一种移相变压器不对称合环调电控制方法与流程

1.本发明涉及配电网合环转供控制技术领域，特别是一种移相变压器不对称 合环调电控制方法。


背景技术：

2.合环：是指在电力系统电气操作中将线路、变压器或断路器串构成的网络 闭合运行的操作。
3.移相变压器早在1930年代就已经提出来了，目前广泛应用在国外的高压 输电网中，主要用于潮流调整，国内也做了较多的理论研究。机械式移相变技 术已非常成熟，目前在工程中应用的大多是机械式移相变，机械式移相变通过 调节变压器分接头改变电压幅值，通过改变换相开关实现电压相角的控制，机 械变压器结构简单，造价低，经济性好，在合环前可将移相变分接头调节到适 当位置在通过断路器合闸。
4.据调研分析，某35kv变电站上级500kv主网潮流变化会直接影响其它电 压等级主变电压，而合环点两侧10kv母线电压会由500kv主网潮流变化经过 结构复杂的配电网间接影响，使得合环点两侧10kv母线电压幅相差值出现三 相不等现象，不能够进行合环操作。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较 佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或 省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略 不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于某35kv变电站上级500kv主网潮流变化会直接影响其它电压等级主 变电压，而合环点两侧10kv母线电压会由500kv主网潮流变化经过结构复杂 的配电网间接影响，使得合环点两侧10kv母线电压幅相差值出现三相不等现 象，不能够进行合环操作的问题，提出了本发明。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种移相变压器不对称 合环调电控制方法，其包括，
8.进入现场参数检测阶段：通过电压互感器对于有合环需求的合环点两侧母 线电压幅值和电压相位参数进行检测，其中，合环点两侧分别为s侧和l侧；
9.进入合环场景类型判断阶段：利用现场参数检测阶段检测得到的所述合环 点两侧母线电压幅值和电压相位，确定合环场景类型及相位差判断因子；
10.调相变比参数计算选档：基于所述相位差判断因子与移相变压器合环装置 变比实际挡位，将初步调相变比进行挡位化；
11.调幅变比参数计算选档：基于所述相位差判断因子、挡位化的所述调相变 比与移相变压器合环装置变比实际挡位，得到初步调幅变比并对其进行挡位化。
12.进入合环操作配合控制阶段。
13.作为本发明所述移相变压器不对称合环调电控制方法的一种优选方案，其 中：合环操作配合控制阶段包括有，结合挡位化的所述调相变比和所述调幅变 比进行控制，当移相变压器合环装置的s侧或l侧设备需要维护检修时，将s 侧或l侧负荷倒l侧或s侧母线；首先第四开关或第三开关合闸，给移相变压 器合环装置通电后处于待工作状态；其次第三开关或第四开关合闸，进行合环 操作，如合环电流符合合环操作要求，将保护不动作则实现无冲击合环；最后 第一开关或第二开关分闸，实现不停电合环转供。
14.作为本发明所述移相变压器不对称合环调电控制方法的一种优选方案，其 中：所述第一开关设于s侧电源和s侧母线之间，第二开关设于l侧电源和l 侧母线之间，第三开关设于s侧母线和合环装置之间，第四开关设于l侧母线 和合环装置之间。
15.作为本发明所述移相变压器不对称合环调电控制方法的一种优选方案，其 中：基于移相变压器原理可得移相变压器的串联变压器的调相输出电压与移相 变压器的励磁变压器的一次绕组和对于调相变比：
[0016][0017]
式中，u
ap
、u
bp
、u
cp
分别为励磁变压器三相调相绕组组合输出电压，k
ap
、k
bp
、k
cp
分别为励磁变压器三相调相绕组变比，u
eta
、u
etb
、u
etc
分别为励磁变压器一次侧绕 组三相励磁电压。
[0018]
作为本发明所述移相变压器不对称合环调电控制方法的一种优选方案，其 中：联合所述s侧母线电压和l侧母线电压，并结合三角定理可得，调相变比 串联变压器三相一次侧绕组感应电压为：
[0019]ustx1
＝u
sx-u
lx
[0020]
式中，u
sx
和u
lx
分别为s侧母线x相电压和l侧母线x相电压，其中x＝a 相、b相和c相。
[0021]
作为本发明所述移相变压器不对称合环调电控制方法的一种优选方案，其 中：s侧三相电压与对应串联变压器三相一次侧绕组感应电压相位差为：
[0022]
β
x
＝θ
stx1-θ
sx
[0023]
式中，θ
sx
为s侧母线x相电压相位，θ
stx1
为串联变压器一次侧绕组x相感 应电压相位，θ
stx1
为串联变压器三相一次侧绕组感应电压相位。
[0024]
作为本发明所述移相变压器不对称合环调电控制方法的一种优选方案，其 中：将励磁变压器与串联变压器进行组合，可得串联变压器三相绕组电压关系：
[0025]ustx1
＝2u
stx2
[0026]
对于励磁变压器一次侧绕组励磁电压幅值可由余弦定理得：
[0027][0028]
式中u表示对应电压幅值，此时s侧电压与对应励磁变压器一次侧绕组感 应电压夹角为：
[0029][0030]
作为本发明所述移相变压器不对称合环调电控制方法的一种优选方案，其 中：两两调相绕组感应电压的夹角
[0031][0032]
即得调相绕组变比求解方程组：
[0033][0034]
式中u
pa
、u
pb
、u
pc
需要按照合环场景需求给定，为尽可能使调节挡位数更 小，给定其值为满足调节要求的最小值，即：
[0035]uxp
＝u
sx
sinθ
1x
。
[0036]
作为本发明所述移相变压器不对称合环调电控制方法的一种优选方案，其 中：用一个角度量结合正弦定理，并引入角度参数可得调幅变比：
[0037][0038]
即：
[0039][0040]
式中，γa、γb、γc分别为u
ap
、u
bp
、u
cp
与u
eta
、u
etb
、u
etc
的相位差。
[0041]
作为本发明所述移相变压器不对称合环调电控制方法的一种优选方案，其 中：基于调相变比和各角度量的带入，可得移相变压器的励磁变压器的三相调 幅变比，其中，结合励磁变压器三相调幅绕组感应电压相量关系可得：
[0042]uxm
＝u
sx
(cosθ
1x-sinθ
1x cosγ
x
)-u
etx
[0043]
而
[0044]uxm
＝k
xmuetx
[0045]
联立可得
[0046]
[0047]
式中，υ为相位差，k
xm
为调幅变比。
[0048]
本发明的有益效果：该种移相变压器不对称合环调电控制方法在合环过程 中，移相变压器通过调节电压相位，可实现非常小的冲击甚至是无冲击合闸， 进而实现合环转供。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需 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发明的 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性的前提下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0050]
图1为本发明中的励磁变压器与串联变压器组合后的移相变压器结构图。
[0051]
图2为本发明中的基于励磁变压器与串联变压器组合后的移相变压器的合 环装置结构图。
[0052]
图3为本发明中的基于移相变压器的合环控制策略流程图。
[0053]
图4为本发明中的仿真分析电压相前幅前示意图。
[0054]
图5为本发明中的仿真分析电压相后幅前示意图。
[0055]
图6为本发明中的仿真分析电压相后幅后示意图。
[0056]
图7为本发明中的仿真分析电压相前幅后前示意图。
[0057]
图8为本发明中的仿真分析电压仅相前示意图。
[0058]
图9为本发明中的仿真分析电压仅幅前示意图。
[0059]
图10为本发明中的仿真分析合环电流相前幅前示意图。
[0060]
图11为本发明中的仿真分析合环电流相后幅前示意图。
[0061]
图12为本发明中的仿真分析合环电流相后幅后示意图。
[0062]
图13为本发明中的仿真分析合环电流相前幅后示意图。
[0063]
图14为本发明中的仿真分析合环电流仅相前示意图。
[0064]
图15为本发明中的仿真分析合环电流仅幅前示意图。
具体实施方式
[0065]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书 附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0066]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例 的限制。
[0067]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少 一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在 一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施 例互相排斥的实施例。
[0068]
实施例1
[0069]
参照图1、2、3，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种移相变压 器不对称合环调电控制方法。
[0070]
具体的，进入现场参数检测阶段：通过电压互感器对于有合环需求的合环 点两侧母线电压幅值和电压相位参数进行检测，其中，合环点两侧分别为s侧 和l侧；进入合环场景类型判断阶段：利用现场参数检测阶段检测得到的所述 合环点两侧母线电压幅值和电压相位，确定合环场景类型及相位差判断因子； 调相变比参数计算选档：基于所述相位差判断因子与移相变压器合环装置变比 实际挡位，将初步调相变比进行挡位化；调幅变比参数计算选档：基于所述相 位差判断因子、挡位化的所述调相变比与移相变压器合环装置变比实际挡位， 得到初步调幅变比并对其进行挡位化；进入合环操作配合控制阶段。
[0071]
优选的，合环操作配合控制阶段包括有，结合挡位化的所述调相变比和所 述调幅变比进行控制，当移相变压器合环装置的s侧或l侧设备需要维护检修 时，将s侧或l侧负荷倒l侧或s侧母线；首先第四开关或第三开关合闸，给 移相变压器合环装置通电后处于待工作状态；其次第三开关第四开关合闸，进 行合环操作，如合环电流符合合环操作要求，将保护不动作则实现无冲击合环； 最后第一开关或第二开关分闸，实现不停电合环转供。
[0072]
优选的，所述第一开关设于s侧电源和s侧母线之间，第二开关设于l侧 电源和l侧母线之间，第三开关设于s侧母线和合环装置之间，第四开关设于 l侧母线和合环装置之间。在图2中，qf103是旁路开关，qf101和qf102为 第一开关和第二开关，qf104和qf105为第三开关和第四开关。
[0073]
优选的，基于移相变压器原理可得移相变压器的串联变压器的调相输出电 压与移相变压器的励磁变压器的一次绕组和对于调相变比：
[0074][0075]
式中，u
ap
、u
bp
、u
cp
分别为励磁变压器三相调相绕组组合输出电压，k
ap
、k
bp
、k
cp
分别为励磁变压器三相调相绕组变比，u
eta
、u
etb
、u
etc
分别为励磁变压器一次侧绕 组三相励磁电压。
[0076]
其中，该方程组主要体现移相变压器的串联变压器的调相输出电压与移相 变压器的励磁变压器的一次绕组和对于调相变比之间的关系。
[0077]
优选的，联合所述s侧母线电压和l侧母线电压，并结合三角定理可得， 调相变比串联变压器三相一次侧绕组感应电压为：
[0078]ustx1
＝u
sx-u
lx
[0079]
式中，u
sx
和u
lx
分别为s侧母线x相电压和l侧母线x相电压，其中x＝a 相、b相和c相。其中，该式为了引入串联变压器一次绕组电压，并联合s侧 母线电压和l侧母线电压利用三角定理推导调相变比。
[0080]
优选的，s侧三相电压与对应串联变压器三相一次侧绕组感应电压相位差 为：
[0081]
β
x
＝θ
stx1-θ
sx
[0082]
式中，θ
sx
为s侧母线x相电压相位，θ
stx1
为串联变压器一次侧绕组x相感 应电压相位，θ
stx1
为串联变压器三相一次侧绕组感应电压相位。其中，该式引 入s侧三相电压与对应串联变压器三相一次侧绕组感应电压相位差是为了推导 励磁变压器一次绕组电压值，该
电压会随移相变压器两侧母线电压变化而变化， 所以需要通过移相变压器两侧电压进而计算励磁变压器一次绕组电压值。
[0083]
优选的，将励磁变压器与串联变压器进行组合，可得串联变压器三相绕组 电压关系：
[0084]ustx1
＝2u
stx2
[0085]
对于励磁变压器一次侧绕组励磁电压幅值可由余弦定理得：
[0086][0087]
式中u表示对应电压幅值，此时s侧电压与对应励磁变压器一次侧绕组感 应电压夹角为：
[0088][0089]
优选的，两两调相绕组感应电压的夹角
[0090][0091]
即得调相绕组变比求解方程组：
[0092][0093]
式中u
pa
、u
pb
、u
pc
需要按照合环场景需求给定，为尽可能使调节挡位数更 小，给定其值为满足调节要求的最小值，即：
[0094]uxp
＝u
sx sinθ
1x
。
[0095]
其中，联立上式，可以解得对于移相变压器作为合环装置的不对称合环调 节的合环场景所需要的三相调相变比。
[0096]
优选的，用一个角度量结合正弦定理，并引入角度参数可得调幅变比：
[0097][0098]
即：
[0099][0100]
式中，γa、γb、γc分别为u
ap
、u
bp
、u
cp
与u
eta
、u
etb
、u
etc
的相位差。其中，为了推导 调幅变比所引入的角度参数，该角度参数仅作为推导调幅变比联结调相变比， 无特殊物理含
义。而式中，γa、γb、γc分别为u
ap
、u
bp
、u
cp
与u
eta
、u
etb
、u
etc
的相位差， 调幅变比推导式子需要用到的一个角度量。
[0101]
优选的，基于调相变比和各角度量的带入，可得移相变压器的励磁变压器 的三相调幅变比，其中，结合励磁变压器三相调幅绕组感应电压相量关系可得：
[0102]uxm
＝u
sx
(cosθ
1x-sinθ
1x cosγ
x
)-u
etx
[0103]
而
[0104]uxm
＝k
xmuetx
[0105]
联立可得
[0106][0107]
式中，υ为相位差，k
xm
为调幅变比。
[0108]
在图1中，励磁变压器用et表示、串联变压器用st表示、电流互感器 用ct表示、电压互感器用pt表示。
[0109]
结合图2，合环点两侧存在电压幅相差和三相不对称现象的合环场景可分 为10kv母线s侧相位超前、相位滞后以及与10kv母线l侧无相位差和10kv 母线s侧幅值超前、幅值滞后以及与10kv母线l侧无幅值差等场景两两组合 的合环场景，且各组合场景三相幅值差值或相位差值不完全相等。
[0110] s侧幅值超前两侧无幅值差s侧幅值滞后s侧相位超前相前幅前仅相前相前幅后两侧无相位差仅幅前—仅幅后s侧相位滞后相后幅前仅相后相后幅后
[0111]
通过合环点两侧电压相位和电压幅值超前滞后工况可组合8种合环场景， 其中具有幅相差的情况有4种，以上是针对八种场景变比的控制调节进行分析 推导，结合以上推导，分析了移相变压器幅相绕组耦合特性，引入了相位差判 断因子，并给出了适用于不同不对称合环场景的幅相绕组变比计算公式，为不 同不对称场景下合环控制方案的确定提供了简便统一的判断方法，可简化控制 系统的设计。基于移相变压器的合环装置实现调节功能主要依据其结构特点， 其合环控制策略需要对调相调压变比控制选档以及设定各个合闸开关配合操 作次序。
[0112]
图2中，ipst由一台励磁变压器(excitation transformers，et)和一台串联 变压器(series transformers，st)组成，并安装在合环装置内部，串联变压器一 次侧绕组连接合环点两侧母线，其中间抽头与励磁变压器高压侧绕组连接，用 于为励磁变压器高压侧提供励磁，串联变压器二次侧绕组连接方式分别引接至 励磁变压器的二次侧绕组,与pst不同之处在于ipst的et二次侧增加了调压 绕组etam、etbm和etcm，与调相绕组eta2、etb2和etc2相互之间协同 调节，能够补偿调相绕组输出电压与合环场景需要调节电压的差值，进而实现 无冲击合环转供。
[0113]
参阅图3，整个控制流程主要分为变比参数计算选档和合环操作配合控制 两模块，开始需要检测合环点两侧母线电压，为确定调节目标以及获取合环场 景已知信息。变比参数计算选档模块主要是基于变比确定方案并参考工程实际 确定幅相调节变比挡位。
为验证工程实际应用有效性，则需要将初步变比挡位 化，确定变比挡位后进入下一步控制模块。
[0114]
实施例2
[0115]
参照图4～15，为本发明第二个实施例，该实施例基于上一个实施例，对 于两侧母线电压仅有相角差和幅值差的工况，由于仅有相角超前滞后或幅值超 前滞后对应合环场景参数设计仅有一正负号差别，所以针对仅有相角差和幅值 差的工况选取了超前场景进行仿真分析。
[0116]
仿真分析的6种工况的电压参数如下表：
[0117][0118][0119]
基于移相变压器的合环装置对于合环点两侧存在三相不对称现象进行合 环操作时，仿真分析的6种工况的合环冲击电流均小于32a，相较于转供后正 常工作400a可以忽略不计，则通过基于移相变压器的合环装置能够应对合环 点两侧存在幅值相位差和三相不对称的合环场景实现无冲击合环。
[0120]
由以上仿真分析可得，对于投入基于移相变压器的合环装置系统，在系统 正常运行或合环点两侧存在三相不对称运行时，合环装置均能够满足系统合环 调节需求。
[0121]
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本技术的构造和 布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅 此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖 教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结 构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使 用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或 元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数 目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围 内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺 序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的 执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明 的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他 替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展 至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
[0122]
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的 所有特
征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于 实现本发明不相关的那些特征)。
[0123]
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项 目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时 的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所 述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
[0124]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可 以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精 神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。