CN115411838B - 台区变压器降低铁损系统及其降低铁损方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种台区变压器降低铁损系统及其降低铁损方法，包括配电网线路、台区变压器、一次断路器、空气开关、系统测控装置、智能断路器A、智能断路器B、电流互感器A和电流互感器B，所述台区变压器、一次断路器、空气开关、智能断路器A、智能断路器B、电流互感器A和电流互感器B均与系统测控装置信号连接。本发明所述的台区变压器降低铁损系统及其降低铁损方法对存量在网运行台区变压器进行技术升级改造，无需更换台区变压器，可明显降低空载或轻载时的变压器铁损，成本低、投入小，升级改造简单实用，新技术应用可扩展性强，比如，动态无功补偿、光伏接入、分布式储能等。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术及输配电技术领域，尤其是涉及一种台区变压器降低铁损系统及其降低铁损方法。
背景技术
台区变压器的作用是将电力系统配电网络6-35KV电压转换成400V的用户电压供用户使用的必要设备，截止2020年底我国在网运行的台区变压器数量达1700多万台，台区变压器损耗占在输配电总损耗的40％，目前，降低台区变压器铁损问题的主要途径有以下几种：第一：采用功率容量大、小不同的变压器组合，轻载或空载时停止大容量变压器运行，启动小容量运行，这样即可达到降低铁损的目的；第二：采用昂贵的低损耗变压器，降低变压器自身的铁损；第三：采用有载调容调压式变压器，通过改变变压器的抽头及接线方式来降低铁损；
现有技术的缺点：
上述三种方式需都要更换或增加台区变压器，投资较大，经济性差，且降铁损效果有限。方法1需要增加一台小容量变压器，需根据负载变化人工投切转换，效率低，人工成本高，人为主观因素强，自动化程度低；方法2采用新型铁芯材料变压器，成本高投资大，报废原有变压器也造成浪费；方法3采用新型结构变压器，成本高投资大，降低铁损有限，报废原有变压器也造成浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种台区变压器降低铁损系统，以解决现有台区变压器在空载或轻载运行时的铁损问题，达到节能降耗的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种台区变压器降低铁损系统，包括配电网线路、台区变压器、一次断路器、空气开关、系统测控装置、智能断路器A、智能断路器B、电流互感器A和电流互感器B，所述台区变压器、一次断路器、空气开关、智能断路器A、智能断路器B、电流互感器A和电流互感器B均与系统测控装置信号连接，所述台区变压器输入端接一次断路器输出端，所述一次断路器输入端接配电网线路，所述台区变压器输出端通过电流互感器A分别接空气开关输入端和智能断路器B输入端，所述智能断路器B输出端通过电流互感器B接至台区变压器用电负载，所述智能断路器B输出端还连接至智能断路器A输出端。
进一步的，还包括台区变压器一次接线和台区变压器二次输出线，所述台区变压器输入端通过台区变压器一次接线连接至一次断路器输出端，台区变压器输出端通过台区变压器二次输出线依次接电流互感器A、空气开关输入端、智能断路器B、智能断路器A输出端、电流互感器B和台区变压器用电负载。
进一步的，还包括系统测控装置输出控制线A、系统测控装置三相AC输出线、系统测控装置三相AC输入线、系统测控装置输出控制线B和系统测控装置输出控制线C，所述系统测控装置通过系统测控装置输出控制线A接一次断路器输入端，所述系统测控装置通过系统测控装置三相AC输出线接智能断路器A输入端，所述系统测控装置通过系统测控装置三相AC输入线接空气开关输出端，所述系统测控装置通过系统测控装置输出控制线B接智能断路器B输入端，所述系统测控装置通过系统测控装置输出控制线C接智能断路器A输入端。
进一步的，还包括电流互感器A二次输出线和电流互感器B二次输出线，所述系统测控装置通过电流互感器A二次输出线接电流互感器A输入端，所述系统测控装置通过电流互感器B二次输出线接电流互感器B输入端。
进一步的，还包括储能电池和光伏板组，所述储能电池和光伏板组均连接至系统测控装置的电源接口。
相对于现有技术，本发明所述的台区变压器降低铁损系统具有以下优势：
(1)本发明所述的台区变压器降低铁损系统，对存量在网运行台区变压器进行技术升级改造，无需更换台区变压器，可明显降低空载或轻载时的变压器铁损，成本低、投入小，升级改造简单实用，新技术应用可扩展性强，比如，动态无功补偿、光伏接入、分布式储能等。
本发明的另一目的在于提出一种台区变压器降低铁损方法，以解决现有降低台区变压器铁损技术中存在的必须更换或增加变压器，成本高、投资大、浪费大的问题。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种台区变压器降低铁损方法，包括以下步骤：
S1、启动并初始化台区变压器降低铁损系统，读取并配置系统参数配置，所述系统参数配置包括变压器容量、降损投退负载率；
S2、系统测控装置通过电流互感器A和电流互感器B分别实时监测台区变压器和台区变压器用电负载的电流变化，且系统测控装置实时监测台区变压器的输出电压变化；
S3、基于变压器容量对台区变压器的负载率进行分析运算，得到铁损计算公式和降低铁损原理公式；
S4、判断台区变压器的负载率是否低于降损投退负载率；是，进入步骤S5；否，则进入步骤S8；
S5、系统测控装置通过系统测控装置输出控制线C控制智能断路器A闭合，输出三相电流为台区变压器用电负载供电；
S6、系统测控装置通过系统测控装置输出控制线B控制智能断路器B断开，使系统测控装置的三相输出独立成为台区变压器用电负载的供电电源；
S7、系统测控装置通过系统测控装置输出控制线A控制台区变压器一次接线断开一相使台区变压器处于二线运行状态，系统进入降低铁损工作模式，并回到步骤S2；
S8、系统测控装置通过系统测控装置输出控制线A控制台区变压器一次接线闭合，恢复台区变压器三线运行；
S9、系统测控装置通过系统测控装置输出控制线B控制智能断路器B闭合，恢复台区变压器对台区变压器用电负载供电；
S10、系统测控装置通过系统测控装置输出控制线C控制智能断路器A断开，停止系统测控装置三相AC输出线输出，系统退出降低铁损工作模式，并回到步骤S2。
进一步的，在步骤S3中的所述铁损计算公式为：
PFe＝(UAB 2+UBC 2+UAC 2)/RFe (2)
其中，PFe为台区变压器总铁损；UAB、UBC、UAC分别是台区变压器三相绕组的相电压；RFe为台区变压器一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗。
进一步的，在步骤S3中的所述降低铁损原理公式包括三线运行原理公式和二线运行原理公式，所述三线运行原理公式为：
PFe＝＝3U2/RFe (3)
其中，PFe为台区变压器总铁损；U为台区变压器一次侧配网供电电压；RFe为台区变压器一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗。
进一步的，所述二线运行原理公式为：
PFe＝((1/2U)2+U2+(1/2U)2)/RFe
PFe＝3/2U2/RFe (4)
其中，PFe为台区变压器总铁损；U为台区变压器一次侧配网供电电压；RFe为台区变压器一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗。
相对于现有技术，本发明所述的台区变压器降低铁损方法具有以下优势：
(1)本发明所述的台区变压器降低铁损方法，系统可通过电流、电压互感器实时监测台区变压器的负载变化情况，当台区变压器负载低于20％-30％时，通过改变台区变压器一次接线来改变台区变压器的运行方式来降低铁损，解决了现有降低台区变压器铁损技术中存在的必须更换或增加变压器，成本高、投资大、浪费大的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的台区变压器三线运行模式一次线圈接线示意图；
图2为本发明实施例所述的台区变压器二线运行模式一次线圈接线示意图；
图3为本发明实施例所述的台区变压器传统运行方式构成示意图；
图4为本发明实施例所述的台区变压器降低铁损系统构成示意图；
图5为本发明实施例所述的台区变压器降低铁损方法的原理流程示意图；
图6为本发明实施例所述的系统测控供装置示意图。
附图标记说明：
1、配电网线路；2、台区变压器一次接线；3、台区变压器；4、台区变压器二次输出线；5、台区变压器用电负载；6、一次断路器；7、空气开关；8、系统测控装置；9、智能断路器A；10、智能断路器B；11、电流互感器A；12、电流互感器B；13、系统测控装置输出控制线A；14、电流互感器A二次输出线；15、电流互感器B二次输出线；16、系统测控装置三相AC输出线；17、系统测控装置三相AC输入线；18、系统测控装置输出控制线B；19、系统测控装置输出控制线C。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图6所示，台区变压器降低铁损系统，包括配电网线路1、台区变压器3、一次断路器6、空气开关7、系统测控装置8、智能断路器A9、智能断路器B10、电流互感器A11和电流互感器B12，所述台区变压器3、一次断路器6、空气开关7、智能断路器A9、智能断路器B10、电流互感器A11和电流互感器B12均与系统测控装置8信号连接，所述台区变压器3输入端接一次断路器6输出端，所述一次断路器6输入端接配电网线路1，所述台区变压器3输出端通过电流互感器A11分别接空气开关7输入端和智能断路器B10输入端，所述智能断路器B10输出端通过电流互感器B12接至台区变压器用电负载5，所述智能断路器B10输出端还连接至智能断路器A9输出端。还包括储能电池和光伏板组，所述储能电池和光伏板组均连接至系统测控装置8的电源接口。本台区变压器降低铁损系统，对存量在网运行台区变压器进行技术升级改造，无需更换台区变压器，可明显降低空载或轻载时的变压器铁损，成本低、投入小，升级改造简单实用，新技术应用可扩展性强，比如，动态无功补偿、光伏接入、分布式储能等。
还包括台区变压器一次接线2和台区变压器二次输出线4，所述台区变压器3输入端通过台区变压器一次接线2连接至一次断路器6输出端，台区变压器3输出端通过台区变压器二次输出线4依次接电流互感器A11、空气开关7输入端、智能断路器B10、智能断路器A9输出端、电流互感器B12和台区变压器用电负载5。
还包括系统测控装置输出控制线A13、系统测控装置三相AC输出线16、系统测控装置三相AC输入线17、系统测控装置输出控制线B18和系统测控装置输出控制线C19，所述系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线A13接一次断路器6输入端，所述系统测控装置8通过系统测控装置三相AC输出线16接智能断路器A9输入端，所述系统测控装置8通过系统测控装置三相AC输入线17接空气开关7输出端，所述系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线B18接智能断路器B10输入端，所述系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线C19接智能断路器A9输入端。
还包括电流互感器A二次输出线14和电流互感器B二次输出线15，所述系统测控装置8通过电流互感器A二次输出线14接电流互感器A11输入端，所述系统测控装置8通过电流互感器B二次输出线15接电流互感器B12输入端。
在本实施例里，本发明专利的主要特征是在如图3所示传统台区变压器供电方式的基础上增加了一次断路器6、空气开关7、系统测控装置8、智能断路器A9、智能断路器B10、电流互感器A11、电流互感器B12、系统测控装置输出控制线A13、电流互感器A二次输出线14、电流互感器B二次输出线15、系统测控装置三相AC输出线16、系统测控装置三相AC输入线17、系统测控装置输出控制线18、系统测控装置输出控制线C19，接线如图4，系统测控装置8作为系统监测、智能分析、系统控制及供电输出的核心，将台区变压器一次接线2断开，接入一次断路器6，将台区变压器二次输出线4线路断开，接入智能断路器B10，系统测控装置三相AC输入线17连接空气开关7输出，空气开关7输入连接到台区变压器二次输出线4和智能断路器B10的输入，系统测控装置三相AC输出线16通过智能断路器A9连接到台区变压器用电负载5的供电线路上，电流互感器A11安装在台区变压器二次输出线4线路上，电流互感器A二次输出线14侧连接入系统测控装置8，电流互感器B二次输出线15侧连接入系统测控装置8，系统测控装置输出控制线A13连接断路器一次接线2的输入，系统测控装置输出控制线B18连接到智能断路器B10的控制输入，系统测控装置输出控制线C19连接到智能断路器A9的控制输入，系统测控装置三相AC输出线16连接智能断路器A9的输入，智能断路器A9的输出连接台区变压器用电负载5的供电线路。
本发明提供了一种配电网台区变压器降低铁损的系统和方法，创新点在于不需要更换原有台区变压器的情况下，通过改变台区变压器3的运行方式达到降低铁损的目的，解决了存量台区变压器可通过升级改造达到节能降损的难题。系统包括台区变压器3、一次断路器6、系统测控装置8、电流互感器、电压互感器、智能断路器、空气开关7；其中，所述台区变压器3为电力系统或客户的转换设备，用于将6-35KV配电网变换为用户可以使用的400V三相交流电；所述的一次断路器6安装在配电网与台区变压器3之间，用于接通或断开配网三相电源的各个相线路与台区变压器3的电路连接，并可以改变台区变压器3的供电方式，即三线供电或二线供电模式；系统测控装置8用于通过电流互感器、电压互感器实时监测台区变压器3的负载变化，通过运算和智能控制来改变台区变压器的运行方式(三线运行、二线运行)以及装置的工作模式(电源模式、辅助模式)，实现降低变压器铁损的目的；电流互感器、电压互感器用于监测台区变压器用电负载5的运行状态；智能断路器、空气开关7用于系统的供电控制和负载供电模式转换。
台区变压器降低铁损方法，包括以下步骤：
S1、启动并初始化台区变压器降低铁损系统，读取并配置系统参数配置，所述系统参数配置包括变压器容量、降损投退负载率；
S2、系统测控装置8通过电流互感器A11和电流互感器B12分别实时监测台区变压器3和台区变压器用电负载5的电流变化，且系统测控装置8实时监测台区变压器3的输出电压变化；
S3、基于变压器容量对台区变压器3的负载率进行分析运算，得到铁损计算公式和降低铁损原理公式；
S4、判断台区变压器3的负载率是否低于降损投退负载率；是，进入步骤S5；否，则进入步骤S8；
S5、系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线C19控制智能断路器A9闭合，输出三相电流为台区变压器用电负载5供电；
S6、系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线B18控制智能断路器B10断开，使系统测控装置8的三相输出独立成为台区变压器用电负载5的供电电源；
S7、系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线A13控制台区变压器一次接线2断开一相使台区变压器3处于二线运行状态，系统进入降低铁损工作模式，并回到步骤S2；
S8、系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线A13控制台区变压器一次接线2闭合，恢复台区变压器3三线运行；
S9、系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线B18控制智能断路器B10闭合，恢复台区变压器3对台区变压器用电负载5供电；
S10、系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线C19控制智能断路器A9断开，停止系统测控装置三相AC输出线16输出，系统退出降低铁损工作模式，并回到步骤S2。
本发明的目的是提供一种台区变压器降低铁损方法，即系统通过电流、电压互感器实时监测台区变压器3的负载变化情况，当台区变压器3负载低于20％-30％时，通过改变台区变压器一次接线2来改变台区变压器3的运行方式来降低铁损，解决了现有降低台区变压器铁损技术中存在的必须更换或增加变压器，成本高、投资大、浪费大的问题。
在本实施例里，台区变压器3损耗在电网损耗中占有较大的比重，据相关统计资料表明，我国输配电损耗约占全国发电量的6.6％，台区变压器3损耗约占输配电损耗的40％-50％。我国在一、二期农网改造中，将很多老式变压器更换成了S9、S11系列节能型变压器，使农村电网损耗得到有效降低，但是由于农村电网季节性强，峰谷差异大，我国农村电网配台区电变压器轻载率很高，即20％-30％负载率以下的时间占比高达70％以上，空载或轻载运行铁损占比高，损耗仍然很大，造成很多的电力浪费。
台区变压器3的损耗又分为铁损和铜损，铜损大小与台区变压器3的负载大小成正比，台区变压器3铁损又包括磁滞损耗和涡流损耗，台区变压器3涡流损耗远远小于磁滞损耗，因此，涡流损耗可以忽略。磁滞损耗(以下简称铁损)与台区变压器3的负载大小无关，只与台区变压器3的设计参数及加载在变压器一次侧电压的平方成正比见式(1)，目前，要降低变压器的铁损只能是更换低铁损的台区变压器3，本发明解决了无需更换台区变压器3即可降低其空载或轻载时的铁损。
本发明的技术方案是：
当台区变压器负载率低于20-30％时，通过改变台区变压器一次接线2来改变台区变压器3的运行方式如图1(A、B、C三线运行模式)、图2(B、C二线运行模式)所示，此时，台区变压器3的铁损将由式(1)降为式(2)的损耗大小，台区变压器一次接线2和运行方式改变后，台区变压器用电负载5将由图4中系统测控装置8供电，此时，台区变压器3将作为系统测控装置8的供电电源，这样即可大大降低台区变压器空载及轻载运行时的铁损。
本发明的系统构成如图4所示，其降低铁损工作模式的工作原理如下，系统测控装置8是系统测、控、供的核心，电流互感器A11、电流互感器B12分别实时监测台区变压器3和台区变压器用电负载5的电流变化，电流变化通过电流互感器A二次输出线14、电流互感器B二次输出线15送入系统测控装置8，同时系统测控装置8实时监测台区变压器3的输出电压、电流，根据台区变压器3的额定容量，对台区变压器3的负载率进行分析运算，当台区变压器3的负载率低于降损投退负载率(降损投退负载率范围值为正常台区变压器3负载率的20％-30％，降损投退负载率范围值可在系统测控装置8进行参数配置)运行时，系统测控装置8将通过系统测控装置输出控制线C19控制智能断路器A9闭合，并输出三相电流为台区变压器用电负载5供电，这时实现在台区变压器3在空载或轻载运行时降低台区变压器3铁损的目的，系统进入降低铁损工作模式，当系统测控装置8监测、运算智能分析结果为台区变压器3负载率高于降损投退负载率运行时，系统测控装置8通过系统测控装置输出控制线A13控制台区变压器一次接线2的闭合断开，恢复台区变压器三线运行，然后通过系统测控装置输出控制线B18控制智能断路器B10闭合，恢复台区变压器3对负载供电，之后再通过系统测控装置输出控制线C19控制智能断路器A9断开，同时停止系统测控装置三相AC输出线16，此时，系统退出了降低铁损工作模式。
在步骤S3中的所述铁损计算公式为：
PFe＝(UAB 2+UBC 2+UAC 2)/RFe (2)
其中，PFe为台区变压器3总铁损；UAB、UBC、UAC分别是台区变压器3三相绕组的相电压；RFe为台区变压器3一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗。
在本实施例里，台区变压器铁损计算依据
台区变压器3的空载损耗主要是铁损，铁损是由磁滞损耗和涡流损耗组成，涡流损耗与变压器的制造工艺、矽钢片的厚度有关，且越远小于磁滞损耗，计算时可以忽略，因此，台区变压器3的空载损耗即铁损在工程上由式(1)进行计算。
PFe＝UAB 2/RFe.ab+UBC 2/RFe.bc+UAC 2/RFe.ac (1)
式(1)中PFe为台区变压器3总铁损；UAB、UBC、UAC分别是台区变压器3三相绕组的相电压；RFe.ab、RFe.bc、RFe.ac分别是台区变压器3一次侧三相绕组的磁滞损耗等效阻抗；
由于台区变压器3一次侧三相绕组的磁滞损耗等效阻抗RFe.ab、RFe.bc、RFe.ac基本相等设为RFe，即RFe.ab＝RFe.bc＝RFe.ac＝RFe，因此，式(1)简化为式(2)
PFe＝(UAB 2+UBC 2+UAC 2)/RFe (2)
式(2)中PFe为台区变压器3总铁损；UAB、UBC、UAC分别是台区变压器3三相绕组的相电压；RFe为台区变压器3一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗。
在步骤S3中的所述降低铁损原理公式包括三线运行原理公式和二线运行原理公式，所述三线运行原理公式为：
PFe＝＝3U2/RFe (3)
其中，PFe为台区变压器3总铁损；U为台区变压器3一次侧配网供电电压；RFe为台区变压器3一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗。
所述二线运行原理公式为：
PFe＝((1/2U)2+U2+(1/2U)2)/RFe
PFe＝3/2U2/RFe (4)
其中，PFe为台区变压器3总铁损；U为台区变压器3一次侧配网供电电压；RFe为台区变压器3一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗。
在本实施例里，台区变压器降低铁损原理的理论依据
当台区变压器3三线运行时见图1，台区变压器3一次侧绕组Lab、Lbc、Lac上的电压分别为UAB、UBC、UAC，因为其中UAB＝UBC＝UAC＝U，U为台区变压器3一次侧配网供电电压，RFe为台区变压器3一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗，此时台区变压器3的铁损为式(2)计算可得
PFe＝＝3U2/RFe (3)
台区变压器3为三相绕组，每相绕组的带载能力为台区变压器3总容量33.33％，当台区变压器3由三线运行转换为二线运行后如图2，台区变压器3实际带载将主要由Lbc绕组承担，因此，选择台区变压器3的负载率低于20-30％时进行运行方式切换的原因是确保单相绕组不超出其台区变压器总容量33.33％的带载能力。
当台区变压器3二线运行时见图2，此时台区变压器3一次侧绕组运行方式发生变化，即Lab、Lac串联与Lbc并联后接至配电网线路1的B、C线路上，绕组Lab、Lbc、Lac上的电压分别为UAB＝1/2UBC、UBC、UAC＝1/2UBC，因为其中UBC＝U，U为台区变压器3一次侧配网供电电压，此时台区变压器3的铁损由式(2)可得：
PFe＝((1/2U)2+U2+(1/2U)2)/RFe
PFe＝3/2U2/RFe (4)
此时，由式(4)与式(3)的计算结果相比较，当台区变压器3由三线运行转换为二线运行时铁损可降低一半，这也是台区变压器3在空载或轻载运行时转换台区变压器3运行方式降低铁损的基本原理和理论依据。
实施例1
本发明实施例如图4所示，是对如图3台区变压器传统运行方式的升级改造，主要目的是实现节能、降损、降碳、光伏清洁能源接入、分布式储能平抑电网峰谷运行、降低用电成本。
本实施例在传统台区基础上增加了如图4中的一次断路器6、系统测控装置8、电流互感器A11、电流互感器B12、空气开关7、智能断路器A9、智能断路器B10、储能电池、光伏板组，与原有台区变压器构成了台区节能、降损、光伏、分布式储能系统，不仅降低了铁损，也降低了铜损，同时也实现了动态无功补偿、光伏接入和分布式储能。
本实施例升级改造方案如图4所示，将原台区变压器一次接线2断开，接入一次断路器6，一次断路器6的三相控制线连接系统测控装置8的一次控制接口，在台区变压器二次输出线路上安装电流互感器A11，在连接台区变压器供电负载的线路上安装电流互感器B12，将台区变压器二次输出线4与台区变压器供电负载5断开，台区变压器二次输出线4穿过电流互感器A9连接到智能断路器A9的输入端，智能短路器A9的输出端接线穿过电流互感器B12连接到台区变压器供电负载5，空气开关7输入接至智能断路器A9的输入端，空气开关7的输出端连接到系统测控装置8的电源接口，智能断路器B10的输入连接至系统测控装置8的功率输出接口，智能断路器B10的输出连接至智能断路器A9的输出线上，智能断路器A9、智能断路器B10的控制线连接至系统测控装置8的二次控制接口，电流互感器A二次线14、电流互感器B12的二次线连接至系统测控装置8的电压、电流监测输入接口，储能电池连接至系统测控装置8的电源接口，光伏板组连接至系统测控装置8的电源接口。
本实施例中系统测控装置8的原理框图见图6所示，所述系统测控装置8包括DSP处理器、液晶显示电路、人机交互键盘电路、EEROM存储电路、RS232/485接口电路、GPRS通讯电路、一次开关控制电路、二次开关控制电路、装置供电电源电路、后备电池、光伏板能效管理电路、储能电池充放电管理电路、AD转换电路、三相整流滤波电路、BOOST升压电路、三相DC/AC功率输出转换电路、三相功率输出滤波电路、无功补偿控制电路组成。所述DSP处理器、液晶显示电路、人机交互键盘电路、EEROM存储电路、RS232/485接口电路、GPRS通讯电路、一次开关控制电路、二次开关控制电路、装置供电电源电路、后备电池、光伏板能效管理电路、储能电池充放电管理电路、AD转换电路、三相整流滤波电路、BOOST升压电路、三相DC/AC功率输出转换电路、三相功率输出滤波电路、无功补偿控制电路均为现有技术。
DSP处理器的作用是系统测控装置8监测、控制、供电、无功补偿、人机交互、管理等的智能核心。
液晶显示电路的作用是显示系统测控装置8的运行状态、运行数据、设置参数、查看历史运行记录，是人机交互的主要部件。
人机交互键盘电路的作用是对系统进行参数配置、运行模式设置、查看历史运行记录，是人机交互的主要部件。
EEROM存储电路的作用是存储系统的设置参数、历史运行记录。
RS232/485接口电路的作用是连接外部设备的通讯接口，完成与外部设备的数据传输通讯，可进行参数配置、参数导入、导出、系统升级、历史运行记录的导出，与外部设备的信息共享通讯等。
GPRS通讯电路的作用是实现远程通讯，可完成远程参数配置、远程升级、远程遥控、遥测，是连接电力智能物联网管理平台的远程数据通道。
一次开关控制电路的作用是控制一次断路器各相的分、合，实现台区变压器三线、二线、停止运行的切换。
装置供电电源电路的作用是为系统提供工作电源，后备电池充放电管理，完成后备电池掉电的无缝投切。
后备电池的作用是当配电网停电时保证系统测控装置8可正常运行一段时间，完成停电信息的记录、存储、远程传输、控制一次断路器三相开关闭合，控制智能断路器A、智能断路器B转换为初始投切状态，保证再次来电时系统重新启功前所有部件处于还原状态。
光伏板能效管理电路的作用是智能分析光伏板组件输出的电压、电流和功率，实时调节光伏板组件的负载电流，保证光伏板组件输出最大功率，提高光伏板组件的转换应用效率。
储能电池充放电管理电路的作用是实时监测储能电池运行状态、储能电池容量，控制储能电池充、放电电流，充、放电时间。
AD转换电路的作用是将被测电压、电流的模拟量转换为数字量，送至DSP处理器以便进行各种数据分析和运算。
三相整流滤波电路的作用是将台区变压器的三相交流转换为较稳定的直流。
BOOST升压电路的作用是将三相整流滤波电路及储能电池提供的直流电压提升至三相DC/AC功率输出转换电路所需的工作电压。
三相DC/AC功率输出转换电路的作用是为台区变压器3供电负载提供电能。
三相功率输出滤波电路的作用是使得三相DC/AC功率输出转换电路输出的波形更加完美，滤除谐波及噪声干扰。
无功补偿控制电路的作用是通过系统测控装置8的监测运算，完成对三相DC/AC功率输出转换电路的调节控制，动态吸收无功功率，减小负载电流相位与台区变压器3电压相位的相位差，提升台区变压器的功率因数，降低无功电流带来的铜损。
本实施例中系统测控装置8的主要参数配置为：台区变压器容量为“400kVA”，降损投切负载率为“25％”，台区变压器3切换为二线工作模式延时为“10分钟”，一次开关二线切换方式为“循环”，无功补偿投退为“投”，分布式储能投退为“投”，光伏接入投退为“投”，光伏板组件功率为“200kW”，储能电池容量为“1MWH”，电网峰谷平时段为“谷时段23:00--5:30，峰时段8:30--21:00，平时段5:30--8:30,21:00-23:00”。
本发明实施例节能降损的方法是，①在无光照光伏板组输出功率为0,储能电池能量低于30％时，当台区变压器3供电负载连续低于降损投切负载率10分钟后，将台区变压器3线运行模式切换为2线运行模式，此时，由式(3)和式(4)对比可知铁损可降低一半，台区变压器3降低铁损系统测控装置8直接为负载供电，同时装置动态吸收无功并可将功率因数提升至98％以上，降低铁损的同时也降低了铜损；②在无光照光伏板组输出功率为0,储能电池能量低于30％时，当台区变压器3供电负载连续高于降损投切负载率，台区变压器2线运行模式切换回3线运行模式，此时，系统测控装置8作为动态无功补偿装置吸收无功功率，将功率因数提升至98％以上，由于此时台区变压器负载率较高，因此达到了有效降低铜损的效果；③在峰电时间区段，光伏板组输出功率+储能电池输出功率小于台区变压器供电负载，且台区变压器供电负载功率-(光伏板组输出功率+电池输出功率)连续小于台区变压器降损投切负载率的功率10分钟时，将台区变压器3线运行模式切换为2线运行模式，此时，由式(3)和式(4)对比可知铁损可降低一半，系统测控装置8将光伏板组输出功率、储能电池输出功率、部分台区变压器输出功率转换为三相交流功率直接为负载供电，同时装置动态吸收无功并可将功率因数提升至98％以上，不但降低了台区变压器3的铁损和铜损，同时也达到了降低碳排放的效果；④储能电池输出功率大于台区变压器电负载5，且储能电池剩余能量不低于30％时，将台区变压器一次接线2，台区变压器3停止运行，系统测控装置8作为DC/AC装置将储能电池的能量转换为三相交流功率直接为负载供电，此时台区变压器3完全停止运行，已将台区变压器3的铁损和铜损降低为0，同时也达到了降低碳排放、削峰平谷的效果；⑤当阳光已使光伏板组工作或系统工作在谷电时间范围内时，系统测控装置8将为储能电池充电，补充储能电池能量，在峰电时间区段释放能量降低电网负荷，起到削峰平谷的作用，减少了碳排放，同时，由于峰谷电价的不同也节约了供(用)电费用。
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 (5)
1.台区变压器降低铁损系统，其特征在于：包括配电网线路(1)、台区变压器(3)、一次断路器(6)、空气开关(7)、系统测控装置(8)、智能断路器A(9)、智能断路器B(10)、电流互感器A(11)和电流互感器B(12)，所述台区变压器(3)、一次断路器(6)、空气开关(7)、智能断路器A(9)、智能断路器B(10)、电流互感器A(11)和电流互感器B(12)均与系统测控装置(8)信号连接，所述台区变压器(3)输入端接一次断路器(6)输出端，所述一次断路器(6)输入端接配电网线路(1)，所述台区变压器(3)输出端通过电流互感器A(11)分别接空气开关(7)输入端和智能断路器B(10)输入端，所述智能断路器B(10)输出端通过电流互感器B(12)接至台区变压器用电负载(5)，所述智能断路器B(10)输出端还连接至智能断路器A(9)输出端；
还包括系统测控装置输出控制线A(13)、系统测控装置三相AC输出线(16)、系统测控装置三相AC输入线(17)、系统测控装置输出控制线B(18)和系统测控装置输出控制线C(19)，所述系统测控装置(8)通过系统测控装置输出控制线A(13)接一次断路器(6)输入端，所述系统测控装置(8)通过系统测控装置三相AC输出线(16)接智能断路器A(9)输入端，所述系统测控装置(8)通过系统测控装置三相AC输入线(17)接空气开关(7)输出端，所述系统测控装置(8)通过系统测控装置输出控制线B(18)接智能断路器B(10)输入端，所述系统测控装置(8)通过系统测控装置输出控制线C(19)接智能断路器A(9)输入端；
所述空气开关(7)、智能断路器A(9)、智能断路器B(10)均用于系统的供电控制和负载供电模式转换；
台区变压器降低铁损系统降损分为五种工作情况，分别为：
在无光照光伏板组输出功率为0,储能电池能量低于30％时，当台区变压器(3)供电负载连续低于降损投切负载率10分钟后，将台区变压器(3)3线运行模式切换为2线运行模式，此时，由三线运行原理公式和二线运行原理公式对比可知铁损可降低一半，台区变压器(3)降低铁损系统测控装置(8)直接为负载供电，同时装置动态吸收无功并可将功率因数提升至98％以上，降低铁损的同时降低铜损；
在无光照光伏板组输出功率为0,储能电池能量低于30％时，当台区变压器(3)供电负载连续高于降损投切负载率，台区变压器(3)2线运行模式切换回3线运行模式，此时，系统测控装置(8)作为动态无功补偿装置吸收无功功率，将功率因数提升至98％以上；
在峰电时间区段，光伏板组输出功率+储能电池输出功率小于台区变压器供电负载，且台区变压器供电负载功率-(光伏板组输出功率+电池输出功率)连续小于台区变压器降损投切负载率的功率10分钟时，将台区变压器(3)3线运行模式切换为2线运行模式，此时，由三线运行原理公式和二线运行原理公式对比可知铁损可降低一半，系统测控装置(8)将光伏板组输出功率、储能电池输出功率、部分台区变压器输出功率转换为三相交流功率直接为负载供电，同时装置动态吸收无功并可将功率因数提升至98％以上；
储能电池输出功率大于台区变压器电负载(5)，且储能电池剩余能量不低于30％时，将台区变压器一次接线(2)，台区变压器(3)停止运行，系统测控装置(8)作为DC/AC装置将储能电池的能量转换为三相交流功率直接为负载供电，此时台区变压器(3)完全停止运行，已将台区变压器(3)的铁损和铜损降低为0；
当阳光已使光伏板组工作或系统工作在谷电时间范围内时，系统测控装置(8)将为储能电池充电，补充储能电池能量，在峰电时间区段释放能量降低电网负荷。
2.根据权利要求1所述的台区变压器降低铁损系统，其特征在于：还包括台区变压器一次接线(2)和台区变压器二次输出线(4)，所述台区变压器(3)输入端通过台区变压器一次接线(2)连接至一次断路器(6)输出端，台区变压器(3)输出端通过台区变压器二次输出线(4)依次接电流互感器A(11)、空气开关(7)输入端、智能断路器B(10)、智能断路器A(9)输出端、电流互感器B(12)和台区变压器用电负载(5)。
3.根据权利要求1所述的台区变压器降低铁损系统，其特征在于：还包括电流互感器A二次输出线(14)和电流互感器B二次输出线(15)，所述系统测控装置(8)通过电流互感器A二次输出线(14)接电流互感器A(11)输入端，所述系统测控装置(8)通过电流互感器B二次输出线(15)接电流互感器B(12)输入端。
4.根据权利要求1所述的台区变压器降低铁损系统，其特征在于：还包括储能电池和光伏板组，所述储能电池和光伏板组均连接至系统测控装置(8)的电源接口。
5.使用权利要求1至4任一所述的台区变压器降低铁损系统的降低铁损方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、启动并初始化台区变压器降低铁损系统，读取并配置系统参数配置，所述系统参数配置包括变压器容量、降损投退负载率；
S2、系统测控装置(8)通过电流互感器A(11)和电流互感器B(12)分别实时监测台区变压器(3)和台区变压器用电负载(5)的电流变化，且系统测控装置(8)实时监测台区变压器(3)的输出电压变化；
S3、基于变压器容量对台区变压器(3)的负载率进行分析运算，得到铁损计算公式和降低铁损原理公式；
S4、判断台区变压器(3)的负载率是否低于降损投退负载率；是，进入步骤S5；否，则进入步骤S8；
S5、系统测控装置(8)通过系统测控装置输出控制线C(19)控制智能断路器A(9)闭合，输出三相电流为台区变压器用电负载(5)供电；
S6、系统测控装置(8)通过系统测控装置输出控制线B(18)控制智能断路器B(10)断开，使系统测控装置(8)的三相输出独立成为台区变压器用电负载(5)的供电电源；
S7、系统测控装置(8)通过系统测控装置输出控制线A(13)控制台区变压器一次接线(2)断开一相使台区变压器(3)处于二线运行状态，系统进入降低铁损工作模式，并回到步骤S2；
S8、系统测控装置(8)通过系统测控装置输出控制线A(13)控制台区变压器一次接线(2)闭合，恢复台区变压器(3)三线运行；
S9、系统测控装置(8)通过系统测控装置输出控制线B(18)控制智能断路器B(10)闭合，恢复台区变压器(3)对台区变压器用电负载(5)供电；
S10、系统测控装置(8)通过系统测控装置输出控制线C(19)控制智能断路器A(9)断开，停止系统测控装置三相AC输出线(16)输出，系统退出降低铁损工作模式，并回到步骤S2；
在步骤S3中的所述铁损计算公式为：
PFe＝(UAB2+UBC2+UAC2)/RFe (2)
其中，PFe为台区变压器(3)总铁损；UAB、UBC、UAC分别是台区变压器(3)三相绕组的相电压；RFe为台区变压器(3)一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗；
在步骤S3中的所述降低铁损原理公式包括三线运行原理公式和二线运行原理公式，所述三线运行原理公式为：
PFe＝＝3U2/RFe (3)
其中，PFe为台区变压器(3)总铁损；U为台区变压器(3)一次侧配网供电电压；RFe为台区变压器(3)一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗；
所述二线运行原理公式为：
PFe＝((1/2U)2+U2+(1/2U)2)/RFe
PFe＝3/2U2/RFe (4)
其中，PFe为台区变压器(3)总铁损；U为台区变压器(3)一次侧配网供电电压；RFe为台区变压器(3)一次侧三相绕组每相的磁滞损耗等效阻抗。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 301800 No. 5 Tiantong Road, economic development zone, Baodi District, Tianjin Applicant after: Tianjin Haoyuan Huineng Co.,Ltd. Address before: 301800 No. 5 Tiantong Road, economic development zone, Baodi District, Tianjin Applicant before: TIANJIN HAOYUAN HUINENG TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |