变压器合闸控制系统和无涌流控制方法
【专利摘要】本发明提供一种变压器合闸控制系统和无涌流控制方法，该系统包括：高压断路器、变压器、低压断路器、变流器和控制装置，控制装置包括：检测器、处理器以及收发器；变压器的高压侧通过高压断路器与电网连接，变压器的低压侧通过低压断路器与变流器的交流侧连接；处理器根据网压同步信号，控制收发器向变流器发送逆变指令，控制了变流器交流侧的输出电压的相位，并控制收发器向低压断路器发送闭合指令，根据检测器的检测结果确定变压器的低压侧的电压值达到低压额定电压值时，控制收发器向高压断路器发送闭合指令。本发明提供的变压器合闸控制系统和无涌流控制方法解决了变压器并网时的合闸涌流问题，且易于实现。
【专利说明】
变压器合闸控制系统和无涌流控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及电力技术，尤其涉及一种变压器合闸控制系统和无涌流控制方法。
【背景技术】
[0002]在地铁、城市轨道交通等多种用电情景下，存在白天耗电量大，而夜间耗电少的情况。当夜间无耗电或耗电减少时，大容量能馈变压器变为空载运行，此时应将该变压器退出电网，以减少变压器空载损耗，待白天耗电量增大时，再次合闸将变压器并入电网。
[0003]现有技术在将变压器合闸并入电网时，通常直接将变压器与电网间的高压断路器直接合闸，但是由于电网的电压相位的随机性以及变压器铁心剩磁的存在，变压器接入电网时可能会引发变压器铁芯饱和，进而产生很大的合闸涌流(幅值可达变压器额定电流的6-8倍)。较大的合闸涌流一方面会降低变压器使用寿命，另一方面可能导致高压断路器保护跳闸，即变压器并入电网失败。
[0004]为有效抑制变压器合闸瞬间的励磁涌流冲击导致的合闸涌流，目前通常选择在合适的电网电压初始相位角合闸，即所谓的“选相合闸技术”，但是该方法对高压断路器合闸时间精度提出了极高要求，难以实现。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种变压器合闸控制系统和无涌流控制方法，用以解决现有变压器的选相合闸技术难以实现的问题。
[0006]本发明提供一种变压器合闸控制系统，包括:高压断路器、变压器、低压断路器、变流器和控制装置，所述控制装置包括:检测器、处理器以及收发器；
[0007]所述变压器的高压侧通过所述高压断路器与电网连接，所述变压器的低压侧通过所述低压断路器与所述变流器的交流侧连接；
[0008]所述变流器的直流侧与直流电源连接，所述直流电源用于为所述变流器供电；
[0009]所述收发器分别与所述电网和所述处理器连接，用于接收所述电网发送的网压同步信号，并将所述网压同步信号发送到所述处理器；
[0010]所述检测器分别与所述变流器的交流侧和所述处理器连接，用于检测所述变压器的低压侧的电压值，得到第一电压检测结果，并将所述第一电压检测结果发送给所述处理器;所述收发器还分别与所述变流器、所述低压断路器和所述高压断路器连接，所述处理器用于根据所述网压同步信号，控制所述收发器向所述变流器发送逆变指令，并控制所述收发器向所述低压断路器发送闭合指令，根据所述第一电压检测结果确定所述变压器的低压侧的电压值达到低压额定电压值时，控制所述收发器向所述高压断路器发送闭合指令；
[0011]其中，所述逆变指令用于指示所述变流器工作在逆变状态并指示所述变流器的交流侧的输出电压。
[0012]本发明另一方面提供一种变压器的无涌流控制方法，应用于变压器合闸系统，所述变压器合闸系统包括:高压断路器、变压器、低压断路器、变流器，所述变压器的高压侧通过所述高压断路器与电网连接，所述变压器的低压侧通过所述低压断路器与所述变流器的交流侧连接;所述方法包括:
[0013]接收所述电网发送的网压同步信号，根据所述网压同步信号向所述变流器发送逆变指令；
[0014]向所述低压断路器发送闭合指令；
[0015]检测所述变压器的低压侧的电压值；
[0016]确定所述变压器的低压侧的电压值达到低压额定电压值时，向所述高压断路器发送闭合指令；
[0017]其中，所述逆变指令用于指示所述变流器工作在逆变状态并指示所述变流器的交流侧的输出电压。
[0018]本发明提供的变压器合闸控制系统和无涌流控制方法，由控制装置控制变流器的工作状态和变流器的交流侧的电压相位，以使变流器的交流侧的电压相位与电网的电压相位相同，在相位相同时，由变流器的交流侧为变压器的低压侧供电，使得变压器的低压侧的电压相位与电网电压相位相同，且在闭合高压断路器之前，确保变压器的低压侧的电压值达到低压额定电压值，进而避免了高压断路器闭合时的合闸涌流，本系统和方法对断路器的合闸时刻没有特殊要求，具有广泛的适用性。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明一实施例提供的变压器合闸控制系统的结构示意图；
[0021]图2为本发明另一实施例提供的变压器合闸控制系统的结构示意图；
[0022]图3为本发明再一实施例提供的变压器合闸控制系统的结构示意图；
[0023]图4为本发明又一实施例提供的变压器合闸控制系统的结构示意图；
[0024]图5为本发明一实施例提供的变压器的无涌流控制方法的流程示意图；
[0025]图6为本发明另一实施例提供的变压器的无涌流控制方法的流程框图。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]本发明提供一种变压器合闸控制系统，用于实现变压器并入电网时的无涌流合闸。图1为本发明一实施例提供的变压器合闸控制系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括:
[0028]高压断路器1、变压器2、低压断路器3、变流器4和控制装置5，控制装置5包括:检测器51、处理器52以及收发器53;
[0029]变压器2的高压侧21通过高压断路器I与电网连接，变压器2的低压侧22通过低压断路器3与变流器4的交流侧42连接；
[0030]变流器4的直流侧41与直流电源连接，直流电源用于为变流器4供电；
[0031]收发器53分别与电网和处理器52连接，用于接收电网发送的网压同步信号，并将网压同步信号发送到处理器52;
[0032]检测器51分别与变流器4的交流侧42和处理器52连接，用于检测变压器2的低压侧22的电压值，得到第一电压检测结果，并将第一电压检测结果发送给处理器52;
[0033]收发器53还分别与变流器4、低压断路器3和高压断路器I连接，处理器52用于根据网压同步信号，控制收发器53向变流器4发送逆变指令，并控制收发器53向低压断路器3发送闭合指令，根据第一电压检测结果确定变压器2的低压侧22的电压值达到低压额定电压值时，控制收发器53向高压断路器I发送闭合指令；
[0034]其中，逆变指令用于指示变流器4工作在逆变状态并指示变流器4的交流侧42的输出电压。
[0035]具体的，如图1所示，直流电源与变流器4连接，用于为变流器4提供直流电压，示例性的，直流电源为直流母线，电压可以为750伏或1500伏。变流器4用于工作在逆变状态，将直流电压转化为交流电压。
[0036]变压器2的低压侧22与变流器4的交流侧42通过低压断路器3连接，当低压断路器3合闸后，变流器4的交流侧42为变压器2的低压侧22供电，变压器2的低压侧22的电压相位与变流器4的交流侧42输出的交流电压的相位相同。变压器2的高压侧21通过高压断路器I与电网连接，电网提供交流电压，示例性的，电压可以为1kV或35kV。图1中标示有三个短斜线的线路表示为三相线路。
[0037]当高压断路器I合闸时，变压器2的高压侧21的电压相位与电网的电压相位相同。但是变压器2的高压侧21的电压相位与变压器2的低压侧22的电压相位必须相同，且需确定变压器2的低压侧22的电压值达到低压额定电压值，否则会在高压断路器I合闸时，导致变压器的铁芯内的磁通突变，产生合闸涌流，影响变压器的使用寿命。以上电压值仅为示例性的说明，而并非对本发明的限制。
[0038]为保证变压器2的高压侧21的电压相位与变压器2的低压侧22的电压相位相同，控制器52需控制变流器4的交流侧42的电压相位，直至变流器4的交流侧42的电压相位与电网的电压相位相同，进而使得变压器2的低压侧22的电压相位与变压器2的高压侧21的电压相位、电网的电压相位均相同，为保证变压器2的低压侧22的电压值达到低压额定电压值，控制器52还用于控制变流器4的交流侧42的电压值的幅值缓慢增大，直至变压器2的低压侧22的电压值达到低压额定电压值，从而避免了高压断路器I合闸时的合闸涌流，且由于各处电压相位均相同，高压断路器I可在任意时刻合闸。
[0039]具体的，收发器53接收电网发送的网压同步信号，并将网压同步信号发送到处理器52，该网压同步信号中包含有电网的电压相位;处理器52根据网压同步信号通过收发器53向变流器发送逆变指令，逆变指令用于指示变流器4工作在逆变状态并指示变流器4的交流侧42的输出电压。示例性的，逆变指令指示变流器4的交流侧42的输出电压的相位与电网相位相同，输出电压的幅值缓慢增大直至达到变压器2的低压额定电压值。当处理器52向变流器4发送逆变指令之后，变流器4工作在逆变状态并输出与电网电压相位相同的交流侧42的输出电压;然后，处理器52控制收发器53向低压断路器3发送闭合指令。
[0040]具体的，检测器51与变流器4的交流侧42连接，实时检测变流器4的交流侧42的电压值，即变压器2的低压侧22的电压值，得到第一电压检测结果，并将第一电压检测结果发送给处理器52。当处理器52检测到变流器4的交流侧42的。当处理器52检测到变流器4的交流侧42的电压值达到低压额定电压值。在电压值满足条件后，处理器52控制收发器53向高压断路器I发送闭合指令。
[0041]示例性的，上述变压器合闸控制系统在进行变压器合闸时的操作流程为:
[0042]第一步，处理器52通过收发器53向变流器4发送逆变指令，逆变指令用于指示变流器4工作在逆变状态并指示变流器4的交流侧42的输出电压，保证了变压器2的高压侧21的电压相位与变压器2的低压侧22的电压相位相同；
[0043]第二步，处理器52向低压断路器3发送闭合指令；
[0044]第三步，处理器52检测变压器2的低压侧22的电压值；
[0045]第四步，处理器52确定变压器2的低压侧22的电压值达到低压额定电压值时，向高压断路器I发送闭合指令。
[0046]本发明提供的变压器合闸控制系统，增加控制装置，用于控制变流器的工作状态和变流器的交流侧的电压相位，以使变流器的交流侧的电压相位与电网的电压相位相同，在相位相同时，由变流器的交流侧为变压器的低压侧供电，使得变压器的低压侧的电压相位与电网电压相位相同，且在闭合高压断路器之前，确保变压器的低压侧的电压值达到低压额定电压值，进而避免了高压断路器闭合时的合闸涌流，本系统对断路器的合闸时刻没有特殊要求，具有广泛的适用性。
[0047]下面结合图1所示实施例，对本发明提供的变压器合闸控制系统进行详细说明。下述各实施例均为在图1实施例基础上的改进和详细说明，具有部分与图1所示实施例相同的结构与部件，该些结构与部件连接方式、工作原理均相同，本发明不再赘述，仅对有区别的部分进行详细说明。
[0048]进一步地，在图1所示实施例的基础上，图2为本发明另一实施例提供的变压器合闸控制系统的结构示意图。如图2所示，该变压器合闸控制系统还包括开关组件6。
[0049]收发器53与处理器52连接，收发器53还与开关组件6连接，变流器4通过开关组件6与直流电源连接，处理器52通过收发器53控制开关组件6的闭合与断开。
[0050]具体的，当收发器53接受到变压器并网指令时，处理器52通过收发器53向开关组件6发送闭合指令，开关组件6根据闭合指令闭合，使得直流电源开始为变流器4供电。通过增加开关组件使得变流器可在变压器空闲时退出运行。
[0051]进一步地，在图2所示实施例的基础上，图3为本发明再一实施例提供的变压器合闸控制系统的结构示意图。如图3所示，变流器4的直流侧设置有直流电容7，该直流电容用于维持直流电源提供给变流器4的直流电压稳定，延长变流器的使用寿命。
[0052]进一步地，在图3所示实施例的基础上，图4为本发明又一实施例提供的变压器合闸控制系统的结构示意图。如图4所示，开关组件6包括并联的第一支路和第二支路；
[0053]第一支路上设置有直流断路器61，第二支路上设置有串联的直流预充电接触器62和直流预充电电阻63;
[0054]检测器51还与直流电容7连接，收发器53还分别与直流预充电接触器62和直流断路器61连接；
[0055]处理器52还用于，在获取到收发器53接收到的变压器并网指令后，控制收发器53向直流预充电接触器62发送闭合指令；
[0056]检测器51用于检测直流电容7的电压值，得到第二电压检测结果，并将第二电压检测结果发送给处理器52;
[0057]处理器52还用于，根据第二电压检测结果，在确定直流电容7的电压值达到电容额定电压值后，控制收发器53向直流断路器61发送闭合指令。
[0058]具体的，在收发器53接收到的变压器并网指令后，处理器52控制收发器53向第二支路的直流预充电接触器62发送闭合指令，当直流预充电接触器62闭合时，直流电源通过第二支路向直流电容7充电，由于直流预充电电阻63通常较大，可保证直流电容7在充电时电流稳定，不会出现冲击电流击穿直流电容7。当检测器51检测到直流电容7的电压达到电容额定电压值后，处理器52控制收发器53向直流断路器61发送闭合指令，此时，第二支路被第一支路短路，直流电源通过第一支路直接向变流器供电。通过增加第二支路，可进一步保护直流电容，延长直流电容的使用寿命。
[0059]可选的，如图4所示，逆变指令可以为6路脉冲信号，控制了变流器4的交流侧42输出的交流电压的相位，脉冲信号的强度决定了变流器4的交流侧42输出的交流电压的幅值。适应性的，当变流器4的结构发生变化时，逆变指令也进行适应性的调整。
[0060]可选的，本发明各实施例中的所有开关、如高压断路器、低压断路器、直流预充电接触器、直流断路器等，均包括开关主体和控制开关主体的打开与断开的二次电路，收发器53与各二次电路连接。
[0061]本发明另一方面还提供一种变压器的无涌流控制方法，应用于变压器合闸系统，变压器合闸系统包括:高压断路器、变压器、低压断路器、变流器，变压器的高压侧通过高压断路器与电网连接，变压器的低压侧通过低压断路器与变流器的交流侧连接，该方法的执行主体可以由软件或硬件实现，示例性的，变压器系统可以为上述任一实施例中的变压器合闸控制系统，执行主体可以为上述任一实施例中的处理器。
[0062]图5为本发明一实施例提供的变压器的无涌流控制方法的流程示意图。如图5所示，该方法包括:
[0063]S501、接收电网发送的网压同步信号，根据网压同步信号向变流器发送逆变指令；
[0064]S502、向低压断路器发送闭合指令；
[0065]S503、检测变压器的低压侧的电压值；
[0066]S504、确定变压器的低压侧的电压值达到低压额定电压值时，向高压断路器发送闭合指令。
[0067]其中，逆变指令用于指示变流器工作在逆变状态并指示变流器的交流侧的输出电压。
[0068]上述方法实施例与图1至图4所示的系统实施例相对应，具有相同的技术特征和技术效果，本发明不再赘述。
[0069]下面结合图4所示实施例，对变压器的无涌流控制方法的具体流程进行详细说明。图6为本发明另一实施例提供的变压器的无涌流控制方法的流程框图。如图6所示，该方法包括:
[0070]S601，处理器52初始化；
[0071 ] S602，确定是否接收到变压器并网指令;若是，则执行S603;若否，则结束；
[0072]S603，向直流预充电接触器62发送闭合指令；
[0073]S604，判断直流电容7的电压是否达到电容额定电压值;若是，则执行S605;若否，则再次执行S604;
[0074]S605，向直流断路器61发送闭合指令，根据网压同步信号向变流器4发送逆变指令；
[0075]S606，向低压断路器3发送闭合指令；
[0076]S607，判断变压器2的低压侧22的电压是否达到低压额定电压值；若是，则执行S608;若否，则再次执行S607;
[0077]S608，向高压断路器I发送闭合指令。
[0078]其中，逆变指令用于指示变流器4工作在逆变状态并指示变流器4的交流侧42的输出电压。示例性的，根据网压同步信号控制变流器4的交流侧42的输出电压的电压相位与电网的电压相位相同，控制变流器4的交流侧42的输出电压的幅值缓慢增大。
[0079]具体的，在S602之前，本方法还包括:确定所有开关处于打开状态，所有开关包括:高压断路器、低压断路器、直流预充电接触器、直流断路器。
[0080]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种变压器合闸控制系统，其特征在于，包括:高压断路器、变压器、低压断路器、变流器和控制装置，所述控制装置包括:检测器、处理器以及收发器； 所述变压器的高压侧通过所述高压断路器与电网连接，所述变压器的低压侧通过所述低压断路器与所述变流器的交流侧连接； 所述变流器的直流侧与直流电源连接，所述直流电源用于为所述变流器供电； 所述收发器分别与所述电网和所述处理器连接，用于接收所述电网发送的网压同步信号，并将所述网压同步信号发送到所述处理器； 所述检测器分别与所述变流器的交流侧和所述处理器连接，用于检测所述变压器的低压侧的电压值，得到第一电压检测结果，并将所述第一电压检测结果发送给所述处理器;所述收发器还分别与所述变流器、所述低压断路器和所述高压断路器连接，所述处理器用于根据所述网压同步信号，控制所述收发器向所述变流器发送逆变指令，并控制所述收发器向所述低压断路器发送闭合指令，根据所述第一电压检测结果确定所述变压器的低压侧的电压值达到低压额定电压值时，控制所述收发器向所述高压断路器发送闭合指令； 其中，所述逆变指令用于指示所述变流器工作在逆变状态并指示所述变流器的交流侧的输出电压。2.根据权利要求1所述的变压器合闸控制系统，其特征在于，还包括开关组件，所述变流器的直流侧通过所述开关组件与直流电源连接； 所述收发器还与所述开关组件连接； 所述处理器还用于在获取到所述收发器接收到的变压器并网指令后，控制所述收发器向所述开关组件发送闭合指令，以使所述直流电源为所述变流器供电。3.根据权利要求2所述的变压器合闸控制系统，其特征在于，所述变流器的直流侧设置有直流电容。4.根据权利要求3所述的变压器合闸控制系统，其特征在于，所述开关组件包括并联的第一支路和第二支路； 所述第一支路上设置有直流断路器，所述第二支路上设置有串联的直流预充电接触器和直流预充电电阻； 所述检测器还与所述直流电容连接，所述收发器还分别与所述直流预充电接触器和所述直流断路器连接； 所述处理器还用于，在获取到所述收发器接收到的变压器并网指令后，控制所述收发器向所述直流预充电接触器发送闭合指令； 所述检测器还用于检测所述直流电容的电压值，得到第二电压检测结果，并将所述第二电压检测结果发送给所述处理器； 所述处理器还用于，根据所述第二电压检测结果，在确定所述直流电容的电压值达到电容额定电压值后，控制所述收发器向所述直流断路器发送闭合指令。5.—种变压器的无涌流控制方法，其特征在于，应用于变压器合闸系统，所述变压器合闸系统包括:高压断路器、变压器、低压断路器、变流器，所述变压器的高压侧通过所述高压断路器与电网连接，所述变压器的低压侧通过所述低压断路器与所述变流器的交流侧连接;所述方法包括: 接收所述电网发送的网压同步信号，根据所述网压同步信号向所述变流器发送逆变指令； 向所述低压断路器发送闭合指令； 检测所述变压器的低压侧的电压值； 确定所述变压器的低压侧的电压值达到低压额定电压值时，向所述高压断路器发送闭合指令； 其中，所述逆变指令用于指示所述变流器工作在逆变状态并指示所述变流器的交流侧的输出电压。
【文档编号】H02J3/14GK106058939SQ201610640138
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月5日 公开号201610640138.7, CN 106058939 A, CN 106058939A, CN 201610640138, CN-A-106058939, CN106058939 A, CN106058939A, CN201610640138, CN201610640138.7
【发明人】张钢, 刘志刚, 鲁玉桐, 李焱, 牟富强, 魏路, 漆良波, 吕海臣, 杜军, 路亮, 王磊, 陈杰, 刁利军, 张馨予, 孙星亮, 汪封洲
【申请人】北京千驷驭电气有限公司, 北京交通大学