CN116094491A - 一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构及其使用方法，包括串联变压单元、调压单元和并联变压单元，所述并联变压单元与串联变压单元相连接，所述并联变压单元内部设置有本体侧绕组和网侧绕组，其中所述调压单元设置在本体侧绕组内部，所述调压单元采用晶闸管实现档位切换；本发明利用晶闸管具有反压下电流自动关断的特性，并采用晶闸管代替传统机械式移相器中的灭弧机构以实现档位切换，有效的避免了电弧的产生以及移相器将对电网产生扰动或威胁设备安全，提升了频繁调节工况下移相器的安全性，并延长了设备的使用寿命，适合被广泛推广和使用。

Description

一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构及其使用方法

技术领域

本发明涉及移相器调控技术领域，特别涉及一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构及其使用方法。

背景技术

常规机械式调节移相器已在国外投运多台，但由于技术保密难以得到运行数据，并且其应用于输电网中，调压次数较少。在我国常规机械式调压机构已应用于有载变压器和直流换流变压器。

目前，机械式调节移相器采用有载分接开关作为调压机构，但在档位调节过程中机械开关设备频繁调节会引起触头发热，且加上触头滑动过程中散落的导体碎屑可能威胁变压器绝缘油的性能，严重时会造成匝间短路并直接威胁变压器的安全运行；移相器应用的重要场景是配合实现新能源消纳，但由于新能源的波动性，移相器的动作也将是十分频繁的，而在频繁调压工况下，特高压换流变出现了数起变流器切换开关无法灭弧或绝缘油性能下降从而影响换流器安全运行的事件；因此，需要设计一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构及其使用方法。

发明内容

本发明的主要目的是解决目前在档位调节过程中机械开关设备频繁调节会引起触头发热，且加上触头滑动过程中散落的导体碎屑可能威胁变压器绝缘油的性能，严重时会造成匝间短路并直接威胁变压器安全运行的问题；本发明提供了一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构及其使用方法，具有保障频繁调节工况下移相器的设备安全功能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构及其使用方法，包括串联变压单元、调压单元和并联变压单元，所述并联变压单元与串联变压单元相连接，所述并联变压单元内部设置有本体侧绕组和网侧绕组，其中所述调压单元设置在本体侧绕组内部，所述调压单元采用晶闸管实现档位切换。

优选的，所述调压单元包括极性选择模块、档位选择模块和切换模块，所述极性选择模块和档位选择模块均采用机械式的结构，并共同实现档位选择，其中所述极性选择模块用于实现本体侧绕组的极性正负极选择，而所述档位选择模块内部设置有单数档位组和双数档位组，所述切换模块用于将单数档位组或双数组档位组中选定的电压输出至X端，并使得每个时刻只有一个电压输出，且每次档位切换只能在单档和双档位之间进行。

优选的，所述切换模块包括晶闸管组T1和晶闸管组T2，所述晶闸管组T1的一端与单数档位组连接，且所述晶闸管组T1的另一端与绕组输出端口X连接，所述晶闸管组T2的一端与双数档位组连接，且所述晶闸管组T2的另一端与绕组输出端口X连接。

优选的，所述晶闸管组T1包括晶闸管T11和晶闸管T12，所述晶闸管T11与晶闸管T12之间串联，且所述晶闸管T11的两端并联有电阻R1。

优选的，所述晶闸管组T2包括晶闸管T21和晶闸管T22，所述晶闸管T21与晶闸管T22之间串联，且所述晶闸管T21的两端并联有电阻R2。

优选的，所述切换模块正常运行时晶闸管组T1和晶闸管组T2有且只能有一组能导通，且所述切换模块的档位切换通过并联的电阻R1或电阻R2短路进行切换。

一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构的使用方法，若移相器处于1档，极性选择模块的极性选择接正极，而档位选择模块内的单数档位组位于1档位处，这样晶闸管组T1持续触发且晶闸管组T2持续关断，将移相器从1档位切换为0档位和-1档位的具体步骤如下，

步骤（A），将移相器从1档位切换为0档位，其具体步骤如下，

步骤（A1），将档位选择模块内的双数档位组调节至0档位处；

步骤（A2），切换前，晶闸管T11和晶闸管T12导通，晶闸管T21和晶闸管T22关断，此时处于1档位；

步骤（A3），切换中，关断晶闸管T11并开通晶闸管T22，再将晶闸管T12和晶闸管T21保持原状态，此时1档和0档之间通过电阻R1和电阻R2进行换挡；

步骤（A4），切换后，开通晶闸管T21，再关断晶闸管T12，接着将晶闸管T11保持关断，再将晶闸管T22保持开通，此时处于0档位；

步骤（B），将移相器从1档位切换为-1档位，其具体步骤如下，

步骤（B1），将档位选择模块内的双数档位组调节至0档位处；

步骤（B2），关闭晶闸管组T1触发脉冲，电流过0关断，再通过晶闸管组T2触发，此时切换至0档位；

步骤（B3），将极性选择模块由正极切换为负极；

步骤（B4），将档位选择模块内的单数档位组调节至1档位处；

步骤（B5），关闭晶闸管组T2触发脉冲，并在电流过0关断，再通过晶闸管组T1触发，此时切换至-1档位。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明利用晶闸管具有反压下电流自动关断的特性，并采用晶闸管代替传统机械式移相器中的灭弧机构以实现档位切换，有效的避免了电弧的产生以及移相器将对电网产生扰动或威胁设备安全，且对比晶闸管分级调节移相器，该移相器拓扑结构具有占地面积小、造价低、调节精度高的特点，对于仅有单向调节需求的应用场景具有更强的经济性，提升了频繁调节工况下移相器的安全性，并延长了设备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的移相器拓扑结构示意图；

图2为本发明的调压单元结构示意图；

图3为本发明的切换模块结构示意图；

图4为本发明将移相器从1档位切换为0档位的过程图；

图5为现有移相器在换挡过程中的仿真波形图；

图6为本发明的移相器在换挡过程中的仿真波形图。

实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构及其使用方法，包括串联变压单元、调压单元和并联变压单元，所述并联变压单元与串联变压单元相连接，所述并联变压单元内部设置有本体侧绕组和网侧绕组，其中所述调压单元设置在本体侧绕组内部，所述调压单元采用晶闸管实现档位切换，通过调压单元采用晶闸管实现档位切换是利用晶闸管具有反压下电流自动关断的特性。

如图2所示，所述调压单元包括极性选择模块、档位选择模块和切换模块，所述极性选择模块和档位选择模块均采用机械式的结构，并共同实现档位选择，其中所述极性选择模块用于实现本体侧绕组的极性正负极选择，而所述档位选择模块内部设置有单数档位组和双数档位组，所述切换模块用于将单数档位组或双数组档位组中选定的电压输出至X端，并使得每个时刻只有一个电压输出，且每次档位切换只能在单档和双档位之间进行，通过设置有的调压单元能保证每个时刻有且只有一个电压输出，且每次档位切换只能在单、双档位间进行，不能单单或双双切换。

如图2所示，所述切换模块包括晶闸管组T1和晶闸管组T2，所述晶闸管组T1的一端与单数档位组连接，且所述晶闸管组T1的另一端与绕组输出端口X连接，所述晶闸管组T2的一端与双数档位组连接，且所述晶闸管组T2的另一端与绕组输出端口X连接，通过设置有的切换模块能采用晶闸管实现灭弧。

如图3所示，所述晶闸管组T1包括晶闸管T11和晶闸管T12，所述晶闸管T11与晶闸管T12之间串联，且所述晶闸管T11的两端并联有电阻R1；所述晶闸管组T2包括晶闸管T21和晶闸管T22，所述晶闸管T21与晶闸管T22之间串联，且所述晶闸管T21的两端并联有电阻R2，通过设置有的晶闸管组T1和晶闸管组T2能避免移相器对电网产生扰动或威胁设备安全。

如图3所示，所述切换模块正常运行时晶闸管组T1和晶闸管组T2有且只能有一组能导通，且所述切换模块的档位切换通过并联的电阻R1或电阻R2短路进行切换，通过设置有电阻R1和电阻R2能保证在档位切换过程中两档位间不直接短路以及绕组不开路。

一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构的使用方法，若移相器处于1档，极性选择模块的极性选择接正极，而档位选择模块内的单数档位组位于1档位处，这样晶闸管组T1持续触发且晶闸管组T2持续关断，将移相器从1档位切换为0档位和-1档位的具体步骤如下，

如图4所示，步骤（A），将移相器从1档位切换为0档位，其具体步骤如下，

步骤（A1），将档位选择模块内的双数档位组调节至0档位处；

步骤（A2），切换前，晶闸管T11和晶闸管T12导通，晶闸管T21和晶闸管T22关断，此时处于1档位；

步骤（A3），切换中，关断晶闸管T11并开通晶闸管T22，再将晶闸管T12和晶闸管T21保持原状态，此时1档和0档之间通过电阻R1和电阻R2进行换挡；

步骤（A4），切换后，开通晶闸管T21，再关断晶闸管T12，接着将晶闸管T11保持关断，再将晶闸管T22保持开通，此时处于0档位；

步骤（B），将移相器从1档位切换为-1档位，其具体步骤如下，

步骤（B1），将档位选择模块内的双数档位组调节至0档位处；

步骤（B2），关闭晶闸管组T1触发脉冲，电流过0关断，再通过晶闸管组T2触发，此时切换至0档位；

步骤（B3），将极性选择模块由正极切换为负极；

步骤（B4），将档位选择模块内的单数档位组调节至1档位处；

步骤（B5），关闭晶闸管组T2触发脉冲，并在电流过0关断，再通过晶闸管组T1触发，此时切换至-1档位。

为了更好的阐述本发明的使用效果，下面介绍本发明的一个具体实施例；

设移相器并联变压单元阀侧绕组额定电压为35kV，晶闸管组额定工作电压为2kV，对比机械式移相器技术、晶闸管分级调节移相器拓扑以及本发明提出的移相器拓扑特点。现有分级调节晶闸管移相器在档位切换过程中的仿真如图5所示，图中从上到下从左到右分别为线路功率、线路电流、移相器并变阀侧出口电压和电流。可见采用目前的分级调节晶闸管移相器在档位切换过程中可能会出现并变阀侧绕组短暂开路，并造成线路输送功率出现短暂的小幅度波动。

不同移相器拓扑特点如表1所示。

表1不同移相器拓扑特点对比表

如表中所示，常规机械式移相器采用机械机构实现档位调节，调档过程中采用机械机构实现新旧档位间的电流切换，其可靠性受限于机械材料，提升其技术性能具有较大的技术瓶颈。晶闸管分级调节移相器采用晶闸管控制的方式实现档位调节，将并联变压器二次绕组分为匝数为1:3:9的三段，再通过控制晶闸管通断将各端绕组正向投入、反向投入和退出，以实现移相器档位的调节，但分级调节晶闸管移相器在档位切换过程中会出现并变阀侧绕组短暂开路，并造成线路输送功率出现短暂的小幅度波动。

如图6所示，本发明利用晶闸管具有反压下电流自动关断的特性，并采用晶闸管代替传统机械式移相器中的灭弧机构以实现档位切换，有效的避免了电弧的产生以及移相器将对电网产生扰动或威胁设备安全，且对比晶闸管分级调节移相器，该移相器拓扑结构具有占地面积小、造价低、调节精度高的特点，对于仅有单向调节需求的应用场景具有更强的经济性，提升了频繁调节工况下移相器的安全性，并延长了设备的使用寿命。

本发明所使用的电子部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构，包括串联变压单元、调压单元和并联变压单元，其特征在于：所述并联变压单元与串联变压单元相连接，所述并联变压单元内部设置有本体侧绕组和网侧绕组，其中所述调压单元设置在本体侧绕组内部，所述调压单元采用晶闸管实现档位切换。

2.根据权利要求1所述的一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构，其特征在于：所述调压单元包括极性选择模块、档位选择模块和切换模块，所述极性选择模块和档位选择模块均采用机械式的结构，并共同实现档位选择，其中所述极性选择模块用于实现本体侧绕组的极性正负极选择，而所述档位选择模块内部设置有单数档位组和双数档位组，所述切换模块用于将单数档位组或双数组档位组中选定的电压输出至X端，并使得每个时刻只有一个电压输出，且每次档位切换只能在单档和双档位之间进行。

3.根据权利要求2所述的一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构，其特征在于：所述切换模块包括晶闸管组T1和晶闸管组T2，所述晶闸管组T1的一端与单数档位组连接，且所述晶闸管组T1的另一端与绕组输出端口X连接，所述晶闸管组T2的一端与双数档位组连接，且所述晶闸管组T2的另一端与绕组输出端口X连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构，其特征在于：所述晶闸管组T1包括晶闸管T11和晶闸管T12，所述晶闸管T11与晶闸管T12之间串联，且所述晶闸管T11的两端并联有电阻R1。

5.根据权利要求4所述的一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构，其特征在于：所述晶闸管组T2包括晶闸管T21和晶闸管T22，所述晶闸管T21与晶闸管T22之间串联，且所述晶闸管T21的两端并联有电阻R2。

6.根据权利要求5所述的一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构，其特征在于：所述切换模块正常运行时晶闸管组T1和晶闸管组T2有且只能有一组能导通，且所述切换模块的档位切换通过并联的电阻R1或电阻R2短路进行切换。

7.基于权利要求5-6任一项所述的一种基于晶闸管调压的移相器拓扑结构的使用方法，其特征在于：若移相器处于1档，极性选择模块的极性选择接正极，而档位选择模块内的单数档位组位于1档位处，这样晶闸管组T1持续触发且晶闸管组T2持续关断，将移相器从1档位切换为0档位和-1档位的具体步骤如下，

步骤（A），将移相器从1档位切换为0档位，其具体步骤如下，

步骤（A1），将档位选择模块内的双数档位组调节至0档位处；

步骤（A2），切换前，晶闸管T11和晶闸管T12导通，晶闸管T21和晶闸管T22关断，此时处于1档位；

步骤（A3），切换中，关断晶闸管T11并开通晶闸管T22，再将晶闸管T12和晶闸管T21保持原状态，此时1档和0档之间通过电阻R1和电阻R2进行换挡；

步骤（A4），切换后，开通晶闸管T21，再关断晶闸管T12，接着将晶闸管T11保持关断，再将晶闸管T22保持开通，此时处于0档位；

步骤（B），将移相器从1档位切换为-1档位，其具体步骤如下，

步骤（B1），将档位选择模块内的双数档位组调节至0档位处；

步骤（B2），关闭晶闸管组T1触发脉冲，电流过0关断，再通过晶闸管组T2触发，此时切换至0档位；

步骤（B3），将极性选择模块由正极切换为负极；

步骤（B4），将档位选择模块内的单数档位组调节至1档位处；

步骤（B5），关闭晶闸管组T2触发脉冲，并在电流过0关断，再通过晶闸管组T1触发，此时切换至-1档位。

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