一種勵(lì)磁電抗可調(diào)變壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種勵(lì)磁電抗可調(diào)變壓器，屬于電力電氣設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，由負(fù)荷波動(dòng)帶來的不穩(wěn)定因素日 益加劇，電網(wǎng)的無功需求特別是動(dòng)態(tài)無功需求較以前生了很大變化，需采取多種手段保證 無功動(dòng)態(tài)平衡平衡。為此近年來，利用可控電抗器和固定電容器構(gòu)成的靜止無功補(bǔ)償器 (SVC)在電網(wǎng)中開始廣泛應(yīng)用，其基本原理是通過調(diào)節(jié)可控電抗器等效電抗，實(shí)現(xiàn)感性無功 的連續(xù)調(diào)節(jié)，配合固定電容器后，可實(shí)現(xiàn)感性至容性無功的連續(xù)調(diào)節(jié)。綜上所述，連續(xù)可調(diào) 的感性無功設(shè)備是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。
[0003] 變壓器屬感性設(shè)備，從等效電路看相當(dāng)于在理想變壓器基礎(chǔ)上并聯(lián)了勵(lì)磁電抗。 變壓器的勵(lì)磁電抗以作為電網(wǎng)中的潛在感性無功源，通過勵(lì)磁電抗的可調(diào)技術(shù)取代傳統(tǒng)的 可控電抗。如果變壓器的勵(lì)磁電抗可以取代傳統(tǒng)的可調(diào)電抗器，一方面可以減少系統(tǒng)中安 裝設(shè)備的數(shù)量，在提高可靠性的同時(shí)節(jié)省空間；其次可以極大地減少對(duì)原材料的需求，節(jié)約 資源、節(jié)省成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種勵(lì)磁電抗可調(diào)變壓器，通過該變壓器可實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電抗 可調(diào)，替代電抗器為電網(wǎng)系統(tǒng)提供可調(diào)感性無功源，簡(jiǎn)化電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備組成結(jié)構(gòu)。
[0005] 為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種直流磁飽和調(diào)節(jié)變壓器勵(lì)磁電流方法，以 及基于這種方法的設(shè)計(jì)分裂式勵(lì)磁繞組結(jié)構(gòu)。
[0006] 上述直流磁飽和調(diào)節(jié)變壓器勵(lì)磁電流方法如圖1所示:通過分裂式勵(lì)磁繞組施加 直流電流，提供直流勵(lì)磁磁通Φ d。;原有交流勵(lì)磁磁通Φ s ( ω t)被提高到Φ ( ω t)，由勵(lì)磁曲 線的線性區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)；飽和后的Φ ( ω )對(duì)應(yīng)的交流勵(lì)磁電流驟增，最終通過控制直流電 流實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)變壓器勵(lì)磁電流。
[0007] 上述分裂式勵(lì)磁繞組結(jié)構(gòu)如圖2所示:鐵芯為三柱結(jié)構(gòu)，分別為Ia柱、Ib柱和2柱； Ia柱、Ib柱為變壓器原邊勵(lì)磁鐵芯，2柱為變壓器副邊感應(yīng)鐵芯;三柱長(zhǎng)短相同，Ia柱、Ib柱 面積均為2柱的一半。變壓器兩組原邊繞組AN匝數(shù)相同，分別繞在Ia柱、Ib柱上，并聯(lián)引出； 兩組直流繞組0102匝數(shù)相同，分別繞在Ia柱、Ib柱上，串聯(lián)引出；變壓器副邊繞組an-組，繞 在2柱上。
[0008] 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)區(qū)別于傳統(tǒng)變壓器和電抗器，增加了直流繞組和副邊側(cè)繞組，因而 可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)狀態(tài)功能。電抗器狀態(tài)：磁可控變壓器的二次側(cè)線圈開路，直流電流改變大 小，從而調(diào)節(jié)變壓器勵(lì)磁電流;變壓器狀態(tài):磁可控變壓器的直流電流大小為零，不再改變 鐵芯的飽和程度，僅有原有固定勵(lì)磁電流，變壓器只進(jìn)行變壓和功率傳輸;混成狀態(tài)：同時(shí) 進(jìn)行變壓和功率傳輸，并調(diào)節(jié)勵(lì)磁電抗。
[0009] 本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)電抗器和變壓器功能結(jié)合，簡(jiǎn)化電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備、節(jié)省加工材 料、降低運(yùn)營(yíng)成本，提高經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
【附圖說明】
[0010] 圖1為直流磁飽和調(diào)節(jié)變壓器勵(lì)磁電流原理圖。
[0011] 圖2為變壓器繞組結(jié)構(gòu)圖。
[0012] 圖3為變壓器繞組磁路圖。
[0013]圖4為變壓器等效磁路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 具體實(shí)施方法分以下步驟進(jìn)行：
[0015] 步驟1:計(jì)算變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)
[0016] >首先確定變壓器參數(shù)，原邊電壓Uln，副邊電壓U2n，容量S n、額定磁通密度B。
[0017] >額定電流：
[0018] >鐵芯直徑：嚴(yán)=IlH7,其中D為鐵芯直徑尺寸(mm)義為每柱容量(KVA)，K為 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
[0019] >截面積：
，A1為鐵芯截面積(cm2)
[0020] :>每匝電壓et:當(dāng)額定頻率為50Hz時(shí)：

[0021 ] >原邊線圈匝數(shù)：
[0022] >副邊線圈匝數(shù)：
[0023] 步驟2:磁路分析
[0024] 根據(jù)圖2所示的基本結(jié)構(gòu)，可將結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)化為圖3所示的磁路圖，對(duì)參數(shù)作如下設(shè) 定：Ia柱磁通密度為Bla，由交流磁通密度為B a和直流磁通密度為B+合成；Ib柱磁通密度為 Blb，由交流磁通密度為Bb和直流磁通密度為B-合成；2柱磁通密度為B22，由Ia柱磁通密度為 Bla和Ib柱磁通密度為Blb合成。
[0025] 故對(duì)于1柱有：
[0026] 對(duì)于2柱有：
[0027]由于變壓器原邊電壓不變，對(duì)應(yīng)ClB1JPdBlb不變，所以ClB1JPU 2固定不變。綜上所 述，控制直流電流，改變Bb+和B-時(shí)，副邊電壓U2不變。
[0028]步驟3:磁路計(jì)算
[0029]根據(jù)圖4所示的基本結(jié)構(gòu)，我們引入磁勢(shì)、磁通和磁阻的概念，參數(shù)設(shè)定：Ia柱磁場(chǎng) 強(qiáng)度為Hia，磁通量為Φ ia，磁阻為Ria，Ib柱磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hib，磁通量為Φ ib，磁阻為Rib，2柱磁阻 為R22;原邊輸入電流為I1，匝數(shù)為他，副邊側(cè)輸出電流為I 2，匝數(shù)為N2，直流繞組輸入電流為 Ik，匝數(shù)為Nk; 2柱的截面積為Ab;繞組所在鐵芯柱長(zhǎng)度為Io; Ia柱磁勢(shì)為F1，Ia柱磁勢(shì)為F2，2 柱磁勢(shì)為F3;連接1柱左右兩個(gè)半柱的鐵芯磁阻為辦，連接1，2兩柱的鐵芯磁阻為R2。
[0030] 由于1柱左右兩側(cè)鐵芯柱長(zhǎng)度相同，截面積相同，由公式
，可知Rla
= Rib = Ro
[0031] 又粧的長(zhǎng)度與1棚同，但截面積思柱5?半柱的兩倍，因此有 ① [0032]根據(jù)圖①所示的等效電路圖列寫回路方程如下：
[0033]
②
[0034] 由于1柱左右半柱距離十分近，SPR1所對(duì)應(yīng)的磁路非常短，因此忽略R1，將方程②簡(jiǎn) 化
③
[0035] 解上述方程可得
④
[0036]又由公式 Fm=NIo JPF1 = N1IdNkIk ⑤
[0037] F2 = NiIi-NkIk ⑥
[0040] 上述方程還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。對(duì)于變壓器來說，纏繞繞圈的鐵芯柱的長(zhǎng)度要比僅 用作導(dǎo)通磁場(chǎng)的鐵芯部分要長(zhǎng)得多，因此我們可以進(jìn)一步忽略R 2，將式⑨簡(jiǎn)化：
[0038] F3 = N2I2 ⑦
[0039] 將式⑤⑥⑦代入式④可@ ⑨
⑩
[0041] 通過上面的分析，我們可以看出，心和1?2被忽略意味著整個(gè)磁路上我們只計(jì)算1柱 左右半柱和2柱的的磁阻，那么根據(jù)公式HL= ORm，式⑩可以化成：
[0042]
[0044] Ia柱
[0043] 最后可以得到1柱左右半柱的基本磁路方程：
[0045] Ib柱
[0046]步驟4:勵(lì)磁電流計(jì)算
[0047] 根據(jù)步驟3的公式推導(dǎo)，由MATLAB仿真可得交流勵(lì)磁電流、直流電流與飽和度之間 的關(guān)系。
[0048]
[0049]
[0050] 其中，β為磁飽和度，Ik直流電流，1?交流勵(lì)磁電流，Bs為勵(lì)磁曲線上交流分量，Bd為 勵(lì)磁曲線上直流分量;而f(Bn)和f(B 12)與i3，Bs，Bd的關(guān)系如下：
[0051]
[0052]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種勵(lì)磁電抗可調(diào)變壓器，其特征在于，包括了一種直流磁飽和調(diào)節(jié)變壓器勵(lì)磁電 流方法，以及基于這種方法的設(shè)計(jì)分裂式勵(lì)磁繞組結(jié)構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種直流磁飽和調(diào)節(jié)變壓器勵(lì)磁電流方法，其特征是，通過 分裂式勵(lì)磁繞組施加直流電流，提供直流勵(lì)磁磁通，將交流勵(lì)磁磁通被提高到勵(lì)磁曲線的 飽和區(qū)；飽和后的交流勵(lì)磁磁通對(duì)應(yīng)的交流勵(lì)磁電流驟增，最終通過控制直流電流實(shí)現(xiàn)調(diào) 節(jié)變壓器勵(lì)磁電流。3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的分裂式勵(lì)磁繞組結(jié)構(gòu)，其特征是，鐵芯為三柱結(jié)構(gòu)，分別為 la柱、lb柱和2柱；la柱、lb柱為變壓器原邊勵(lì)磁鐵芯，2柱為變壓器副邊感應(yīng)鐵芯;三柱長(zhǎng)短 相同，la柱、lb柱面積均為2柱的一半;變壓器兩組原邊繞組AN匝數(shù)相同，分別繞在la柱、lb 柱上，并聯(lián)引出；兩組直流繞組0102匝數(shù)相同，分別繞在la柱、lb柱上，串聯(lián)引出；變壓器副 邊繞組an-組，繞在2柱上。4. 根據(jù)權(quán)利要求3中所述的原邊繞組，其特征是，兩組并聯(lián)接入電網(wǎng)，電網(wǎng)電壓為固定 值，所以兩組原邊勵(lì)磁磁通變化量不變，合成后的勵(lì)磁磁通變化量不變，副邊繞組感應(yīng)電壓 不變。5. 根據(jù)權(quán)利要求3中所述的直流繞組，其特征是，兩組直流繞組匝數(shù)相同，由于兩組原 邊勵(lì)磁磁通變化量不變，交流感應(yīng)電壓值相同；兩組直流繞串聯(lián)引出，交流感應(yīng)電壓方向相 反，合成交流電壓為零。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種勵(lì)磁電抗可調(diào)變壓器，屬于電力電氣設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)本發(fā)明實(shí)例及涉及到的直流磁飽和調(diào)節(jié)變壓器勵(lì)磁電流方法和分裂式勵(lì)磁繞組結(jié)構(gòu)，有效地融合變壓器的變壓、功率傳輸和勵(lì)磁電抗可調(diào)功能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了變壓器的勵(lì)磁電抗取代傳統(tǒng)可調(diào)電抗器進(jìn)行電網(wǎng)感性無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)墓δ?，減少系統(tǒng)中設(shè)備的數(shù)量，提高可靠性、節(jié)約資源、節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。
【IPC分類】H01F27/24, H01F29/02, H01F27/30
【公開號(hào)】CN105590729
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510992534
【發(fā)明人】陳寧, 王承民, 韓蓬, 張健, 王朋朋, 劉涌, 王坤, 楊鳳文, 王傳勇, 康文文, 代二剛, 孫寶峰
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 上海博英信息科技有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日