1的电流为图3中的Iα，即使得Iα和Uα同相；对于滞后相变压器2而言，考虑与接线端b和y连接的第二容性补偿元件，控制器发出控制信号控制第二可控直流电源211的输出电压，第二可控直流电源211实时调节直流励磁，使得滞后相变压器2产生一个图3中I2大小的感性补偿电流，使得流过滞后相变压器2的电流为图3中的Iβ，即使得Iβ和Uβ同相。经过补偿，在三相电网中三相平衡，不产生负序电流。
如果负载向三相电网回馈能量，图3中的电流将反向，如图4所示。首先由控制器获取负载电流大小，确定第一电流补偿单元11和第二电流补偿单元21的补偿容量，对于超前相变压器1而言，考虑与接线端a和x连接的第一容性补偿元件，控制器发出控制信号控制第一可控直流电源111的输出电压，第一可控直流电源111实时调节直流励磁，使得超前相变压器1产生一个图3中I1大小的感性补偿电流，使得流过超前相变压器1的电流为图3中的Iα，即使得Iα和Uα同相；对于滞后相变压器2而言，考虑与接线端b和y连接的第二容性补偿元件，控制器发出控制信号控制第二可控直流电源211的输出电压，第二可控直流电源211实时调节直流励磁，使得励磁电抗补偿第二容性补偿元件冗余的电容，使得滞后相变压器2产生一个图4中I2大小的感性补偿电流，使得流过滞后相变压器2的电流为图4中的Iβ，即使得Iβ和Uβ同相。经过补偿，在三相电网中三相平衡，不产生负序电流。
作为可选的实施方式，本发明实施例中的斯科特变压器，第一容性补偿元件和第二容性补偿元件均为非电解电容，适用于高压变压设备中。
本发明实施例还提供一种斯科特变压器的使用方法，包括：
根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元11和第二电流补偿单元21的补偿容量，以使超前相变压器1和滞后相变压器2的二次侧绕组的电压和电流同相。
进一步地，所述根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元11和第二电流补偿单元的补偿容量，包括：
根据负载电流的大小，控制第一可控直流电源111和第一可控直流电源211的输出电压，以调节第一电流补偿单元11和第二电流补偿单元21的补偿容量。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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。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，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种斯科特变压器，其特征在于，包括：
超前相变压器，其设有第一电流补偿单元，所述第一电流补偿单元与所述超前相变压器的二次侧绕组并联后引出接线端a和x；
滞后相变压器，其设有第二电流补偿单元，所述第二电流补偿单元与所述滞后相变压器的二次侧绕组并联后引出接线端b和y；其中，所述接线端x与b连接，所述接线端a和y为向负载供电的两端；
控制器，其被配置为：
所述控制器用于根据负载电流的大小，调节第一电流补偿单元和第二电流补偿单元的补偿容量，以使所述超前相变压器和滞后相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相；
所述第一电流补偿单元包括第一容性补偿元件和第一可控感性补偿元件，所述第一容性补偿元件和第一可控感性补偿元件均与对应的所述超前相变压器的二次侧绕组并联；
所述超前相变压器的铁芯由两个第一半铁芯组成，每个所述第一半铁芯上分别绕设有一半匝数的二次侧绕组，不同所述第一半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联，且不同所述第一半铁芯的二次侧绕组的上段绕组之间设有第一可控直流电源，以构成第一可控感性补偿元件与对应的二次侧绕组并联的结构，不同所述第一半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联引出所述接线端a和x，所述第一容性补偿元件与所述接线端a和x连接；以及
所述控制器用于根据负载电流的大小，控制所述第一可控直流电源输出的电压，调节第一电流补偿单元的补偿容量，以使所述超前相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相；
所述第二电流补偿单元包括第二容性补偿元件和第二可控感性补偿元件，所述第二容性补偿元件和第二可控感性补偿元件均与对应的所述滞后相变压器的二次侧绕组并联；
所述滞后相变压器的铁芯由两个第二半铁芯组成，每个所述第二半铁芯上分别绕设有一半匝数的二次侧绕组，不同所述第二半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联，且不同所述第二半铁芯的二次侧绕组的上段绕组之间设有第二可控直流电源，以构成第二可控感性补偿元件与对应的二次侧绕组并联的结构，不同所述第二半铁芯的二次侧绕组的上段绕组和下段绕组交叉连接后并联引出接线端b和y，所述第二容性补偿元件与所述接线端b和y连接，所述接线端a和y引出端子α和β作为向负载供电的两端；以及
所述控制器用于根据负载电流的大小，控制所述第二可控直流电源输出的电压，调节第二电流补偿单元的补偿容量，以使所述滞后相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相；
具体地，如果负载从三相电网吸收能量，Uα和Uβ分别为超前相变压器(1)和滞后相变压器(2)的二次侧绕组输出电压，单相供电的输入电压为Uα+Uβ，如果负载为阻性，流过负载的电流为I，该电流流过超前相变压器(1)和滞后相变压器(2)的二次侧绕组，首先由控制器获取负载电流大小，确定第一电流补偿单元(11)和第二电流补偿单元(21)的补偿容量，对于超前相变压器(1)，考虑与接线端a和x连接的第一容性补偿元件，控制器发出控制信号控制第一可控直流电源(111)的输出电压，第一可控直流电源(111)实时调节直流励磁，使得励磁电抗补偿第一容性补偿元件冗余的电容，使得超前相变压器(1)产生一个I1大小的容性补偿电流，使得流过超前相变压器(1)的电流为Iα，Iα和Uα同相；对于滞后相变压器(2)，考虑与接线端b和y连接的第二容性补偿元件，控制器发出控制信号控制第二可控直流电源(211)的输出电压，第二可控直流电源(211)实时调节直流励磁，使得滞后相变压器(2)产生一个I2大小的感性补偿电流，使得流过滞后相变压器(2)的电流为Iβ，Iβ和Uβ同相；
如果负载向三相电网回馈能量，首先由控制器获取负载电流大小，确定第一电流补偿单元(11)和第二电流补偿单元(21)的补偿容量，对于超前相变压器(1)，考虑与接线端a和x连接的第一容性补偿元件，控制器发出控制信号控制第一可控直流电源(111)的输出电压，第一可控直流电源(111)实时调节直流励磁，使得超前相变压器(1)产生一个I1大小的感性补偿电流，使得流过超前相变压器(1)的电流为Iα，Iα和Uα同相；对于滞后相变压器(2)，考虑与接线端b和y连接的第二容性补偿元件，控制器发出控制信号控制第二可控直流电源(211)的输出电压，第二可控直流电源(211)实时调节直流励磁，使得励磁电抗补偿第二容性补偿元件冗余的电容，使得滞后相变压器(2)产生一个I2大小的感性补偿电流，使得流过滞后相变压器(2)的电流为Iβ，Iβ和Uβ同相。
2.如权利要求1所述的斯科特变压器，其特征在于：
所述第一容性补偿元件和所述第二容性补偿元件均为非电解电容。
3.一种如权利要求1所述的斯科特变压器的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：
根据负载电流的大小，控制所述第一可控直流电源输出的电压，调节第一电流补偿单元的补偿容量，以使所述超前相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相；
根据负载电流的大小，控制所述第二可控直流电源输出的电压，调节第二电流补偿单元的补偿容量，以使所述滞后相变压器的二次侧绕组的电压和电流同相。
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