[发明专利]用于降低变压器的软磁芯中的单向通量分量的电路布置

说明书

用于降低变压器的软磁芯中的单向通量分量的电路布置。用于降低变压器的软磁芯中的单向通量分量的电路布置包括：磁耦合到变压器的芯的补偿绕组；与补偿电流路径中的补偿绕组串联连接的饱和电抗器，其中补偿电流路径具有两个并联分支，每个包含串联连接的饱和电抗器的功率绕组和不受控阀，其中阀的流动方向彼此相反并且其中每个功率绕组经由可饱和饱和电抗器芯磁耦合到控制绕组；控制设备，在输入侧向其馈送由检测设备提供的关于单向通量分量的量值和方向的信息并且其在输出侧生成被馈送到每个控制绕组的控制变量，使得可以改变饱和电抗器芯的饱和状态，以便在补偿电流路径中形成补偿电流，该补偿电流的影响抵消变压器的芯中的单向通量分量。

技术领域

本发明总体上涉及在用于电能的生成、传输和分配的电力网络中使用的类型的电力变压器的领域，特别地涉及用于降低变压器的软磁芯中的单向通量分量（unidirectional flux component）的电路布置。

背景技术

已知在用于生成、传输和分配电功率的网络中，因为例如由网络中的功率电子切换单元引起的不同原因可能会发生不希望的直流的注入。此类直流（在下文中还被称为DC分量）导致引起变压器的磁芯材料的不对称饱和的单向通量分量。这增加变压器的损耗和操作噪声。在空载损耗和空载噪声显著增加时，另一可能原因是特别针对高功率变压器的问题的所谓的“地磁感应电流”（GIC）。取决于变压器的设计，甚至几百毫安的非常小的DC分量可以将操作噪声的发射增加到10到20dB。在GIC的情况下，可出现高达50A的DC分量。可能出现大约20-30%的损耗的显著增加。变压器中的局部加热可以严重降低绕组绝缘的有效寿命。

用于降低变压器的芯中的单向通量分量的各种方法和设备是已知的。例如，在EP2622614B1中，提议使用切换单元来将补偿电流注入到磁耦合到变压器芯的补偿绕组中。补偿电流的影响抵消单向通量分量。例如提议将诸如晶闸管之类的受控阀用于实施切换单元。然而，实际上受控半导体开关的使用因为它们的最大可容许电压或更确切地功率耗散而目前被限到大约690V。然而，在高压DC输电（HVDCT）的上下文中使用变压器的情况下，补偿绕组中感应的电压可以远远高于这些限制值并且实际上超过8kV。晶闸管在此高压范围中的实际使用不仅仅受到限制，而且还要求冷却设备耗散切换损耗的相当大的支出（outlay）。此外，要求相对地复杂的控制电路来控制受控阀，这不利地影响可靠性。对于切实可行的单向通量补偿，与用于功率变压器本身的类似的要求适用：补偿设备应该具有简单的设计并且提供几十年内的低维护操作。

发明内容

本发明的目的是指定用于降低变压器的磁芯中的单向通量分量的电路布置，所述电路布置具有简单设计并且在尽可能长的使用寿命内可靠地操作。

通过技术方案的特征来实现此目的。将从从属技术方案、说明书和附图中出现本发明的更多有利实施例、方面和细节。

本发明的用于生成补偿电流的基本方法是使用不要求受控阀的电路布置。

根据第一变体，该电路布置富有创造性地包括下面的部件：

-补偿绕组，其被磁耦合到变压器的芯；

-饱和电抗器（transductor），其与补偿电流路径中的补偿绕组串联连接，其中该补偿电流路径具有两个并联分支，在其中在每种情况下饱和电抗器的功率绕组和不受控阀串联连接，其中阀的流动方向彼此相反，并且其中每个功率绕组经由可饱和的饱和电抗器芯被磁耦合到控制绕组；

-控制设备，在输入侧向其馈送关于单向通量分量的量值和方向的信息，并且该控制设备在输出侧生成控制变量，该控制变量被馈送到每个控制绕组，使得可以改变饱和电抗器芯的饱和状态，以便在补偿电流路径中形成其影响抵消单向通量分量的补偿电流。

根据第二变体，本发明包括下面的特征：

-补偿绕组，其被磁耦合到变压器的芯；