江友華^1，2 ，顧勝堅² ，方勇¹

（1：上海大學，上海，200072；2：杭州錢江電氣集團， 杭州， 311243）

　　摘要：隨著社會的發展和用戶對用電質量的提高，傳統的機械式有載調壓方法已經不能完全滿足現代電網的安全和經濟運行要求。基于此，本文提出了一種無觸點無級有載調壓技術，它是變壓器與電力電子技術的有機結合，能夠大大的提高現有有載調壓裝置的性能。文中，對無級無觸點有載調壓技術的原理、方案進行了介紹和分析，并重點介紹了LEM公司電壓傳感器模塊LV25-P的性能及優點。

　　關鍵詞：無觸點；有載調壓；電壓傳感器
The Study on Non-contact On-load Tap Changers Device and Its Detect
circuit JIANG You-hua^1,2，GU Sheng-jian²，FANG You¹
(1：Shanghai University, Shanghai，200072；2：Hangzhou
QianJiang River Electric, Hangzhou, 311243)

　　Abstract: With the development of society and sharp increase of electricity consumption, the electric power networks become much huger and more complex. The On-load tap changers of mechanism can not be satisfied by the requirements of power systems, security and economical operation in the case. Based on these, a novel Non-contact On-load tap changers technology is present, which is the combo of transformer and power electronic. So it can improve the On-load tap changers transformer performance. In this paper, the principle and scheme are introduced and analyzed. At the same time, the voltage sensor module LV25-P of LEM company is introduced.

　　Keywords: Non-contact； On-load tap changers switch； voltage sensor

　　由于電網電壓用電容量隨時變化，其配電變壓器的一次側電壓波動很大，導致配電變壓器二次側電壓不穩定，從而影響用戶的用電質量。傳統的有載調壓方法是采用機械有載分接開關調壓來實現電網電壓的穩定。隨著社會的發展和用電量的迅速增長，電網規模不斷擴大、網絡結構越來越復雜，這種機械分接開關有載調壓方法己經不能完全滿足現代電網的安全和經濟運行的要求，其中有三個固有的缺陷難以消除：①在分接頭切換過程中產生電弧，導致機械觸頭燒損和變壓器絕緣油介質極化；②分接開關的動作速度慢，調壓響應時間長，容易錯檔、錯位，不能進行動態調壓，而且故障率高，維護量大；③機械開關動作時間具有分散性，使調壓時刻無法準確控制，而且在調壓過程中可能出現過渡過程，甚至出現錯檔、錯位現象，對電網的安全運行帶來不利的影響。針對現有的有載調壓方法存在的問題，本文提出新型無觸點有載調壓技術，它是變壓器與電力電子技術的有機結合，能夠大大地提高現有有載調壓裝置的性能，從而改善電網質量^[1-3]。

　　二十世紀六十年代，電力電子技術迅速發展，新型的高電壓、大功率電力電子器件進入工業化應用，為了解決變壓器有載分接開關在調壓過程中機械觸頭燃弧的問題，人們開始研究采用高電壓、大功率電力電子器件，通過控制電力電子開關器件的通斷，從而按級改變變壓器匝數，實現分級有載調壓。因此這種裝置無需機械開關的切換，也不會產生電弧，響應速度也得到提高。本文提出的無觸點無級有載調壓裝置就是上述原理，把目前研究的熱點課題——動態電壓調節器（DVR）引入其中，通過串接于線路的補償變壓器向系統注入幅值、相角和頻率可控的電壓，實現變壓器的有載調壓。這種裝置不僅具有晶閘管無觸點有載調壓裝置的優點，還可以克服其固有的缺點，從而使之性能得到大大的提高。
   
                         圖1 無觸點無級有載調壓裝置主電路示意圖

     無觸點無級有載調壓裝置主電路主要由整流器、儲能裝置、逆變器、正弦波濾波器、串聯補償變壓器T₂及旁路開關K構成，其主電路及控制電路結構如圖1所示（單相）。

   由圖1可知，

                                           （1）

    按式（1）可得圖2所示的矢量疊加示意圖。由圖2可知，調節補償電壓的大小或者同輸入電壓U₁的夾角，就可以調節U₃電壓的大小和相位。通常情況是調節補償電壓的大小，其相位要么同輸入電壓U₁同相位，或者反相位，從而維持電壓U₃、U₂不變。
                          
                           圖2  電壓矢量疊加原理

   例如當輸入電壓U₁降落時，通過補償變壓器補償+，從而維持主變壓器T₁初級電壓U₃不變，如圖3（a）所示；而當輸入電壓U₁升高時，通過補償變壓器反相補償-，依然維持主變壓器T₁初級電壓U₃不變，如圖3（b）所示。     
                  

                          
               圖3  無觸點無級有載調壓器補償電壓示意圖

    由圖3 可以看出，DVR 裝置只補償輸入電壓U₁ 升高或跌落部分，而不是全部輸入電壓，也就是說只對輸入電壓U₁與電壓U₃的差值進行調整和補償，而無需承擔負荷所需的全部電壓，因此逆變器承擔的最大功率僅為系統功率的20%（假設電壓補償范圍為20%），致使其價格可以得到下降。而且功率器件不是直接串在系統主回路中，器件選型較容易。因為DVR 可以逆變產生幅值連續可調的電壓，因此可以實現無級的電壓調節。又因為DVR是由全控器件IGBT構成，動態響應快，可以在10毫秒左右進行電壓調節。

　　信號檢測主要有電網電壓、電流瞬時值測量，逆變器直流母線電壓檢測和電網相位檢測。電網檢測的瞬時值作為電壓環的反饋，電壓給定由數字信號處理器通過查表完成，經過電壓環PI調節器的調節，輸出值作為電壓調制度，再經過SPWM算法，產生對應的PWM觸發脈沖，經過驅動電路放大，控制逆變器的導通和關斷，進而改變逆變電壓，從而使二次側電壓得到快速恢復；直流母線電壓檢測主要是防止反相補償時，泵升電壓過高，從而損壞IGBT器件；相位檢測電路主要是鎖定電網電壓的相位，從而使逆變器產生的電壓與電網電壓相位同步，這樣經過串聯補償變壓器得到的電壓就能和電網輸入電壓相位一致或反相。其中電壓檢測傳感器均是采用LEM公司的電壓傳感器，其型號為LV25-P。其使用原則、優點及注意事項如下^[4]：

·對于電壓測量,原邊電流與被測電壓的比一定要通過一個由用戶選擇的外部電阻R確定,并串聯在傳感器原邊回路上。

· 出色的精度

· 良好的線性度

· 低溫漂

· 抗外界干擾能力強

· 共模抑制比強

· 反應時間快

· 頻帶寬

· 當把LV25-P焊接在電路板上時,須用低溫烙鐵,焊接時間應盡量短,否則將有可能造成管腳內部聯線開路。

·  電路板上安裝LV25-P的插孔位置必須與LV25-P腳尺寸完全吻合,不能人為擠壓管腳,否則也將可能造成管腳內部聯線開路。

　　本文給出了一種無觸點無級有載調壓技術，它是變壓器與電力電子技術的有機結合，能夠大大的提高現有有載調壓裝置的性能，從而改善電網質量。但一個可靠的系統，離不開可靠的，快速的檢測器件，因此本系統采用LEM公司的電壓傳感器，能夠快速準確的檢測電網電壓，提高了系統的動態響應性能。

[1] 陳敬佳，李曉明. 電力變壓器有載調壓技術的新進展. 華北電力技術.2001,(10):52-54

[2]彭志煒, 胡國根, 韓禎祥. 有載調壓變壓器對電力系統電壓穩定性影響的動態分析. 中國電機工程學報. 1999，19 (2): 61-65.

[3] 李曉明，黃俊杰，尹項根等. 平滑無沖擊電力電子有載調壓裝置. 電力系統自動化. 2003，27(20): 45-48

[4]北京LEM公司。電壓傳感器模塊 LV25-P使用說明書。

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