一种升压和潮流控制一体化的变压器的制作方法

本发明属于输电线路自动化技术领域，尤其涉及一种升压和潮流控制一体化的变压器。

背景技术：

当前，我国的电网正逐渐向大机组、超高压、远距离输送和跨区域互联的方向深入发展，区域电网的互联使电网规模扩大化，随之而来会造成潮流的分布不均衡。在潮流传输不均衡极其严重的时候，就可能会造成一条输电线接近或超过其输电约束边缘，而另一条输电线路却只达到了它能传输容量的一小部分，这不仅会造成设备的利用不合理，更有可能会影响整个系统的安全运行。在互联的输电线路区域间的功率交换过程中，也需要通过对潮流的控制作用来改善功率交换的能力。因此，在这种大规模的电网运行下，关注和研究的热点与难点之一就是如何灵活控制系统潮流、提高线路传输容量。目前在国内外，系统中应用的潮流调节手段有晶闸管投切串联电容器TCSC、移相变压器PST和统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)。

在我国，应用最为广泛的潮流调节手段就是晶闸管投切串联电容器TCSC，通过在线路中串入一个电容C改变线路中的等效阻抗，从而调节潮流。晶闸管投切串联电容器TCSC最大的缺点就是因为在线路中串入了一个电容，从而存在次同步振荡问题。此外，TCSC装置的占地面积较大。

在国外，应用最为广泛的潮流调节手段是移相变压器PST，主要分为横向移相器、纵向移相器和斜向移相器。横向移相器、纵向移相器只有一个调节变量，对潮流的控制方式不灵活。斜向移相器多采用电力电子控制方式调压，因此该类移相器成本高、可靠性低，不适用高压、特高压电网。

统一潮流控制器UPFC是利用电力电子器件开关在线路中串入一个幅值、相位均连续可调的等效电源，响应速度快，控制灵活。但由于UPFC采用电力电子控制方式，在提高其容量的同时，装置成本会大大提高，可靠性会降低，因而目前还不适宜大规模推广应用。

上述几种典型的潮流调节装置的研究现状，存在调节方式不够灵活或者成本高、可靠性低等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种带有有载调压开关和自耦变压器功能的双绕组变压器，实现输电线路中升压变压器和潮流调节器的功能。采用有载调压开关调节技术，可靠性高，集系统升压变压器、潮流调节装置为一体，成本低，占地面积小。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种升压和潮流控制一体化的变压器，包括双绕组变压器，所述双绕组变压器包括带有可调绕组和自耦变压器的原边绕组，以及带有可调绕组的副边绕组；所述原边可调绕组和副边可调绕组接入输电线路，用作输电线路的升压变压器和潮流调节器。

在所述的升压和潮流控制一体化的变压器中，所述原边绕组的自耦变压器作为所述输电线路的升压变压器，提供输电线路的首端电压。

在所述的升压和潮流控制一体化的变压器中，所述原边可调绕组为有载调压开关连接的原边自耦变压器低压部分的一组抽头，所述副边可调绕组为有载调压开关连接的副边绕组的一组抽头；所述原边可调绕组和副边可调绕组串联接入输电线路，提供所述输电线路的首端补偿电压，作为输电线路的潮流调节器。

在所述的升压和潮流控制一体化的变压器中，通过改变所述原边可调绕组和副边可调绕组的抽头投切位置，调节所述输电线路的首端补偿电压的幅值和相位，实现对所述输电线路有功、无功潮流的调控。

为使本领域技术人员更清楚理解发明内容，对本发明技术方案和效果作进一步说明。上述的升压和潮流控制一体化的变压器，其基本结构为一个双绕组变压器。原边绕组为一个自耦变压器，可实现从低压到高压的升压功能，可作为输电线路的升压变压器，提供线路的首端电压。副边绕组带有一组抽头，通过有载调压开关连接，这一部分绕组作为副边可调绕组。原边绕组的低压部分也带有一组抽头，通过有载调压开关连接，这一部分绕组作为原边可调绕组。变压器原边和副边的可调绕组串联接入输电线路中，组成输电线路首端的补偿电压，调节输电线路的潮流。通过改变变压器原边和副边的可调绕组的抽头投切位置，可独立调节输电线路首端补偿电压的幅值和相位，从而可独立调节输电线路的有功、无功潮流。采用成熟的有载调压开关调节技术，可靠性高。集输电线路升压变压器、潮流调节器为一体，成本低，占地面积小。

本发明的有益效果：本发明的升压和潮流控制一体化的变压器，相当于在输电线路首端串入了一个幅值、相位可调的电压源，其功能近似于统一潮流控制器UPFC，故可独立的调节输电线路的有功、无功潮流。采用有载调压开关调节技术，调节方式灵活，可靠性高。集输电线路升压变压器、潮流调节装置为一体，成本低，占地面积小。

附图说明

图1为本发明一个实施例的升压和潮流控制一体化变压器接入输电线路的拓扑结构图；

图2为本发明一个实施例单相一体化变压器的铁芯结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

下文的公开提供了不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。

实施例

本实施例采用了如下技术方案，一种升压和潮流控制一体化的变压器，包括双绕组变压器，所述双绕组变压器包括带有可调绕组和自耦变压器的原边绕组，以及带有可调绕组的副边绕组；所述原边可调绕组和副边可调绕组接入输电线路，用作输电线路的升压变压器和潮流调节器。

进一步地，所述原边绕组的自耦变压器作为所述输电线路的升压变压器，提供输电线路的首端电压。

进一步地，所述原边可调绕组为有载调压开关连接的原边自耦变压器低压部分的一组抽头，所述副边可调绕组为有载调压开关连接的副边绕组的一组抽头；所述原边可调绕组和副边可调绕组串联接入输电线路，提供所述输电线路的首端补偿电压，作为输电线路的潮流调节器。

更进一步地，通过改变所述原边可调绕组和副边可调绕组的抽头投切位置，调节所述输电线路的首端补偿电压的幅值和相位，实现对所述输电线路有功、无功潮流的调控。

本实施例主要通过一个带有有载调压开关和自耦变压器功能的双绕组变压器，实现输电线路中升压变压器和潮流调节器的功能。其基本结构为一个双绕组变压器，原边绕组为一个自耦变压器，作为系统的升压变压器。副边绕组和原边绕组都带有一组抽头，通过有载调压开关连接，串联组成输电线路首端的补偿电压，作为输电线路的潮流调节器。通过改变变压器原边和副边的可调绕组的抽头投切位置，可独立调节输电线路首端补偿电压的幅值和相位，从而可独立调节输电线路的有功、无功潮流。

具体实施时，如图1所示，虚线框内是本实施例升压和潮流控制一体化的变压器示意图，原边绕组为带有可调抽头的自耦变压器，副边绕组带有可调抽头，通过一定的连接方式，该一体化的变压器接入输电线路，可实现升压变压器、潮流调节器的双重作用。

原边绕组为一个自耦变压器，可实现从低压到高压的升压功能，作为系统的升压变压器，提供输电线路的首端电压。

副边绕组带有一组抽头，通过有载调压开关连接，这一部分绕组作为副边可调绕组。

原边绕组的低压部分也带有一组抽头，通过有载调压开关连接，这一部分绕组作为原边可调绕组。变压器原边和副边的可调绕组串联接入输电线路中，组成输电线路首端的补偿电压，调节输电线路潮流。

通过改变变压器原边和副边的可调绕组的抽头投切位置，可独立调节输电线路首端补偿电压的幅值和相位，从而可独立调节输电线路的有功、无功潮流。

采用有载调压开关调节技术，可靠性高。

以下对图1中各参数进行说明：

为输电线路首端，升压前的三相电压；

为输电线路首端，经本实施例提供的变压器升压后的三相电压；

为输电线路首端，经本实施例提供的变压器串联补偿后的三相电压；

为输电线路末端，降压前的三相电压；

为输电线路末端，降压后的三相电压。

T_s为将串联补偿电压耦合到线路上的隔离变压器；

T为输电线路末端的降压变压器；

X_L为输电线路的等效电抗。

而对于本实施例提出的集升压、潮流控制一体化的变压器各参数作如下说明：由于该变压器的三相结构具有完全的对称性，以A相为例分析。原边绕组有四个静止触头，分别是A₂，A₁，A₀，X，一个通过有载调压开关可调的动触头A_M(±k级调节)；副边绕组有一个静止触头：a₀,一个通过有载调压开关可调的动触头A_m(±k级调节)。

该实施例一体化变压器接线方式如下：

1.原边绕组的静止触头A₂、B₂、C₂分别接入A、B、C三相系统电压

2.原边绕组的静止触头A₁、B₁、C₁分别接入A、B、C三相隔离变压器的T_s原边的首端。

3.原边绕组的静止触头X-Y-Z接地。

4.原边绕组的静止触头A₀、B₀、C₀分别接入系统A、B、C三相串联变压器T_s副边的首端。

5.副边绕组的静止触头a₀、b₀、c₀分别接入系统B、C、A三相串联变压器T_s副边的末端。

6.A相原边绕组的动触头A_M和C相副边绕组动触头C_m相连。

7.B相原边绕组的动触头B_M和A相副边绕组动触头A_m相连。

8.C相原边绕组的动触头C_M和B相副边绕组动触头B_m相连。

通过调节本实施例变压器的动触头A_M、B_M、C_M及A_m、B_m、C_m的位置，即可改变串补在输电线路首端的电压的幅值和相位，从而可以改变输电线路首端电压的幅值和相位，达到调节输电线路有功、无功潮流的目的。

本实施例的变压器三相具有完全的对称性，故以A相铁芯结构为例说明其铁芯结构。如附图2所示，其基本结构即为一个双绕组变压器。

原边绕组有四个静止触头：A₂，A₁，A₀，X，一个通过有载调压开关可调的动触头A_M(±k级调节)；副边绕组有一个静止触头：a₀,一个通过有载调压开关可调的动触头A_m(±k级调节)。

A₂-X接入输电线路低压侧输入电压。

A₁-X输出经过本实施例变压器的自耦变压器部分升压后，提供输电线路首端电压。

变压器的绕组N₂＝N₃。

变压器的调节级数k,绕组N₁和N₂的关系，可根据实际需要进行设计。

本实施例提出的变压器：

(1)其升压原理即为自耦变压器的升压原理。

(2)其潮流调节原理为：

经过该变压器升压及串联补偿后，系统各相的电压表达式如下：

其中，k₁、k₂通过调节有载调压开关的位置，其大小都是正负可调的。因而相当于在输电线路首端串入了一个幅值、相位可调的电压源，其功能近似于统一潮流控制器UPFC，故可独立的调节输电线路的有功、无功潮流。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。