大功率高频变压器双层油温监控系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种大功率高频变压器双层油温监测调节系统及方法，其中，调节系统包括：油温采集电路，用于采集油浸式变压器内的油温数据；滤波保护电路，用于接收油温采集电路的数据，经处理后送给控制电路；控制电路，用于接收滤波保护电路的信号，并将其转化为数字量，将该数字量与预设值比如，判断温度是否过高；PWM波输出电路，与控制电路的输出端口连接，当温度高于预设值时，通过其输出预期占空比的PWM波；驱动电路，连接于PWM波输出电路和变压器油温控制主电路中的逆变电路之间；以及供电电源电路。本发明能够使变压器能在安全和保证寿命的情况下进行安全的工作，很好地适应其工作时非线性、多变性及复杂性的特点。
【专利说明】大功率高频变压器双层油温监控系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于调节或控制系统领域，尤其是用于监控大功率高频变压器双层油温的 监控系统。
【背景技术】
[0002] 随着电网容量的不断增大，对电力系统的安全运行和供电可靠性提出了更高的要 求。油浸式变压器作为电力系统中的一种重要设备，在电力工程领域获得了广泛应用。大 功率高频高压变压器近年来得道工程领域的广泛应用，其中变压器的高压硅堆整流桥整个 浸入变压器绝缘油中，因此温升是考核变压器能否正常运行的一个重要指标，因此变压器 出厂之前都要进行必要的温升试验。
[0003] 变压器正常运行时，内部的铁心、绕组与结构件均会产生损耗，由能量守恒可知这 些损耗最终会转变为热能，继而引起变压器各部件发热，特别是大容量、高频率的变压器发 热温升很是严重，特别有一些特定用途的大功率高频变压器工作的环境比较恶劣，往往在 外界温度高于40度以上的环境中工作，遭受高温下阳光直射，内部跟外部的温升散热问题 都很严重。当温度超过绝缘材料所允许的最高工作温度时，就会加速绝缘材料的老化继而 影响变压器的寿命。
[0004] 近年来，由于变压器过热所造成的电网事故在国内外不断发生，这些事故给社会 造成了巨大的经济损失，因此越来越引起人们的密切关注。因此全面地分析变压器内部各 部件的温度分布，准确地测量计算出内部油温的温度以及温升，再通过对在外界高温工作 下的变压器外壳进行有效散热，使其不对内部的油温进行负面影响，通过双层温降保护在 变压器油温过热之前将其油温有效降低并使其在合理的范围内工作，是变压器安全可靠运 行的重要保障。
[0005] 现有风冷自动控制箱内采用数字式温度调节仪为主控制器；温度控制器通过测温 电阻和测温模块，实时采集主变压器上层油的温度；通过开关量发送启动或停止控制命令 到风冷自动控制箱内的主控制器，主控制器控制交流接触器实现风扇电机的启动或停止。 但是考虑到特别是大容量、高频率的变压器发热温升很是严重，仅仅通过对上层的温度检 测之后使用风冷进行调节，而不进行一定的功率控制，这种控制策略在一定情况下调节效 果会不理想，比如绕组内部短路，该策略就只能驱动风扇不停冷却，不能停止变压器工作， 带来安全隐患；
[0006] 再者，一些特定用途的大功率高频变压器工作的环境比较恶劣，往往在外界太阳 直晒温度高于40度以上的环境中工作，遭受高温下阳光直射，内部跟外部的温升散热问题 都很严重，当温度超过绝缘材料所允许的最高工作温度时，就会加速绝缘材料的老化继而 影响变压器的寿命仅仅解决内部散热问题显然不行，需要对外部的高温影响也采用一定的 策略进行控制。
【发明内容】
[0007] 发明目的：提供一种大功率高频变压器双层油温监控系统及方法，以解决现有技 术的至少部分问题。
[0008] 技术方案：一种大功率高频变压器双层油温监测调节系统，它包括：
[0009] -油温采集电路，用于采集油浸式变压器内的油温数据；
[0010] 一滤波保护电路，用于接收油温采集电路的数据，经处理后送给控制电路；
[0011] -控制电路，用于接收滤波保护电路的信号，并将其转化为数字量，将该数字量与 预设值比如，判断温度是否过高；
[0012] 一 PWM波输出电路，与控制电路的输出端口连接，当温度高于预设值时，通过其输 出预期占空比的PWM波；
[0013] 一驱动电路，连接于PWM波输出电路和变压器油温控制主电路中的逆变电路之 间；
[0014] 以及供电电源电路，与控制电路连接。
[0015] 所述控制电路包括模糊控制模块、位置式PID模块、A/D转化电路和D/A转化电路， 所述系统还包括设置于变压器外壳的风机、用于采集风机外壳温度的温度采集电桥电路， 以及差分放大电路；
[0016] 所述模糊控制模块用于实现油温调节模糊控制；变压器的外壳温度由温度采集器 桥电路转化成相应信号，经差分放大电路后输送给A/D转换电路变成数字量，位置式PID模 块将该数字量与预设的外壳温度进行比较，单片机芯片得出油温的过热偏差，判断外壳温 度是否过高；如果高于预设的外壳温度，则输出相应控制信号，驱动电路驱动外壳安装的风 机对外壳进行冷却。
[0017] 所述油温采集电路包括串联分压电路和光耦隔离电路。所述控制电路包括 TMS320F2812 芯片。
[0018] 所述控制电路的控制流程为：
[0019] 油温采集电路得到的电压信号输送至控制电路的A/D转换电路，转换成数字量， 通过与预设的油温数据值进行比较温度过高情况是否发生，控制电路得出温度的偏差及温 度偏差变化率；
[0020] 由得到的油温偏差及油温偏差率根据控制算法算出相应的控制信号并转换成对 应的PWM波占空比，输送给PWM波输出电路，经PWM输出电路输出占空比可变的PWM波给负 载电源的驱动电路。
[0021] 一种大功率高频变压器双层油温监测调节方法，包括如下步骤：
[0022] 步骤1 :通过油温采集电路采集变压器内的油温数据，该油温数据经滤波保护电 路处理后送至控制电路，控制电路将该信号转换成数字信号；
[0023] 通过温度采集器桥电路采集变压器的外壳温度，该外壳温度经差分放大器处理后 送至控制电路，转换成数字信号；
[0024] 步骤2 :所述控制电路将油温数据与预设的油温温度进行比较，判断变压器内部 的温度是否过高；
[0025] 控制电路将外壳温度与预设的外壳温度进行比较，判断变压器外壳的温度是否过 商；
[0026] 步骤3 :如果变压器内部的温度高于预设温度，则通过PWM波输出电路输出相应占 空比的PWM波，降低变压器的输出功率；
[0027] 如果变压器外壳的温度高于预设的温度，则驱动风机降温。
[0028] 所述步骤2进一步为：
[0029] 步骤21 :当没有检测到的油温过高时，输出占空比增大的PWM波至PWM波输出电 路，并输入到驱动电路；
[0030] 步骤22 :当前检测的油温等于设定值时候且没有检测到油温偏差率升高时，则维 持当前PWM波的占空比；
[0031] 步骤23 :当前检测到的油温高于设定值时，则输出占空比减少的PWM波至PWM波 输出电路。
[0032] 所述步骤21进一步为：
[0033] 当检测到的油温处于远离预设温度的第一温度区域时，PWM波的占空比以第一速 度增大，并输至输出电路；
[0034] 当检测到的油温处于靠近预设温度的第二温度区域时，PWM波的占空比以第二速 度增大，并输至输出电路；其中，第二速度低于第一速度。
[0035] 所述步骤23进一步为：
[0036] 当检测到的温度处于靠近预设温度的第三温度区域时，PWM波的占空比以第三速 度减小，并输至输出电路；
[0037] 当检测到的温度处于远离预设温度的第四温度区域时，PWM波的占空比以第四速 度减小，并输至输出电路；其中第三速度小于第四速度。
[0038] 所述步骤2中，控制外壳温度的过程为：
[0039] 比较实际值和测量值，得出偏差，对偏差进行比例项计算，观察积分是否饱和，如 果积分饱和，就对其进行抗积分饱和处理；否则，就直接对其进行变速积分项的计算405， 在计算其积分项，最后计算得出控制量u(k);
[0040]
【权利要求】
1. 一种大功率高频变压器双层油温监测调节系统，其特征是：它包括： 一油温采集电路（1)，用于采集油浸式变压器内的油温数据； 一滤波保护电路（2)，用于接收油温采集电路的数据，经处理后送给控制电路； 一控制电路（3)，用于接收滤波保护电路的信号，并将其转化为数字量，将该数字量与 预设值比如，判断温度是否过高； 一 PWM波输出电路（4)，与控制电路的输出端口连接，当温度高于预设值时，通过其输 出预期占空比的PWM波； 一驱动电路（5)，连接于PWM波输出电路和变压器油温控制主电路中的逆变电路之间； 以及供电电源电路（6)，与控制电路（3)连接。
2. 如权利要求1所述的大功率高频变压器双层油温监测调节系统，其特征是：所述控 制电路包括模糊控制模块（7)、位置式PID模块（8)、A/D转化电路（11)和D/A转化电路 (12)，所述系统还包括设置于变压器外壳的风机、用于采集风机外壳温度的温度采集电桥 电路（9)，以及差分放大电路（10); 所述模糊控制模块（7)用于实现油温调节模糊控制；变压器的外壳温度由温度采集器 桥电路（9)转化成相应信号，经差分放大电路（10)后输送给A/D转换电路（11)变成数字 量，位置式PID模块（8)将该数字量与预设的外壳温度进行比较，单片机芯片得出油温的过 热偏差，判断外壳温度是否过高；如果高于预设的外壳温度，则输出相应控制信号，驱动电 路（13)驱动外壳安装的风机（14)对外壳进行冷却。
3. 根据权利要求2所述的大功率高频变压器双层油温监测调节系统，其特征在于，所 述油温采集电路（1)包括串联分压电路和光耦隔离电路。
4. 根据权利要求1所述的大功率高频变压器双层油温监测调节系统，其特征在于，所 述控制电路包括TMS320F2812芯片。
5. 根据权利要求2所述的大功率高频变压器双层油温监测调节系统，其特征在于：所 述控制电路的控制流程为： 油温采集电路（1)得到的电压信号输送至控制电路（3)的A/D转换电路，转换成数字 量，通过与预设的油温数据值进行比较温度过高情况是否发生，控制电路得出温度的偏差 及温度偏差变化率； 由得到的油温偏差及油温偏差率根据控制算法算出相应的控制信号并转换成对应的 PWM波占空比，输送给PWM波输出电路（4)，经PWM输出电路输出占空比可变的PWM波给负 载电源的驱动电路（5)。
6. -种大功率高频变压器双层油温监测调节方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1 :通过油温采集电路采集变压器内的油温数据，该油温数据经滤波保护电路处 理后送至控制电路，控制电路将该信号转换成数字信号； 通过温度采集器桥电路采集变压器的外壳温度，该外壳温度经差分放大器处理后送至 控制电路，转换成数字信号； 步骤2 :所述控制电路将油温数据与预设的油温温度进行比较，判断变压器内部的温 度是否过高； 控制电路将外壳温度与预设的外壳温度进行比较，判断变压器外壳的温度是否过高； 步骤3:如果变压器内部的温度高于预设温度，则通过PWM波输出电路输出相应占空比 的PWM波，降低变压器的输出功率； 如果变压器外壳的温度高于预设的温度，则驱动风机降温。
7. 如权利要求6所述的大功率高频变压器双层油温监测调节方法，其特征在于，所述 步骤2进一步为： 步骤21 :当没有检测到的油温过高时，输出占空比增大的PWM波至PWM波输出电路，并 输入到驱动电路； 步骤22 :当前检测的油温等于设定值时候且没有检测到油温偏差率升高时，则维持当 前PWM波的占空比； 步骤23 :当前检测到的油温高于设定值时，则输出占空比减少的PWM波至PWM波输出 电路。
8. 如权利要求7所述的大功率高频变压器双层油温监测调节方法，其特征在于，所述 步骤21进一步为： 当检测到的油温处于远离预设温度的第一温度区域时，PWM波的占空比以第一速度增 大，并输至输出电路； 当检测到的油温处于靠近预设温度的第二温度区域时，PWM波的占空比以第二速度增 大，并输至输出电路；其中，第二速度低于第一速度。
9. 如权利要求7所述的大功率高频变压器双层油温监测调节方法，其特征在于，所述 步骤23进一步为： 当检测到的温度处于靠近预设温度的第三温度区域时，PWM波的占空比以第三速度减 小，并输至输出电路； 当检测到的温度处于远离预设温度的第四温度区域时，PWM波的占空比以第四速度减 小，并输至输出电路；其中第三速度小于第四速度。
10. 如权利要求6所述的大功率高频变压器双层油温监测调节方法，其特征在于，所述 步骤2中，控制外壳温度的过程为： 比较实际值和测量值，得出偏差，对偏差进行比例项计算，观察积分是否饱和，如果积 分饱和，就对其进行抗积分饱和处理；否则，就直接对其进行变速积分项的计算405,在计 算其积分项，最后计算得出控制量u(k);
其中，Kp是比例放大系数；&为积分放大系数；KD为微分放大系数；T为采样周期；& = 为采样序号；j = 0、l、?k-l ;e(k)为第k时刻的误差；e(k-l)为第k-1 k-l 时刻的误差；Σ</)为累加器。 7=〇
【文档编号】G05D23/20GK104156017SQ201410410072
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】冯友兵, 王黎明, 窦金生, 赵强, 杨官校, 马建荣, 杨炜, 吴尚, 翟林林 申请人:江苏科技大学