一种配电网电磁式有载调压系统及方法与流程

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种配电网电磁式有载调压系统及方法。

背景技术：

稳定高质的电能质量一直是人们所追求的目标。现代科技进步和自动化程度的提高，对电力系统供电质量的要求也越来越高。电能质量不稳定将会给客户带来极大的不便；确保电能质量合格，也是用户安全生产和电气设备正常工作的前提。系统如果长期越上限运行，会使电气设备寿命缩减、使用效率降低；长期越下限运行，则无法保证设备正常工作，导致生产过程中出现次品，造成大面积停电等；长期的不正常运行还会造成无功分配不合理，从而使电力系统崩溃，危及人身安全和电力系统的正常供电。因此，需要时时刻刻保证电压质量合格，才能保证电力系统的安全优质供电，使客户能够用上可靠合格的电能。

随着社会经济的发展，人们对能源的需求与日俱增，新能源发电成为当前解决能源问题的重要途径。然而，风电、光伏发电等新能源发电受气象条件与环境影响，其输出功率波动较大，给电网带来较大冲击，对电能质量产生严重影响，若能让负荷跟踪新能源发电功率变化，就能减小对电网的冲击，保证供电的安全可靠性。而通过电压调节进而进行负荷控制是最有效的调节方式，通过一定的设备与控制策略，调节负荷侧电压幅值，以改变负荷功率，跟踪新能源发电出力变化，达到减小对电网冲击。

有载调压变压器作为电压控制的有效手段,在电力系统中已广为应用。但由于传统有载调压变压器的机械式开关存在结构复杂、动作时间较慢(秒级)、切换时产生电弧等诸多缺点极大影响了有载调压变压器在配电网络中的功能发挥。针对配电变压器所存在的问题,多种新型有载调压装置相继研制,目标是使变压器有载调压实现快速且无弧化。而已有的变压器快速、无弧有载调压开关方案在实际应用中还存在许多问题和难点,需要进一步改进和完善。中国电力科学研究院的高飞等发明的晶闸管辅助熄弧的混合有载调压，它是由机械触头动作进行换挡，由旁路晶闸管来熄灭产生的电弧。这种方案跟不带有辅助熄弧旁路的有载调压变压器有共同的缺点：档位之间动作时间较长(秒级)，只能顺序或逆序换挡，档位切换不能跳跃(只能1档到2档再到3档，不能1档直接到3档)。而武汉大学电气工程学院陈允平等发明的全晶闸管无暂态变压器有载调压方案及装置是由控制器和触发电路触发晶闸管选通开关从而达到快速(毫秒级)、可跨档随意调节的效果。但是晶闸管时刻都在主回路中导通，长时间通流会导致晶闸管损坏，主回路将被切断，造成较大危害。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种配电网电磁式有载调压系统及方法，可以实现快速、无弧的调压。

本发明系统的技术方案为一种配电网电磁式有载调压系统，包括控制器、多档位变压器、负载、第一接触器、第二接触器、...、第n接触器、第一限流电阻、第二限流电阻、...、第n限流电阻、第一晶闸管组、第二晶闸管组、...、第2n+1晶闸管组，n＞1、所有触头均为机械触头，动作由机械固定控制；

所述控制器与所述第一接触器的控制端口连接；所述控制器与所述第二接触器的控制端口连接；...；所述控制器与所述第n接触器的控制端口连接；

所述多档位变压器的每个档位si都有相对应的第i接触器，所述第i接触器输入端和所述多档位变压器的档位si抽头相连，输出端连接所述第i限流电阻，所述第i限流电阻连接第i个晶闸管组，所述第i接触器、所述多档位变压器的档位si抽头、所述第i限流电阻、第i个晶闸管组、多档位变压器和所述负载组成辅助回路，i∈[1,n]；

所述第i接触器输入端和所述多档位变压器的档位si抽头，输出端连接机械主触头，和所述负载组成主回路。

所述第i晶闸管组包含反并联的两个晶闸管、两个二极管，两个晶闸管的门极分别依次连接两个二极管的阴极，两个二极管的阳极相连后连接连接第一机械触头以及第二机械触头，且所述的第一机械触头、第二机械触头分别与第i限流电阻并联。

本发明方法的技术方案为一种配电网电磁式有载调压方法，包括下列步骤：

步骤1：所述控制器接收到档位变换信号，由档位si(i∈[1,n])换到档位sj(j∈[1,n]，i≠j)，若i、j奇偶性相同，又j>i时，则将档位si换到档位si+1,当j<i时,则将档位si换到档位si-1,控制相应的第i-1个接触器闭合，开始进行换流；若i、j奇偶性不同，则直接控制相应的接触器jj闭合，开始进行换流；

步骤2：机械开关触头、每个档位连接晶闸管组及相应过渡电阻的基本回路实现换流及熄弧作用。所述第i接触器由所述控制器控制其通断，所述第i接触器的开关触头为机械触头，由机械动作时序自动控制，第i个晶闸管的导通断由机械触头通断引起的电压变化来自动控制。

步骤3：所述控制器将所述多档位变压器的每个档位si相对应的所述第i接触器由闭合打开。

本发明有明显的优点：

开关动作不需要时间控制电路，由伸缩动触头实现触头动作的时序；

晶闸管回路切换完成后退出，不长期载流，可以有效的减少晶闸管的通态损耗，延长晶闸管使用寿命；

晶闸管即使失控，接触器仍可发挥作用，不会损坏分接头和变压器；

分接头开关动作速度快，能跟踪线路负荷电压的变化自动调节。在多台有载调压变压器并联运行时，同步好，不会形成较大的变压器内部环流；

本发明可以避免燃弧的产生，防止燃弧对变压器油的分接触头的烧损，从而提高有载分接开关的维护周期，并提高有载分接开关的可靠性。

附图说明

图1：为配电网电磁式线路电压快速控制器电路原理图；

图2：为配电网电磁式线路电压快速控制器的电压控制方法的流程示意图。

其中，j1、j2为接触器的，r1、r2为过渡电阻，晶闸管组a、晶闸管组b、晶闸管组c为晶闸管组，其中cd和ef支路上，c”d”和e”f”是主触头，其它触头为主通断触头，ab和mn支路上的触头为过渡触头。

具体实施方式

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明的系统框图。一种配电网电磁式有载调压系统，包括控制器、多档位变压器、负载、第一接触器、第二接触器、...、第n接触器、第一限流电阻、第二限流电阻、...、第n限流电阻、第一晶闸管组、第二晶闸管组、...、第2n+1晶闸管组，n＞1、所有触头均为机械触头，动作由机械固定控制；

所述控制器与所述第一接触器的控制端口连接；所述控制器与所述第二接触器的控制端口连接；...；所述控制器与所述第n接触器的控制端口连接；

所述多档位变压器的每个档位si都有相对应的第i接触器，所述第i接触器输入端和所述多档位变压器的档位si抽头相连，输出端连接所述第i限流电阻，所述第i限流电阻连接第i个晶闸管组，所述第i接触器、所述多档位变压器的档位si抽头、所述第i限流电阻、第i个晶闸管组、多档位变压器和所述负载组成辅助回路，i∈[1,n]；

所述第i接触器输入端和所述多档位变压器的档位si抽头，输出端连接机械主触头，和所述负载组成主回路。

所述第i晶闸管组包含反并联的两个晶闸管、两个二极管，两个晶闸管的门极分别依次连接两个二极管的阴极，两个二极管的阳极相连后连接连接第一机械触头以及第二机械触头，且所述的第一机械触头、第二机械触头分别与第i限流电阻并联。

所述控制器选型为西门子s7-200plc；所述多档位变压器选型为sfpz9-1200/0.4；所述负载选型为rxg20-1000w100rj；所述多个接触器的型号均为正泰cjx2-2510；所述每个限流电阻的型号均为rxg20-500w20rj；所述每个晶闸管组选型为mtc55a1600vn＝5。

下面结合图1至图2介绍本发明的具体实施方式，本发明具体实施方式一为：

步骤1：所述控制器接收到档位变换信号，由档位si(i∈[1,n])换到档位sj(j∈[1,n]，i≠j)，若i、j奇偶性相同，又j>i时，则将档位si换到档位si+1,当j<i时,则将档位si换到档位si-1,控制相应的第i-1个接触器闭合，开始进行换流；若i、j奇偶性不同，则直接控制相应的接触器jj闭合，开始进行换流；

步骤2：机械开关触头、每个档位连接晶闸管组及相应过渡电阻的基本回路实现换流及熄弧作用。所述第i接触器由所述控制器控制其通断，所述第i接触器的开关触头为机械触头，由机械动作时序自动控制，第i个晶闸管的导通断由机械触头通断引起的电压变化来自动控制。

步骤3：所述控制器将所述多档位变压器的每个档位si相对应的所述第i接触器由闭合打开；

本发明具体实施方式二，详细说明如下：

s100开始；

s110控制回路接收到档位变换信号；

s120进一步判断原档位si与需调档位sj中i与j的奇偶性，若两者一致则进行s130，若两者不一致则进行s170；

s130判断是否i>j，当i>j时,进行s140，若i<j,则进行s131；

s131控制回路控制档位si+1对应的接触器ji+1闭合；

s140控制回路控制档位si-1对应的接触器ji-1闭合；

s150由过渡电阻r1、r2，晶闸管组a、晶闸管组b、晶闸管组c组成的辅助回路进行熄弧换流工作。结合图2对辅助回路熄弧换流的工作原理做进一步说明。

初始状态c'd'闭合及其左侧主触头c”d”闭合，cd支路通流，随后主触头c”d”打开，ab闭合，经过10～12ms，a'b'闭合，2ms后c'd'打开，打开瞬间产生电弧触发导通中部晶闸管回路，电流由cd回路经晶闸管导通，约10ms(取决于动作相位)，电流过零时晶闸管自然关断，电流由ab支路导通。2ms后，cd打开，约3～5ms后，mn闭合，约6～8ms后，m'n'合上过程中触发导通右侧晶闸管回路，此时形成桥接。约2～3ms后，m'n'完全合上，电流经m'n'导通，晶闸管回路被短接。约4ms后，a'b'打开，打开瞬间产生电弧触发导通左侧晶闸管回路。约8～10ms后，电流过零晶闸管自然熄弧。约2～3ms后，ab打开，ab打开后约3～5ms，ef合上。约10ms后，e'f'在合上过程中触发导通中部晶闸管回路。约2～3ms后，e'f'完全合上，短接晶闸管回路。m'n'打开，约8～12ms后mn打开，随后e'f'右侧主触头e”f”合上，此时完成一次完整的切换过程。

s160将原档位si对应的接触器ji打开，恢复到初始状态；

s170控制回路控制档位sj对应的接触器jj闭合；

s180辅助回路将电流从原档位切换到档位sj，同时进行熄弧工作，工作原理同步骤s150；

s190将原档位si或si+1或si-1对应的接触器ji或ji+1或ji-1打开，恢复到初始状态；

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。