一种利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统及方法，电动汽车充电桩经升压变压器与电网相连，电动汽车充电桩的输入为三相交流电，输出为直流电。当电动汽车充电桩不给电动汽车充电时，控制测试充电桩”运行在测试模式，控制普通充电桩的运行在隔离模式，测试充电桩输出多个频段的高频电压信号并检测对应频段的高频电流信号，并最终分别计算出三相电路的幅频响应特性，将三相幅频响应数据上传充电站管理系统，运行人员或其他装置判断变压器绕组形变状态。

A Transformer Winding Test System and Method Based on Broadband Output Capability of Charging Pile

The invention provides a system and method for testing transformer winding by using the broadband output capacity of charging pile. The charging pile of electric vehicle is connected to the power grid through boost transformer. The input of charging pile of electric vehicle is three-phase alternating current, and the output is direct current. When the charging pile of electric vehicle does not charge the electric vehicle, control the testing charging pile to run in the test mode, control the ordinary charging pile to run in the isolation mode, test the charging pile to output high-frequency voltage signals of multiple frequency bands and detect high-frequency current signals of corresponding frequency bands, and finally calculate the amplitude-frequency response characteristics of three-phase circuit respectively, and upload the three-phase amplitude-frequency response data to charge. Station management system, operators or other devices to determine the transformer winding deformation status.

【技术实现步骤摘要】
一种利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统及方法
本专利技术涉及充电桩领域，尤其涉及一种利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统及方法。
技术介绍
电力变压器在运行过程中不可避免地遭受到各种短路电流的冲击，一旦有故障电流流经变压器，变压器绕组将会承受巨大的不均匀的轴向和径向电动应力作用。如果绕组内部机械结构存在薄弱环节，承受不住电动力的冲击，变压器线圈必然会产生绕组扭曲、鼓包或移位等永久变形现象，严重影响电网运行安全。常用的变压器绕组变形测试方法有频率响应法等，频率响应法通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的变化程度，判断变压器可能发生的绕组变形。变压器绕组变形测试能够对绕组变形进行分析和判断，从而保证电力系统可靠安全的运行。传统测试方法需首先将变压器从系统中退出运行，然后利用外接激励源测量不同频率下响应电压和激励电压的信号幅值之比，获得指定激励端和响应端情况下绕组的幅频响应曲线。该方法能够准确分析、判断变压器绕组的变形程度，但需将变压器退出运行，降低变压器的利用率，同时需要运行人员进行现场测试，增加了人力成本。近年来，电动汽车和电动汽车充电桩的普及度不断提高。电动汽车充电桩主要由电力电子装置组成。为保证电动汽车充电桩正常运行，电力电子装置需要实时获取电网侧的电压电流信息，并以此作为反馈信号控制电力电子器件的开通和关断。随着技术的不断进步，电力电子装置的开关频率、采样频率远高于电网基波频率，通常可以达到兆赫兹；采样精度通常可以达到毫伏、毫安，因此电力电子装置既可以产生高频的输出电压，也可以准确检测出高频的电压、电流。传统充电桩中的电参量测量结果多用于充电桩的反馈控制，或上传充电桩管理系统方便运行人员监视、调度。电动汽车充电桩除了具有传统的电能转换功能，还具有对外部系统进行频率扫描的潜力，现有技术没有充分利用充电桩中电力电子装置的优势，更没有提及如何利用充电桩的宽频输出能力对电网设备运行状态进行检测。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统，包括：三相变压器和中央控制器；三相变压器高压侧与电网连接，三相变压器低压侧连接多个电动汽车充电桩；多个电动汽车充电桩中包括：至少一个具有宽频输出能力的测试充电桩；测试充电桩包括：隔离开关，AC-DC变换器和DC-DC变换器；DC-DC变换器的输出端与电动汽车相连，用于控制充电电流和充电电压；DC-DC变换器的输入端与AC-DC变换器的输出端相连；AC-DC变换器的输入端通过隔离开关与电网相连，当测试充电桩给电动汽车充电时，AC-DC变换器运行在充电模式，用于控制两变换器中间的直流电压为恒定值、控制输入功率因数接近1；当测试充电桩未给电动汽车充电且未收到中央控制器发送的测试信号时，AC-DC变换器运行在停机模式，此时AC-DC变换器和电网之间不存在有功、无功交换；当测试充电桩未给电动汽车充电且收到中央控制器发送的测试信号时，AC-DC变换器运行在测试模式。优选地，多个电动汽车充电桩中包括：至少一个普通充电桩；普通充电桩包括：隔离开关，AC-DC变换器和DC-DC变换器；DC-DC变换器的输出端与电动汽车相连，用于控制充电电流和充电电压；AC-DC变换器的输入端通过隔离开关与电网相连，DC-DC变换器的输入端与AC-DC变换器的输出端相连；当普通充电桩给电动汽车充电时，AC-DC变换器运行在充电模式，用于控制两变换器中间的直流电压为恒定值、控制输入功率因数接近1；当普通充电桩未给电动汽车充电且未收到中央控制器发送的测试信号时，AC-DC变换器运行在停机模式，所述AC-DC变换器和电网之间不存在有功、无功交换，当普通充电桩未给电动汽车充电且收到中央控制器发送的测试信号时，AC-DC变换器运行在隔离模式。优选地，中央控制器包括：测试单元；测试单元包括：直流电压稳定模块，高频交流电压叠加模块，高频交流电流提取模块以及三相高频幅频特性计算模块；直流电压稳定模块用于稳定AC-DC变换器直流侧电压，并控制AC-DC变换器的输入有功功率，以抵消AC-DC变换器运行过程中的损耗；高频交流电压叠加模块用于在AC-DC变换器的交流侧输出电压中叠加高频交流电压；高频交流电流提取模块用于采集三相交流电流值并提取出其中与高频交流电压同频率的交流电流幅值和相位；三相高频幅频特性计算模块用于计算发出的高频交流电压和采集的高频交流电流的幅值比与相位差。优选地，隔离模式为将普通充电桩与电网之间的隔离开关断开，使普通充电桩的AC-DC变换器与电网之间没有电气连接。优选地，三相变压器为三相双绕组变压器。一种利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组方法，方法包括：所有测试充电桩运行在充电模式时，所有测试充电桩每经过一预设时长向中央控制器发送忙碌信号；当所有测试充电桩未运行在充电模式时，所有测试充电桩每经过一预设时长向中央控制器发送闲置信号；中央控制器收到并识别所有测试充电桩发送的信号，如果所有测试充电桩发送的信号均为闲置信号时，中央控制器向所有电动汽车充电桩发送测试信号，测试充电桩运行在测试模式；普通充电桩未接收到中央控制器发送的测试信号时，普通充电桩的AC-DC变换器的保持当前运行状态不变；当普通充电桩接收到中央控制器发送的测试信号时，普通充电桩运行在隔离模式，普通充电桩的AC-DC变换器与电网连接的隔离开关切换为断开状态。优选地，测试模式包括：高频交流电压叠加模块设定高频电压的幅值Ur和高频电压的谐波次数nr，Ur取值根据变压器的容量和并网点的谐波限值进行选取；nr的取值范围为高频交流电压叠加模块根据设定的Ur和nr计算出三相高频电压uar，计算公式为：高频交流电流提取模块采样的三相电流iabc首先经过快速傅里叶变换，从快速傅里叶变换的计算结果中分别提取频率为fr＝nrω的三相电流信号的幅值Ira，Irb，Irc和相位θra，θrb，θrb；三相高频幅频特性计算模块根据计算出的三相电流信号的幅值Ira，Irb，Irc，相位θra，θrb，θrb、高频电压的幅值Ur、高频电压的谐波次数nr，计算出高频电压、高频电流的幅值和相角比值：测试充电桩将计算数据△Ara、△Arb、△Arc、△θra、△θrb、△θrc上传给中央控制器。优选地，方法包括：测试完成后，中央控制器向所有电动汽车充电桩发送测试完成信号，测试充电桩停止测试模式的运行；普通充电桩接收到中央控制器发送的测试完成信号后，普通充电桩的AC-DC变换器与电网连接的隔离开关闭合，使普通充电桩的AC-DC变换器与电网连接。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统利用电动汽车充电桩的空闲状态测量三相变压器每相绕组的幅频响应特性。测量过程中无需拆除变压器现有的运行线路，降低了变压器的维护成本。新添加的功能有利于提高充电桩的运行效率，拓展电动汽车充电站的功能范围，增加电动汽车充电站的收益。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统，其特征在于，包括：三相变压器(T1)和中央控制器(1)；三相变压器(T1)高压侧与电网连接，三相变压器(T1)低压侧连接多个电动汽车充电桩；多个电动汽车充电桩中包括：至少一个具有宽频输出能力的测试充电桩(C1)；测试充电桩(C1)包括：隔离开关(CGL)，AC‑DC变换器(2)和DC‑DC变换器(3)；DC‑DC变换器(3)的输出端与电动汽车相连，用于控制充电电流和充电电压；DC‑DC变换器(3)的输入端与AC‑DC变换器(2)的输出端相连；AC‑DC变换器(2)的输入端通过隔离开关(CGL)与电网相连，当测试充电桩(C1)给电动汽车充电时，AC‑DC变换器(2)运行在充电模式，用于控制两变换器中间的直流电压为恒定值、控制输入功率因数接近1；当测试充电桩(C1)未给电动汽车充电且未收到中央控制器(1)发送的测试信号时，AC‑DC变换器(2)运行在停机模式，此时AC‑DC变换器(2)和电网之间不存在有功、无功交换；当测试充电桩(C1)未给电动汽车充电且收到中央控制器(1)发送的测试信号时，AC‑DC变换器(2)运行在测试模式。

【技术特征摘要】
1.一种利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统，其特征在于，包括：三相变压器(T1)和中央控制器(1)；三相变压器(T1)高压侧与电网连接，三相变压器(T1)低压侧连接多个电动汽车充电桩；多个电动汽车充电桩中包括：至少一个具有宽频输出能力的测试充电桩(C1)；测试充电桩(C1)包括：隔离开关(CGL)，AC-DC变换器(2)和DC-DC变换器(3)；DC-DC变换器(3)的输出端与电动汽车相连，用于控制充电电流和充电电压；DC-DC变换器(3)的输入端与AC-DC变换器(2)的输出端相连；AC-DC变换器(2)的输入端通过隔离开关(CGL)与电网相连，当测试充电桩(C1)给电动汽车充电时，AC-DC变换器(2)运行在充电模式，用于控制两变换器中间的直流电压为恒定值、控制输入功率因数接近1；当测试充电桩(C1)未给电动汽车充电且未收到中央控制器(1)发送的测试信号时，AC-DC变换器(2)运行在停机模式，此时AC-DC变换器(2)和电网之间不存在有功、无功交换；当测试充电桩(C1)未给电动汽车充电且收到中央控制器(1)发送的测试信号时，AC-DC变换器(2)运行在测试模式。2.根据权利要求1所述的利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统，其特征在于，多个电动汽车充电桩中包括：至少一个普通充电桩(C2)；普通充电桩(C2)包括：隔离开关(CGL)，AC-DC变换器(2)和DC-DC变换器(3)；DC-DC变换器(3)的输出端与电动汽车相连，用于控制充电电流和充电电压；AC-DC变换器(2)的输入端通过隔离开关(CGL)与电网相连，DC-DC变换器(3)的输入端与AC-DC变换器(2)的输出端相连；当普通充电桩(C2)给电动汽车充电时，AC-DC变换器(2)运行在充电模式，用于控制两变换器中间的直流电压为恒定值、控制输入功率因数接近1；当普通充电桩(C2)未给电动汽车充电且未收到中央控制器(1)发送的测试信号时，AC-DC变换器(2)运行在停机模式，所述AC-DC变换器(2)和电网之间不存在有功、无功交换，当普通充电桩(C2)未给电动汽车充电且收到中央控制器(1)发送的测试信号时，AC-DC变换器(2)运行在隔离模式。3.根据权利要求2所述的利用充电桩宽频带输出能力测试变压器绕组系统，其特征在于，中央控制器(1)包括：测试单元；测试单元包括：直流电压稳定模块(M1)，高频交流电压叠加模块(M2)，高频交流电流提取模块(M3)以及三相高频幅频特性计算模块(M4)；直流电压稳定模块(M1)用于稳定AC-DC变换器(2)直流侧电压，并控制AC-DC变换器(2)的输入有功功率，以抵消AC-DC变换器(2)运行过程中的损耗；高频交流电压叠加模块(M2)用于在AC-DC变换器(2)的交流侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：段美琪，苏将涛，韩涛，武奕彤，赵全富，颜廷利，段辉，毕胜华，李淑云，邱金燕，刘灵慧，韩明，黄娇，王潇阳，杨利剑，杨佳俊，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司莱芜供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37