一种实现电气隔离的SEN变压器的制作方法

一种实现电气隔离的sen变压器
技术领域
1.本发明涉及电力系统技术领域，尤其是涉及一种实现电气隔离的sen变压器。


背景技术：

2.在“双碳”战略的指导下，我国不断推进新能源事业建设，新能源发电总装机容量不断上升。在新能源建设过程中，分布式的新能源发电设备新装机容量占比较大，且常位于配电线路的末端，面临长距离输送问题和供需不平衡造成线路末端电压容升问题。此外，风力发电机组目前大多采用软并网方式，风力的波动会造成送电端电能质量问题，在电网中引入谐波电流，对配电网的影响十分明显。
3.sen变压器是一种是电磁式统一潮流控制器，其基于多绕组变压器结构，利用移相和有载调压的技术实现电压相位和幅值的调节。由于传统的sen变压器拓扑结构的励磁绕组和补偿绕组分别并联和串联在输电线路上，相互之间不仅存在磁的连接，还存在电气性能的连接，因此，传统的sen变压器无法解决送电端存在电气连接从而影响电能质量的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种实现电气隔离的sen变压器，以解决传统sen变压器无法解决送电端存在电气连接从而影响电能质量的技术问题。
5.本发明的目的，可以通过如下技术方案实现：
6.一种实现电气隔离的sen变压器，包括：
7.铁芯、三相励磁绕组、三相隔离绕组和三组补偿绕组，所述铁芯包括三相芯柱，所述三相励磁绕组与电网的三相输电线路的送电端串联连接，所述三组补偿绕组与三相输电线路的负荷端串联连接；
8.各相芯柱上均安装有一相励磁绕组、一相隔离绕组和一组补偿绕组，各相芯柱上的所述一组补偿绕组分别与所述三相隔离绕组中的不同相隔离绕组串联连接；
9.各组补偿绕组中的补偿绕组之间通过有载分接开关串联连接，所述各组补偿绕组上设置有多个抽头，通过有载分接开关选择抽头位置来调整所述各组补偿绕组的输出匝数，进而改变负荷端的输出电压。
10.可选地，所述三相励磁绕组包括a相、b相和c相励磁绕组，三相输电线路包括a相、b相和c相输电线路，所述三相励磁绕组与电网的三相输电线路的送电端串联连接包括：
11.a相励磁绕组与a相输电线路的送电端串联，b相励磁绕组与b相输电线路的送电端串联，c相励磁绕组与c相输电线路的送电端串联。
12.可选地，所述三相励磁绕组包括a相、b相和c相励磁绕组，所述三相隔离绕组包括a相、b相和c相隔离绕组，各相芯柱上均安装有一相励磁绕组、一相隔离绕组和一组补偿绕组包括：
13.a相励磁绕组、a相隔离绕组和第一组补偿绕组安装在a相芯柱上，b相励磁绕组、b
相隔离绕组和第二组补偿绕组安装在b相芯柱上，c相励磁绕组、c相隔离绕组和第三组补偿绕组安装在c相芯柱上。
14.可选地，各相芯柱上的所述一组补偿绕组分别与所述三相隔离绕组中的不同相隔离绕组串联连接包括：
15.a相隔离绕组与第一组补偿绕组串联连接，b相隔离绕组与第二组补偿绕组串联连接，c相隔离绕组与第三组补偿绕组串联连接。
16.可选地，a相隔离绕组与第一组补偿绕组串联连接包括：
17.a相隔离绕组与第一组补偿绕组通过有载分接开关串联连接。
18.可选地，b相隔离绕组与第二组补偿绕组串联连接包括：
19.b相隔离绕组与第二组补偿绕组通过有载分接开关串联连接。
20.可选地，c相隔离绕组与第三组补偿绕组串联连接包括：
21.c相隔离绕组与第三组补偿绕组通过有载分接开关串联连接。
22.可选地，三相输电线路包括a相、b相和c相输电线路，所述三组补偿绕组与三相输电线路的负荷端串联连接包括：
23.第一组补偿绕组与a相输电线路的负荷端串联连接，第二组补偿绕组与b相输电线路的负荷端串联连接，第三组补偿绕组与c相输电线路的负荷端串联连接。
24.可选地，所述三相励磁绕组、所述三相隔离绕组的联结方式为yd11接法。
25.可选地，所述三相励磁绕组和所述三相隔离绕组的联结方式为yny0接法。
26.本发明提供了一种实现电气隔离的sen变压器，包括：铁芯、三相励磁绕组、三相隔离绕组和三组补偿绕组，所述铁芯包括三相芯柱，所述三相励磁绕组与电网的三相输电线路的送电端串联；各相芯柱上均安装一相励磁绕组、一相隔离绕组和一组补偿绕组，所述一相隔离绕组与对应的所述一组补偿绕组串联连接；各组所述补偿绕组中的各相补偿绕组通过有载分接开关串联连接，各组所述补偿绕组与三相输电线路的负荷端串联连接。
27.有鉴如此，本发明带来的有益效果是：
28.本发明在各相芯柱上均安装有一相励磁绕组、一相隔离绕组和一组补偿绕组，通过在励磁绕组和补偿绕组之间增加一组隔离线圈，所有补偿绕组均串联接入有载分接开关，通过有载分接开关选择抽头位置来调整补偿绕组的输出匝数，进而改变负荷端的输出电压。本发明通过改进sen变压器的拓扑结构，能实现调节电压及电流的相位和幅值以及一次侧和二次侧的电气隔离。
附图说明
29.图1为本发明sen变压器的拓扑结构示意图；
30.图2为本发明sen变压器的a相线路输出电压示意图。
具体实施方式
31.本发明实施例提供了一种实现电气隔离的sen变压器，以解决传统sen变压器无法解决送电端存在电气连接从而影响电能质量的技术问题。
32.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所
描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
34.sen变压器是一种是电磁式统一潮流控制器，其基于多绕组变压器结构，利用移相和有载调压的技术实现电压相位和幅值的调节。sen变压器励磁绕组并联在输电线路中提供励磁作用，每相芯柱上的三个补偿绕组分别串联在三相线路中。sen变压器每个补偿绕组接入有载分接开关，可等效为在线路一相串联了相位相差120
°
的三个电压源(可0
°
～360
°
调节电压的最大线性无关组)，通过有载调压改变补偿绕组抽头，从而改变这三个电压源的幅值，进而改变负荷端电压幅值和相位。
35.由于传统的sen变压器拓扑结构励磁绕组和补偿绕组分别并联和串联在输电线路上，相互之间不仅存在磁的连接，还存在电气性能的连接，因此传统的sen变压器无法解决输电端存在三次谐波干扰、中性线不良等影响电能质量的问题。
36.请参阅图1，本发明提供的一种实现电气隔离的sen变压器的实施例，包括：
37.铁芯、三相励磁绕组、三相隔离绕组和三组补偿绕组，所述铁芯包括三相芯柱，所述三相励磁绕组与电网的三相输电线路的送电端串联连接，所述三组补偿绕组与三相输电线路的负荷端串联连接；
38.各相芯柱上均安装有一相励磁绕组、一相隔离绕组和一组补偿绕组，各相芯柱上的所述一组补偿绕组分别与所述三相隔离绕组中的不同相隔离绕组串联连接；
39.各组补偿绕组中的补偿绕组之间通过有载分接开关串联连接，所述各组补偿绕组上设置有多个抽头，通过有载分接开关选择抽头位置来调整所述各组补偿绕组的输出匝数，进而改变负荷端的输出电压。
40.如图1所示，本实施例提供的实现电气隔离的sen变压器，包括：铁芯、三相励磁绕组、三相隔离绕组和三组补偿绕组，三相励磁绕组与电网的三相输电线路的送电端串联连接，三组补偿绕组与三相输电线路的负荷端串联连接。其中，铁芯包括a相、b相和c相这三相芯柱，三相励磁绕组包括a相、b相和c相励磁绕组，三相隔离绕组包括a相、b相和c相隔离绕组，三组补偿绕组包括第一组、第二组和第三组补偿绕组，每组补偿绕组均包括通过有载分接开关串联的三个补偿绕组，三相输电线路包括a相、b相和c相输电线路。
41.具体地，三相励磁绕组与电网的三相输电线路的送电端串联连接可以包括：a相励磁绕组与a相输电线路的送电端串联连接，b相励磁绕组与b相输电线路的送电端串联连接，c相励磁绕组与c相输电线路的送电端串联连接。三组补偿绕组与三相输电线路的负荷端串联连接包括：第一组补偿绕组与a相输电线路的负荷端串联连接，第二组补偿绕组与b相输电线路的负荷端串联连接，第三组补偿绕组与c相输电线路的负荷端串联连接。
42.如图1所示，三相励磁绕组分别用a、b、c表示，三相隔离绕组分别用a’、b’、c’表示，三组补偿绕组分别为(a1,a2,a3)、(b1,b2,b3)、(c1,c2,c3)。具体地，sen变压器的铁芯具有三相芯柱，包括：a相芯柱、b相芯柱和c相芯柱，各相芯柱上均安装有一相励磁绕组、一相隔离绕组和一组补偿绕组，各相芯柱上的一组补偿绕组分别与三相隔离绕组中的不同相隔离绕组串联连接。具体地，a相励磁绕组、a相隔离绕组和第一组补偿绕组安装在a相芯柱上，b
相励磁绕组、b相隔离绕组和第二组补偿绕组安装在b相芯柱上，c相励磁绕组、c相隔离绕组和第三组补偿绕组安装在c相芯柱上。
43.各相芯柱上的一组补偿绕组分别与三相隔离绕组中的不同相隔离绕组串联连接，包括多种串联连接方式。优选的实施方式，可以包括：a相隔离绕组与第一组补偿绕组串联连接，b相隔离绕组与第二组补偿绕组串联连接，c相隔离绕组与第三组补偿绕组串联连接。当然，也可以为：a相隔离绕组与第二组补偿绕组串联连接，b相隔离绕组与第一组补偿绕组串联连接，c相隔离绕组与第三组补偿绕组串联连接等连接方式，只要保证每组补偿绕组与三相隔离绕组中的不同相隔离绕组串联连接就行。
44.可以理解的是，sen变压器的所有补偿绕组均接入有载分接开关，sen变压器共有三组补偿绕组，每组补偿绕组有三个补偿绕组，即sen变压器中共有九个补偿绕组，这九个补偿绕组通过有载分接开关串联连接。三相隔离绕组中的各相隔离绕组分别与三相芯柱中每相芯柱上的一个补偿绕组串联连接。具体地，a相隔离绕组与第一组补偿绕组串联连接，a相隔离绕组与第一组补偿绕组通过有载分接开关串联连接，a相隔离绕组可以与第一组补偿绕组中的任意一个补偿绕组串联连接。图1中用箭头表示有载分接开关。例如，a相隔离绕组为a’，第一组补偿绕组为(a1,a2,a3)，隔离绕组a’与第一组补偿绕组(a1,a2,a3)串联连接时，隔离绕组a’可以与补偿绕组a1串联连接，也可以与补偿绕组a2或a3串联连接。类似地，b相隔离绕组b’与第二组补偿绕组(b1,b2,b3)串联连接时，隔离绕组b’可以与补偿绕组b1、b2或b3串联连接。可以理解的是，a1、a2、a3之间没有先后顺序要求。
45.请参阅图1，以sen变压器的a相芯柱为例，a相芯柱上安装有a相励磁绕组a、a相隔离绕组a’和第一组补偿绕组(a1,a2,a3)；类似地，b相芯柱上安装有b相励磁绕组b、b相隔离绕组b’和第二组补偿绕组(b1,b2,b3)，c相芯柱上安装有c相励磁绕组c、c相隔离绕组c’和第三组补偿绕组(c1,c2,c3)。本实施例中，三相励磁绕组与三相隔离绕组之间、以及三相励磁绕组与三组补偿绕组之间均无引线连接(即仅有磁连接，无电连接)，能实现一次侧与二次侧的电气绝缘。
46.本实施例中，如图1所示，a相、b相和c相输电线路的送电端电压分别为ua、ub和uc，根据变压器原理进行能量传递，三相隔离绕组的输出电压u
a’、u
b’、u
c’由三相励磁绕组和三相隔离绕组之间的匝数比和送电端电压ua、ub、uc决定的；三组补偿绕组的输出电压u
a1
、u
a2
、u
a3
、u
b1
、u
b2
、u
b3
、u
c1
、u
c2
、u
c3
由三相励磁绕组和补偿绕组之间的匝数比和送电端电压ua、ub、uc决定。
47.本实施例中，sen变压器的三相芯柱上的三组补偿绕组(每相芯柱上的一组补偿绕组)分别与三相隔离绕组中的不同相隔离绕组串联连接，包括多种串联连接形式。例如，a相励磁绕组与第一组补偿绕组串联连接，b相励磁绕组与第二组补偿绕组串联连接，c相励磁绕组与第三组补偿绕组串联连接。三相隔离绕组中的各相隔离绕组可以与三组串联单元串联在任一个补偿绕组处，例如，第一组补偿绕组(a1,a2,a3)中的a1可以与a相励磁绕组a’串联连接，a2可以与b相励磁绕组b’串联连接，a3可以与c相励磁绕组c’串联连接；类似地，第二组补偿绕组(b1,b2,b3)与第三组补偿绕组(c1,c2,c3)也可以分别与不同相隔离绕组串联连接。a相励磁绕组a’与第一组补偿绕组(a1,a2,a3)串联连接时，a’可以与a1、a2、a3中的任一个串联，b相励磁绕组b’和c相励磁绕组c’也是类似，因此，电气连接得到的三组串联单元可以包括多种组合形式。例如，电气连接的三组串联单元可以为：(a’,a1,b1,c1)、(b’,
a2,b2,c2)、(c’,a3,b3,c3)，或为：(a’,a1,b2,c3)、(b’,a3,b3,c2)、(c’,a2,b1,c1)，或为：(a’,a2,b2,c1)、(b’,a1,b1,c3)、(c’,a3,b3,c2)等。本实施例提供的sen变压器中，各组补偿绕组中的补偿绕组之间通过有载分接开关串联连接，各组补偿绕组上设置有多个抽头，通过有载分接开关选择抽头位置来调整所述各组补偿绕组的输出匝数，改变补偿绕组线圈接入串联回路的匝数比，从而改变输电线路负荷端的输出电压。
48.如图1示，最大分接为补偿绕组(如a1)的线圈全部接入，最小分接为补偿绕组的线圈不接入。负荷端输出电压ua、ub、uc等于各串联单元，包括隔离绕组和对应的三组补偿绕组电压矢量叠加结果。
49.请参阅图2，图2为有载分接开关为两档时的可实现电气隔离的sen变压器输出电压示意图。以a相为例，a相输电线路的送电端电压ua和a相隔离绕组端部电压u
a’的幅值与a相励磁绕组的匝数n1和a相隔离绕组的匝数n2呈正比，即ua/u
a’＝n1/n2；第一组补偿绕组中的补偿绕组a1输出电压u
a1
和送电端电压ua的幅值与a相励磁绕组的接入匝数n1和补偿绕组a1的接入匝数n3呈正比，即ua/u
a1
＝n1/n3。需要说明的是，式中n1为a相励磁绕组的匝数，n2为a相隔离绕组a’的匝数。
50.本实施例中，三相隔离绕组的不同相隔离绕组分别与三个不同相(a相、b相和c相)芯柱上的一组补偿绕组串联。以a相芯柱为例，a相输电线路的负荷端输出电压ua等于各串联单元电压矢量叠加结果，即ua＝u
a’+u
a1
+u
b1
+u
c1
；式中，u
a1
为a相芯柱上的补偿绕组输出电压，u
b1
为b相芯柱上的补偿绕组输出电压，u
c1
为c相芯柱上的补偿绕组输出电压，相位分别相差120
°
，由于组补偿绕组上设置有多个抽头，有载分接开关可以通过不同档数选择抽头位置，因此，可以通过调节有载分接开关的挡数即可改变输出电压幅值。需要说明的是，本实施例中每组补偿绕组中的有载分接开关可以为一个或多个，可以根据实际需要进行设置。
51.以图2中负荷端输出电压ua为例，此时a相芯柱上串联的补偿绕组a1为最大分接，此时补偿绕组a1全部接入，b相芯柱上串联的补偿绕组b1不接入，c相芯柱上串联的补偿绕组c1最大分接，a相隔离绕组端部电压u
a’叠加a相和c相芯柱上串联的补偿绕组电压u
a1
、u
c1
，即可得到调控相位和幅值后的负荷端输出电压ua＝u
a’+u
a1
+u
c1
。
52.需要说明的是，有载分接开关的挡数越多，则补偿绕组输出的六边形电压层数越多、节点数越密。目前可实现的有载分接开关档位数可达到十多档，调节相位精度达到个位数。
53.本实施例中，三相励磁绕组、三相隔离绕组的联结方式可以为yd11或ynd11或yny0接法，通过三相隔离绕组和三相励磁绕组不同的绕组联结方式，可隔离输电端存在三次谐波干扰、中性线不良等影响电能质量的问题。当sen变压器中的三相励磁绕组和三相隔离绕组为yd11或ynd11接法时，三次谐波可在三角形接法的绕组中流通，感应出三次谐波电势，形成谐波环流，这一环流可抵消励磁回路中三次谐波磁通，从而降低主磁通中的三次谐波，降低三次谐波干扰。
54.当sen变压器中的三相励磁绕组和三相隔离绕组为yny0或ynd11接法时，星型接法中性点有效接地，可将中性点电位固定为地电位，解决电网中性线不良问题。
55.需要说明的是，本实施例提供的实现电气隔离的sen变压器，还包括引线、绝缘结构等常规结构，在此不再赘述。相比常规变压器，本实施例中主要是绕组形式上的区别，具
体为：铁心、绕组(励磁绕组、隔离绕组、补偿绕组)、引线、绝缘结构、有载分接开关。
56.需要说明的是，本实施例中的分接开关必须为有载分接开关。有载分接开关是电力变压器内部的关键组件，能够在变压器励磁或负载状态下操作，通过变化连接变压器绕组中引出的若干分接头改变有效匝数比，实现在不中断负载电流的情况下调节输出电压。
57.本实施例提供的一种实现电气隔离的sen变压器，包括有：励磁绕组、隔离绕组、补偿绕组、铁心、引线、绝缘介质、油箱和有载分接开关；变压器本体通过励磁绕组、隔离绕组和补偿绕组套装在铁芯上，实现电压及电流相位和幅值的调节和一次侧与二次侧的电气隔离。
58.本实施例提供的一种实现电气隔离的sen变压器，在各相芯柱上均安装有一相励磁绕组、一相隔离绕组和一组补偿绕组，通过在励磁绕组和补偿绕组之间增加一组隔离线圈，所有补偿绕组均串联接入有载分接开关，通过有载分接开关选择抽头位置来调整补偿绕组的输出匝数，进而改变负荷端的输出电压。本发明通过改进sen变压器的拓扑结构，能实现调节电压及电流的相位和幅值以及一次侧和二次侧的电气隔离。
59.本实施例提供的实现电气隔离的sen变压器，能够同时实现调压、调相的功能，和电气隔离功能；在发挥传统sen变压器调压调相的基础上，通过不同的绕组联结方式可隔离送电端存在三次谐波干扰、中性线不良等影响电能质量的问题，提高sen变压器的适用范围，能提高电能质量，有利于配电网的安全稳定运行。
60.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
61.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
62.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
63.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
64.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程
序代码的介质。
65.以上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精神和范围。