專利名稱：具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，特別涉及一種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)以抑制變壓器的直流偏磁，同時(shí)該裝置也可用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相磁性材料、半硬磁合金的磁特性轉(zhuǎn)換和應(yīng)用在可控電抗器中。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的迅速發(fā)展，使高壓直流輸電技術(shù)日趨完善。在大功率遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜和交流系統(tǒng)間異步連接等方面，直流輸電有許多獨(dú)特的優(yōu)越性。截至1996年低，世界上已投入運(yùn)行的直流工程就有56項(xiàng)，輸電容量達(dá) 54. 166GW。隨著我國(guó)“西電東送，南北互供，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的電力發(fā)展總方針，直流輸電技術(shù)將會(huì)在全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)中起到重要作用。目前直流輸電在我國(guó)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用， 我國(guó)從自行建成的舟山100KV海底電纜直流輸電開始，至今以先后建成三峽至常州500KV 直流輸電工程、天廣500KV直流輸電工程、貴廣500KV直流輸電工程。直流輸電在一定條件下，是具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。然而在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)直流輸電系統(tǒng)采用大地作為回路的運(yùn)行方式時(shí)，巨大的直流電流以大地構(gòu)成回路，從大地中流過(guò)時(shí)會(huì)對(duì)附近的交流系統(tǒng)產(chǎn)生影響。其對(duì)交流系統(tǒng)的影響主要是由接地極附近中性點(diǎn)直接接地的變壓器直流偏磁所引起的。
在高壓直流輸電中，線路一般都采用單極大地回路的方式運(yùn)行，例如天廣輸電網(wǎng)就是采用這種運(yùn)行方式，直流單極大地回路運(yùn)行時(shí)，部分交流變壓器會(huì)受到直流偏磁的影響，會(huì)使得電網(wǎng)部分變壓器振動(dòng)加劇，噪聲增加，勵(lì)磁電流畸變，三廣直流輸電線路投運(yùn)以后類似事件一直出現(xiàn)。在貴廣直流線路中，2004年5月的監(jiān)測(cè)記錄表明，貴廣直流輸電線路單極大地回路運(yùn)行方式下，春城站主變壓器中性點(diǎn)直流電流達(dá)34. 5A，噪聲達(dá)93. 9dB,諧波電壓總畸變率達(dá)2. 1%。三峽龍泉——江蘇政平500kV直流輸電系統(tǒng)自2002年12月調(diào)試和試運(yùn)行以來(lái)，常州武南變電站兩組500KVA主變壓器均出現(xiàn)噪聲大幅度上升(上升20dB)。
此外，除了高壓直流輸電工程可以引起直流偏磁現(xiàn)象外，地磁磁暴同樣也可以引起變壓器的直流偏磁。由文獻(xiàn)可以看出，引發(fā)電力變壓器直流偏磁的還有地磁感應(yīng)電流(GIC)。地磁暴發(fā)生時(shí)，極電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和地球磁場(chǎng)相互作用在地球表面產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)(ESP)，該感應(yīng)電勢(shì)可達(dá)每公里I IOV或更高。該地面電勢(shì)將在長(zhǎng)距離輸電系統(tǒng)， 特別是東西走向的輸電線路中的接地變壓器間誘發(fā)地磁感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流的頻率在O.00Γ0. IHz之間，與交流系統(tǒng)的50Hz工頻相比可近似看作直流。
1989年3月13日，磁暴引起的偏磁電流導(dǎo)致了加拿大魁北克電網(wǎng)的大停電，起因是偏磁電流使變壓器鐵心急劇飽和，諧波大增，導(dǎo)致電網(wǎng)SVC裝置的繼電保護(hù)誤動(dòng)作，大量電容器退出運(yùn)行，系統(tǒng)電壓崩潰，最終失去9500麗負(fù)荷，電網(wǎng)解列近9個(gè)小時(shí)。因此，研究變壓器的直流偏磁現(xiàn)象的抑制方法和措施對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行是事在必行的。
在電網(wǎng)中，很多變壓器都會(huì)受到了直流偏磁電流的影響，受到影響的變壓器有的是在換流器直流接地極附近，有的卻是遠(yuǎn)離直流接地極，還有的卻是在東西走向輸電線路中。但有一點(diǎn)是肯定的，那就是變壓器直流偏磁現(xiàn)象是由流入其中性點(diǎn)的直流電流引起的。 直流電流在兩接地變壓器間產(chǎn)生電位差，電流由一變壓器接地中性點(diǎn)流入，從另一個(gè)變壓器中性點(diǎn)流出。流過(guò)變壓器繞組的直流電流引起變壓器的偏磁造成變壓器鐵心飽和，勵(lì)磁電流畸變，產(chǎn)生大量諧波，無(wú)功損耗增加，甚至還可能引起系統(tǒng)電壓嚴(yán)重降低，系統(tǒng)繼電器誤動(dòng)作等等。所以研究直流偏磁的抑制是勢(shì)在必行的。
目前，對(duì)應(yīng)于大地直流電位引起直流偏磁采取的抑制方法主要有四種中性點(diǎn)串小電阻法、電容隔直法、電位補(bǔ)償法及直流電流反向注入法。
但是，各種方法都存在一定的問(wèn)題。小電阻限流法無(wú)法完全消除中性點(diǎn)直流電流， 有時(shí)候不得不采用較大阻值的電阻，這有可能影響主變壓器中性點(diǎn)絕緣強(qiáng)度；電容隔直法雖然能夠較好地消除中性點(diǎn)直流電流，但影響變壓器的有效接地，對(duì)主變壓器中性點(diǎn)絕緣強(qiáng)度要求較高，應(yīng)對(duì)電網(wǎng)短路故障能力較差；中性點(diǎn)注入反向電流限制法需要另外建補(bǔ)償接地極，補(bǔ)償?shù)貥O的選取極其困難。并且在遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)，補(bǔ)償電流的效率將降低，直流發(fā)生器的功率將倍增,大電流入地也加重了地網(wǎng)負(fù)擔(dān),加速接地網(wǎng)腐蝕,應(yīng)用成本極高；電位補(bǔ)償法耗電量大，裝置較昂貴，補(bǔ)償?shù)貥O的選取也較困難。
因此，本發(fā)明提出的一種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，能夠使具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器的顯著優(yōu)點(diǎn)(從自身設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，在變壓器內(nèi)部建立有效的結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)抑制變壓器直流偏磁，不改變電力變壓器外電路(特別是中性點(diǎn))的連接)得以實(shí)現(xiàn)。將有可能從根本上解決直流偏磁問(wèn)題，并能夠保證變壓器安全運(yùn)行。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)兩相磁性材料的轉(zhuǎn)換，將此功能用于具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器上，目的在于抑制變壓器直流偏磁。
技術(shù)方案本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)施的具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，與具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器相連接，其特征在于所述系統(tǒng)主要由與電網(wǎng)連接的電抗器、PWM可控整流器、 單相逆變器、電容、正向充磁控制接觸器、反向充磁控制接觸器，退磁控制接觸器依次連接構(gòu)成，PWM可控整流器連接單相逆變器，正向充磁控制接觸器及反向充磁控制接觸器連接 PWM可控整流器，退磁控制接觸器連接單相逆變器；PWM可控整流器、單相逆變器、正向充磁控制接觸器、反向充磁控制接觸器、退磁控制接觸器均與CPU相連接；具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器內(nèi)設(shè)有兩相磁性材料、控制繞組和霍爾電流傳感器，兩相磁性材料繞制在控制繞組上并與控制系統(tǒng)相連，霍爾電流傳感器與CPU相連接。
PWM可控整流器是由第一 IGBT與第一續(xù)流二極管構(gòu)成的三相橋式連接組成。
單相逆變器是由第二 IGBT與第二續(xù)流二極管構(gòu)成的單相橋式連接組成。
優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)兩相磁性材料磁特性的轉(zhuǎn)換功能，將此功能用于具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器中可以有效對(duì)直流偏磁進(jìn)行抑制，克服了傳統(tǒng)抑制直流偏磁方法所帶來(lái)的不足，保證了變壓器中性點(diǎn)的可靠接地，提高了電力網(wǎng)及變壓器安全運(yùn)行的可靠性，節(jié)電效果明顯，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)具有重大的實(shí)際意義。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明I、電網(wǎng)，2、電抗器，3、PWM可控整流器，4、IGBT，5、續(xù)流二極管，6、單相逆變器，7、IGBT， 8、續(xù)流二極管，9、電容，10、正向充磁控制接觸器，11、反向充磁控制接觸器，12、退磁控制接觸器，13、CPU, 14、兩相磁性材料，15、控制繞組，16、霍爾電流傳感器，17、具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明本發(fā)明是一種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，如圖I中所示，與具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器17相連接，其特征在于所述系統(tǒng)主要由與電網(wǎng)I連接的電抗器2、PWM可控整流器3、單相逆變器6、電容9、正向充磁控制接觸器10、反向充磁控制接觸器11，退磁控制接觸器12依次連接構(gòu)成，PWM可控整流器3連接單相逆變器6，正向充磁控制接觸器10及反向充磁控制接觸器11連接PWM 可控整流器3，退磁控制接觸器12連接單相逆變器6 ;PWM可控整流器3、單相逆變器6、正向充磁控制接觸器10、反向充磁控制接觸器11、退磁控制接觸器12均與CPU13相連接；具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器17內(nèi)設(shè)有兩相磁性材料14、控制繞組15和霍爾電流傳感器16，兩相磁性材料14繞制在控制繞組15上并與控制系統(tǒng)相連，霍爾電流傳感器16 與CPU13相連接。
PWM可控整流器3是由第一 IGBT 4與第一續(xù)流二極管5構(gòu)成的三相橋式連接組成。
單相逆變器6是由第二 IGBT 7與第二續(xù)流二極管8構(gòu)成的單相橋式連接組成。
該控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)兩相磁性材料14的特性轉(zhuǎn)換，即永磁特性與軟磁特性的轉(zhuǎn)換。兩相磁性材料14開始呈現(xiàn)軟磁特性，當(dāng)兩相磁性材料14需要進(jìn)行磁特性轉(zhuǎn)換時(shí)，由控制系統(tǒng)發(fā)出高頻脈沖信號(hào)，對(duì)兩相磁性材料14進(jìn)行充磁，兩相磁性材料14即可呈現(xiàn)永磁特性；同理，對(duì)兩相磁性材料14進(jìn)行退磁處理時(shí)，兩相磁性材料14又可恢復(fù)到初始狀態(tài)呈現(xiàn)軟磁特性。
具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)用于具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器17時(shí)，當(dāng)具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器17發(fā)生直流偏磁時(shí)， 由于偏磁電流使變壓器鐵心磁通發(fā)生變化，通過(guò)霍爾電流傳感器16對(duì)偏磁電流(磁通)進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)到的信號(hào)送入CPU13，CPU13控制正向充磁控制接觸器10或者反向充磁控制接觸器11吸合，同時(shí)控制PWM可控整流器3產(chǎn)生直流電壓，直流電壓通過(guò)控制繞組15產(chǎn)生補(bǔ)償電流(磁通)，該磁通與偏磁磁通大小相等，方向相反。最后，CPU 13控制正向充磁控制接觸器10或者反向充磁控制接觸器11斷開，同時(shí)控制PWM可控整流器3停止工作，進(jìn)而達(dá)到斷電對(duì)具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器17進(jìn)行直流偏磁的抑制，完成了對(duì)變壓器直流偏磁現(xiàn)象的檢測(cè)和消除。節(jié)能效果顯著；當(dāng)直流偏磁消失時(shí)，通過(guò)霍爾電流傳感器 16對(duì)勵(lì)磁電流的檢測(cè)，將檢測(cè)到的信號(hào)送入CPU 13，CPU 13控制退磁控制接觸器12吸合，并控制單相逆變器6產(chǎn)生交流電壓，交流電壓通過(guò)控制繞組15產(chǎn)生退磁電流(磁通)，進(jìn)而對(duì)兩相磁性材料14進(jìn)行從硬磁特性到軟磁特性的轉(zhuǎn)換。當(dāng)兩相磁性材料14表征為軟磁特性后，CPU 13控制退磁控制接觸器12斷開，單相逆變器6停止工作，完成整個(gè)工作過(guò)程。
本發(fā)明這種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)利用了對(duì)兩相磁性材料磁特性的轉(zhuǎn)換的功能，使變壓器自身具有抑制直流偏磁的能力?？朔藗鹘y(tǒng)的抑制直流偏磁方法所帶來(lái)的不足，保證了變壓器中性點(diǎn)的可靠接地，提高了電力網(wǎng)及變壓器安全運(yùn)行的可靠性，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)具有重大的實(shí)際意義。
權(quán)利要求
1.具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，與具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器(17)相連接，其特征在于所述系統(tǒng)主要由與電網(wǎng)(I)連接的電抗器(2)、PWM可控整流器(3)、單相逆變器(6)、電容(9)、正向充磁控制接觸器(10)、反向充磁控制接觸器(11)，退磁控制接觸器(12)依次連接構(gòu)成，PWM可控整流器(3 )連接單相逆變器(6 )，正向充磁控制接觸器(10 )及反向充磁控制接觸器(11)連接PWM可控整流器(3 )，退磁控制接觸器(12 )連接單相逆變器(6 ) ;PWM可控整流器(3 )、單相逆變器(6 )、正向充磁控制接觸器(10)、反向充磁控制接觸器(11 )、退磁控制接觸器(12)均與CPU (13)相連接；具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器(17)內(nèi)設(shè)有兩相磁性材料(14)、控制繞組(15)和霍爾電流傳感器(16)，兩相磁性材料(14)繞制在控制繞組(15)上并與控制系統(tǒng)相連，霍爾電流傳感器(16)與CPU (13)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，其特征在于PWM可控整流器(3)是由第一 IGBT (4)與第一續(xù)流二極管(5)構(gòu)成的三相橋式連接組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，其特征在于單相逆變器(6)是由第二 IGBT (7)與第二續(xù)流二極管(8)構(gòu)成的單相橋式連接組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器控制系統(tǒng)，包括與電網(wǎng)連接的電抗器、PWM可控整流器、單相逆變器、電容、正向充磁控制接觸器、反向充磁控制接觸器、退磁控制接觸器和CPU，PWM可控整流器、單相逆變器、正向充磁控制接觸器、反向充磁控制接觸器、退磁控制接觸器均與CPU相連接。本系統(tǒng)利用了對(duì)兩相磁性材料磁特性的轉(zhuǎn)換的功能，使變壓器自身具有抑制直流偏磁的能力?？朔藗鹘y(tǒng)的抑制直流偏磁方法所帶來(lái)的不足，保證了變壓器中性點(diǎn)的可靠接地，提高了電力網(wǎng)及變壓器安全運(yùn)行的可靠性，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)具有重大的實(shí)際意義。
文檔編號(hào)H02H7/04GK102983549SQ201210486079
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者白保東, 陳德志, 李寶鵬, 杜寧 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)