[发明专利]基于电力电子器件的10kV有载调压变压器及其调控方法

说明书

本发明公开了变压器领域内的一种基于电力电子器件的10kV有载调压变压器，调压单元对应连接在原边每相调压绕组上，调压单元的结构相同，均包含四个电力电子开关，每个电力电子开关由两只反并联晶闸管构成，每只所述电力电子开关的一端与变压器的调压绕组相连，另外一端则直接并接在一起；调压单元还包括第五开关、过渡电阻、压敏电阻、常闭开关，第五开关与过渡电阻并联后短接在第一开关、第四开关间电极点与第二开关、第三开关间电极点之间；压敏电阻与常闭开关并联后短接在第一绕组的另一端与第二绕组的另一端之间，本发明解决了常见电压等级晶闸管在10kV有载调压变压器应用中的过压保护问题以及有载调压过程中调压绕组间可能出现的短路问题。

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，特别涉及一种有载调压变压器及其调控方法。

背景技术

目前在有载调压变压器应用中多采用机械式或真空开关来调节变压器分接头，但这种方案存在使用寿命短、后期故障率和维护成本高的问题，严重制约了变压器有载调压作用的发挥。与机械和真空开关相比，电力电子开关具有开关速度快、寿命长等优点。因此，为了解决该问题，推动有载调压变压器技术进一步发展，采用电力电子器件代替传统机械和真空开关的方案被广泛关注。

正常工作时，有载调压变压器分接抽头间的电压较低，此时开关管需要承受的电压不高，采用常见电压等级的1200V电力电子器件即可满足正常运行时的耐压要求。然而，在10kV电力电子变压器应用中，如何保证1200V常见电压等级的电力电子器件在变压器上电、启动和停机过程中不被损坏是一个技术难点。

现有技术中公开了一种无过渡电阻有载调压变压器自然无环流调控方法，CN113300642A，其采用电力电子开关替代传统机械和真空开关，但是其存在另一技术难点在于如何保证常见电压等级的1200V电力电子器件应用于10kV系统下不被损坏，并且为了实现自然无环流的效果，该方案需要对变压器的每相电流进行检测，且调控过程依赖于对电压和电流阈值的判断，调控程序较复杂。

现有避免有载调压过程中在调压绕组间可能出现短路现象的另一技术方案是直接移除机械和真空开关方案中的过渡电阻，借助于电力电子开关速度快的优点通过精确的选择调压时刻保证调压过程中在调压绕组间出现的短路时间足够短，该方案有效的前提是假设短时的短路不会给系统带来较大影响，并未真正解决有载调压过程中的短路问题，因此在实际应用中的可靠性有待进一步验证。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于电力电子器件的10kV有载调压变压器，利用常闭型开关和压敏电阻实现了常见电压等级（1200V）晶闸管在10kV有载调压变压器中的应用；同时，该方案利用电力电子开关控制过渡电阻的投入和切除，解决了有载调压过程中调压绕组间可能出现的短路问题。

本发明的目的是这样实现的：一种基于电力电子器件的10kV有载调压变压器，包括：

设置在变压器原边的调压单元，调压单元对应连接在每相调压绕组上，调压单元的结构相同；所述调压绕组包括第一绕组和第二绕组，所述调压单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关，所述第一绕组的一端作为输入，第一绕组的另一端与第二开关的一端相连，第一开关的一端连接在第一绕组的中部，第二绕组的一端作为输出，第二绕组的另一端与第三开关的一端相连，第四开关一端连接在第二绕组的中部，第一开关的另一端与第四开关的另一端连接在一起，第二开关的另一端、第三开关的另一端连接在一起；

所述调压单元还包括第五开关、过渡电阻、压敏电阻、常闭开关，所述第五开关与过渡电阻并联后短接在第一开关、第四开关间电极点与第二开关、第三开关间电极点之间；所述压敏电阻与常闭开关并联后短接在第一绕组的另一端与第二绕组的另一端之间。

作为本发明的进一步限定，每相所述调压单元可根据需要选择设置的数量。

一种基于电力电子器件的10kV有载调压变压器调控方法，包括以下步骤：

步骤1、将稳态时调压单元中各开关可能的导通状态分为变压器副边电压依次升高的导通状态一、导通状态二、导通状态三；