一种控制变压器冷却的方法及系统与流程

1.本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种控制变压器冷却的方法及系统。


背景技术：

2.变压器冷却系统由绝缘油、潜油泵、散热器、风扇和控制柜等部件组成，它是变压器内部热量向外传递的主要途径，其工作状态直接关系到变压器的安全可靠运行。变电站的变压器冷却系统通常分为开启和关闭两种运行方式，变压器冷却系统状态的改变将直接影响其散热效率和内部温升，进而影响变压器老化速率和绝缘强度。同时在变压器冷却控制策略方面，目前大部分冷却控制策略仅依据负荷率单一因素，而实际上顶层油温和热点温度受负荷率、环境温度、日照和风速等因素共同影响，单一因素难以表征设备内部温度。在环境温度较低且负荷率稍高于冷却系统设定值的时段，变压器顶层油温和热点温度较低，若此时全开散热器会导致散热能力过剩，冷却系统能耗增加。此外，受铁芯、绕组和绝缘油等材料的热容影响，变压器顶层油温和热点温度变化通常滞后于负荷率与环境温度的变化，当负荷率与环境温度增加时，变压器内部可能出现短时高温情况，需要结合相应的环境需求实现对变压器的冷却控制方法。


技术实现要素：

3.本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题，提供一种控制变压器冷却的方法及系统，综合考虑变压器当前热状态和预估的温升幅度，建立冷却系统控制优化模型，实现冷却系统的精细化管理和经济运行。
4.本发明实施例提供一种控制变压器冷却的方法，所述方法包括：
5.基于预设时间间隔对变压器冷却系统上的数据进行采集，所采集的数据包括：顶层油温、负载电流、环境温度；
6.基于所获取的数据利用变压器过载能力及影响因素分析模型分析当前热点温度以及预估温升幅度；
7.基于所述热点温度以及预估温升幅度进行散热需求分析处理；
8.基于散热需求分析处理产生冷却控制指令；
9.将所述冷却控制指令发送到变压器冷却系统，所述变压器冷却系统基于所述冷却控制指令完成受控过程。
10.所述预设时间间隔以分钟为单位的任一自然数值。
11.所述负载电流的采集采用硬件同步采样法获取，所述顶层油温和所述环境温度通过温度传感器获取。
12.所述基于散热需求分析处理产生冷却控制指令包括：
13.基于温度负反馈比例积分算法产生冷却控制指令。
14.所述基于温度负反馈比例积分算法产生冷却控制指令包括：
15.基于当前热点温度以及预估温升幅度产生温度误差信号；
16.基于温度误差信号通过比例算法单元与比例积分单元进行pi调节算法后输出冷却控制指令。
17.相应的，本发明实施例还提供了一种控制变压器冷却的系统，所述系统包括：
18.采集模块，用于基于预设时间间隔对变压器冷却系统上的数据进行采集，所采集的数据包括：顶层油温、负载电流、环境温度；
19.分析模块，用于基于所获取的数据利用变压器过载能力及影响因素分析模型分析当前热点温度以及预估温升幅度；
20.处理模块，用于基于所述热点温度以及预估温升幅度进行散热需求分析处理；
21.控制模块，用于基于散热需求分析处理产生冷却控制指令；
22.发送模块，用于将所述冷却控制指令发送到变压器冷却系统，所述变压器冷却系统基于所述冷却控制指令完成受控过程。
23.所述预设时间间隔以分钟为单位的任一自然数值。
24.所述负载电流的采集采用硬件同步采样法获取，所述顶层油温和所述环境温度通过温度传感器获取。
25.所述控制模块基于温度负反馈比例积分算法产生冷却控制指令。
26.所述控制模块基于当前热点温度以及预估温升幅度产生温度误差信号；基于温度误差信号通过比例算法单元与比例积分单元进行pi调节算法后输出冷却控制指令。
27.相比于现有技术，本实施例基于变压器热点温度、负荷率和冷却系统之间的内部联系，利用变压器过载能力及影响因素分析模型，研究并量化冷却系统对变压器运行的影响，从而确定变压器在不同工况下冷却系统控制投切方法。在保证变压器安全稳定运行的情况下，综合考虑变压器当前热状态(指变压器顶层油温和热点温度高低)和预估的温升幅度，建立冷却系统控制优化模型，实现冷却系统的精细化管理和经济运行。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
29.图1为本发明实施例中的控制变压器冷却的方法流程图；
30.图2为本发明实施例中的控制变压器冷却的系统原理图；
31.图3是本发明实施例中的基于温度负反馈比例积分算法的原理图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
33.具体的，图1示出了本发明实施例中的控制变压器冷却的方法流程图，包括以下步骤：
34.s101、基于预设时间间隔对变压器冷却系统上的数据进行采集；
35.所采集的数据包括：顶层油温、负载电流、环境温度。
36.所述预设时间间隔以分钟为单位的任一自然数值，比如1分钟、5分钟、10分钟、30分钟等等。
37.所述负载电流的采集采用硬件同步采样法获取，所述顶层油温和所述环境温度通过温度传感器获取。
38.油浸式变压器运行时变压器内有空载损耗p0和负载损耗p
k
。这些损耗转变为热量，热量的一部分用来提高绕组、铁心及结构件的温度，绕组和铁心向变压器油散出热量，使变压器油的温度逐渐升高，再通过油箱和冷却装置对环境空气散热。当各部分的温差达到能使产生的热和散出的热平衡时，达到了稳定状态，各部件温度不再变化。干式变压器绕组和铁心的冷却介质是空气，绕组和铁心的热量直接通过对流和辐射散到空气中去，不再通过中间介质变压器油。
39.本发明实施例中的负载电流采集采用的是硬件同步采样法，即采样点数固定，采样间隔变化。其采用了锁相环跟踪锁定周期信号的频率来实现这一方案，锁相环实现对被测信号频率的实时跟踪，分频器实现对频率的分频，辅以相应的外围电路即可获得与输入信号具有整数倍关系并跟随输入信号频率的变化而变化的信号。为了使锁相环能严格地锁定在输入信号的基波频率上，应消除输入信号中的高次谐波干扰。在输入信号进入过零比较器之前使用低通滤波器，其截至频率设计为60hz，用来消除高次谐波分量的影响。信号经过零比较器后输出方波信号，进入锁相环。
40.本发明实施例中采用温度传感器分别用在测量变压器油顶层温度和环境温度，散热器进口油温和环境温度和散热器出口油温和环境温度。传感器输出的是电压信号，之后需要对电压信号进行放大处理，然后再进行a/d转换。
41.s102、基于所获取的数据利用变压器过载能力及影响因素分析模型分析当前热点温度以及预估温升幅度；
42.s103、基于所述热点温度以及预估温升幅度进行散热需求分析处理；
43.s104、基于散热需求分析处理产生冷却控制指令；
44.本发明实施例基于温度负反馈比例积分算法产生冷却控制指令。具体的，基于当前热点温度以及预估温升幅度产生温度误差信号；基于温度误差信号通过比例算法单元与比例积分单元进行pi调节算法后输出冷却控制指令。
45.图3示出了本发明实施例中的基于温度负反馈比例积分算法的原理图，该冷却系统的控制通过温度控制算法来实现，该温度控制算法为温度负反馈比例(p)积分(i)算法，简称pi调节算法，通过pi调节算法来冷却系统的工作状态。本温度控制算法，该电路包含温度比较单元(84)、比例算法单元kp(85)、积分算法单元ki(86)、冷却系统(81)、温度传感器(84)。该冷却系统的温度控制算法可以通过以下方式实现：首先通过接收阈值温度tg，温度传感器(84)检测的温度tf，将tg与tf通过温度比较单元(84)比较产生温度误差信号δt；δt通过比例算法单元(85)与积分算法单元(86)进行pi调节算法后输出控制指令io；根据指令指令io大小控制冷却系统(81)的电流大小，根据控制指令io的符号(正、负)控制冷却系统(81)的冷却方向，从而实现相应温度控制，这里基于pi算法可较快速与精准地将温度控制于设置温度允许的范围内。
46.s105、将所述冷却控制指令发送到变压器冷却系统，所述变压器冷却系统基于所述冷却控制指令完成受控过程。
47.具体的，图2还示出了本发明实施例中的控制变压器冷却的系统原理图，该系统包括：
48.采集模块，用于基于预设时间间隔对变压器冷却系统上的数据进行采集，所采集的数据包括：顶层油温、负载电流、环境温度；
49.分析模块，用于基于所获取的数据利用变压器过载能力及影响因素分析模型分析当前热点温度以及预估温升幅度；
50.处理模块，用于基于所述热点温度以及预估温升幅度进行散热需求分析处理；
51.控制模块，用于基于散热需求分析处理产生冷却控制指令；
52.发送模块，用于将所述冷却控制指令发送到变压器冷却系统，所述变压器冷却系统基于所述冷却控制指令完成受控过程。
53.所述预设时间间隔以分钟为单位的任一自然数值。
54.所述负载电流的采集采用硬件同步采样法获取，所述顶层油温和所述环境温度通过温度传感器获取。
55.油浸式变压器运行时变压器内有空载损耗p0和负载损耗p
k
。这些损耗转变为热量，热量的一部分用来提高绕组、铁心及结构件的温度，绕组和铁心向变压器油散出热量，使变压器油的温度逐渐升高，再通过油箱和冷却装置对环境空气散热。当各部分的温差达到能使产生的热和散出的热平衡时，达到了稳定状态，各部件温度不再变化。干式变压器绕组和铁心的冷却介质是空气，绕组和铁心的热量直接通过对流和辐射散到空气中去，不再通过中间介质变压器油。
56.本发明实施例中的负载电流采集采用的是硬件同步采样法，即采样点数固定，采样间隔变化。其采用了锁相环跟踪锁定周期信号的频率来实现这一方案，锁相环实现对被测信号频率的实时跟踪，分频器实现对频率的分频，辅以相应的外围电路即可获得与输入信号具有整数倍关系并跟随输入信号频率的变化而变化的信号。为了使锁相环能严格地锁定在输入信号的基波频率上，应消除输入信号中的高次谐波干扰。在输入信号进入过零比较器之前使用低通滤波器，其截至频率设计为60hz，用来消除高次谐波分量的影响。信号经过零比较器后输出方波信号，进入锁相环。
57.本发明实施例中采用温度传感器分别用在测量变压器油顶层温度和环境温度，散热器进口油温和环境温度和散热器出口油温和环境温度。传感器输出的是电压信号，之后需要对电压信号进行放大处理，然后再进行a/d转换。
58.所述控制模块基于温度负反馈比例积分算法产生冷却控制指令。
59.所述控制模块基于当前热点温度以及预估温升幅度产生温度误差信号；基于温度误差信号通过比例算法单元与比例积分单元进行pi调节算法后输出冷却控制指令。
60.图3示出了本发明实施例中的基于温度负反馈比例积分算法的原理图，该冷却系统的控制通过温度控制算法来实现，该温度控制算法为温度负反馈比例(p)积分(i)算法，简称pi调节算法，通过pi调节算法来冷却系统的工作状态。本温度控制算法，该电路包含温度比较单元(84)、比例算法单元kp(85)、积分算法单元ki(86)、冷却系统(81)、温度传感器(84)。该冷却系统的温度控制算法可以通过以下方式实现：首先通过接收阈值温度tg，温度
传感器(84)检测的温度tf，将tg与tf通过温度比较单元(84)比较产生温度误差信号δt；δt通过比例算法单元(85)与积分算法单元(86)进行pi调节算法后输出控制指令io；根据指令指令io大小控制冷却系统(81)的电流大小，根据控制指令io的符号(正、负)控制冷却系统(81)的冷却方向，从而实现相应温度控制，这里基于pi算法可较快速与精准地将温度控制于设置温度允许的范围内。
61.相比于现有技术，本实施例基于变压器热点温度、负荷率和冷却系统之间的内部联系，利用变压器过载能力及影响因素分析模型，研究并量化冷却系统对变压器运行的影响，从而确定变压器在不同工况下冷却系统控制投切方法。在保证变压器安全稳定运行的情况下，综合考虑变压器当前热状态(指变压器顶层油温和热点温度高低)和预估的温升幅度，建立冷却系统控制优化模型，实现冷却系统的精细化管理和经济运行。
62.以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。