一种磁饱和可控式新能源汇集变压器及其控制方法、电子设备专利检索-为了取得所需输出用于控制变压器电抗器或扼流圈的装置专利检索查询-专利查询网

一种磁饱和可控式新能源汇集变压器及其控制方法、电子设备
申请号	CN202211407940.3	申请日	2022-11-10	公开(公告)号	CN115663826A	公开(公告)日	2023-01-31
申请人	国家电网有限公司西北分部; 南京南瑞继保电气有限公司;			发明人	任冲; 马晓伟; 柯贤波; 王吉利; 任景; 张小东; 王智伟; 李俊; 高玉喜;
摘要	本发明公开了一种磁饱和可控式新能源汇集变压器，包括电压检测单元、控制环节单元、调节直流励磁电源和附加磁控电抗功能汇集变压器；电压检测单元，用于获取变电站主变高压侧的三相电压数据；变压器励磁控制系统，用于获取调节直流励磁电源参考值；直流励磁电源，用于为变压器高压侧铁芯上额外缠绕的控制绕组提供励磁电流。本发明的控制方法将直流励磁电源参考值和整流器输出励磁电流作为自动电流调节器的输入，通过调节器控制逻辑，实现整流器输出励磁电流跟随直流励磁电源参考值变化和励磁电流及变压器励磁无功功率调节。本发明能提高新能源接入电网应对暂态压升的能力，减少新能源出力受限及高穿脱网风险。
权利要求	1.一种磁饱和可控式新能源汇集变压器，其特征在于，包括电压检测单元、变压器励磁控制系统、调节直流励磁电源和附加磁控电抗功能汇集变压器；电压检测单元，用于获取变电站主变高压侧的三相电压数据；变压器励磁控制系统，用于获取直流励磁电源参考值Ifref；直流励磁电源，用于为变压器高压侧铁芯上额外缠绕的控制绕组提供励磁电流；附加磁控电抗功能汇集变压器，与新能源系统连接，用于承担功率汇集、传输以及快速无功补偿。 2.根据权利要求1所述的磁饱和可控式新能源汇集变压器，其特征在于，所述附加磁控电抗功能汇集变压器的结构如下：一次侧铁芯中间部分的截面积为一次侧其余部分铁芯截面积的1/N，该部分铁芯长度为一次侧铁芯整体长度的1/M，其中N、M的值均大于1且可调；在一次侧铁芯中间部分的小截面铁芯上，额外缠绕控制绕组，并接入直流励磁电源，由直流励磁电源产生励磁电流调整铁芯饱和程度。 3.根据权利要求1所述的磁饱和可控式新能源汇集变压器，其特征在于，所述直流励磁电源采用自励式静止直流励磁电源，包括降压变压器、整流器、自动电流调节器；所述降压变压器高压侧并联接入附加磁控电抗功能的汇集变压器低压侧，降压变压器的低压侧接入整流器的交流侧，为整流器提供稳定的交流侧电源；所述整流器将交流电整流成直流电，整流器触发角由自动电流调节器进行控制；所述自动电流调节器的输入为直流励磁电源参考值Ifref和整流器输出励磁电流，通过控制逻辑，实现整流器输出励磁电流跟随直流励磁电源参考值Ifref变化。 4.根据权利要求1所述的磁饱和可控式新能源汇集变压器，其特征在于，所述变压器励磁控制系统包括励磁电流控制系统、检测系统、驱动系统；所述励磁电流控制系统，包括依次连接的死区环节、比例环节和限幅环节，通过电力测量装置检测出高压侧电压、电流瞬时值，根据高压侧电压、电流瞬时值进行死区比较，再通过比例环节、限幅环节得到直流励磁电源参考值Ifref；根据直流励磁电源参考值Ifref产生触发脉冲，使附加磁控电抗功能汇集变压器输出无功达到预定值；所述检测系统，用于检测励磁电流控制系统的电压、电流瞬时值；所述驱动系统，用于驱动励磁电流控制系统。 5.一种磁饱和可控式新能源汇集变压器的控制方法，其特征在于，包括步骤如下： C1，直流励磁电源中降压变压器高压侧并联接入附加磁控电抗功能汇集变压器低压侧，降压变压器的低压侧接入整流器的交流侧，为整流器提供稳定的交流侧电源； C2，整流器将交流电整流成直流电，自动电流调节器对整流器触发角进行控制，进而调整整流器输出的励磁电流； C3，通过电力测量装置检测出高压侧电压、电流瞬时值，变压器励磁控制系统根据高压侧电压、电流瞬时值进行死区比较后，再通过比例环节、限幅环节得到直流励磁电源参考值Ifref； C4，将直流励磁电源参考值Ifref和整流器输出励磁电流作为自动电流调节器的输入，通过调节器控制逻辑，实现整流器输出励磁电流跟随直流励磁电源参考值Ifref变化；进而改变励磁电纳，实现励磁电流及变压器励磁无功功率调节。 6.如权利要求5所述磁饱和可控式新能源汇集变压器的控制方法，其特征在于，所述变压器励磁控制系统中的死区环节确保正常电压波动范围内不动作，限幅环节值是可调整的。 7.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器；以及存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求5‑6任一项所述磁饱和可控式新能源汇集变压器的控制方法。 8.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得处理器执行如权利要求5‑6任一项所述磁饱和可控式新能源汇集变压器的控制方法。
说明书全文	一种磁饱和可控式新能源汇集变压器及其控制方法、电子设备技术领域 [0001] 本发明涉及变压器，尤其涉及一种磁饱和可控式新能源汇集变压器其控制方法、电子设备。背景技术 [0002] 随着特高压直流、新能源的快速发展，大规模新能源集中接入直流近区，由于直流故障扰动冲击大且新能源机组抗电压扰动能力差，直流故障后直流母线及近区新能源暂态过电压问题突出，易引发风机连锁脱网问题，上述问题已成为制约直流功率及新能源送出的主要因素。实际运行中，新能源机端压升较为严重，应首先考虑利用新能源场站无功调节能力，就地调节无功抑制过电压，但由于新能源场站无功补偿设备多为固定电容器，动态无功调节容量不足，难以有效抑制过电压水平，现有一种方案为加装分布式调相机，但分布式调相机造价高，运行维护成本大，增大了新能源发电企业负担。为此，亟需一种更稳定、迅速、可靠的动态无功补偿装置。 [0003] 磁控式电抗器由于可靠性高、控制简单、维护成本低、造价低、适用电压范围广等一系列优点而得到普遍关注。而变压器和磁控电抗器在结构上具有较高相似性，均为利用铁磁性材料的磁饱和特性，通过改变铁芯中磁场强度大小，改变铁芯的磁饱和程度，从而改变铁芯的磁导率，最终实现电抗大小的连续调节。从电机学的角度看，磁控电抗器可以看成是二次侧接地变压器，而在电网中，变压器的等值电路模型为固定阻抗，所以，可以从机理上把二者结合起来，将磁控电抗器进行无功功率补偿的理论应用于变压器中，使变压器在传输功率同时实现动态无功补偿。发明内容 [0004] 发明目的：本发明的目的是提供一种实现励磁电流及变压器励磁无功功率调节，抑制暂态过电压的磁饱和可控式新能源汇集变压器其控制方法、电子设备。 [0005] 技术方案：本发明的磁饱和可控式新能源汇集变压器，包括电压检测单元、变压器励磁控制系统、调节直流励磁电源和附加磁控电抗功能汇集变压器； [0006] 电压检测单元，用于获取变电站主变高压侧的三相电压数据； [0007] 变压器励磁控制系统，用于获取直流励磁电源参考值Ifref； [0008] 直流励磁电源，用于为变压器高压侧铁芯上额外缠绕的控制绕组提供励磁电流； [0009] 附加磁控电抗功能汇集变压器，与新能源系统连接，用于承担功率汇集、传输以及快速无功补偿。 [0010] 进一步，所述附加磁控电抗功能汇集变压器的结构如下：一次侧铁芯中间部分的截面积为一次侧其余部分铁芯截面积的1/N，该部分铁芯长度为一次侧铁芯整体长度的1/M，其中N、M的值均大于1且可调； [0011] 在一次侧铁芯中间部分的小截面铁芯上，额外缠绕控制绕组，并接入直流励磁电源，由直流励磁电源产生励磁电流调整铁芯饱和程度。 [0012] 进一步，所述直流励磁电源采用自励式静止直流励磁电源，包括降压变压器、整流器、自动电流调节器； [0013] 所述降压变压器高压侧并联接入附加磁控电抗功能的汇集变压器低压侧，降压变压器的低压侧接入整流器的交流侧，为整流器提供稳定的交流侧电源； [0014] 所述整流器将交流电整流成直流电，整流器触发角由自动电流调节器进行控制； [0015] 所述自动电流调节器的输入为直流励磁电源参考值Ifref和整流器输出励磁电流，通过控制逻辑，实现整流器输出励磁电流跟随直流励磁电源参考值Ifref变化。 [0016] 进一步，所述变压器励磁控制系统包括励磁电流控制系统、检测系统、驱动系统； [0017] 所述励磁电流控制系统，包括依次连接的死区环节、比例环节和限幅环节，通过电力测量装置检测出高压侧电压、电流瞬时值，根据高压侧电压、电流瞬时值进行死区比较，再通过比例环节、限幅环节得到直流励磁电源参考值Ifref；根据直流励磁电源参考值Ifref产生触发脉冲，使附加磁控电抗功能汇集变压器输出无功达到预定值； [0018] 所述检测系统，用于检测励磁电流控制系统的电压、电流瞬时值； [0019] 所述驱动系统，用于驱动励磁电流控制系统。 [0020] 一种磁饱和可控式新能源汇集变压器的控制方法，包括步骤如下： [0021] C1，直流励磁电源中降压变压器高压侧并联接入附加磁控电抗功能汇集变压器低压侧，降压变压器的低压侧接入整流器的交流侧，为整流器提供稳定的交流侧电源； [0022] C2，整流器将交流电整流成直流电，自动电流调节器对整流器触发角进行控制，进而调整整流器输出的励磁电流； [0023] C3，通过电力测量装置检测出高压侧电压、电流瞬时值，变压器励磁控制系统根据高压侧电压、电流瞬时值进行死区比较后，再通过比例环节、限幅环节得到直流励磁电源参考值Ifref； [0024] C4，将直流励磁电源参考值Ifref和整流器输出励磁电流作为自动电流调节器的输入，通过调节器控制逻辑，实现整流器输出励磁电流跟随直流励磁电源参考值Ifref变化；进而改变励磁电纳，实现励磁电流及变压器励磁无功功率调节。 [0025] 进一步，所述变压器励磁控制系统中的死区环节确保正常电压波动范围内不动作，限幅环节值是可调整的； [0026] 一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述任一项所述磁饱和可控式新能源汇集变压器的控制方法。 [0027] 一种计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得处理器执行如上述任一项所述磁饱和可控式新能源汇集变压器的控制方法。 [0028] 本发明与现有技术相比，其显著效果如下： [0029] 1、在对新能源场站采取暂态过电压抑制时，将变压器一次侧绕组铁芯面积进行差异化设计，并增加额外的绕组作为控制绕组，采用直流励磁电源控制，通过控制环节调节直流励磁电源电压大小，进而改变励磁电纳，从而实现励磁电流及变压器励磁无功功率调节，抑制暂态过电压； [0030] 2、本发明只需要对新能源汇集变压器设计进行调整，相比其它提高系统稳定的措施如新建输电线路、加装调相机等相比，能提高新能源应对暂态压升的能力，减少新能源出力受限及高穿脱网风险，具有显著的经济性，有利于实际工程应用。附图说明 [0031] 图1为本发明的一种磁饱和可控式变压器结构图； [0032] 图2为本发明变压器一次侧绕组铁芯面积进行差异化设计的结构示意图； [0033] 图3为本发明的一种采用自励式的静止直流励磁电源示意图； [0034] 图4为本发明的一种变压器励磁控制系统结构示意图； [0035] 图5为本发明实施例的电磁暂态仿真系统结构图； [0036] 图6为本发明实施例的风电机组接入系统仿真系统图； [0037] 图7(a)采用常规变压器的风电机端电压有效值； [0038] 图7(b)采用本发明变压器后的风电机端电压有效值； [0039] 图8示出本发明提供的一种电子设备的结构图。具体实施方式 [0040] 下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。 [0041] 随着特高压直流、新能源的快速发展，大规模新能源集中接入直流近区，直流故障后直流母线及近区新能源暂态过电压问题突出，而新能源场站侧动态无功调节能力往往存在不足，风机连锁脱网风险较大。有鉴于此，在发明将磁控电抗器进行无功功率补偿的理论应用于变压器中，使变压器在传输功率同时实现动态无功补偿。在需要针对新能源场站采取暂态过电压抑制时，将变压器一次侧绕组铁芯面积进行差异化设计，并增加额外的绕组作为控制绕组，采用直流励磁电源控制，通过控制环节调节直流励磁电源电压大小，进而改变励磁电纳，从而实现励磁电流及变压器励磁无功功率调节，抑制暂态过电压。 [0042] 如图1所示，本发明的磁饱和可控式变压器装置包括：电压检测单元、变压器励磁控制系统、调节直流励磁电源和附加磁控电抗功能的汇集变压器。 [0043] 电压检测单元，用于获取变电站主变高压侧的三相电压数据； [0044] 变压器励磁控制系统，用于获取直流励磁电源参考值Ifref； [0045] 直流励磁电源，用于为变压器高压侧铁芯上额外缠绕的控制绕组提供励磁电流； [0046] 附加磁控电抗功能的汇集变压器，用于承担功率汇集、传输以及快速无功补偿。 [0047] 装置执行与前面提供的方法类似的功能，其他功能可参见前面的描述，此处不再赘述。 [0048] 本发明的磁饱和可控式变压器结构设计实现过程如下： [0049] 步骤一，将变压器一次侧绕组铁芯面积进行差异化设计，控制绕组缠绕铁芯面积应比正常铁芯面积小。 [0050] 实施例中，如图2所示，具体采用如下方法： [0051] S101，进行变压器结构设计时，将变压器一次侧铁芯中间部分的截面积设计为一次侧其余部分铁芯截面积的1/N，该部分铁芯长度为一次侧铁芯整体长度的1/M，其中N、M的值均大于1且根据具体工程需求进行定制化设计。控制部分铁芯面积越小，控制越灵敏，但对绝缘通流要求越高，综合考虑控制灵敏度及制造难度，本实施例中，控制部分铁芯面积和长度占比分别为1/4和1/10，即N＝4，M＝10。 [0052] S102，在该小截面铁芯上额外缠绕控制绕组，并接入直流励磁电源，由直流励磁电源产生励磁电流调整铁芯饱和程度。 [0053] 步骤二，在一次侧绕组面积较小的铁芯上增加额外的绕组作为控制绕组，并采用直流励磁电源控制。 [0054] 实施例中，如图3所示，具体采用如下方法： [0055] S201，直流励磁电源设计采用自励式静止直流励磁电源，其结构包括降压变压器、整流器、自动电流调节器。 [0056] S202，降压变压器高压侧并联接入附加磁控电抗功能汇集变压器低压侧，降压变压器的低压侧接入整流器的交流侧，从而为整流器提供稳定的交流侧电源。 [0057] S203，整流器将交流电整流成直流电，整流器触发角由自动电流调节器进行控制，进而影响整流器输出的励磁电流。 [0058] S204，自动电流调节器的输入为直流励磁电源参考值Ifref、整流器输出励磁电流，通过调节器控制逻辑，实现整流器输出励磁电流跟随Ifref变化的目的。 [0059] 步骤三，设计变压器励磁控制系统，根据测量电压，经控制环节调节直流励磁电源电压大小，进而改变励磁电纳，从而实现励磁电流及变压器励磁无功功率调节，抑制暂态过电压。 [0060] 实施例中，如图4所示，具体采用如下方法： [0061] S301，变压器励磁控制系统设计包括励磁电流控制部分、检测部分、驱动部分。 [0062] S302，励磁电流控制部分，主要包括死区环节、比例环节、限幅环节，通过电力测量装置检测出高压侧电压、电流瞬时值，根据检测数据进行死区比较，再通过比例环节、限幅环节得到电流指令值，即直流励磁电源参考值Ifref；根据Ifref产生触发脉冲，使附加磁控电抗功能汇集变压器输出无功达到预定值； [0063] 所述检测系统，用于检测励磁电流控制系统的电压、电流瞬时值； [0064] 所述驱动系统，用于驱动励磁电流控制系统。 [0065] S303，死区环节应保证正常电压波动范围内不动作，所述限幅环节定值设置应避免输出电流过大，影响变压器寿命，因此相应控制参数需进行定制化设计。 [0066] 本发明磁饱和可控式新能源汇集变压器的控制方法，具体步骤如下： [0067] C1，直流励磁电源中降压变压器高压侧并联接入附加磁控电抗功能汇集变压器低压侧，降压变压器的低压侧接入整流器的交流侧，为整流器提供稳定的交流侧电源； [0068] C2，整流器将交流电整流成直流电，自动电流调节器对整流器触发角进行控制，进而调整整流器输出的励磁电流； [0069] C3，通过电力测量装置检测出高压侧电压、电流瞬时值，变压器励磁控制系统根据高压侧电压、电流瞬时值进行死区比较后，再通过比例环节、限幅环节得到直流励磁电源参考值Ifref； [0070] C4，将直流励磁电源参考值Ifref和整流器输出励磁电流作为自动电流调节器的输入，通过调节器控制逻辑，实现整流器输出励磁电流跟随直流励磁电源参考值Ifref变化；进而改变励磁电纳，实现励磁电流及变压器励磁无功功率调节。 [0071] 如图5所示，本实施例以包含直流、750千伏2、220千伏风电汇集站及风电场在内的电磁暂态仿真系统为例，具体实现步骤说明如下： [0072] 图5为所示仿真系统，研究风电机组等值模型容量120MW，经两绕组变压器由37kV升至230kV接入风电汇集站。如图6所示，再通过230kV升压至750kV接入STH71变电站，修改风机汇集变压器的仿真模型，并分别考虑磁饱和可控式和不可控两种方案。 [0073] 仿真中，设置直流逆变侧三相短路接地故障，引起直流送端电网的暂态电压波动，与变压器磁饱和不可控方式相比，采用磁饱和可控式变压器，观察风电机端电压有效值波形，机端电压由1.201p.u.降至1.143p.u.，下降0.058p.u.，下降幅度为变压器磁饱和不可控方式的1.5倍，曲线对比如图7(a)、图7(b)所示。由图7(b)可以看出，采用磁饱和可控式变压器能够有效降低新能源场站的暂态过电压。 [0074] 图8为提供的一种电子设备示意图，包括处理器以及存储器。存储器存储有计算机指令，当计算机指令被处理器执行时，使得处理器执行所述计算机指令从而实现如图1所示的方法以及细化方案。 [0075] 应该理解，上述的装置实施例仅是示意性的，本发明披露的装置还可通过其它的方式实现。例如，上述实施例中所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如，多个单元、模块或组件可以结合，或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略或不执行。 [0076] 另外，若无特别说明，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个以上单元/模块集成在一起。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。 [0077] 所述集成的单元/模块如果以硬件的形式实现时，该硬件可以是数字电路，模拟电路等等。硬件结构的物理实现包括但不局限于晶体管，忆阻器等等。若无特别说明，所述处理器或芯片可以是任何适当的硬件处理器，比如CPU、GPU、FPGA、DSP和ASIC等等。若无特别说明，所述片上缓存、片外内存、存储器可以是任何适当的磁存储介质或者磁光存储介质，比如，阻变式存储器RRAM(Resistive Random Access Memory)、动态随机存取存储器DRAM(Dynamic Random Access Memory)、静态随机存取存储器SRAM(Static Random‑Access Memory)、增强动态随机存取存储器EDRAM(Enhanced Dynamic Random Access Memory)、高带宽内存HBM(High‑Bandwidth Memory)、混合存储立方HMC(Hybrid Memory Cube)等等。 [0078] 所述集成的单元/模块如果以软件程序模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本披露各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 [0079] 本申请实施例还提供一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述处理器执行如图1所示的方法以及细化方案。 [0080] 应清楚地理解，本申请描述了如何形成和使用特定示例，但本申请不限于这些示例的任何细节。相反，基于本申请公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。 [0081] 此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本申请示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。 [0082] 以上具体地示出和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

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