CN106997804A - 三绕组柔性有载调压变压器、低压配电网***及控制方法 - Google Patents

三绕组柔性有载调压变压器、低压配电网***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了三绕组柔性有载调压变压器、低压配电网***及控制方法，一种三绕组柔性有载调压变压器，包括一次绕组第一绕组、二次绕组第二绕组及二次绕组第三绕组，其中所述第二绕组的容量大于所述第三绕组；所述第三绕组依次连接交流‑直流‑交流变换器和耦合变压器。能够快速抑制有源配电网多频率尺度电压波动。输出电压可以连续调节，具有无差调节特性。不存在机械动作结构，运行可靠。

Description

三绕组柔性有载调压变压器、低压配电网***及控制方法
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种三绕组柔性有载调压变压器、低压配电网***及控制方法。
背景技术
近年来，随着电力电子用电装置的接入、分布式可再生能源的电源的推广，配电网电能质量面临诸多挑战。配电网中可再生发电装置的接入使得配电网由无源网络变成有源网络，配电网中的电力潮流由单相流动变成了双向流动。在无源配电网中，线路末端的电压往往低于线路始端电压，而在有源配电网中，线路始端、末端电压间关系由可再生能源发电功率和用电功率共同决定，因此可再生能源间歇性出力特性使得配电网电压幅值出现间歇性变化，可再生能源出力较大时，配电网电压幅值较高，反之较低，严重威胁配电网中用电设备安全。
有载调压变压器能够通过改变变压器一次侧分接头来改变二次侧的输出电压幅值，但这种方法会增加一次侧的无功需求，且调节精度、调节速度有限，不适用于具有多频率尺度功率变化特性的有源配电网。动态电压恢复器(DVR)具有短时间内补偿电压波动的能力，但由于DVR在工作时既需要输出无功又需要输出有功，因此DVR需要配备一定容量的储能装置，增加了***的运行成本和维护成本。因此，为快速调节有源配电网电压波动，急需一种低成本、高可靠性的解决方案。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种三绕组柔性有载调压变压器、低压配电网***及控制方法，有载调压部分主要由半导体器件组成，不存在机械动作结构，响应速度快，运行稳定。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种三绕组柔性有载调压变压器，包括一次绕组第一绕组、二次绕组第二绕组及二次绕组第三绕组，其中所述第二绕组的容量大于所述第三绕组；所述第三绕组依次连接交流-直流-交流变换器和耦合变压器。
所述第一绕组采用Y型接线，第二绕组采用Y型接线，第三绕组采用三角型接线。
三个绕组的输出电压比为35/10/0.38kv，容量比为100/100/15。
所述交流-直流-交流变换器包括依次连接的不控整流器部分、直流电容及逆变器部分；不控整流用来将第三绕组输出的交流电变为直流电；直流电容用来储存直流电能、平抑直流电压波动；逆变器部分将直流电逆变为交流电。
所述耦合变压器一次侧分别串联接入A、B、C相，二次侧一端分别与交流-直流-交流变换器相连，二次侧的另一端相连形成Y型接线。
所述耦合变压器一、二次侧变比为4：1。
还包括电压检测单元，所述电压检测单元分别检测第二绕组的输出相电压和交流-直流-交流变换器的输出相电压，并发送给控制器，所述控制器控制交流-直流-交流变换器中的开关器件的开关。
采用所述一种三绕组柔性有载调压变压器的低压配电网***，所述第一绕组连接输电网，第二绕组连接配电网，第三绕组经交流-直流-交流变换器、耦合变压器串联到配电网中；
当配电网中电压幅值较低时，通过升高交流-直流-交流变换器的输出电压使配电网电压幅值达到额定值；当配电网中电压幅值较高时，通过降低交流-直流-交流变换器的输出电压使配电网电压幅值达到额定值。
所述低压配电网***的控制方法，包括以下步骤：
步骤(1)第一绕组与输电网相连，第二绕组和第三绕组输出电压，直流电容充电；
步骤(2)经过设定时间后，直流电容电压稳定，启动控制器和电压检测单元；
步骤(3)控制器接收到电压检测信号并对第二绕组的输出相电压锁相，计算A相相位角瞬时值φ；计算总参考电压；计算交流-直流-交流变换器参考电压；
步骤(4)交流-直流-交流变换器参考电压与交流-直流-交流变换器的输出的实际相电压比较并送入调节器中计算；生成脉宽调制波PWM信号，对交流-直流-交流变换器中的开关器件进行控制。
所述步骤(4)中的调节器为PI调节器。
本发明的有益效果：
1，快速抑制有源配电网多频率尺度电压波动。
2，输出电压可以连续调节，具有无差调节特性。
3，不存在机械动作结构，运行可靠。
附图说明
图1为本发明的低压配电网***；
图2为本发明的控制方法；
图3为本发明的控制方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
采用一种三绕组柔性有载调压变压器的低压配电网***，包括三绕组变压器、交流-直流-交流变换器、耦合变压器、电压检测单元、控制器，整体结构示意图如图1所示。
三绕组变压器包括第一绕组、第二绕组、第三绕组，第一绕组采用Y型接线，第二绕组采用Y型接线，第三绕组采用三角型接线。考虑有载调压范围为15％，三绕组输出电压比为35/10/0.38kv，容量比为100/100/15。
三绕组变压器的一次绕组(第一绕组)与输电网相连，容量大的二次侧线圈(第二绕组)与配电网相连，容量小的二次侧线圈(第三绕组)经交流-直流-交流变换器、耦合变压器串联到配电网中。
所述交流-直流-交流变换器部分包括不控整流器部分、直流电容、逆变器部分。不控整流用来将第三绕组输出的交流电变为直流电并输出到电容，包括输入滤波电感LD1、LD2、LD3二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，不控整流无需外加控制，其工作原理为公知常识。直流电容为CS1，用来储存直流电能、平抑直流电压波动。逆变器部分包括可控开关器件S1、S2、S3、S4、S5、S6，输出滤波电感LS1、LS2、LS3，输出滤波电容CS1、CS2、CS3，其中开关器件S1-S6的开关动作由控制器控制。
所述耦合变压器为TS1、TS2、TS3，一次侧分别串联接入A、B、C相，二次侧一端分别与交流-直流-交流变换器相连，二次侧另一端相连形成Y型接线方式。耦合变压器一、二次侧变比为Ns：1，为了保证有载调压范围为15％，Ns的值为4。
所述电压检测单元分别检测第二绕组的输出相电压u2a、u2b、u2c和交流-直流-交流变换器的输出相电压uca、ucb、ucc，并发送给控制器。具体电压检测单元原理为业内公知常识。
所述控制器为数字信号处理器，其接收电压检测单元发送的电压检测信号，输出端与开关器件S1-S6，并控制S1-S6的开通与关断。数字控制器中的控制算法为适用于低压配电网的三绕组柔性有载调压变压器的控制方法，具体方法将在下文介绍。
采用一种三绕组柔性有载调压变压器的低压配电网***的控制方法主要包括电压锁相方法、总参考电压计算方法、交流-直流-交流变换器参考电压计算方法、PI调节器、PWM生成器，其示意图如图2所示。
电压锁相方法根据电压u2a、u2b、u2c计算出第二绕组的输出电压A相相位角瞬时值φ，其具体计算方法为业内公知常识。
总参考电压生成算法为公式(1)：
其中，ua*，ub*，uc*为总参考电压值，U为额定电压峰值10kV。
交流-直流-交流变换器参考电压计算方法为公式(2)：
其中，uca*，ucb*，ucc*为交流-直流-交流变换器参考电压值。
PI调节器可以将uca*，ucb*，ucc*与uca，ucb，ucc间的差值控制为0，保证交流-直流-交流变换器的输出电压uca，ucb，ucc与uca*，ucb*，ucc*相同，进而保证接入配电网的电压与额定电压相同。
PWM生成器将PI调节器的输出与三角载波比较，并输出用来控制S1-S6的控制信号。其具体原理为公知常识。
采用一种三绕组柔性有载调压变压器的低压配电网***的控制方法，包括以下步骤：
(1)三绕组变压器第一绕组与输电网相连，第二绕组、第三绕组输出电压，电容CS1充电。
(2)经过1s，电容电压稳定，启动控制器、电压检测单元。
(3)控制器接收到电压检测信号并对u2a、u2b、u2c锁相，计算A相相位角瞬时值φ。
(4)计算总参考电压ua*，ub*，uc*。
(5)计算交流-直流-交流变换器参考电压uca*，ucb*，ucc*。
(6)参考电压uca*，ucb*，ucc*与实际电压uca，ucb，ucc比较并送入PI调节器中计算。
(7)生成脉宽调制波PWM信号。
(8)重复步骤(2)到(7)。
步骤如图3流程图所示。
当配电网中电压幅值较低时，通过升高交流-直流-交流变换器的输出电压使配电网电压幅值达到额定值；当配电网中电压幅值较高时，通过降低交流-直流-交流变换器的输出电压使配电网电压幅值达到额定值。该装置能够实时调整配电网电压幅值，能够对一定范围内的电压幅值波动进行无差调节，该装置的有载调压部分主要由半导体器件组成，不存在机械动作结构，响应速度快，运行稳定。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种三绕组柔性有载调压变压器，其特征是，包括一次绕组第一绕组、二次绕组第二绕组及二次绕组第三绕组，其中所述第二绕组的容量大于所述第三绕组；所述第三绕组依次连接交流-直流-交流变换器和耦合变压器。
2.如权利要求1所述一种三绕组柔性有载调压变压器，其特征是，所述第一绕组采用Y型接线，第二绕组采用Y型接线，第三绕组采用三角型接线。
3.如权利要求1所述一种三绕组柔性有载调压变压器，其特征是，三个绕组的输出电压比为35/10/0.38kv，容量比为100/100/15。
4.如权利要求1所述一种三绕组柔性有载调压变压器，其特征是，所述交流-直流-交流变换器包括依次连接的不控整流器部分、直流电容及逆变器部分；不控整流用来将第三绕组输出的交流电变为直流电；直流电容用来储存直流电能、平抑直流电压波动；逆变器部分将直流电逆变为交流电。
5.如权利要求4所述一种三绕组柔性有载调压变压器，其特征是，所述耦合变压器一次侧分别串联接入A、B、C相，二次侧一端分别与交流-直流-交流变换器相连，二次侧的另一端相连形成Y型接线。
6.如权利要求5所述一种三绕组柔性有载调压变压器，其特征是，所述耦合变压器一、二次侧变比为4：1。
7.如权利要求4所述一种三绕组柔性有载调压变压器，其特征是，还包括电压检测单元，所述电压检测单元分别检测第二绕组的输出相电压和交流-直流-交流变换器的输出相电压，并发送给控制器，所述控制器控制交流-直流-交流变换器中的开关器件的开关。
8.采用权利要求7所述一种三绕组柔性有载调压变压器的低压配电网***，其特征是，所述第一绕组连接输电网，第二绕组连接配电网，第三绕组经交流-直流-交流变换器、耦合变压器串联到配电网中；
当配电网中电压幅值较低时，通过升高交流-直流-交流变换器的输出电压使配电网电压幅值达到额定值；当配电网中电压幅值较高时，通过降低交流-直流-交流变换器的输出电压使配电网电压幅值达到额定值。
9.权利要求8所述低压配电网***的控制方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤(1)第一绕组与输电网相连，第二绕组和第三绕组输出电压，直流电容充电；
步骤(2)经过设定时间后，直流电容电压稳定，启动控制器和电压检测单元；
步骤(3)控制器接收到电压检测信号并对第二绕组的输出相电压锁相，计算A相相位角瞬时值φ；计算总参考电压；计算交流-直流-交流变换器参考电压；
步骤(4)交流-直流-交流变换器参考电压与交流-直流-交流变换器的输出的实际相电压比较并送入调节器中计算；生成脉宽调制波PWM信号，对交流-直流-交流变换器中的开关器件进行控制。
10.如权利要求9所述低压配电网***的控制方法，其特征是，所述步骤(4)中的调节器为PI调节器。
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