專利名稱：具有無功補償功能的變壓器直流偏磁補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
具有無功補償功能的變壓器直流偏磁補償裝置技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，具體指一種既可以用于改善電網(wǎng)功率因數(shù) 又可以抑制變壓器中性點直流偏磁的裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)，計算機技術(shù)和控制理論的迅速發(fā)展，使高壓直流輸 電技術(shù)日趨完善。在大功率遠距離輸電、海底電纜和交流系統(tǒng)間異步連接等方面，直流輸電 有許多獨特的優(yōu)越性。截至1996年低，世界上已投入運行的直流工程就有56項，輸電容量 達166GW。隨著我國“西電東送，南北互供，全國聯(lián)網(wǎng)”的電力發(fā)展總方針，直流輸電技 術(shù)將會在全國電網(wǎng)互聯(lián)中起到重要作用。目前直流輸電在我國已經(jīng)得到了長足的發(fā)展和 應(yīng)用，我國從自行建成的舟山100KV海底電纜直流輸電開始，至今以先后建成三峽至常州 500KV直流輸電工程、天廣500KV直流輸電工程、貴廣500KV直流輸電工程。直流輸電在一 定條件下，是具有很大的經(jīng)濟效益。然而在實際運行中發(fā)現(xiàn)，當直流輸電系統(tǒng)采用大地作為 回路的運行方式時，巨大的直流電流以大地構(gòu)成回路，從大地中流過時會對附近的交流系 統(tǒng)產(chǎn)生影響。其對交流系統(tǒng)的影響主要是由接地極附近中性點直接接地的變壓器直流偏磁 所引起的。在高壓直流輸電中，線路一般都采用單極大地回路的方式運行，例如天廣輸電網(wǎng) 就是采用這種運行方式，直流單極大地回路運行時，部分交流變壓器會受到直流偏磁的影 響，會使得電網(wǎng)內(nèi)部部分變壓器振動加劇，噪聲增加，勵磁電流畸變，三廣直流輸電線路投 運以后類似事件一直出現(xiàn)。在貴廣直流線路中，2004年5月的監(jiān)測記錄表明，貴廣直流輸電 線路單極大地回路運行方式下，春城站主變壓器中性點直流電流達34. 5A，噪聲達93. 9dB， 諧波電壓總畸變率達2. 1 %。三峽龍泉——江蘇政平500kV直流輸電系統(tǒng)自2002年12月 調(diào)試和試運行以來，常州武南變電站兩組500KVA主變壓器均出現(xiàn)噪聲大幅度上升(上升 20dB)。此外，除了高壓直流輸電工程可以引起直流偏磁現(xiàn)象外，地磁磁暴同樣也可以引 起變壓器的直流偏磁。由文獻可以看出，引發(fā)電力變壓器直流偏磁的還有地磁感應(yīng)電流 (GIC)。地磁暴發(fā)生時，極電流產(chǎn)生的磁場和地球磁場相互作用在地球表面產(chǎn)生感應(yīng)電勢 (ESP)，該感應(yīng)電勢可達每公里1 IOV或更高。該地面電勢將在長距離輸電系統(tǒng)，特別是 東西走向的輸電線路中的接地變壓器間誘發(fā)地磁感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流的頻率在0. 001 0. IHz之間，與交流系統(tǒng)的50Hz工頻相比可近似看作直流。1989年3月13日，磁暴引起的偏磁電流導致了加拿大魁北克電網(wǎng)的大停電，起因 是偏磁電流使變壓器鐵心急劇飽和，諧波大增，導致電網(wǎng)SVC裝置的繼電保護誤動作，大量 電容器退出運行，系統(tǒng)電壓崩饋，最終失去9500麗負荷，電網(wǎng)解列近9個小時。因此，研究 變壓器的直流偏磁現(xiàn)象的抑制方法和措施對電力系統(tǒng)安全運行是事在必行的。在電網(wǎng)中，很多變壓器都會受到了直流偏磁電流的影響，受到影響的變壓器有的 是在換流器直流接地極附近，有的卻是遠離直流接地極[6]，還有的卻是在東西走向輸電線 路中。但有一點是肯定的，那就是變壓器直流偏磁現(xiàn)象是由流入其中性點的直流電流引起 的。直流電流在兩接地變壓器間產(chǎn)生電位差，電流由一變壓器接地中性點流入，從另一個變 壓器中性點流出。流過變壓器繞組的直流電流引起變壓器的偏磁造成變壓器鐵心飽和，勵磁電流畸變，產(chǎn)生大量諧波，無功損耗增加，甚至還可能引起系統(tǒng)電壓嚴重降低，系統(tǒng)繼電 器誤動作等等。所以研究直流偏磁的抑制是勢在必行的。但是僅僅只研究直流偏磁的抑制是遠遠不夠的，應(yīng)該將這個問題放入大電網(wǎng)系統(tǒng) 來考慮，既抑制了直流偏磁又不影響電網(wǎng)系統(tǒng)正常運行，或者還可以為電網(wǎng)系統(tǒng)做更大的 貢獻，比如本發(fā)明，在靜止無功補償器的基礎(chǔ)上增加抑制直流偏磁的結(jié)構(gòu)。綜上所述，直流偏磁是外間強加給變壓器的，所以不但是將研究直流偏磁的抑制， 還要將抑制裝置嵌入到靜止無功功率補償器中，以達到一個裝置兩種功效目的，這對電力 系統(tǒng)是具有重大的實際意義的。發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本發(fā)明提供一種裝置，將用于抑制直流偏磁的DC-DC變換器并聯(lián)在用 于靜止無功補償?shù)腜WM整流器直流側(cè)，目的在于降低用于抑制偏磁的裝置的成本。技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實施的具有無功補償功能的變壓器直流偏磁補償裝置，其特征在于所述裝置包括與電 網(wǎng)通過電抗器連接的PWM整流器，PWM整流器是由IGBT和續(xù)流二極管構(gòu)成的三相整流橋 連接組成；PWM整流器作為整個裝置的交流側(cè)與直流側(cè)并聯(lián)，其中直流側(cè)包括電容、電阻、 DC-DC變換器并聯(lián)組成，在電阻與DC-DC變換器之間接入切換開關(guān)，其中DC-DC變換器由 IGBT、續(xù)流二極管連接組成；DC-DC變換器的一條線路連接地線，另一條線路通過扼流圈與 變壓器連接，變壓器通過中性線霍爾電流傳感器與CPU連接；電網(wǎng)與CPU之間通過第一個 PLL鎖相環(huán)電路連接；電抗器與CPU之間接入第二個PLL鎖相環(huán)電路。直流側(cè)由電容、電阻、保護電路、DC-DC變換器并聯(lián)組成，在保護電路與電阻之間接 入切換開關(guān)；其中保護電路由電阻、IGBT、續(xù)流二極管連接組成。優(yōu)點及效果本發(fā)明通過在靜止無功補償?shù)幕A(chǔ)上增加抑制直流偏磁的結(jié)構(gòu)，將 對直流偏磁抑制的研究放入到大電網(wǎng)系統(tǒng)來考慮，既抑制了直流偏磁，又不影響電網(wǎng)系統(tǒng) 的正常運行，實現(xiàn)了一個裝置兩種功效的目的，降低了抑制偏磁裝置的成本，取得一定的經(jīng) 濟效益，對整個電力系統(tǒng)具有重大的實際意義。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標記說明1 電網(wǎng)、2 電抗器、3 第一個PLL鎖相環(huán)電路、4 :PWM整流器、5 =IGBT,6 直流側(cè)、 7 保護電路、8 切換開關(guān)、9 扼流圈、10 :DC-DC變換器、11 變壓器、12 中性線霍爾電流傳 感器、13 :CPU、14 續(xù)流二極管、15 第二個PLL鎖相環(huán)電路。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行具體說明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，電網(wǎng)1通過電抗器2與PWM整流器4連接， PWM整流器4是由六個IGBT5和續(xù)流二極管14構(gòu)成的三相整流橋連接組成；PWM整流器4 與直流側(cè)6并聯(lián)，這里把PWM整流器4作為整個裝置的交流側(cè)；直流側(cè)6由一個電容、一個電阻、一個保護電路7、一個DC-DC變換器10依次并聯(lián)組成，在電阻與護電路7之間接入切 換開關(guān)8 ；其中保護電路7由電阻、IGBT5、續(xù)流二極管14連接組成，DC-DC變換器10由四 個IGBT5、續(xù)流二極管14連接組成；DC-DC變換器10的一條線路連接地線，另一條線路通過 扼流圈9與變壓器11連接，變壓器11通過中性線霍爾電流傳感器12與CPU13連接；電網(wǎng) 1與CPU13之間通過第一個PLL鎖相環(huán)電路3連接；電抗器2與CPU13之間接入第二個PLL 鎖相環(huán)電路15。整個裝置的主要工作部分為交流側(cè)和直流側(cè)，交流側(cè)可以對電網(wǎng)1的無功功率進 行補償，通過直流側(cè)對變壓器11由中性點直流電流引起的偏磁進行抑制，其中交流側(cè)為一 個電壓型PWM整流器4，只不過讓其運行在整流狀態(tài)，即既從電網(wǎng)1吸收無功功率又吸收有 功功率的狀態(tài)，吸收的有功功率用于降低線路損耗及抑制直流偏磁，吸收的無功功率用于 改善電網(wǎng)1的功率因素；直流側(cè)主要部分是一個DC-DC變換器10，可以隨著中性點的偏磁 電流大小而改變輸出電壓，從而對變壓器11的中性點直流偏磁進行抑制。當變壓器11發(fā)生直流偏磁現(xiàn)象時，通過中性線霍爾電流傳感器12將檢測信號送 入CPU13，然后CPU13控制切換開關(guān)8將保護電路7、DC_DC變換器10接入到直流側(cè)6，開始 產(chǎn)生直流電源來抑制直流偏磁，當前狀態(tài)下PWM整流器4處于整流狀態(tài)，只能工作在三、四 象限，其中在三象限時PWM整流器4相當于電感，在四象限時PWM整流器4相當于電容，既可 以吸收有功功率又可以吸收無功功率，其中有功功率遠大于無功功率，當需要電位補償時， 有功功率能耗增大，檢測信號反饋給無功補償?shù)目刂坪诵腃PU13，DC-DC變換器10就可以利 用這一有功功率來抑制直流偏磁，此時保護電路7的作用是當直流母線上的電壓超過安全 值時，過電壓保護電路上的IGBT導通，通過此電路泄流，母線上的多余電能以熱的形式散 發(fā)出去；當變壓器11無直流偏磁現(xiàn)象產(chǎn)生時，通過中性線霍爾電流傳感器12將檢測信號送 入CPU13，CPU13控制切換開關(guān)8斷開，將保護電路7、DC-DC變換器10從直流側(cè)6中切除， 此時PWM整流器4工作在接近純電容狀態(tài)下，即Y軸負半軸。將六個IGBT5構(gòu)成的三相整流橋通過電抗器2連接在電網(wǎng)1上，然后通過第一個 PLL鎖相環(huán)電路3，根據(jù)瞬時無功功率理論，檢測電網(wǎng)1中的有功分量和無功分量同時得出 所需要產(chǎn)生的無功電流，再通過第二個PLL鎖相環(huán)電路15檢測電流信號，根據(jù)瞬時無功功 率理論，結(jié)合已知的電抗器2的阻抗值，計算電位補償所消耗的有功電流，將以上由第一個 PLL鎖相環(huán)電路3、第二個PLL鎖相環(huán)電路15所得出的兩個檢測信號輸入CPU13，產(chǎn)生相應(yīng) 的觸發(fā)脈沖，達到無功補償和電位補償?shù)碾p重效果。所以，在控制整個裝置時，要實現(xiàn)既保證PWM整流器4工作在第四象限，又要調(diào)節(jié) DC-DC變換器10輸出有用功率。
權(quán)利要求1.具有無功補償功能的變壓器直流偏磁補償裝置，其特征在于所述裝置包括與電網(wǎng) ⑴通過電抗器⑵連接的PWM整流器G)，PWM整流器⑷是由IGBT(5)和續(xù)流二極管 (14)構(gòu)成的三相整流橋連接組成；PWM整流器(4)作為整個裝置的交流側(cè)與直流側(cè)(6)并 聯(lián)，其中直流側(cè)(6)包括電容、電阻、DC-DC變換器(10)并聯(lián)組成，在電阻與DC-DC變換器 (10)之間接入切換開關(guān)(8)，其中DC-DC變換器(10)由IGBT(5)、續(xù)流二極管(14)連接組 成；DC-DC變換器(10)的一條線路連接地線，另一條線路通過扼流圈(9)與變壓器(11)連 接，變壓器(11)通過中性線霍爾電流傳感器(12)與CPU(13)連接；電網(wǎng)(1)與CPU(13)之 間通過第一個PLL鎖相環(huán)電路C3)連接；電抗器( 與CPU(U)之間接入第二個PLL鎖相 環(huán)電路(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有無功補償功能的變壓器直流偏磁補償裝置，其特征在于 直流側(cè)(6)由電容、電阻、保護電路(7)、DC-DC變換器(10)并聯(lián)組成，在保護電路(7)與電 阻之間接入切換開關(guān)⑶；其中保護電路⑵由電阻、IGBT(5)、續(xù)流二極管(14)連接組成。
專利摘要具有無功補償功能的變壓器直流偏磁補償裝置，所述裝置包括與電網(wǎng)通過電抗器連接的PWM整流器，PWM整流器作為交流側(cè)與直流側(cè)并聯(lián)，直流側(cè)、變壓器、中性線霍爾電流傳感器、CPU依次連接；電網(wǎng)與CPU之間、電抗器與CPU之間均連接有PLL鎖相環(huán)電路。本實用新型通過在靜止無功補償?shù)幕A(chǔ)上增加抑制直流偏磁的結(jié)構(gòu)，將對直流偏磁抑制的研究放入到大電網(wǎng)系統(tǒng)來考慮，既抑制了直流偏磁，又不影響電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，實現(xiàn)了一個裝置兩種功效的目的，降低了抑制偏磁裝置的成本，取得一定的經(jīng)濟效益，對整個電力系統(tǒng)具有重大的實際意義。
文檔編號H02H9/04GK201829945SQ20102057590
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者劉宗偉, 張志佳, 白保東 申請人:沈陽工業(yè)大學