[0001] 本发明涉及电力设备技术领域，尤其是涉及一种变压器冲击负荷自平衡装置以及控制方法。

[0002] 冲击性负荷主要包括轧钢机、电弧炉、电焊机等，广泛应用于钢铁、电解铝厂以及汽车制造等行业。冲击负荷由于自身的随机性、间歇性和大负荷性，其接入电网时，产生的过载、谐波、电压等问题，会对系统安全运行构成严重威胁。这类负荷对电力系统影响较大，当其变化幅值相对于系统容量较大时，很有可能引起系统频率的连续振荡，电压摆动。当众多冲击负荷一起并入电网，由于其基本上都是非线性负荷，它们之间复杂的电力联系和冲击范围是难以直观估计和展现的。有效分析治理冲击负荷接入对区域电网产生的影响和找到相应治理措施，是保证电力系统安全运行和可靠电能质量的重要措施。现有技术针对低压冲击性负荷，主要采取的措施有：采用专线供电；与其他负荷共用配电线路时，降低配电线路阻抗；较大功率的冲击性负荷、冲击性负荷群，不宜与电压波动、闪变敏感的负荷接在同一变压器上。

[0003] 随着我国国民经济的快速发展,工业生产规模不断扩大,大容量波动性用电负荷相继出现,这对电网的承受能力提出比较高的要求,尤其是小型区域电网,问题显得更为突出。在这种情况下，市场上迫切的需要一种能够在小型区域电网内进行智能监控应对的平衡装置，来应对以上的缺陷。

[0004] 本发明的目的是提供一种变压器冲击负荷自平衡装置以及控制方法，有效地削减了负荷冲击所造成的电压波动，保证了变压器和用电设备安全可靠地运行，提高了系统运行电能质量，从而延长了用电设备的使用寿命，同时设备成本低。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种变压器冲击负荷自平衡装置，包括用于检测电网系统的工作状态的检测装置、与所述检测装置相连接的控制装置、与所述控制装置相连接的自平衡装置，所述控制装置与所述自平衡装置之间设有驱动电路，所述自平衡装置与所述三相电线相连接，所述自平衡装置包括整流逆变电路和与所述整流逆变电路并联的补偿电容，所述补偿电容为超级电容。

[0006] 优选的，所述检测装置包括电压检测电路、电流检测电路以及数字量检测电路，所述电压检测电路和所述电流检测电路与变压器低压侧相连接。

[0007] 优选的，对应系统每一相均设置有所述电压检测电路和所述电流检测电路，所述电压检测电路和所述电流检测电路与所述控制装置之间还设有信号处理电路，所述数字量检测电路与所述控制装置相连接。

[0008] 优选的，所述整流逆变电路由绝缘栅双极型晶体管组成的三相桥式电路。

[0009] 优选的，所述三相桥式电路并联有超级电容。

[0010] 优选的，所述控制装置为数字信号处理器，所述数字信号处理器通过所述驱动电路与所述整流逆变电路相连接。

[0011] 本发明还提供了一种变压器冲击负荷自平衡装置控制方法，其特征在于，具体步骤如下，

[0012] 检测系统参数：所述检测装置中的所述电压检测电路、所述电流检测电路以及所述数字量检测电路实时检测各相参数；

[0013] 信号处理：所述各相参数中的模拟信号经过信号处理电路进行滤波、放大以及模数转换并将处理后的信号传输给所述数字信号处理器，数字量信号传输给所述数字信号处理器；

[0014] 数据处理：所述数字信号处理器将信号经过比例积分计算后生成PWM信号控制所述整流逆变电路，当负载工作电流大于设定值时，系统电压由于负载影响跌落时，所述数字信号处理器控制驱动电路快速启动所述整流逆变电路的逆变工作方式，通过所述超级电容释放电能为系统供电进行补偿，当负载工作电流小于设定值时，所述数字信号处理器控制驱动电路启动所述整流逆变电路的整流工作方式给超级电容进行充电储能，为下一次符合冲击储存电能，在释放电能、补偿电压的同时，装置可通过检测到的变压器负载的电压电流波形，在逆变时对系统无功功率和谐波电流起到一定的补偿作用。

[0015] 因此，本发明采用上述结构的一种变压器冲击负荷自平衡装置以及控制方法，有效地削减了负荷冲击所造成的电压波动，保证了变压器和用电设备安全可靠地运行，提高了系统运行电能质量，从而延长了用电设备的使用寿命，同时设备成本低。

[0016] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

[0017] 图1为本发明一种变压器冲击负荷自平衡装置结构示意图；

[0018] 图2为本发明一种变压器冲击负荷自平衡装置控制方法原理示意图；

[0019] 图3为本发明一种变压器冲击负荷自平衡装置控制装置DSP模拟量处理部分电路原理图；

[0020] 图4为本发明一种变压器冲击负荷自平衡装置控制装置部分DSP数字开关量处理部分电路原理图。

[0021] 附图标记

[0022] 1、检测装置；11、电压检测电路；12、电流检测电路；13、信号处理电路；2、控制装置；21、数字信号处理器；3、驱动电路；4、自平衡装置；41、整流逆变电路；42、超级电容；5、冲击性负载；6、三相电线。

[0023] 实施例

[0024] 图1为本发明一种变压器冲击负荷自平衡装置结构示意图，如图1所示，一种变压器冲击负荷自平衡装置，包括用于检测电网系统的工作状态的检测装置1、与检测装置1相连接的控制装置2、与控制装置2相连接的自平衡装置4，对应系统设置有电压检测电路11、电流检测电路12以及数字量检测电路，电压、电流等为模拟量，图3为本发明一种变压器冲击负荷自平衡装置控制装置DSP模拟量处理部分电路原理图，电压检测电路11和电流检测电路12与控制装置2之间还设有信号处理电路13。对应每一相均设置有电压检测电路11和电流检测电路12，对于三相不平衡冲击负荷，可通过控制装置2分相控制，从而实现相间平衡，电压检测电路11和电流检测电路12与控制装置2之间还设有信号处理电路13，图4为本发明一种变压器冲击负荷自平衡装置控制装置部分DSP数字开关量处理部分电路原理图，数字量检测电路与控制装置2相连接，将系统中的检测到的数字传输给控制装置2进行相关控制。将电网中的电压和电流信号进行采集，并进行处理传输给控制装置2进行控制，实时采集系统参数将采集的电压电流信号及时反馈给控制装置2，实现闭环控制，控制更加精确。控制装置2与自平衡装置4之间设有驱动电路，自平衡装置4与三相电线相连接，自平衡装置4包括整流逆变电路41和与整流逆变电路41并联的补偿电容，整流逆变电路41由绝缘栅双极型晶体管组成的三相桥式电路，可以通过控制装置2是整流逆变电路41工作在整流或逆变状态，减少设备成本和体积，从而控制补偿带电容的充放电，本实施例补偿电容为超级电容42，在负荷发生变化时可以快速补偿电能，三相桥式电路与超级电容42并联。使充放电次数可以达到10万次，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长和工作温度范围宽等优点。本实施例控制装置2选用数字信号处理器(DSP)21，本实施例数字信号处理器21选用TMS320F28336芯片，数字信号处理器21通过驱动电路与整流逆变电路41相连接。检测电路检测到电网工作状态，当冲击性负载工作于大电流冲击状态时，数字信号处理器21快速启动整流逆变电路41使其工作在逆变状态，通过超级电容42为系统供电，来缓解冲击性符合对供电系统的影响；当冲击性负载在工作在小电流非冲击状态时，数字信号处理器21快速启动整流逆变电路41使其工作在整流状态，给超级电容42充电以备下次使用，在释放电能、补偿电压的同时，装置可通过检测到的变压器负载的电压电流波形，在逆变时对系统无功功率和谐波电流起到一定的补偿作用。通过数字信号处理器21进行数据处理和自动控制，同时检测装置1实时采集系统数据，保证了系统的实时性，可以根据冲击性负载的工作状态快速响应控制输出，对冲击性负荷引起的电压波动进行快速补偿，平衡变压器的输出。

[0025] 利用上述结构的一种变压器冲击负荷自平衡装置的控制方法，具体步骤如下，图2为本发明一种变压器冲击负荷自平衡装置控制方法原理示意图，如图2所示，

[0026] 检测系统参数：检测装置1中的电压检测电路11和电流检测电路12实时检测各相参数；

[0027] 信号处理：所述各相参数中的模拟信号经过信号处理电路进行滤波、放大以及模数转换并将处理后的信号传输给所述数字信号处理器21，数字量信号传输给所述数字信号处理器；

[0028] 数据处理：所述数字信号处理器21将信号经过比例积分计算后生成PWM信号控制所述整流逆变电路41，当负载工作电流大于设定值时，系统电压由于负载影响跌落时，所述数字信号处理器21控制驱动电路快速启动所述整流逆变电路41的逆变工作方式，通过所述超级电容42释放电能为系统供电进行补偿，当负载工作电流小于设定值时，所述数字信号处理器21控制驱动电路启动所述整流逆变电路41的整流工作方式给超级电容42进行充电储能，在释放电能、补偿电压的同时，装置可通过检测到的变压器负载的电压电流波形，在逆变时对系统无功功率和谐波电流起到一定的补偿作用。

[0029] 超级电容42可以在负载变化时快速响应补偿电能，同时控制装置2根据当前的工作状态响应输出，实现了闭环控制，使控制更加精确，可以改善系统的电能质量。

[0030] 因此，本发明采用上述结构的一种变压器冲击负荷自平衡装置4以及控制方法，有效地削减了负荷冲击所造成的电压波动，保证了变压器和用电设备安全可靠地运行，提高了系统运行电能质量，从而延长了用电设备的使用寿命，同时设备成本低。

[0031] 以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。