专利名称：有载平滑调压变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统中的电压调节技术，特别是配电系统中的变压器副方电压的调节。
背景技术：
电力变压器是电力系统最基本的组成设备，在输配电系统中起着十分重要的作用。电力系统中通常采用的是铁芯式电力变压器，它具有结构简单，可靠性高，制造成本低等优点。但是，目前应用的铁芯式电力变压器存在缺点之一是变压器副方电压不可调，不能维持变压器副方电压恒定，在原方电压一定时，随着负载的增大，其副方电压将下降。为了解决这个问题，变压器设计者采用了在变压器某一侧绕组线圈上引出若干个分接头的方法实现对变压器电压的调节，早期采用这种方法调节电压时需首先将变压器脱离开电网，再通过倒换分接头的方法来变换绕组的有效匝数，从而实现调压的目的，但采用这种方法变压器每倒换一次分接就要停一次电，直接影响供电可靠性。后来出现了有载调压技术，即在不切断负荷电流的条件下，实现分接头的切换，达到调压的目的。但是，这种切换分接头调压方式的一个难以克服的缺点是它对电压的调节是有级的，不能实现电压的平滑调节；另外，切换分接头通常是通过机械开关实现，开关动作时会产生电弧，影响开关和变压器寿命，只用于稳态电压调节。
从国内外这一领域的研究和应用情况看，针对机械式开关存在的缺点，近年来出现了采用电力电子开关(如晶闸管)实现的有载调压技术，参见李晓明，黄俊杰，尹项根，等，平滑无冲击电力电子有载调压装置。电力系统自动化，2003，27(20)45～48。这种技术通过适当选择电力电子开关的通断时刻和通断配合，可以实现无弧，无冲击有载调压控制。但是，其对电压的调节依旧是有级的。
发明内容
本发明提出一种有载平滑调压变压器，以实现变压器副方电压的平滑调节。
本发明提出一种有载平滑调压变压器，包括铁芯式变压器，其特征为电力电子变压器的输入端子和常规铁芯式变压器的副方相连接，电力电子变压器的输出端子分别和常规铁芯式变压器的原方的输入端子、输入绕组分接头相连接，通过调节电力电子变压器的输出电压幅值来改变铁芯式变压器的原方输入电压幅值，从而实现对副方电压的调节。
所述的有载平滑调压变压器，对于一相电力变压器，电力电子变压器的两个输入端子分别和常规铁芯式变压器的副方两个端子相连接，电力电子变压器的两个输出端子分别和常规铁芯式变压器的原方的输入端子、输入绕组分接头相连接。
所述的有载平滑调压变压器，对于三相电力变压器，变压器原副方是三角形接法或者是带或不带中性线的星形接法，相应的电力电子变压器三个输入端子分别和铁芯式变压器副方的三相接线端相连接，电力电子变压器六个输出端子则分别和铁芯式变压器的原方的三相接线端和各相任何一个分接头相连接。
本发明提出的可实现变压器副方电压平滑调节的有载调压技术的基本原理是在保持原有铁芯式变压器结构不变的条件下，加装以电力电子变流技术为基础的有载调压装置来实现电力变压器副方电压的平滑调节，既可用于新变压器的有载调压，且该新变压器只需一个分接头，大大减少了分接头数量，也可直接用于现有的有载或无载调压变压器的技术改造，可以实现在稳态和暂态情况下付方电压具有较好的性能。该装置具有实现、维护简单且使用寿命长的特点，对提高电网安全运行水平和电压质量具有重要意义。
本方案相对现有的有载调压技术具有以下优点1.可实现变压器副方电压的无级平滑调节，且调节特性可以根据需要任意设定。
2.可直接用于目前电网中的变压器，无需改变常规变压器的结构。
3.变换装置体积小，无断路器。
4.在暂态情况下也可保证付方电压具有较好的性能。
5.需要时，可以实现按相平滑调节电压。
图1为本发明一相的电力变压器副方电压平滑调节的实现方案结构示意图；图2为三相电力变压器副方电压平滑调节的实现方案结构示意图；图3所示为电力电子变压器基本原理框图；图4为本发明采用的一相电力电子变压器的一种具体结构；图5为本发明采用的一相电力电子变压器的另一种具体结构；图6为本发明采用的三相电力电子变压器的一种具体结构。
具体实施例方式
如图1所示，本发明提出的一相电力电子变压器1为一个有输入和输出端口的装置，其输入和输出端均有两个端子，其中，电力电子变压器1的两个输入端子分别和常规铁芯式变压器2的副方两个端子相连接，电力电子变压器1的两个输出端子则通常分别和常规铁芯式变压器的原方的一个正常接线输入端子(也可是其它任何一个端子或分接头)和绕组最外端一个分接头4(也可是其它任何一个端子或分接头3)相连接。当变压器副方电压随负载变化偏离设定值时，可通过调节电力电子变压器的输出电压幅值来改变铁芯式变压器的原方输入电压幅值，从而实现对副方电压的调节。
对于三相电力变压器，如图2所示(变压器原副方也可是三角形接法或者是带或不带中性线的星形接法)，相应的电力电子变压器1的输入端有三个端子，输出端有六个端子，其三个输入端子分别和铁芯式变压器2副方的三相接线端相连接，六个输出端子则分别和铁芯式变压器的原方的三相接线端和各相最外端一个分接头3、4、5(也可是其它任何一个分接头)相连接。对于三相系统，本发明的电力电子变压器可以实现对三相电压的独立控制。
电力电子变压器基本原理框图可如图3所示，输入工频交流信号经过第一电力电子变换器6成为高频信号，该高频信号经高频变压器7耦合后，再由第二电力电子变换器8变换为工频交流信号输出，高频变压器7和第一电力电子变换器6之间有控制器9；电力电子变压器的具体结构可如图4或图5所示，也可是其它方式。
图4所示的电力电子变压器的电路结构可描述如下电力电子变压器由8个双向开关组成，输入端双向开关为Sw1，Sw2，Sw3，Sw4，输出端双向开关为Sw1’，Sw2’，Sw3’，Sw4’。每个开关由两个带续流二极管的功率开关器件反向串联构成，输入和输出端间由高频变压器7耦合。其工作原理为首先，变压器副方的工频电压信号经输入端被调制为中高频交流电压信号；接着，高频交流电压信号通过高频变压器7耦合到其副方；随后，高频交流电压信号在输出端被反调制后得到高频电压，输出端开关信号与输入端对应开关信号相同，只是滞后一个相角，通过对滞后相角的控制即可实现对输出电压幅值的调节。最后，高频电压信号经输出滤波器滤波后得到所需幅值的工频电压信号。
如上所述，当变压器副方电压随负载变化偏离设定值时，可通过调节电力电子变压器的输出电压幅值来改变铁芯式变压器的原方输入电压幅值，从而实现对副方电压的调节。
图5所示的电力电子变压器的电路结构可描述如下输入级由4只带续流二极管的开关器件组成单相全控桥；隔离级可分为三个部分，分别为高频调制部分，高频变压器7，还原部分，其中隔离级靠输入级侧部分为高频调制部分，它将输入的直流电压转换为5～10k赫兹高频方波信号，还原部分则将高频方波信号被还原为直流电压信号。高频调制/还原部分均为由4只带续流二极管的开关器件组成的单相全控桥；输出级由四只带续流二极管的开关器件组成单相全控桥。其工作原理为变压器副方的工频电压信号在输入端首先经AC/DC变换成直流，随后直流被调制为高频信号再经高频变压器耦合到副方，最后在输出端进行DC/AC变换同样，当变压器副方电压随负载变化偏离设定值时，可通过调节电力电子变压器的输出电压幅值来改变铁芯式变压器的原方输入电压幅值，从而实现对副方电压的调节。
图6所示的电力电子变压器的电路结构可描述如下输入级由6只带续流二极管的开关器件组成三相全控桥；隔离级可分为三个部分，分别为高频调制，高频变压器，还原部分，其中隔离级靠输入级侧部分为高频调制部分，该部分由4只带续流二极管的开关器件组成单相全控桥。高频变压器原方一个绕组，副方有三个绕组，隔离级靠输出级侧部分为还原部分，由12只二极管组成3个独立的单相整流桥。输出级由12只带续流二极管的开关器件组成3个独立的单相全控桥，输出三相交流电。
下面，对本发明的具体实施方式
举例进行说明。
例一100kVA，6300V/380V，以图4为基础的单相降压变压器。
电力电子变压器输入级由4个双向开关组成，每个双向开关由两个1200V/100A的一单元IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)模块反向串联构成，通过输入级，工频交流电压被调制成为6k赫兹的高频交流电压；高频变压器按10kVA，开关频率6k赫兹设计；电力电子变压器输出级由4个双向开关组成，每个双向开关由两个3300V/100A的一单元IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)模块反向串联构成，高频交流电压通过输出级被还原为工频电压。
例二100kVA，10000V/380V，以图5为基础的单相降压变压器。
电力电子变压器输入级由2个1200V/100A的两单元IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)模块组成单相全控桥，通过输入级，工频交流电压被整流为直流电压；隔离级靠输入级侧部分为高频调制部分，由2个1200V/100A的两单元IGBT模块构成，通过这一级，直流电压被调制成为5k赫兹的高频方波；高频变压器按10kVA，开关频率5k赫兹设计，隔离级靠输出级侧部分为还原部分，由两个3300V/100A的两单元IGBT模块构成，通过这一级，高频方波被还原为直流电压；电力电子变压器输出级由2个3300V/100A的两单元IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)模块组成单相全控桥，通过输出级，直流电压被逆变为工频交流电压。
例三100kVA，10000V/380V，以图6为基础的三相降压变压器。
电力电子变压器输入级由3个1200V/100A的两单元IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)模块组成三相全控桥，通过输入级，工频交流电压被整流为直流电压；隔离级靠输入级侧部分为高频调制部分，由2个1200V/100A的两单元IGBT模块构成，通过这一级，直流电压被调制成为5k赫兹的高频方波；高频变压器按10kVA，原方一个绕组，副方三个绕组，开关频率5k赫兹设计，隔离级靠输出级侧部分为还原部分，由六个3300V/100A的两单元IGBT模块构成，通过这一级，高频方波被还原为直流电压；电力电子变压器输出级由6个3300V/100A的两单元IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)模块组成三个单相全控桥，通过输出级，直流电压被逆变为三路各自独立的工频交流电压。
权利要求
1.一种有载平滑调压变压器，包括铁芯式变压器，其特征为电力电子变压器的输入端子和常规铁芯式变压器的副方相连接，电力电子变压器的输出端子分别和常规铁芯式变压器的原方的输入端子、输入绕组分接头相连接，通过调节电力电子变压器的输出电压幅值来改变铁芯式变压器的原方输入电压幅值，从而实现对副方电压的调节。
2.权利要求1所述的有载平滑调压变压器，其特征为对于一相电力变压器，电力电子变压器的两个输入端子分别和常规铁芯式变压器的副方两个端子相连接，电力电子变压器的两个输出端子分别和常规铁芯式变压器的原方的输入端子、输入绕组分接头相连接。
3.权利要求2所述的有载平滑调压变压器，其特征为所述电力电子变压器包括8个双向开关，输入端4个双向开关，输出端4个双向开关，每个双向开关由两个带续流二极管的功率开关器件反向串联构成，输入和输出端间由高频变压器耦合。
4.权利要求2所述的有载平滑调压变压器，其特征为所述电力电子变压器由输入级、隔离级和输出级构成，输入级由4只带续流二极管的开关器件组成单相全控桥；隔离级可分为高频调制部分、高频变压器和还原部分，其中隔离级靠输入级侧部分为高频调制部分，还原部分则将高频方波信号被还原为直流电压信号，高频调制/还原部分均为由4只带续流二极管的开关器件组成的单相全控桥；输出级由四只带续流二极管的开关器件组成单相全控桥。
5.权利要求1所述的有载平滑调压变压器，其特征为对于三相电力变压器，变压器原副方是三角形接法或者是带或不带中性线的星形接法，相应的电力电子变压器三个输入端子分别和铁芯式变压器副方的三相接线端相连接，电力电子变压器六个输出端子则分别和铁芯式变压器的原方的三相接线端和各相任何一个分接头相连接。
6.权利要求5所述的有载平滑调压变压器，其特征为所述电力电子变压器由输入级、隔离级和输出级构成，输入级由6只带续流二极管的开关器件组成三相全控桥；隔离级分为高频调制部分、高频变压器和还原部分，其中隔离级靠输入级侧部分为高频调制部分，该部分由4只带续流二极管的开关器件组成单相全控桥，高频变压器原方一个绕组，副方有三个绕组，隔离级靠输出级侧部分为还原部分，由12只二极管组成3个独立的单相整流桥；输出级由12只带续流二极管的开关器件组成3个独立的单相全控桥，输出三相交流电。
全文摘要
有载平滑调压变压器，涉及电力系统中的电压调节技术，以实现变压器副方电压的平滑调节。电力电子变压器的输入端子和常规铁芯式变压器的副方相连接，电力电子变压器的输出端子分别和常规铁芯式变压器的原方的输入端子、输入绕组分接头相连接，通过调节电力电子变压器的输出电压幅值来改变铁芯式变压器的原方输入电压幅值，从而实现对副方电压的调节。既可用于新变压器的有载调压，且该新变压器只需一个分接头，大大减少了分接头数量，也可直接用于现有的有载或无载调压变压器的技术改造，可以实现在稳态和暂态情况下付方电压具有较好的性能。该装置具有实现、维护简单且使用寿命长的特点，对提高电网安全运行水平和电压质量具有重要意义。
文档编号H02M5/00GK1560989SQ20041001273
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月18日 优先权日2004年2月18日
发明者毛承雄, 陆继明, 范澍, 王丹 申请人:华中科技大学