江友華1,2 ,顧勝堅(jiān)2 ,方勇1
(1:上海大學(xué),上海,200072;2:杭州錢(qián)江電氣集團(tuán), 杭州, 311243)
摘要: 隨著社會(huì)的發(fā)展和用戶(hù)對(duì)用電質(zhì)量的提高,傳統(tǒng)的機(jī)械式有載調(diào)壓方法已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足現(xiàn)代電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求;诖,本文提出了一種無(wú)觸點(diǎn)無(wú)級(jí)有載調(diào)壓技術(shù),它是變壓器與電力電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,能夠大大的提高現(xiàn)有有載調(diào)壓裝置的性能。文中,對(duì)無(wú)級(jí)無(wú)觸點(diǎn)有載調(diào)壓技術(shù)的原理、方案進(jìn)行了介紹和分析,并重點(diǎn)介紹了LEM公司電壓傳感器模塊LV25-P的性能及優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞: 無(wú)觸點(diǎn);有載調(diào)壓;電壓傳感器 The Study on Non-contact On-load Tap Changers Device and Its Detect circuit JIANG You-hua1,2 ,GU Sheng-jian2 ,F(xiàn)ANG You1 (1:Shanghai University, Shanghai,200072;2:Hangzhou QianJiang River Electric, Hangzhou, 311243)
Abstract: With the development of society and sharp increase of electricity consumption, the electric power networks become much huger and more complex. The On-load tap changers of mechanism can not be satisfied by the requirements of power systems, security and economical operation in the case. Based on these, a novel Non-contact On-load tap changers technology is present, which is the combo of transformer and power electronic. So it can improve the On-load tap changers transformer performance. In this paper, the principle and scheme are introduced and analyzed. At the same time, the voltage sensor module LV25-P of LEM company is introduced.
Keywords: Non-contact; On-load tap changers switch; voltage sensor
1. 引言
由于電網(wǎng)電壓用電容量隨時(shí)變化,其配電變壓器的一次側(cè)電壓波動(dòng)很大,導(dǎo)致配電變壓器二次側(cè)電壓不穩(wěn)定,從而影響用戶(hù)的用電質(zhì)量。傳統(tǒng)的有載調(diào)壓方法是采用機(jī)械有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。隨著社會(huì)的發(fā)展和用電量的迅速增長(zhǎng),電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜,這種機(jī)械分接開(kāi)關(guān)有載調(diào)壓方法己經(jīng)不能完全滿(mǎn)足現(xiàn)代電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求,其中有三個(gè)固有的缺陷難以消除:①在分接頭切換過(guò)程中產(chǎn)生電弧,導(dǎo)致機(jī)械觸頭燒損和變壓器絕緣油介質(zhì)極化;②分接開(kāi)關(guān)的動(dòng)作速度慢,調(diào)壓響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),容易錯(cuò)檔、錯(cuò)位,不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)壓,而且故障率高,維護(hù)量大;③機(jī)械開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間具有分散性,使調(diào)壓時(shí)刻無(wú)法準(zhǔn)確控制,而且在調(diào)壓過(guò)程中可能出現(xiàn)過(guò)渡過(guò)程,甚至出現(xiàn)錯(cuò)檔、錯(cuò)位現(xiàn)象,對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)不利的影響。針對(duì)現(xiàn)有的有載調(diào)壓方法存在的問(wèn)題,本文提出新型無(wú)觸點(diǎn)有載調(diào)壓技術(shù),它是變壓器與電力電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,能夠大大地提高現(xiàn)有有載調(diào)壓裝置的性能,從而改善電網(wǎng)質(zhì)量[1-3] 。
2. 系統(tǒng)方案
二十世紀(jì)六十年代,電力電子技術(shù)迅速發(fā)展,新型的高電壓、大功率電力電子器件進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用,為了解決變壓器有載分接開(kāi)關(guān)在調(diào)壓過(guò)程中機(jī)械觸頭燃弧的問(wèn)題,人們開(kāi)始研究采用高電壓、大功率電力電子器件,通過(guò)控制電力電子開(kāi)關(guān)器件的通斷,從而按級(jí)改變變壓器匝數(shù),實(shí)現(xiàn)分級(jí)有載調(diào)壓。因此這種裝置無(wú)需機(jī)械開(kāi)關(guān)的切換,也不會(huì)產(chǎn)生電弧,響應(yīng)速度也得到提高。本文提出的無(wú)觸點(diǎn)無(wú)級(jí)有載調(diào)壓裝置就是上述原理,把目前研究的熱點(diǎn)課題——?jiǎng)討B(tài)電壓調(diào)節(jié)器(DVR)引入其中,通過(guò)串接于線路的補(bǔ)償變壓器向系統(tǒng)注入幅值、相角和頻率可控的電壓,實(shí)現(xiàn)變壓器的有載調(diào)壓。這種裝置不僅具有晶閘管無(wú)觸點(diǎn)有載調(diào)壓裝置的優(yōu)點(diǎn),還可以克服其固有的缺點(diǎn),從而使之性能得到大大的提高。
圖1 無(wú)觸點(diǎn)無(wú)級(jí)有載調(diào)壓裝置主電路示意圖
無(wú)觸點(diǎn)無(wú)級(jí)有載調(diào)壓裝置主電路主要由整流器、儲(chǔ)能裝置、逆變器、正弦波濾波器、串聯(lián)補(bǔ)償變壓器T2 及旁路開(kāi)關(guān)K構(gòu)成,其主電路及控制電路結(jié)構(gòu)如圖1所示(單相)。
由圖1可知,
(1)
按式(1)可得圖2所示的矢量疊加示意圖。由圖2可知,調(diào)節(jié)補(bǔ)償電壓
的大小或者同輸入電壓U
1 的夾角,就可以調(diào)節(jié)U
3 電壓的大小和相位。通常情況是調(diào)節(jié)補(bǔ)償電壓
的大小,其相位要么同輸入電壓U
1 同相位,或者反相位,從而維持電壓U
3 、U
2 不變。
圖2 電壓矢量疊加原理
例如當(dāng)輸入電壓U
1 降落
時(shí),通過(guò)補(bǔ)償變壓器補(bǔ)償+
,從而維持主變壓器T
1 初級(jí)電壓U
3 不變,如圖3(a)所示;而當(dāng)輸入電壓U
1 升高
時(shí),通過(guò)補(bǔ)償變壓器反相補(bǔ)償-
,依然維持主變壓器T
1 初級(jí)電壓U
3 不變,如圖3(b)所示。
圖3 無(wú)觸點(diǎn)無(wú)級(jí)有載調(diào)壓器補(bǔ)償電壓示意圖
由圖3 可以看出,DVR 裝置只補(bǔ)償輸入電壓U1 升高或跌落部分,而不是全部輸入電壓,也就是說(shuō)只對(duì)輸入電壓U1 與電壓U3 的差值進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償,而無(wú)需承擔(dān)負(fù)荷所需的全部電壓,因此逆變器承擔(dān)的最大功率僅為系統(tǒng)功率的20%(假設(shè)電壓補(bǔ)償范圍為20%),致使其價(jià)格可以得到下降。而且功率器件不是直接串在系統(tǒng)主回路中,器件選型較容易。因?yàn)镈VR 可以逆變產(chǎn)生幅值連續(xù)可調(diào)的電壓,因此可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)的電壓調(diào)節(jié)。又因?yàn)镈VR是由全控器件IGBT構(gòu)成,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,可以在10毫秒左右進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。
3. 信號(hào)檢測(cè)
信號(hào)檢測(cè)主要有電網(wǎng)電壓、電流瞬時(shí)值測(cè)量,逆變器直流母線電壓檢測(cè)和電網(wǎng)相位檢測(cè)。電網(wǎng)檢測(cè)的瞬時(shí)值作為電壓環(huán)的反饋,電壓給定由數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)查表完成,經(jīng)過(guò)電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié),輸出值作為電壓調(diào)制度,再經(jīng)過(guò)SPWM算法,產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的PWM觸發(fā)脈沖,經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大,控制逆變器的導(dǎo)通和關(guān)斷,進(jìn)而改變逆變電壓,從而使二次側(cè)電壓得到快速恢復(fù);直流母線電壓檢測(cè)主要是防止反相補(bǔ)償時(shí),泵升電壓過(guò)高,從而損壞IGBT器件;相位檢測(cè)電路主要是鎖定電網(wǎng)電壓的相位,從而使逆變器產(chǎn)生的電壓與電網(wǎng)電壓相位同步,這樣經(jīng)過(guò)串聯(lián)補(bǔ)償變壓器得到的電壓就能和電網(wǎng)輸入電壓相位一致或反相。其中電壓檢測(cè)傳感器均是采用LEM公司的電壓傳感器,其型號(hào)為L(zhǎng)V25-P。其使用原則、優(yōu)點(diǎn)及注意事項(xiàng)如下[4] :
使用原則
·對(duì)于電壓測(cè)量,原邊電流與被測(cè)電壓的比一定要通過(guò)一個(gè)由用戶(hù)選擇的外部電阻R 確定,并串聯(lián)在傳感器原邊回路上。
優(yōu)勢(shì)
· 出色的精度
· 良好的線性度
· 低溫漂
· 抗外界干擾能力強(qiáng)
· 共模抑制比強(qiáng)
· 反應(yīng)時(shí)間快
· 頻帶寬
注意事項(xiàng)
· 當(dāng)把LV25-P焊接在電路板上時(shí),須用低溫烙鐵,焊接時(shí)間應(yīng)盡量短,否則將有可能造成管腳內(nèi)部聯(lián)線開(kāi)路。
· 電路板上安裝LV25-P的插孔位置必須與LV25-P腳尺寸完全吻合,不能人為擠壓管腳,否則也將可能造成管腳內(nèi)部聯(lián)線開(kāi)路。
4. 總結(jié)
本文給出了一種無(wú)觸點(diǎn)無(wú)級(jí)有載調(diào)壓技術(shù),它是變壓器與電力電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,能夠大大的提高現(xiàn)有有載調(diào)壓裝置的性能,從而改善電網(wǎng)質(zhì)量。但一個(gè)可靠的系統(tǒng),離不開(kāi)可靠的,快速的檢測(cè)器件,因此本系統(tǒng)采用LEM公司的電壓傳感器,能夠快速準(zhǔn)確的檢測(cè)電網(wǎng)電壓,提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。
參考文獻(xiàn)
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[4]北京LEM公司。電壓傳感器模塊 LV25-P使用說(shuō)明書(shū)。
通信方式:杭州市蕭山區(qū)錢(qián)江電氣科技工業(yè)園杭州錢(qián)江電氣研發(fā)中心,
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