CN207705784U - 一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，增加了变流器电路、控制单元、变压器电路、次开关电路、主开关电路，变流器电路，接收给定交流电压指令产生交流电，用于提供低压的励磁电流对空载高压变压器进行励磁；控制单元，用于输出给定交流电压指令给变流器电路，并控制次开关电路、主开关电路的开闭；变压器电路，用于将变流器电路的低压的励磁电流进行升压，实现流对空载高压变压器励磁，能够很好的满足光伏发电在夜间退出高压变压器，节约能耗并降低电费费用，同时在发电前及时投入高压变压器而不降低可靠性和设备寿命，构思巧妙，实现便捷，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置。
背景技术
随着新能源科技的快速发展，太阳能发电得到广泛应用和快速发展，太阳能并网发电系统，主要方式是通过升压电力变压器（例如箱式变电站）将光伏组件内光伏并网逆变器输出的电能送入电网（中国的电压等级通常是10kV或35kV），当前实际上没有考虑在夜间停止发电时这些电力变压器空载耗能的能源浪费问题。
太阳能并网发电系统能够搜集太阳辐射能，一般利用光生伏特效应通过光伏组件将太阳辐射能转化为直流电能，将直流电能通过光伏并网逆变器转变为交流电能并输入升压电力变压器的低压侧，高压变压器的高压侧通过“T”接集电线路并由其送至开关柜，开关柜接入配电室的高压母线，在发电时电能就这样送进电网。
在停止发电时（通常是夜间），升压电力变压器是处于空载状态下运行，电网电能由高压母线、开关柜、集电线路送入升压电力变压器，这时升压电力变压器作为负载消耗电能。例如，某分布式光伏电站使用5台10kV电压等级分裂式干式变压器（SCFB10-1000/500/500kVA）“T”接集电线路送入配电室的高压母线，每台变压器的空载损耗功率约为1.74kW，夏季停止发电时长短，约为11小时，每台变压器的空载损耗19.14kWh，以大工业用电每度电费0.64元计算，每日支付电费12.25元，全年该种变压器的夜间产生的电费将超过4470元。
在夜间退出变压器可以节约能耗并降低电费费用，但是，变压器在空载合闸时，会出现励磁涌流，实际上不能简单通过变压器的退出和投入实现。变压器的励磁涌流是变压器全电压通电时在其绕组中产生的暂态电流，变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时，其总磁通远远超过铁芯的饱和磁通量, 因此，会产生较大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。
励磁涌流与变压器投入时系统电压的相角、变压器铁芯的剩余磁通和电源系统阻抗等因素有关，最大的励磁涌流出现，在变压器投入时电压经过零点的瞬间（该时磁通为峰值），励磁涌流在某些情况下能造成电波动，如不采取相应措施，可能引起变压器过电流或继电保护误动作，造成断电，影响其他用户使用。另外，高压变压器每天做空载合闸操作产生励磁涌流所带来电压电流冲击、热冲击、电磁作用，会引起变压器内部的机械力及振动，进而缩短其使用寿命。
为了满足光伏发电能够在夜间退出变压器，以便节约能耗并降低电费费用，同时，发电前及时投入该变压器，而且不降低可靠性和设备寿命，是当前需要解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服如何实现光伏发电在夜间退出变压器，节约能耗并降低电费费用的同时，不降低可靠性和设备寿命的问题。本实用新型的用于太阳能发电站内变压器的节能装置，变流器电路能够接收给定交流电压指令产生交流电，用于提供低压的励磁电流对空载高压变压器进行励磁；控制单元，用于输出给定交流电压指令给变流器电路，并控制次开关电路、主开关电路的开闭；变压器电路，用于将变流器电路的低压的励磁电流进行升压，实现流对空载高压变压器励磁，能够很好的满足光伏发电在夜间退出高压变压器，节约能耗并降低电费费用，同时在发电前及时投入高压变压器而不降低可靠性和设备寿命，构思巧妙，实现便捷，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，包括变流器电路、控制单元、变压器电路、次开关电路、主开关电路和高压变压器，
所述高压变压器，用于将太阳能发电站内并网逆变器产生的低压交流电升压为高压交流电，并通过主开关电路传送给光伏并网高压系统，所述光伏并网高压系统，用于将升压后的高压交流电接入电网；
所述变流器电路，接收给定交流电压指令产生交流电，用于提供低压的励磁电流对空载高压变压器进行励磁；
所述控制单元，用于输出给定交流电压指令给变流器电路，并控制次开关电路、主开关电路的开闭；
所述变压器电路，用于将变流器电路的低压的励磁电流进行升压，实现流对空载高压变压器励磁；
所述次开关电路，用于控制变压器电路、高压变压器之间的电气连接；
所述控制单元分别与变流器电路、次开关电路、主开关电路相连接，所述变流器电路依次通过变压器电路、次开关电路与高压变压器相连接，所述高压变压器通过主开关电路与光伏并网高压系统相连接。
前述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，还包括电源电路，所述电源电路的电源输入端外接电网，用于给变流器电路、控制单元、变压器电路、次开关电路、主开关电路提供工作电源。
前述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，所述变流器电路包括大功率IGBT模块、保护电路、驱动控制电路，用于将变压器电路提供的交流电，变换成频率、相位和幅值可控的三相交流电，变流器电路的输出电压与变压器电路的输入端电压一致。
前述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，所述变流器电路为可调电压源，控制单元为微处理为核心的工业计算机。
前述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，所述变压器电路为干式变压器。
前述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，所述次开关电路为10kV或35kV接触器、断路器或电动隔离开关，主开关电路为10kV或35kV电动隔离开关、接触器或者断路器。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的用于太阳能发电站内变压器的节能装置，增加了变流器电路、控制单元、变压器电路、次开关电路、主开关电路，变流器电路，接收给定交流电压指令产生交流电，用于提供低压的励磁电流对空载高压变压器进行励磁；控制单元，用于输出给定交流电压指令给变流器电路，并控制次开关电路、主开关电路的开闭；变压器电路，用于将变流器电路的低压的励磁电流进行升压，实现流对空载高压变压器励磁，能够很好的满足光伏发电在夜间退出高压变压器，节约能耗并降低电费费用，同时在发电前及时投入高压变压器而不降低可靠性和设备寿命，构思巧妙，实现便捷，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的用于太阳能发电站内变压器的节能装置的系统框图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型的用于太阳能发电站内变压器的节能装置，包括变流器电路2、控制单元3、变压器电路4、次开关电路5、主开关电路7和高压变压器8，
所述高压变压器8，用于将太阳能发电站内并网逆变器产生的低压交流电升压为高压交流电，并通过主开关电路7传送给光伏并网高压系统6，所述光伏并网高压系统6，用于将升压后的高压交流电接入电网，高压变压器8可以为一台或者是多台并联；
所述变流器电路2，接收给定交流电压指令产生交流电，用于提供低压的励磁电流对空载高压变压器8进行励磁；
所述控制单元3，用于输出给定交流电压指令给变流器电路2，并控制次开关电路5、主开关电路7的开闭；
所述变压器电路4，用于将变流器电路2的低压的励磁电流进行升压，实现流对空载高压变压器8励磁；
所述次开关电路5，用于控制变压器电路4、高压变压器8之间的电气连接；
所述控制单元3分别与变流器电路2、次开关电路5、主开关电路7相连接，所述变流器电路2依次通过变压器电路4、次开关电路5与高压变压器8相连接，所述高压变压器8通过主开关电路7与光伏并网高压系统6相连接。
优选的，还包括电源电路1，所述电源电路1的电源输入端外接电网，用于给变流器电路2、控制单元3、变压器电路4、次开关电路5、主开关电路7提供工作电源。
优选的，所述变流器电路2包括大功率IGBT模块、保护电路、驱动控制电路，用于将变压器电路4提供的交流电，变换成频率、相位和幅值可控的三相交流电，变流器电路2的输出电压与变压器电路4的输入端电压一致，控制单元3由微处理集成电路实现，采集光伏并网高压系统6和高压变压器8开关侧的电压信号，同时采集主开关、次开关的状态信号，并根据控制指令，发出调压和调频信号，来逐步调节变流器电路2的输出电压和频率，使高压变压器8开关侧的电压和频率与光伏并网高压系统6的电压和频率一致，具备同期并网的条件，并发出控制信号，使主开关电路7闭合，实现同期并网，变压器电路4由干式变压器组成，输入侧电压与变流器2电压一致，输出侧电压与高压变压器8电压一致，容量满足高压变压器8空载并留有裕量，次开关电路5采用现有的高压负荷开关，电压等级与高压变压器8系统电压一致，主开关电路7采用现有的真空断路器，电压等级与高压变压器8系统电压一致。
优选的，所述变流器电路2为可调电压源，控制单元3为微处理为核心的工业计算机，变压器电路4为干式变压器，次开关电路5为10kV或35kV接触器（或断路器或电动隔离开关），主开关电路7为10kV或35kV电动隔离开关（或接触器或断路器）。
本实用新型的用于太阳能发电站内变压器的节能方法，包括以下步骤，
步骤（A），在白天太阳能发电站正常发电时，通过控制单元3控制次开关电路5闭合，控制主开关电路7维持断开状态，检查用于太阳能发电站内变压器的节能装置状态是否正常，若正常，则转入步骤B；否则，控制模块3进行异常或故障报警；
步骤（B），通过控制单元3监测流经主开关电路7的功率大小和方向，判断是否处于发电运行状态，若处于太阳能发电运行状态，则持续检测，直到检测到不处于发电运行状态；若不处于太阳能发电运行状态，判断太阳是否已经降落，若降落，执行步骤（C）；若不降落，控制单元3进行异常或故障报警，优选的，判断当前太阳是否已经降落，可通过人工观察判断或者感光设备判断；
步骤（C），通过控制单元3断开主开关电路7，切断光伏并网高压系统6与高压变压器8之间的电气连接，并记录此时的时刻为太阳降落时刻，得到下一次太阳升起时刻；
步骤（D），在太阳升起时刻达到时，通过控制单元3采集光伏并网高压系统6与主开关电路7连接处的电压信号作为控制指令发送给变流器电路2，变流器电路2启动并根据控制指令调节其的输出电压从零开始逐步升高，最终使得变压器电路4输出电压的幅度及波形与光伏并网高压系统6与主开关电路7连接处的电压信号保证一致，从而变流器电路2作为可调电源提供励磁电流对空载高压变压器8进行励磁，空载高压变压器电压逐步升高，直至达到额定工作电压水平，此步骤避免了直接在空载变压器施加工作电压而产生的励磁涌流问题，实现高压变压器空载投入的安全可靠长寿命要求；
步骤（E），通过控制单元3控制主开关电路7闭合，变流器电路2停机、次开关电路5断开，光伏并网高压系统6通过主开关电路7与高压变压器8电气导通，高压变压器8由光伏并网高压系统6供电，太阳能发电站产生的低压交流电通过高压变压器8升压为高压交流电，通过主开关电路7发送给光伏并网高压系统6接入电网，重复步骤（A）。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，其特征在于：包括变流器电路（2）、控制单元（3）、变压器电路（4）、次开关电路（5）、主开关电路（7）和高压变压器（8），
所述高压变压器（8），用于将太阳能发电站内并网逆变器产生的低压交流电升压为高压交流电，并通过主开关电路（7）传送给光伏并网高压系统（6），所述光伏并网高压系统（6），用于将升压后的高压交流电接入电网；
所述变流器电路（2），接收给定交流电压指令产生交流电，用于提供低压的励磁电流对空载高压变压器（8）进行励磁；
所述控制单元（3），用于输出给定交流电压指令给变流器电路（2），并控制次开关电路（5）、主开关电路（7）的开闭；
所述变压器电路（4），用于将变流器电路（2）的低压的励磁电流进行升压，实现对与其连接的空载高压变压器（8）励磁；
所述次开关电路（5），用于控制变压器电路（4）、高压变压器（8）之间的电气连接；
所述控制单元（3）分别与变流器电路（2）、次开关电路（5）、主开关电路（7）相连接，所述变流器电路（2）依次通过变压器电路（4）、次开关电路（5）与高压变压器（8）相连接，所述高压变压器（8）通过主开关电路（7）与光伏并网高压系统（6）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，其特征在于：还包括电源电路（1），所述电源电路（1）的电源输入端外接电网，用于给变流器电路（2）、控制单元（3）、变压器电路（4）、次开关电路（5）、主开关电路（7）提供工作电源。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，其特征在于：所述变流器电路（2）包括大功率IGBT模块、保护电路、驱动控制电路，用于将变压器电路（4）提供的交流电，变换成频率、相位和幅值可控的三相交流电，变流器电路（2）的输出电压与变压器电路（4）的输入端电压一致。
4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，其特征在于：所述变流器电路（2）为可调电压源，控制单元（3）为微处理为核心的工业计算机。
5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，其特征在于：所述变压器电路（4）为干式变压器。
6.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置，其特征在于：所述次开关电路（5）为10kV或35kV接触器、断路器或电动隔离开关，主开关电路（7）为10kV或35kV电动隔离开关、接触器或者断路器。
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| CN108075490A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-05-25 | 江苏蓝天光伏科技有限公司 | 一种用于太阳能发电站内变压器的节能装置及方法 |
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