用于配电网供电的变压器装置制造方法

用于配电网供电的变压器装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于配电网供电的变压器装置(14)，具有：变压器(20)，用于将以在1kV至50kV范围内的中压形式的初级电压转换成相对于初级电压更低的用于配电网供应的次级电压；调节装置(19)，用于匹配在初级电压与次级电压之间的比例；控制装置(18)，用于采集至少一相的电压并且用于借助所采集的电压控制调节装置(19)，其中，如下进行所述控制，使得减少在配电网中出现的电压值与预设的配电网的额定电压值的偏差。
【专利说明】用于配电网供电的变压器装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于配电网供电的变压器装置以及一种用于运行用于配电网供 电的变压器装置的方法。

【背景技术】
[0002] 常规的来自于矿物能源载体的发电几乎100%是集中的，并且当今的电网也为这 种情况设计。在此，始终要计算从配电网变压器到如私人家庭的接头的电压降。
[0003] 但是，当今由可再生源来发电发生很大增长。与传统的发电相比，分散地进行由可 再生源来发电不是不重要的部分，例如在私人家庭或小型设备中。
[0004] 由此可能更多地出现至今不可实现的情况，即电压降沿着连接线返回配电网，然 而配电网并未为此设计。结果是在配电网中电压过高，其可能超过额定电压的10%的界 限。在中压电网中也可能出现电压过高，例如由于连接的风电设备。这同样导致在低压电 网（配电网）中的电压升高。
[0005] 已知的避开该问题的可能性在于明确扩建配电网，即增加在配电网中应用的电缆 截面。这降低了经过电缆的电压降，并且由此也降低了在配电网中的电压过高。但是，这与 巨大的费用相联系。


【发明内容】

[0006] 本发明要解决的技术问题是，给出一种变压器装置以及一种用于运行变压器装置 的方法，利用其避免以上提到的问题。
[0007] 该技术问题通过具有权利要求1的特征的变压器装置得以解决。关于该方法的解 决方案在于具有权利要求8的特征的方法。
[0008] 根据本发明的用于配电网供电的变压器装置具有变压器，其用于将初级电压转换 成相对于初级电压更低的用于配电网供电的次级电压。在此，初级电压是在几 kv范围内的 中压，例如是10kv、20kV或30kV。次级电压是用于配电网或城市电网的本地供电的电压，例 如是在400V导线-导线电压中单相的230V。
[0009] 变压器装置还包括用于匹配初级电压与次级电压之间比例关系的调节装置。该调 节装置典型地被构造成可分级变化的次级电压。另外，变压器装置包括用于采集至少一相 的电压的控制装置。在此，可以在初级电压侧进行该采集。然而，优选在次级侧进行电压的 采集，因为在此由于更低的次级电压有利地需要更低的测量费用。
[0010] 控制装置借助测量值来控制调节装置，其中，如下进行控制，即，降低在配电网中 出现的电压值与预设的配电网的额定电压值的偏差。
[0011] 在根据本发明的用于运行在用于配电网供电的变压器装置中的变压器的方法中， 该变压器装置被构造为用于将初级电压转换成相对于初级电压更低的次级电压，执行以下 步骤：
[0012] -借助在变压器装置中本地设置的控制装置采集至少一相的电压；
[0013] -比较所采集的电压值与额定值，并且借助控制装置根据比较确定控制信号；
[0014] -控制在变压器中本地设置的调节装置，用于根据控制信号匹配次级电压的高度。
[0015] 由此有利地实现了能够如下匹配变压器的工作，使得避免在配电网中的过压。这 甚至在进行从分散的可再生的产能器到中压层的能量逆流时也适合。
[0016] 在本发明的特别优选的构造中，直接彼此位置邻近地建造调节装置、控制装置和 变压器。在此，它们可以例如构成一个结构单元，即构造成一个整体设备。替代地，控制装 置例如可以是与变压器分离的外部的设备，但是它被布置在变压器的直接环境中。
[0017] 由此有利地仅从在变压器本地可提供的信息中，通过采集和处理在变压器范围内 的电压，进行对变压器的工作的控制。也就是有利地不需要远程控制。同样也不需要远程 测量例如电压数据。
[0018] 在此可以单独或共同进行以下两个技术方案：
[0019] 在此，电压的测量具有以下目的：借助测量至少一相的电压，确定在中压层上是否 出现了电压相对于额定值的变化，例如由于从风电设备中馈电也或者在故障情况下，即在 出现短路情况下。因为中压的高度直接影响低压的高度，在这里有利地通过调节装置进行 修正。
[0020] 在本发明的一个技术方案中，为所有相执行电压的采集。特别优选的是，在控制调 节装置时，除了电压的绝对值外，也考虑值的伸展（Spreizung)，即考虑所测量的电压互相 的间隔。
[0021] 除了电压的测量外，也可以进行电流的测量：借助测量至少一相的电流，确定在低 压侧的负载情况。在此，所测量的电流是在配电网中消耗的与产生的电流的差。根据在配 电网中的负载情况，降低或升高在配电网中的电压，其中，电压的变化大多随着变压器的间 隔而增加。
[0022] 在此，代替在一相上的测量，也可以在所有三相上测量电压和电流。这样的测量具 有的优点是，控制装置可以考虑所有的电压和电流。由此排除了因为出现在错误的相中而 误看在配电网或中压中的负载情况的变化。另外具有的优点是，可以为这些相考虑所测量 的值的伸展。在此，伸展例如指在最大值与最小值之间的差。
[0023] 在本发明的扩展中，进行对变压器装置的次级侧的至少一个（特别是全部）输出 线中的电流的三相采集。换言之，由此不在整个次级侧的汇流排（Sammelschiene)上，而是 在各个连接线互相分离地采集电流。这也可以除单相测量外进行三相测量。由此可以精确 确定在配电网中的负载情况。因此例如可以进行电压变化的补偿，这在汇流排处测量的情 况下不能进行。同样可以避免执行电压变化的补偿，这虽然导致平均近似于额定电压，但是 对于配电网的各个部分导致脱离允许的100% +/-10%的额定电压的电压范围。
[0024] 在优选的构造中如下实现调节装置，使得其能够将变压器的配电网侧的电压提高 固定的额度或相对值以及降低相同的额度或相对值。即，刚好可以提供三个电压电平。

【专利附图】

【附图说明】
[0025] 本发明的其它适合的构造和优点是在参考附图的图示的情况下以下描述的本发 明的实施例的内容，其中，相同的附图标记对应功能相同的组件。附图中：
[0026] 图1示出了变压器装置，
[0027] 图2示出了在配电网中的电流相对于在配电网中的电压的最大变化的走向。

【具体实施方式】
[0028] 图1示出了根据第一实施例的变压器装置14。变压器装置14包括变压器20,其 用于将中压三相地转换成用于供应配电网的配电网段10…12的低压，借助三个中压接头 15从跨区域的中压供电中提供该中压。中压在这里应当例如是20kV，而低压在德国通常的 三相供电中相对零线为230V。此外，变压器20在输入侧与中压接头15连接，并且在输出侧 与用于分配低压的汇流排24连接。
[0029] 从汇流排24出发存在与配电网的配电网段10…12的通常连接。该配电网段l(l··· 12在本示例中分别包括一系列的私人家庭，它们被供应低压。在此，在该示例中一部分家庭 例如具有光伏设备，并因此可以发电并反馈。在家庭侧的能量消耗和反馈都改变在各自的 配电网段10…12部分的电压。在此，最明显的是通常在配电网段10…12离变压器装置14 最远的点处的变化。
[0030] 图2示出了对在配电网段10…12中电压的馈入和反馈的影响的建模。在此，图2 的图形在X轴上示出了在配电网段10…12中流过的或由其反馈的电流，而在y轴上示出了 由于电流而在假想的配电网段10…12的最远点处的电压的相对变化。在此，从假设的最 大负载中计算出第一极限点22,即在没有分散的产能和反馈情况下所有连接的用电器的可 想象的最大消耗。在此，在配电网段10…12中流过220A的电流。在该情况下，相对的电 压变化是1. 5%，也就是在配电网段10…12的最远点处的电压比在变压器处的电压大约小 1. 5%。
[0031] 从无负载的最大反馈的最坏假设中确定第二极限点23。在此，假设反馈为650A， 这导致在最远点处产生3.5%的电压升高。通过特征线21连接所得到的点。电压的实际变 化大多由于掺入负载的反馈而小于在极限点22、23的情况，但是特征线21允许一种从在变 压器装置14处流过的电流中对电压变化的假设。
[0032] 变压器装置14包括控制装置18,其被构造用于三相地测量在配电网段10…12中 的电流。此外，控制装置18以适合的方式与汇流排24连接。所测量的电流值被继续传输 给操控装置18,控制装置18与操控装置18相连。
[0033] 控制装置18附加测量在汇流排24处一相的电压。在此，在变压器装置14中实现 和布置控制装置18和电压测量装置17,并且它们为了测量仅使用在那里存在的接头和线 路。因此不需要或者不设置向外的连接。
[0034] 控制装置18被构造为用于评估输入的测量值。因此，将电压值与230V或400V的 额定电压值进行比较。如果发生中压的变化，则将其通过变压器20直接继续传输到低压 侦k因此，操控装置18确定是否必须采取措施，以便匹配低压。另外，借助特征线21评估在 低压侧所测量的电流值，并且从中确定由于在低压侧的负载和产能而产生的电压变化。两 个电压变化，即由于中压的电压变化和从配电网段10…12自身中的电压变化被共同考虑。
[0035] 例如确定了在不同的配电网段10…12中与额定值的最强电压偏差。如果它超 过阈值，则操控装置18负责改变电压。在此，操控装置在该示例中也检查是否在配电网段 10…12最远点处的电压中的一个脱离了允许的额定电压+/-10%的范围，更确切地说在电 压变化之后。换言之，操控装置18也考虑所测量的电流值的伸展，即互相的间隔。如果例 如配电网段10…12中的一个具有明显的电压升高，而配电网段10…12中另一个具有明显 的电压下降，则电压的匹配可能没有意义。
[0036] 在该情况下，变压器装置14可以具有以下可能性，向控制中心发出警告信号或者 将问题情况存储到记录中用于以后的评估。
[0037] 为了实现电压的匹配，操控装置18控制调节装置19。该调节装置19匹配电压转 换器20的匝数比。在本示例中，调节装置19被构造成，除了用于在各自额定值下中压到低 压的变压的正常的匝数比外，还可以进行多于6%的或者少于6%的电压的变压。由此控制 装置在本示例中可以进行到多个电压的连接，例如从一个下降的中压与一个在配电网侧强 的馈入中得到远离变压器装置14的多于9%的总电压变化。在借助调节装置19提高6% 的电压之后，于是保留了邻近变压器装置14例如数值上高于额定电压2 %并且远离变压器 14低于额定电压大约3 %的电压。
[0038] 调节装置19、控制装置18和变压器20优选在位置关联下实现，例如作为变电站。 由此，变压器装置14独立于外部信号，即其不需要由外部预设的命令也不需要来自外部的 测量信号。为每个配电网段10…12确定在图2中示出的特征线并存储在变压器装置中，例 如存储在操控装置18的存储单元中是适合的。
[0039] 该示例的变压器装置14执行电压的单相测量，以便识别中压的变化。除此之外， 在配电网段10…12方向进行电流的三相测量。这是测量的精确度相对于费用的有利妥协。 在中压侧，单相的测量典型是足够的。相反在低压侧，预计在相之间出现电流的区别。通过 在所有的相中测量来考虑该区别。
[0040] 然而，存在有别于所描述的实施例的其它实施可能性。这将在以下简短描述。在 此，在实施例中存在的部件还保持一致。
[0041] 因此，也可以测量所有相的电压。由此可以实现也识别在相之间那里的电压区别。 因此，可以按照更精确的方式对绝对值也对电压值的伸展进行响应。为此，相应地匹配控制 装置18,其必须对更多数量的测量值进行评估。
[0042] 另外，在简化的意义下，可以代替三相的电流测量执行单相的电流测量。由此降低 了测量和评估费用。但是，在该情况下不探测在低压侧特定的运行情况。
[0043] 通过不在汇流排24处而是甚至单独对于每个配电网段10…12执行在低压侧的电 流测量，可以扩展变压器装置14的探测可能性。由此获得每个配电网段10…12的值，并且 变压器装置14能够以更高的精确度进行响应或更精确地识别问题情况，在该问题情况中 控制可能性不再足够。
[0044] 当不仅单独对配电网段10…12而且还对每个相执行电流测量时，对配电网段 10…12的情况的评估变得更精确。由此再次提高测量费用，但是能够非常精确地确定配电 网段10…12的情况。由此能够几乎完全避免通过操控装置18的不利的电压匹配，并且简 化在配电网中的匹配（只要变压器装置14存储或指示问题），因为已经更精确地了解问题。 不利的电压匹配例如是，改善在配电网段10…12中电压走向，但是在其它配电网段10…12 中的电压由此同时打破了容差限制。
[0045] 在此，对于技术人员明显的是，可以在电压转换器20两侧进行电流测量（只要其 不应单独对每个配电网段10…12进行）。同样，原则上可以在电压转换器20两侧进行电 压测量。为此，所测量的值必须按照自身已知的方式进行评估或换算。但是，在中压侧的测 量会带来更高的费用。
[0046] 作为对所示的变压器14的进一步简化，可以完全取消电流测量。在该情况下，不 再评估在低压侧的情况。然而，存在的电压测量允许对中压侧的变化进行响应。在此，可以 如上所述单相地或三相地进行电压测量。
【权利要求】
1. 一种用于配电网供电的变压器装置（14)，具有： -变压器（20)，用于将以在lkV至50kV范围内的中压形式的初级电压转换成相对于所 述初级电压更低的用于配电网供应的次级电压； -调节装置（19)，用于匹配在所述初级电压与所述次级电压之间的比例； -控制装置（18)，用于采集至少一相的电压并且用于借助所采集的电压控制所述调节 装置（19)，其中，如下进行所述控制，使得减少在配电网中出现的电压值与预设的配电网的 额定电压值的偏差。
2. 按照权利要求1所述的变压器装置（14)，其中，所述控制装置（18)被构造为用于采 集所有相的电压。
3. 按照权利要求1或2所述的变压器装置（14)，其中，所述控制装置（18)被构造为用 于采集至少一相中的电流，特别是采集所有相中的电流。
4. 按照上述权利要求中任一项所述的变压器装置（14)，其中，所述控制装置（18)被构 造为用于单相地采集所述变压器装置（14)的次级侧到配电网段（10··· 12)的至少一个输出 线中的电流，特别是采集所有输出线中的电流。
5. 按照上述权利要求中任一项所述的变压器装置（14)，其中，所述控制装置（18)被构 造为用于三相地采集所述变压器装置（14)的次级侧到配电网段（10··· 12)的至少一个输出 线中的电流，特别是采集所有输出线中的电流。
6. 按照上述权利要求中任一项所述的变压器装置（14)，其中，所述控制装置（18)被构 造为除了采集电流和/或电压的值外，还考虑它们互相的间隔。
7. 按照上述权利要求中任一项所述的变压器装置（14)，其中，按照彼此直接位置邻近 的方式构造所述变压器（20)、调节装置（19)和控制装置（18)。
8. -种用于运行在用于配电网供电的变压器装置（14)中的变压器（20)的方法，所述 变压器（20)被构造为用于将初级电压转换成相对于所述初级电压更低的次级电压，具有 以下步骤： -借助控制装置（18)采集至少一相的电压； -比较所采集的电压与配电网的额定值，并且借助所述控制装置（18)从所述比较中确 定控制信号； -为匹配次级电压的高度，借助所述控制信号控制调节装置（19)，使得减少在配电网 中出现的电压值与预设的配电网的额定电压值的偏差。
9. 按照权利要求8所述的方法，其中，采集所有相的电压。
10. 按照权利要求9所述的方法，其中，除了与额定值比较外，还进行对所采集的电压 彼此间隔的评估，并且从比较和间隔的评估中确定所述控制信号。
11. 按照权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，确定至少一相的电流，特别是确 定所有相的电流。
12. 按照权利要求11所述的方法，其中，评估所采集的电流彼此的间隔，并且在确定所 述控制信号时考虑对电流间隔的评估。
13. 按照权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，在所述变压器装置（14)的次级 侧的至少一个输出线中执行单相电流测量，特别是在所有输出线中执行单相电流测量，并 且在确定所述控制信号时考虑所测量的输出线电流。
14. 按照权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，在所述变压器装置（14)的次级 侧的至少一个输出线中执行三相电流测量，特别是在所有输出线中执行三相电流测量，并 且在确定所述控制信号时考虑所测量的输出线电流。
15. 按照权利要求8至14中任一项所述的方法，其中，使用在所述变压器装置（14)本 地设置的调节装置（19)以及在所述变压器装置（14)本地设置的控制装置（18)。
【文档编号】G05F1/14GK104115388SQ201380009566
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2012年2月15日
【发明者】K.汉特, D.津克 申请人:西门子公司