CN106229983A - 一种配电变压器节能运行***及方法 - Google Patents

Abstract

一种配电变压器节能运行***及方法，所述***它可以作为配电变压器补偿的基础，消除三相不平衡、谐波及无功等电能质量问题引起的变压器的铜损和贴损以及线路的损耗。所述方法它可以改变以往配电台区单一节能降耗方式，实现对配电台区运行能耗多个影响量的动态、无级综合治理，从而降低配电台区运行能；通过对配电台区运行能耗影响量进行综合治理，从而达到配电台区运行能耗综合节能降耗的目的。

Description

一种配电变压器节能运行***及方法

技术领域

本发明涉及一种配电网节能技术领域，特别是一种配电变压器节能运行***及方法。

背景技术

配电变压器点多面广，其运行能耗成为业界重点关注对象。配电变压器运行能耗不仅受变压器本体效率高低影响，而且受三相不平衡、谐波及无功等电能质量问题的综合影响。有文献表明(申请号201510022743.3)，三相负荷不平衡时，会造成变压器损耗及线路损耗增加；谐波电流流入变压器时，增加了变压器的铜损和铁损；无功功率因素将直接影响变压器和线路的损耗。

中国申请号201510478001.1公开了一种节能变压器。此专利创新之处在于通过变压器本体设计，实现内部变压器油保持流动，使得变压器具有优良散热性能，从而提高变压器本体效率。

中国申请号201410102094.3变压器节能运行装置公开了一种变压器节能运行装置。此专利创新之处在于设计了控制变压器双电源自动转换开关的电子电路，实现只使用一台变压器进行工作的转换，从而达到降低变压器组的整体空载损耗。

综上所述，现有变压器节能降耗的方式集中于提高变压器本体效率或安装单一节能设备、人工调整负荷平衡，例如节能运行装置、无功补偿装置等，以实现变压器组或变压器经济运行或功率因素的提高。

事实上，在配电变压器综合能耗影响因素中，三相不平衡运行特征不会由于人工调整三相负荷而得到根本性治理，且会随着经济社会的发展表现更为严重；而当前的谐波治理、无功补偿灯节能技术并不具备平衡三相负荷的功能。因此，以上做法对配电台区运行能耗只能起到短时、局部、静态的节能降耗的作用，尚不能对配电台区运行能耗影响因素进行综合治理，从而达到配电台区运行节能降耗的目的。

为此，本发明提出一种关于配电变压器节能运行***及方法。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种配电变压器节能运行***，它可以作为配电变压器综合补偿的基础，降低三相不平衡、谐波及无功等多个电能质量问题引起的变压器损耗、线路损耗。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有与配电变压器低压侧连接的采样检测单元、运算单元、控制单元、触发单元和补偿电流发生单元；采样检测单元与运算单元电连接，运算单元与控制单元电连接，控制单元分别与触发单元和补偿电流发生单元电连接，触发单元与补偿电流发生单元电连接。

进一步，所述采样检测单元获取配电变压器低压侧电气参数，包括三相相电压、相电流、功率因素、线电压、线电流、有功功率、无功功率以及电压相位、电流相位等。

进一步，所述运算单元根据采样检测单元传输的数据，计算出配变台区能耗影响量：三相电流不平衡度、谐波、功率因素，根据能耗影响量实际值与目标值的差值，计算出能耗影响量差值对应的电流分量，并将电流分量进行合成得出综合补偿电流，并将结果发送至控制单元。

进一步，所述控制单元根据运算单元的输出结果，向触发单元发出综合补偿信号。

进一步，所述触发单元根控制单元发出的综合补偿指令，以PWM方式触发补偿电流发生单元产生综合补偿电流。

本发明的另一个目的是提供一种配电变压器节能运行***的控制方法，它可以对配电台区运行能耗影响量进行综合治理，达到配电变压器运行能耗综合节能降耗的目的。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：

1)采样检测单元从配电变压器低压侧获取电源电气参数，包括三相相电压、相电流、功率因素、线电压、线电流、有功功率、无功功率以及电压相位、电流相位等；

2)运算单元根据采样检测单元传输的数据，计算出配变台区能耗影响量：三相电流不平衡度、谐波、功率因素等，然后根据能耗影响量实际值与目标值的差值，计算能耗影响量差值对应的谐波电流、无功电流和零序电流分量，并将谐波电流、无功电流和零序电流分量进行合成，得出综合补偿电流；

3)控制单元将步骤2)所计算出的配变台区能耗影响量实际值与相对应的预设值进行对比，当谐波电流、无功电流和零序电流分量均低于预设值时，配电变压器节能***通过配变低压侧进行充电；当谐波电流、无功电流和零序电流分量分别超过相对应的预设值时，控制单元将制定出补偿计划；

4)控制单元根据运算单元的结果，向触发单元输发出综合补偿信号；

5)触发单元根据接收到控制单元发出的控制指令，以PWM方式向补偿电流单元发送控制信号。

进一步，步骤2)中所述的具体计算方法如下：

2-1)无功功率补偿电流分量ΔI_q的计算：

式中，ΔI_q为无功功率补偿电流分量，I_Lp为负载实际有功电流，I_Lq为负载实际无功电流，为I_Lq的相位，为功率因素目标值，为负载实际功率因素；

2-2)谐波补偿电流分量ΔI_H的计算：

${\mathrm{\ΔI}}_H=({\mathrm{THD}}_i-{\mathrm{THD}}_1^{\′})\×I_1$

式中，ΔI_H为谐波补偿电流分量，其相位为I_H的相位，THD_i为实际电流谐波畸变率，THD′_i为电流谐波畸变率目标值，I₁为基波电流，I_H为谐波电流；

2-3)三相不平衡补偿电流分量ΔI_β的计算：

其中负序电流、零序电流通过对称分量法分解获得，具体如下：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_0}\\ \stackrel{\·}{I_1}\\ \stackrel{\·}{I_2}\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& \mathrm{\α}& {\mathrm{\α}}^2\\ 1& {\mathrm{\α}}^2& e^{j\frac{2}{3}\mathrm{\π}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_A}\\ \stackrel{\·}{I_B}\\ \stackrel{\·}{I_C}\end{array}\right]\mathrm{...}\left(1\right)$

式中，系对称分量法中的相位因子,分别为三相电流的零序、正序和负序分量，分别为三相四线制***低压侧三相电流；

由于将分别替代代入式(1)中计算，得出新的零序电流为零，新的正序电流新的负序电流

A相电流负序电流不平衡度β_A2：

${\mathrm{\β}}_{A2}=I_{A2}/\left|\stackrel{\·}{I_{A1}}+\stackrel{\·}{I_{A2}}\right|$

三相不平衡补偿电流分量ΔI_β：

${\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{\β}}=({\mathrm{\β}}_{A2}-{\mathrm{\β}}_{A2}^{\′})\×\stackrel{\·}{I_{A2}}$

式中，β_A2为A相电流负序电流不平衡度实际值，β′_A2为A相电流负序电流不平衡度目标值；

A相电流综合补偿电流为ΔI＝-(ΔI_q+ΔI_H+ΔI_β)。

进一步，所获得综合补偿电流以PWM方式向补偿电流单元发送控制信号，并由补偿电流发生单元发出补偿电流。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

改变以往配电台区单一节能降耗方式，实现对配电台区运行能耗多个影响量的动态、无级综合治理，从而降低配电台区运行能；通过对配电台区运行能耗影响量进行综合治理，从而达到配电台区运行能耗综合节能降耗的目的。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的系工作原理框图；

图2为本发明所述方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了如图1和图2所示的一种配电变压器节能运行***，包括有与配电变压器低压侧连接的采样检测单元、运算单元、控制单元、触发单元和补偿电流发生单元；采样检测单元与运算单元电连接，运算单元与控制单元电连接，控制单元分别与触发单元和补偿电流发生单元电连接，触发单元与补偿电流发生单元电连接。

进一步，所述采样检测单元获取配电变压器低压侧电气参数，包括三相相电压、相电流、功率因素、线电压、线电流、有功功率、无功功率以及电压相位、电流相位等。

进一步，所述运算单元根据采样检测单元传输的数据，计算出配变台区能耗影响量：三相电流不平衡度、谐波、功率因素，根据能耗影响量实际值与目标值的差值，计算出能耗影响量差值对应的电流分量，并将电流分量进行合成得出综合补偿电流，并将结果发送至控制单元。

进一步，所述控制单元根据运算单元的输出结果，向触发单元发出综合补偿信号。

进一步，所述触发单元根控制单元发出的综合补偿指令，以PWM方式触发补偿电流发生单元产生综合补偿电流。

本发明的另一个目的是提供一种配电变压器节能运行***的控制方法，它可以对配电台区运行能耗影响量进行综合治理，达到配电变压器运行能耗综合节能降耗的目的。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：

1)采样检测单元从配电变压器低压侧获取电源电气参数，包括三相相电压、相电流、功率因素、线电压、线电流、有功功率、无功功率以及电压相位、电流相位等；

2)运算单元根据采样检测单元传输的数据，计算出配变台区能耗影响量：三相电流不平衡度、谐波、功率因素等，然后根据能耗影响量实际值与目标值的差值，计算能耗影响量差值对应的谐波电流、无功电流和零序电流分量，并将谐波电流、无功电流和零序电流分量进行合成，得出综合补偿电流；

3)控制单元将步骤2)所计算出的配变台区能耗影响量实际值与相对应的预设值进行对比，当谐波电流、无功电流和零序电流分量均低于预设值时，配电变压器节能***通过配变低压侧进行充电；当谐波电流、无功电流和零序电流分量分别超过相对应的预设值时，控制单元将制定出补偿计划；

4)控制单元根据运算单元的结果，向触发单元输发出综合补偿信号；

5)触发单元根据接收到控制单元发出的控制指令，以PWM方式向补偿电流单元发送控制信号。

进一步，本实施例计算电流A相电流综合补偿电流，步骤2)中所述的具体计算方法如下：

2-1)无功功率补偿电流分量ΔI_q的计算：

式中，ΔI_q为无功功率补偿电流分量，I_Lp为负载实际有功电流，I_Lq为负载实际无功电流，为I_Lq的相位，为功率因素目标值，为负载实际功率因素；

2-2)谐波补偿电流分量ΔI_H的计算：

ΔI_H＝(THD_i-THD′_i)×I₁

式中，ΔI_H为谐波补偿电流分量，其相位为I_H的相位，THD_i为实际电流谐波畸变率，THD′_i为电流谐波畸变率目标值，I₁为基波电流，I_H为谐波电流；

2-3)三相不平衡补偿电流分量ΔI_β的计算：

其中负序电流、零序电流通过对称分量法分解获得，具体如下：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_0}\\ \stackrel{\·}{I_1}\\ \stackrel{\·}{I_2}\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& \mathrm{\α}& {\mathrm{\α}}^2\\ 1& {\mathrm{\α}}^2& e^{j\frac{2}{3}\mathrm{\π}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_A}\\ \stackrel{\·}{I_B}\\ \stackrel{\·}{I_C}\end{array}\right]\mathrm{...}\left(1\right)$

式中，系对称分量法中的相位因子,分别为三相电流的零序、正序和负序分量，分别为三相四线制***低压侧三相电流；

由于将分别替代代入式(1)中计算，得出新的零序电流为零，新的正序电流新的负序电流

A相电流负序电流不平衡度β_A2：

${\mathrm{\β}}_{A2}=I_{A2}/\left|\stackrel{\·}{I_{A1}}+\stackrel{\·}{I_{A2}}\right|$

三相不平衡补偿电流分量ΔI_β：

${\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{\β}}=({\mathrm{\β}}_{A2}-{\mathrm{\β}}_{A2}^{\′})\×\stackrel{\·}{I_{A2}}$

式中，β_A2为A相电流负序电流不平衡度实际值，β′_A2为A相电流负序电流不平衡度目标值；

A相电流综合补偿电流为ΔI＝-(ΔI_q+ΔI_H+ΔI_β)。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种配电台区节能运行***，其特征在于：所述***包括有与配电变压器低压侧连接的采样检测单元、运算单元、控制单元、触发单元和补偿电流发生单元；采样检测单元与运算单元电连接，运算单元与控制单元电连接，控制单元分别与触发单元和补偿电流发生单元电连接，触发单元与补偿电流发生单元电连接。

2.如权利要求1所述的配电台区节能运行***，其特征在于：所述采样检测单元获取配电变压器低压侧电气参数，包括三相相电压、相电流、功率因素、线电压、线电流、有功功率、无功功率以及电压相位、电流相位。

3.如权利要求2所述的配电台区节能运行***，其特征在于：所述运算单元根据采样检测单元传输的数据，计算出配变台区能耗影响量：三相电流不平衡度、谐波、功率因素，根据能耗影响量实际值与目标值的差值，计算出能耗影响量差值对应的电流分量，并将电流分量进行合成得出综合补偿电流，并将结果发送至控制单元。

4.如权利要求3所述的配电台区节能运行***，其特征在于：所述控制单元根据运算单元的输出结果，向触发单元发出综合补偿信号。

5.如权利要求4所述的配电台区节能运行***，其特征在于：所述触发单元根控制单元发出的综合补偿指令，以PWM方式触发补偿电流发生单元产生综合补偿电流。

6.利用权利要求1至5任意一项所述***进行配电变压器节能运行的方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)采样检测单元从配电变压器低压侧获取电源电气参数，包括三相相电压、相电流、功率因素、线电压、线电流、有功功率、无功功率以及电压相位、电流相位；

2)运算单元根据采样检测单元传输的数据，计算出配变台区能耗影响量：三相电流不平衡度、谐波、功率因素，然后根据能耗影响量实际值与目标值的差值，计算能耗影响量差值对应的谐波电流、无功电流和零序电流分量，并将谐波电流、无功电流和零序电流分量进行合成，得出综合补偿电流；

3)控制单元将步骤2)所计算出的配变台区能耗影响量实际值与相对应的预设值进行对比，当谐波电流、无功电流和零序电流分量均低于预设值时，配电变压器节能***通过配变低压侧进行充电；当谐波电流、无功电流和零序电流分量分别超过相对应的预设值时，控制单元将制定出补偿计划；

4)控制单元根据运算单元的结果，向触发单元输发出综合补偿信号；

5)触发单元根据接收到控制单元发出的控制指令，以PWM方式向补偿电流单元发送控制信号。

7.如权利要求6所述的配电变压器节能运行方法，其特征在于，步骤2)中所述的具体计算方法如下：

2-1)无功功率补偿电流分量ΔI_q的计算：

式中，ΔI_q为无功功率补偿电流分量，I_Lp为负载实际有功电流，I_Lq为负载实际无功电流，为I_Lq的相位，为功率因素目标值，为负载实际功率因素；

2-2)谐波补偿电流分量ΔI_H的计算：

ΔI_H＝(THD_i-THD′_i)×I₁

式中，ΔI_H为谐波补偿电流分量，其相位为I_H的相位，THD_i为实际电流谐波畸变率，THD′_i为电流谐波畸变率目标值，I₁为基波电流，I_H为谐波电流；

2-3)三相不平衡补偿电流分量ΔI_β的计算：

其中负序电流、零序电流通过对称分量法分解获得，具体如下：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_0}\\ \stackrel{\·}{I_1}\\ \stackrel{\·}{I_2}\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& \mathrm{\α}& {\mathrm{\α}}^2\\ 1& {\mathrm{\α}}^2& e^{j\frac{2}{3}\mathrm{\π}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_A}\\ \stackrel{\·}{I_B}\\ \stackrel{\·}{I_C}\end{array}\right]......\left(1\right)$

式中，系对称分量法中的相位因子,分别为三相电流的零序、正序和负序分量，分别为三相四线制***低压侧三相电流；

由于将分别替代代入式(1)中计算，得出新的零序电流为零，新的正序电流新的负序电流

A相电流负序电流不平衡度β_A2：

${\mathrm{\β}}_{A2}=I_{A2}/|\stackrel{\·}{I_{A1}}+\stackrel{\·}{I_{A2}}|$

三相不平衡补偿电流分量ΔI_β：

${\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{\β}}=({\mathrm{\β}}_{A2}-{\mathrm{\β}}_{A2}^{\′})\×\stackrel{\·}{I_{A2}}$

式中，β_A2为A相电流负序电流不平衡度实际值，β′_A2为A相电流负序电流不平衡度目标值；

A相电流综合补偿电流为ΔI＝-(ΔI_q+ΔI_H+ΔI_β)。

8.如权利要求7所述的配电变压器节能运行方法，其特征在于：所获得综合补偿电流以PWM方式向补偿电流单元发送控制信号，并由补偿电流发生单元发出补偿电流。