基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统，包括：供电电源、合闸电压幅值控制系统和变压器；所述供电电源、开关S1、合闸电压幅值控制系统、开关S2和变压器依次串联连接；所述供电电源通过开关S3直接与变压器连接。本实用新型专利技术有益效果：能够对变压器空载合闸过程中励磁涌流的大小进行控制，使之不会超过变压器铁芯所能承受的饱和磁通，从而达到励磁涌流的目的。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力系统变压器保护技术，特别涉及一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统。
技术介绍
电力变压器是电力系统的重要设备，当变压器空载合闸、区外故障切除或电源侧过电压时，由于变压器的感性特征，会产生较大的励磁涌流，严重时可达到变压器额定电流的六到八倍。较大的励磁涌流会使变压器铁芯的发热量增加，影响变压器的使用寿命；会产生大量谐波，影响电能质量；还会造成继电保护装置误动作，影响电网的安全可靠运行。其中变压器空载合闸时产生的励磁涌流通常较大，给变压器自身和保护装置带来的影响也较为明显。目前应对励磁涌流影响的方法包括：(1)根据励磁涌流区别于正常电流与故障电流的特征来识别励磁涌流，然后避开励磁涌流的影响；该类方法受识别原理和信息处理方法的影响，识别正确率有待进一步提高。此外这类方法只能对励磁电流进行识别，无法控制励磁涌流的大小。(2)通过外接设备或改变变压器内部结构等方法抑制励磁涌流的产生。该类方法需要改变系统结构，且仅能从一定程度上抑制励磁涌流。
技术实现思路
本技术的目的是为了抑制变压器空载合闸过程中产生幅值较大的励磁涌流，提供一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统，通过在变压器与一次侧系统电源之间接一个合闸电压控制系统，可控制输入电压的幅值大小，使变压器铁芯在空载合闸过程中不会饱和，控制变压器控制合闸过程中所产生的励磁涌流；从而达到减小励磁涌流对变压器本身、对变压器保护等设备不利影响的目的。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案：一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统，包括：供电电源、合闸电压幅值控制系统和变压器；所述供电电源、开关S1、合闸电压幅值控制系统、开关S2和变压器依次串联连接；所述供电电源通过开关S3直接与变压器连接。进一步地，所述合闸电压幅值控制系统包括：合闸电压控制模块、合闸电压输出模块和开关切换控制模块；所述合闸电压控制模块分别与合闸电压输出模块和开关切换控制模块连接。进一步地，所述合闸电压输出模块包括：全控桥式整流电路和有源逆变电路组成的PWM型变频电路，在所述全控桥式整流电路和有源逆变电路之间串联电容；所述全控桥式整流电路的每个桥臂串联分别串联可控的晶闸管，所述有源逆变电路的每个桥臂分别串联二极管和绝缘栅双极晶体管。进一步地，所述合闸电压控制模块包括：全控桥式整流电路的控制模块和有源逆变电路的控制模块以及函数发生器；所述全控桥式整流电路的控制模块为分别与全控桥式整流电路的每个可控的晶闸管连接的方波发生器；所述有源逆变电路的控制模块采用脉宽调制生成一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲信号，将这些信号输入到有源逆变电路中的绝缘栅双极晶体管中完成电压信号的逆变；所述函数发生器产生电压幅值控制函数。进一步地，所述变压器为单相变压器或者三相变压器。本技术的有益效果是：本技术能够对变压器空载合闸过程中励磁涌流的大小进行控制，使之不会超过变压器铁芯所能承受的饱和磁通，从而达到励磁涌流的目的。与目前广泛采用的励磁涌流识别方法相比，本技术装置能够从根本上抑制励磁涌流的产生，能够避免励磁涌流对变压器本身、变压器保护等设备的影响。附图说明图1是本技术基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统结构示意图；图2是电压幅值控制曲线；图3是本技术合闸电压幅值控制系统结构图；图4是本技术合闸电压输出模块电路结构图；图5(a)是仿真一的三相变压器A相到B相的相间磁通图；图5(b)是仿真一的三相变压器B相到C相的相间磁通图；图5(c)是仿真一的三相变压器C相到A相的相间磁通图；图6(a)是仿真二的三相变压器A相到B相的相间磁通图；图6(b)是仿真二的三相变压器B相到C相的相间磁通图；图6(c)是仿真二的三相变压器C相到A相的相间磁通图；图7是仿真一差动电流有效值；图8是仿真二差动电流有效值。具体实施方式：下面结合附图与实例对本技术做进一步说明：一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统，如图1所示，包括：供电电源、合闸电压幅值控制系统和变压器供电电源、开关S1、合闸电压幅值控制系统、开关S2和变压器依次串联连接；供电电源通过开关S3直接与变压器连接。合闸电压幅值控制系统包括：合闸电压控制模块、合闸电压输出模块和开关切换控制模块；合闸电压控制模块分别与合闸电压输出模块和开关切换控制模块连接。合闸电压控制模块：采集变压器合闸之前铁芯内的剩磁情况，包括剩磁的大小和方向；接收人为设定的控制开始时间、结束时间、结束控制的条件等参数，并根据上述参数生成合闸电压幅值函数。其中，结束控制的条件指结束控制过程时的磁通幅值与正常运行时磁通幅值之间的差值小于设定的差值。合闸电压控制模块的结构如图3所示，包括：全控桥式整流电路的控制模块和有源逆变电路的控制模块以及函数发生器；全控桥式整流电路的控制模块由6个方波发生器组成，有源逆变电路的控制模块由若干乘法器、加法器、正弦波发生器、比较器等组成；全控桥式整流电路的控制模块中的方波发生器会产生一系列幅值相等而宽度不相等的方波信号，这些信号将会输入到全控桥式整流电路的可控晶闸管中，实现对电压信号的整流控制。有源逆变电路的控制模块采用脉宽调制的控制方法生成一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲信号，这些信号输入到有源逆变电路中的绝缘栅双极晶体管中完成电压信号的逆变过程。函数发生器用于产生电压幅值控制函数，合闸电压控制模块产生的电压幅值控制函数为：其中a＞0，t0≤0为待设定的量，Um为电源的幅值。下面介绍一下a和t0的取值确定过程。励磁涌流im与变压器磁通φm的关系为im≈N1φm/Lμ，其中N1中为变压器一次侧绕组匝数。变压器磁通小于饱和磁通，励磁涌流就不会影响变压器正常运行。因此控制原理需要满足整个合闸电压幅值控制过程中变压器铁芯磁通不超过变压器饱和磁通，此处饱和磁通1.1φsat为1.26φN，φN为变压器额定磁通。即任意时刻磁通φm需满足下式：φm=φmaxsin(ωt+α)+(φ0-φmaxsin(α))e-R1Lμt≤1.1φsat---(1)]]>其中φ0为剩磁，其中Lμ为变压器磁化电感，Um为系统电源幅值，N1为变压器一次侧绕组匝数，R1为变压器一次侧绕组电阻，ω为角频率。令公式(1)中的Um等于控制曲线函数U(t)即可通过控制曲线函数来改变变压器铁芯的磁通，控制曲线的函数中的t0决定电压的初值。t0越小，电压幅值初值越大。t0＝0为t0的上限，此时电压幅值初值为最小值0。t0的下限在合闸角与剩磁最不利情况合闸时，即变压器瞬时磁通等于饱和磁通的极限情况下获得，假设式(1)中sin(α)＝-1，φ0为正，为方便计算将稳态分量中的sin(ωt+α)＝1，在t＝0时刻，令变压器内磁通等于饱和磁通1.1φsat，得到式(2)。式(2)为t0的下限。t0=ln(1-N1R12+(ωLμ)2(1.1φsat-φ0)2LμUm)=ln(1-1.1φsat-φ02φmax)---(2)]]>控制曲线的函数中的a决定电压幅值的变化率。其限制条件可由式(1)变换得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统，其特征是，包括：供电电源、合闸电压幅值控制系统和变压器；所述供电电源、开关S1、合闸电压幅值控制系统、开关S2和变压器依次串联连接；所述供电电源通过开关S3直接与变压器连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统，其特征是，包括：供电电源、合闸电压幅值控制系统和变压器；所述供电电源、开关S1、合闸电压幅值控制系统、开关S2和变压器依次串联连接；所述供电电源通过开关S3直接与变压器连接。2.如权利要求1所述的一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统，其特征是，所述合闸电压幅值控制系统包括：合闸电压控制模块、合闸电压输出模块和开关切换控制模块；所述合闸电压控制模块分别与合闸电压输出模块和开关切换控制模块连接。3.如权利要求1所述的一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制系统，其特征是，所述合闸电压输出模块包括：全控桥式整流电路和有源逆变电路组成的PWM型变频电路，在所述全控桥式整流电路和有源逆变电路之间串联电容；所述全...

【专利技术属性】
技术研发人员：李猷民，肖静，吕守国，曲文韬，庄燕飞，李超，刘冬，王彦博，韩振峰，冯迎春，周洋，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司检修公司，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：山东;37