CN113903568A - 一种移相器 - Google Patents

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余梦泽
李峰
曹华珍
李作红
刘若平
韦斌
隋宇
邓小玉
王向兵
陈亚彬
袁佳歆
梅佳骏
许顺凯
洪永贵
陈鹤冲
张伟哲
杨欣宜
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Abstract

本发明公开了一种移相器，包括：串联连接的三绕组变压器和串联隔离变压器；所述三绕组变压器包括多个一次绕组、多个二次绕组和多个可调二次绕组，其中，多个所述一次绕组和多个所述二次绕组分别采用星形连接，经过中性点接地；所述串联隔离变压器的一次侧分别与多个所述可调二次绕组串联，所述串联隔离变压器的二次侧分别与多个所述二次绕组串联。本发明集变压、功率传输和潮流控制为一体，降低了移相变压器的安装成本，节省了变电站的占地面积。

Description

一种移相器
技术领域
本发明涉及输电线路技术领域，尤其涉及一种移相器。
背景技术
电力系统中存在多条支路并联运行的情况，在这种运行方式下，这些并联支路之间会形成一个环路，这些并联支路的阻抗分配不均、存在差异，会导致线路之间负荷不平衡，有的线路欠载，有的线路过载，此外还会在这些环路中产生环流，降低输电线路的有效利用率。
移相变压器(Phase Shifting Transformer，PST)是一种潮流控制设备，通过在线路的原电压上叠加一个合适的电压向量，改变线路两侧电压的幅值和相位差，从而起到改变线路输送功率以及控制潮流分布的作用，避免输电线路或变压器主设备过负荷及欠负荷情况，提升供电可靠性。通过有载调压开关对变压器二次绕组抽头的投切，可使其输出相位、幅值可调的串联补偿电压，从而实现对系统潮流的控制。
传统移相变压器由励磁变压器和串联变压器两部分组成，分别装在两个独立的铁心上，并分别装在两个独立的变压器油箱中。然而，传统移相变压器的接线方式需要在母线上额外增加励磁变压器，占用变电站空间，甚至需要对变电站进行扩建，增加了移相变压器的投资成本，尤其是在电压等级和容量较高时，励磁变压器和串联变压器不能装在同一个变压器油箱中，需各自独立安装变压器油箱，成本和占地面积会大大提高。
发明内容
本发明目的在于，提供一种移相器，以解决传统移相变压器安装成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种移相器，包括：串联连接的三绕组变压器和串联隔离变压器；
所述三绕组变压器包括多个一次绕组、多个二次绕组和多个可调二次绕组，其中，多个所述一次绕组和多个所述二次绕组分别采用星形连接，经过中性点接地；
所述串联隔离变压器的一次侧分别与多个所述可调二次绕组串联，所述串联隔离变压器的二次侧分别与多个所述二次绕组串联。
优选地，每相线路包括一个所述一次绕组、一个所述二次绕组和三个所述可调二次绕组；
每相所述一次绕组和所述二次绕组构成变压单元，所述变压单元用于变电站主变，提供补偿前所述二次绕组的电压；
每相三个所述可调二次绕组分别与所述串联隔离变压器的一次侧串联，所述串联隔离变压器的二次侧串联在变电站每相母线中，所述每相三个所述可调二次绕组与所述串联隔离变压器构成移相单元，所述移相单元用于提供每相线路中的串联补偿电压；
所述变压单元与所述移相单元连接，将补偿前所述二次绕组的电压与所述每相线路中的串联补偿电压相加，获取每相输电线路补偿后的首端电压。
优选地，每相三个所述可调二次绕组依次串联，将依次串联的所述可调二次绕组的绕组电压相加，经所述串联隔离变压器将所述绕组电压注入相应相线路中，获取相应相串联补偿电压。
优选地，所述相应相串联补偿电压公式为：
UΔi＝Ua+Ub+Uc；
式中，UΔi表示第i相线路中的串联补偿电压，Ua,Ub,Uc分别表示所述可调二次绕组的三个所述绕组电压。
优选地，所述每相输电线路补偿后的首端电压公式为：
USi＝Ua0+UΔi；
式中，USi表示第i相输电线路补偿后的首端电压，Ua0表示补偿前所述二次绕组的电压。
优选地，还包括断路器，所述一次绕组经所述断路器接在变电站进线线路上，所述二次绕组经所述断路器接在所述变电站母线上。
优选地，所述断路器包括连接在变电站母线上的旁路开关，所述旁路开关用于控制所述变压单元和所述移相单元的运行状态。
优选地，当所述旁路开关闭合时，所述移相单元不运行，所述变压单元用于变电站主变；
当所述旁路开关断开时，所述移相单元与所述变压单元同时运行，所述移相单元中的串联间隔变压器提供所述每相线路中的串联补偿电压并注入线路中移相使用。
优选地，所述串联隔离变压器经所述旁路开关接在变电站出线线路上，所述串联隔离变压器的变比为1比1。
优选地，还包括有载调压开关，所述有载调压开关设置于所述可调二次绕组，通过控制所述有载调压开关的投切位置，使得每个可调二次绕组提供的绕组电压可以在正、零、负三种范围调节。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
移相器包括串联连接的三绕组变压器和串联隔离变压器，三绕组变压器包括多个一次绕组、多个二次绕组和多个可调二次绕组，其中，多个一次绕组和多个二次绕组分别采用星形连接，经过中性点接地，串联隔离变压器的一次侧分别与多个可调二次绕组串联，串联隔离变压器的二次侧分别与多个二次绕组串联。可同时实现变压、功率传输和潮流控制的功能，与现有技术相比可以代替变电站主变实现变压和功率传输的功能，同时可以实现潮流控制的功能，省去了传统移相变压器中的励磁变压器，节省了成本，减少占地面积，使变电站的建设和设备的布置可以更加灵活。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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是本发明某一实施例提供的移相器的拓扑结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的移相器的拓扑结构示意图；
图3是本发明又一实施例提供的改进型移相变压器串联侧输出电压的向量示意图；
图4是本发明某一实施例提供的改进型移相变压器接入电网的方式；
图5是本发明另一实施例提供的A相拓扑结构示意图；
图6是本发明又一实施例提供的改进型移相变压器A相的移相范围示意图。
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作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。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明某一实施例提供一种移相器，包括：串联连接的三绕组变压器和串联隔离变压器，三绕组变压器包括多个一次绕组、多个二次绕组和多个可调二次绕组，其中，多个一次绕组和多个二次绕组分别采用星形连接，经过中性点接地，串联隔离变压器的一次侧分别与多个可调二次绕组串联，串联隔离变压器的二次侧分别与多个二次绕组串联。
三绕组变压器包括实现变压和功率传输功能的3个一次绕组和3个二次绕组，以及带有载调压功能的9个二次绕组，总共包含3个一次绕组和12个二次绕组。其中每相有1个主绕组和4个二次绕组，4个二次绕组包括3个可调二次绕组和1个二次绕组，负责变压和功率传输的一次绕组和二次绕组可以实现变电站主变的功能，可调二次绕组和串联隔离变压器可以实现潮流控制的功能。三相绕组变压器接在变电站的进线端，负责提供变压和功率传输功能，串联隔离变压器接在需要移相的变电站出线上，变比为1比1，负责将串联补偿电压注入输电线路。
根据负责变压和功率传输的一次绕组和二次绕组可以实现变电站主变的功能构建成变压单元，根据可调二次绕组和串联隔离变压器可以实现潮流控制的功能构建成移相单元，具体的，每相三个可调二次绕组分别与串联隔离变压器的一次侧串联，串联隔离变压器的二次侧串联在变电站每相母线中，每相三个可调二次绕组与串联隔离变压器构成移相单元，移相单元用于提供每相线路中的串联补偿电压，变压单元与移相单元连接，将补偿前二次绕组的电压与每相线路中的串联补偿电压相加，获取每相输电线路补偿后的首端电压。
相应相串联补偿电压公式为：
UΔi＝Ua+Ub+Uc；
式中，UΔi表示第i相线路中的串联补偿电压，Ua,Ub,Uc分别表示可调二次绕组的三个绕组电压。
每相输电线路补偿后的首端电压公式为：
USi＝Ua0+UΔi；
式中，USi表示第i相输电线路补偿后的首端电压，Ua0表示补偿前二次绕组的电压。
请参阅图2，改进型移相变压器的拓扑结构，以三相线路为例，其中，一次绕组为A、B、C，二次绕组为a0、b0、c0，可调二次绕组为a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3。改进型移相变压器的拓扑结构由变压单元和移相单元组成，变压单元由一次绕组为A、B、C和二次绕组为a0、b0、c0组成，其中，一次绕组为A、B、C和二次绕组为a0、b0、c0均为星形连接，中性点直接接地，根据变比实现变压功能，可作为变电站主变使用。
移相单元主要由可调二次绕组a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3和串联隔离变压器组成。其中，二次绕组c1、b1、a1依次串联，c1、b1、a1上的电压相加，经串联隔离变压器注入A相线路，得到A相输电线路的串联补偿电压UΔA，二次绕组c2、b2、a2依次串联，c2、b2、a2上的电压相加，经串联隔离变压器注入B相线路，得到B相输电线路的串联补偿电压UΔB，二次绕组c3、b3、a3依次串联，c3、b3、a3上的电压相加，经串联隔离变压器注入C相线路，得到C相输电线路的串联补偿电压UΔC，串联隔离变压器变比为1比1，其一次侧与可调二次绕组相连，二次侧直接串联在各相线路中。
可调二次绕组a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3提供的绕组电压分别记为Ua1、Ub1、Uc1、Ua2、Ub2、Uc2、Ua3、Ub3、Uc3，三相线路中的串联补偿电压为：
UΔA＝Ua1+Ub1+Uc1
UΔB＝Ua2+Ub2+Uc2；
UΔC＝Ua3+Ub3+Uc3
补偿前电压为二次绕组a0、b0、c0上的电压Ua0、Ub0、Uc0，补偿后的线路首端电压为USa、USb、USc。输电线路补偿后的首端电压表达式为：
USa＝Ua0+UΔA＝Ua0+Ua1+Ub1+Uc1
USb＝Ub0+UΔB＝Ub0+Ua2+Ub2+Uc2；
USc＝Uc0+UΔC＝Uc0+Ua3+Ub3+Uc3
有载调压开关可在(0，±1，±2，…，±m)级的范围内投切，有载调压开关设置于可调二次绕组，通过控制有载调压开关的投切位置，使得每个可调二次绕组提供的绕组电压可以在正、零、负三种范围调节。
请参阅图3，根据改进型移相变压器串联侧输出电压的向量图可知，要保持补偿后的系统首端三相电压平衡，则可调二次绕组a1、b2、c3的有载调压开关需要调节到相同的位置，可调绕组b1、c2、a3的有载调压开关需要调节到相同的位置，可调二次绕组c1、a2、b3的有载调压开关需要调节到相同的位置。在a1-b2-c3、b1-c2-a3、c1-a2-b3三组之间，有载调压开关位置可以不同，这样同组的三个绕组才可以提供不同幅值的电压，才能叠加得到不同幅值、相位的串联补偿电压。
随着调节级数的增多，可输出的串联补偿电压向量个数也在增多，当有载调压开关可在(0，±1，±2，…，±m)级调节时，可输出的串联补偿电压向量个数M为：
M＝3m2+3m+1；
改进型移相变压器三相对称，以A相为例，二次绕组a1、b1和c1的抽头投切位置分别记为ka、kb、kc，二次绕组a1、b1和c1相邻抽头间的级电压向量分别记为Uastep、Ubstep和Ucstep，串联侧输出电压的表达式为：
UΔA＝Ua1+Ub1+Uc1＝kaUastep+kbUbstep+kcUcstep
UΔB＝Ua2+Ub2+Uc2＝kaUbstep+kbUcstep+kcUastep；
UΔB＝Ua3+Ub3+Uc3＝kaUcstep+kbUastep+kcUbstep
请参阅图4，由改进型移相变压器接入电网的方式可知，三绕组变压器接在变电站的进线端，变压单元中，一次绕组A、B、C和二次绕组a0、b0、c0安装在三绕组变压器本体内，实现变电站主变的功能。移相单元中，可调二次绕组a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3布置在三绕组变压器本体内，从一次绕组获取移相所需的电源，串联变压器可根据需要安装在任意出线上，对该线路实现移相功能。串联变压器设置旁路开关，在故障或无需移相时可使得串联变压器退出运行，此时改进型移相变压器仅作为变电站主变使用。当旁路开关闭合时，移相变压器不运行，变压单元用于变电站主变，当旁路开关断开时，移相单元与变压单元同时运行，移相单元中的串联间隔变压器提供每相线路中的串联补偿电压并注入线路中移相使用。
请参阅图5，以A相为例将结构放大，三绕组变压器本体布置在变电站进线侧，变压单元安装在三绕组变压器本体内，一次绕组A经断路器接在进线线路上，二次绕组a0经断路器接在变电站母线上，可调二次绕组c1、b1、a1依次串联接成开口三角形，开口接至串联隔离变压器一次侧A相绕组的两端，串联隔离变压器的二次侧直接串联在变电站出线的A相线路中，将A相的串联补偿电压UΔA注入线路中。旁路开关闭合时，改进型移相变压器的移相单元失去作用，仅有变压单元工作，此时仅实现变电站主变功能，旁路开关断开时，改进型移相变压器的移相单元工作，由串联隔离变压器将串联补偿电压注入线路中，实现移相功能，此时改进型移相变压器同时作为变电站主变和线路移相变压器使用。
以A相为例给出改进型移相变压器的部分额定参数，如下：
改进型移相变压器一次侧额定电压UT1取变电站进线额定电压UN1：
Figure BDA0003291143820000061
改进型移相变压器二次侧额定电压UT2取变电站母线额定电压UN2：
Figure BDA0003291143820000062
请参阅图6，可知改进型移相变压器A相的移相范围，其中Ua0为移相前A相线路的相电压，USa为移相后A相线路中的相电压，α为移相角，UsN为二次调压绕组上的额定电压。
设系统所需的最大移相角为α，计算公式如下：
Figure BDA0003291143820000071
其中，可调二次绕组上额定电压的计算公式如下：
Figure BDA0003291143820000072
串联隔离变压器变比为1比1，串联变压器注入线路中的最大串联补偿电压UΔmax等于二次调压绕组的额定电压UsN：
UΔmax＝UsN；
串联隔离变压器二次侧的额定电流等于串联变压器安装处的线路额定电流IN：
In2＝IN；
串联隔离变压器的额定容量S2为：
S2＝3UΔmax·IN；
改进型移相变压器变压部分的额定容量S变等于所在线路的额定传输容量SN：
Figure BDA0003291143820000073
故改进型移相变压器总容量ST为主变容量S1与串联隔离变压器的额定容量S2之和：
ST＝S1+S2；
本发明提供的一种改进型移相变压器，可同时实现变压、功率传输和潮流控制的功能，与现有技术相比可以代替变电站主变实现变压和功率传输的功能，同时可以实现潮流控制的功能，省去了传统移相变压器中的励磁变压器，节省了成本，减少占地面积，使变电站的建设和设备的布置可以更加灵活。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种移相器，其特征在于，包括：串联连接的三绕组变压器和串联隔离变压器；
所述三绕组变压器包括多个一次绕组、多个二次绕组和多个可调二次绕组，其中，多个所述一次绕组和多个所述二次绕组分别采用星形连接，经过中性点接地；
所述串联隔离变压器的一次侧分别与多个所述可调二次绕组串联，所述串联隔离变压器的二次侧分别与多个所述二次绕组串联。
2.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，每相线路包括一个所述一次绕组、一个所述二次绕组和三个所述可调二次绕组；
每相所述一次绕组和所述二次绕组构成变压单元，所述变压单元用于变电站主变，提供补偿前所述二次绕组的电压；
每相三个所述可调二次绕组分别与所述串联隔离变压器的一次侧串联，所述串联隔离变压器的二次侧串联在变电站每相母线中，所述每相三个所述可调二次绕组与所述串联隔离变压器构成移相单元，所述移相单元用于提供每相线路中的串联补偿电压；
所述变压单元与所述移相单元连接，将补偿前所述二次绕组的电压与所述每相线路中的串联补偿电压相加，获取每相输电线路补偿后的首端电压。
3.根据权利要求2所述的移相器，其特征在于，每相三个所述可调二次绕组依次串联，将依次串联的所述可调二次绕组的绕组电压相加，经所述串联隔离变压器将所述绕组电压注入相应相线路中，获取相应相串联补偿电压。
4.根据权利要求3所述的移相器，其特征在于，所述相应相串联补偿电压公式为：
UΔi＝Ua+Ub+Uc；
式中，UΔi表示第i相线路中的串联补偿电压，Ua,Ub,Uc分别表示所述可调二次绕组的三个所述绕组电压。
5.根据权利要求4所述的移相器，其特征在于，所述每相输电线路补偿后的首端电压公式为：
USi＝Ua0+UΔi；
式中，USi表示第i相输电线路补偿后的首端电压，Ua0表示补偿前所述二次绕组的电压。
6.根据权利要求2所述的移相器，其特征在于，还包括断路器，所述一次绕组经所述断路器接在变电站进线线路上，所述二次绕组经所述断路器接在所述变电站母线上。
7.根据权利要求6所述的移相器，其特征在于，所述断路器包括连接在变电站母线上的旁路开关，所述旁路开关用于控制所述变压单元和所述移相单元的运行状态。
8.根据权利要求7所述的移相器，其特征在于，
当所述旁路开关闭合时，所述移相单元不运行，所述变压单元用于变电站主变；
当所述旁路开关断开时，所述移相单元与所述变压单元同时运行，所述移相单元中的串联间隔变压器提供所述每相线路中的串联补偿电压并注入线路中移相使用。
9.根据权利要求8所述的移相器，其特征在于，所述串联隔离变压器经所述旁路开关接在变电站出线线路上，所述串联隔离变压器的变比为1比1。
10.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，还包括有载调压开关，所述有载调压开关设置于所述可调二次绕组，通过控制所述有载调压开关的投切位置，使得每个可调二次绕组提供的绕组电压可以在正、零、负三种范围调节。
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