[发明专利]对变压器冷却系统的运行进行优化的方法，相应的系统和确定VFD容量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷却技术领域，尤其涉及对变压器冷却系统的运行进行优化的方法、相应的变压器冷却系统、和确定用在所述变压器冷却系统中的变频器(VFD)的容量的方法。

背景技术

变压器是变电站的最关键的器件之一，变压器的安全性、可靠性和效率对于总体电力网非常重要。针对每个变压器，尤其是电压水平为110kV及以上的电力变压器，要求由多个电机-风扇单元构成的专用冷却系统保持绕组温度在可接受的范围内。因此变压器的运行与1)如何设计冷却系统和2)如何使冷却系统运行密切相关。

关于冷却系统设计，公知的是，这些冷却风扇的变速运行能够比固定速度运行取得更高的效率。因此变压器冷却系统倾向于为电机-风扇单元安装VFD以确保高效运行，图1中示出了这种系统架构。然而，这两种类型的架构具有它们自身的缺点。如图1A所示的第一种架构要求高的资本投资，因为它为每个电机-风扇链安装VFD；加上如果电机-风扇链主要以额定速度工作，那么VFD解决方案可能由于它自身的功率损耗而降低效率。如图1B所示的第二种架构能够相对地减少资本投资，因为它使用一个大的VFD在同一运行点共同地驱动多个电机-风扇链。但是缺点也是显而易见的：首先，当VFD利用的容量相对低时，每个电机-风扇链的效率低；其次，为了满足相同的总输出要求，存在不同方式用于在不同的由VFD供给的电机-风扇链之中进行负载分配。为了具有优化的系统效率而在各个链之间平均地分配负载不总是正确的。

关于冷却系统运行，核心是如何控制绕组温度。通常，较低的绕组温度导致较低的绕组的铜损。然而，同时冷却系统的功率消耗将更高，这意味着考虑到变压器绕组和冷却系统本身，总体效率可能没那么理想。

除了效率之外，绕组温度变化也是将会影响变压器的寿命周期的一个关键因素。温度变化越频繁，变压器将老化得越快。可能会如此：变压器的效率被优化了，然而却是以变压器的寿命缩短为代价。

对于在城区运行的变压器，噪音水平也是要考虑的一个重要判据，以便减小尤其在夜晚对邻近的居民的影响。目前，控制冷却系统来处理噪音问题的可用解决方案很少。

为了克服上述缺陷，本领域技术人员致力于解决如下两个问题：

1)如何设计冷却系统，以便用更少的在VFD上的资本投资实现对电机-风扇负载的选择性地速度调节。

2)考虑到变压器铜损、电机-风扇功率消耗和VFD的速度调节，如何通过冷却控制来提高变压器的运行效率。

3)如何控制绕组温度及其变化，以便延长变压器的寿命周期并且同时取得最好的总体系统效率。

4)如何使冷却系统运行不仅优化效率和寿命周期，而且使噪音水平最小化以减小对周围环境的负面影响。

发明内容

本发明的目的由一种对变压器冷却系统的运行进行优化的方法、相应的冷却系统和确定用在所述变压器冷却系统中的VFD的容量的方法来取得，以便用在冷却系统硬件升级上的有限资本投资提高整个变压器的运行效率，同时延长变压器寿命周期并且降低变压器系统的噪音水平。

根据本发明的一方面，所述对变压器冷却系统的运行进行优化的方法包含以下步骤：预处理由用户输入的初始数据；收集在线数据，并且计算满足变压器损耗要求所需的冷却容量；以及通过对可控开关进行控制和/或发送控制命令给VFD来执行控制动作。

根据本发明的优选的实施例，所述计算优化的控制命令的步骤还考虑顶层油温度变化和/或噪音水平的要求。

根据本发明的优选的实施例，所述计算优化的控制命令的步骤还考虑根据变压器损耗、顶层油温度变化和噪音水平的加权因子(可由用户预定义)的要求。

根据本发明的优选的实施例，所述预处理步骤包含以下步骤：收集变压器类型、变压比、和额定电流时的负载损耗与空载损耗的比率的参数；收集变压器热模型的参数；收集分接开关中间位置、阶跃电压和当前的分接开关位置的参数；收集冷却器类型、风扇数量和散热器功率的参数；以及收集风扇噪音和风扇容量之间的关系曲线。

根据本发明的优选的实施例，所述预处理步骤还包括以下步骤：计算变压器铜损；计算绕组温度；计算不同侧的负载电流；以及计算冷却系统的功率消耗。

根据本发明的优选的实施例，所述在线数据包括：负载电流、温度和冷却器的状态；以及所述计算步骤包含以下步骤：计算满足所述要求所需的冷却容量；计算风扇数量，所述风扇包括由VFD驱动的风扇；比较所需的风扇和运行中现有的风扇；以及依照比较产生不同的可行运行解决方案。