[发明专利]基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法

说明书

本发明公开一种基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法，在变压器的二次绕组或辅助绕组接入一小容量DC/AC变流器，在空载合闸之前，检测一次侧电网电压的相位，根据绕组电压与铁芯磁链之间的关系，导出铁芯磁链的参考指令。在同步旋转坐标系下构建铁芯磁链闭环PI控制系统，以控制变流器的输出电压，使铁芯磁链对磁链参考值进行无静差跟踪，从而在空载合闸之前能够在铁芯中预先建立一个与电网电压相位差为90度的正弦同步磁链。通过上述措施，无论变压器何时合闸，铁芯磁链将直接处于稳态而无暂态过程，从而能彻底消除励磁涌流。

技术领域

本发明属于变压器技术领域，涉及变压器励磁涌流抑制。

背景技术

变压器空载合闸接入电网时，铁芯磁链除包含正弦稳态分量外，往往还包含相应的直流分量(直流偏磁)，偏磁较大时往往会使铁芯饱和而引发励磁涌流。励磁涌流虽然持续时间不长，但往往能达到额定电流的6-8倍，从而会导致保护装置误动作。为此，诸多科技工作者针对励磁涌流的检测与识别进行了研究，以避免继电保护装置的误动作。事实上，励磁涌流对电网中的敏感设备具有很大的危害。此外，其中的谐波、无功分量数值较大，会对电网造成严重污染。因此，消除励磁涌流才能从根本上解决以上问题。

研究表明，励磁涌流的大小与铁芯的直流偏磁程度密切相关，而偏磁大小则与铁芯剩磁及合闸时刻密切相关。从理论上讲，通过精确测量剩磁极性及大小，并控制断路器的合闸相角，使直流偏磁为零，便可以有效抑制励磁涌流。然而实际变压器一般通过真空断路器进行合闸，其合闸时间具有较大的分散性，精确的相位控制很难实现。

对于传统变压器来讲，合闸前铁芯磁链仅为剩磁，合闸后，铁芯磁链由电网电压决定，由于电网电压不可控，因此铁芯磁链也不可控。由此可见，要消除励磁涌流，必须在合闸之前实现磁链控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁链控制的变压器及励磁涌流抑制方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于磁链控制的变压器，包括主变压器、DC/AC变流器以及与DC/AC变流器的直流母线电容并联的小功率辅助电源，DC/AC变流器与主变压器的二次绕组或辅助绕组相连。在单相应用场合，主变压器采用单相双绕组或单相三绕组结构，DC/AC变流器采用单相全桥变流器。在三相应用场合，主变压器采用三相双绕组或三相三绕组结构，DC/AC变流器采用电容中点引出的三相半桥变流器。

优选的，所述基于磁链控制的变压器还包括通过控制DC/AC变流器以在主变压器接入电网前建立主变压器铁芯同步稳态磁链的铁芯磁链控制模块。

优选的，所述铁芯磁链控制模块在主变压器空载合闸之前，通过控制DC/AC变流器的端电压，使主变压器铁芯磁链实时跟踪给定的稳态指令以消除直流偏磁。

优选的，无论三相还是单相应用场合，采用双绕组结构时，主变压器包括一次绕组和二次绕组。采用三绕组结构时，主变压器包括一次绕组、二次绕组和辅助绕组。主变压器的一次绕组通过网侧断路器接入电网，二次绕组为负载供电。

优选的，所述单相全桥变流器由连接电感及相并联的2个桥臂和1个直流母线电容构成。所述三相半桥变流器由对应三相的连接电感及相并联的3个桥臂和直流母线构成，直流母线上设置有2个串联在一起的直流母线电容。所述辅助电源由相串联的限流电阻、直流侧断路器和蓄电池构成，用于在合闸前给直流母线电容限流上电。主变压器合闸接入电网之后，直流侧断路器断开，使该辅助电源退出。