江友華^1，2 ，顧勝堅(jiān)² ，方勇¹

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

　　摘要：隨著社會的發(fā)展和用戶對用電質(zhì)量的提高，傳統(tǒng)的機(jī)械式有載調(diào)壓方法已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。基于此，本文提出了一種無觸點(diǎn)無級有載調(diào)壓技術(shù)，它是變壓器與電力電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，能夠大大的提高現(xiàn)有有載調(diào)壓裝置的性能。文中，對無級無觸點(diǎn)有載調(diào)壓技術(shù)的原理、方案進(jìn)行了介紹和分析，并重點(diǎn)介紹了LEM公司電壓傳感器模塊LV25-P的性能及優(yōu)點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：無觸點(diǎn)；有載調(diào)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，F(xiàn)ANG 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(wǎng)電壓用電容量隨時變化，其配電變壓器的一次側(cè)電壓波動很大，導(dǎo)致配電變壓器二次側(cè)電壓不穩(wěn)定，從而影響用戶的用電質(zhì)量。傳統(tǒng)的有載調(diào)壓方法是采用機(jī)械有載分接開關(guān)調(diào)壓來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。隨著社會的發(fā)展和用電量的迅速增長，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，這種機(jī)械分接開關(guān)有載調(diào)壓方法己經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(chǎn)生電弧，導(dǎo)致機(jī)械觸頭燒損和變壓器絕緣油介質(zhì)極化；②分接開關(guān)的動作速度慢，調(diào)壓響應(yīng)時間長，容易錯檔、錯位，不能進(jìn)行動態(tài)調(diào)壓，而且故障率高，維護(hù)量大；③機(jī)械開關(guān)動作時間具有分散性，使調(diào)壓時刻無法準(zhǔn)確控制，而且在調(diào)壓過程中可能出現(xiàn)過渡過程，甚至出現(xiàn)錯檔、錯位現(xiàn)象，對電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來不利的影響。針對現(xiàn)有的有載調(diào)壓方法存在的問題，本文提出新型無觸點(diǎn)有載調(diào)壓技術(shù)，它是變壓器與電力電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，能夠大大地提高現(xiàn)有有載調(diào)壓裝置的性能，從而改善電網(wǎng)質(zhì)量^[1-3]。

　　二十世紀(jì)六十年代，電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，新型的高電壓、大功率電力電子器件進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用，為了解決變壓器有載分接開關(guān)在調(diào)壓過程中機(jī)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(guān)器件的通斷，從而按級改變變壓器匝數(shù)，實(shí)現(xiàn)分級有載調(diào)壓。因此這種裝置無需機(jī)械開關(guān)的切換，也不會產(chǎn)生電弧，響應(yīng)速度也得到提高。本文提出的無觸點(diǎn)無級有載調(diào)壓裝置就是上述原理，把目前研究的熱點(diǎn)課題——動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器（DVR）引入其中，通過串接于線路的補(bǔ)償變壓器向系統(tǒng)注入幅值、相角和頻率可控的電壓，實(shí)現(xiàn)變壓器的有載調(diào)壓。這種裝置不僅具有晶閘管無觸點(diǎn)有載調(diào)壓裝置的優(yōu)點(diǎn)，還可以克服其固有的缺點(diǎn)，從而使之性能得到大大的提高。
   
                         圖1 無觸點(diǎn)無級有載調(diào)壓裝置主電路示意圖

     無觸點(diǎn)無級有載調(diào)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(lián)補(bǔ)償變壓器T₂及旁路開關(guān)K構(gòu)成，其主電路及控制電路結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)補(bǔ)償電壓的大小或者同輸入電壓U₁的夾角，就可以調(diào)節(jié)U₃電壓的大小和相位。通常情況是調(diào)節(jié)補(bǔ)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(dāng)輸入電壓U₁降落時，通過補(bǔ)償變壓器補(bǔ)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(dāng)輸入電壓U₁升高時，通過補(bǔ)償變壓器反相補(bǔ)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(diǎn)無級有載調(diào)壓器補(bǔ)償電壓示意圖

    由圖3 可以看出，DVR 裝置只補(bǔ)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(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償，而無需承擔(dān)負(fù)荷所需的全部電壓，因此逆變器承擔(dān)的最大功率僅為系統(tǒng)功率的20%（假設(shè)電壓補(bǔ)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(tǒng)主回路中，器件選型較容易。因?yàn)镈VR 可以逆變產(chǎn)生幅值連續(xù)可調(diào)的電壓，因此可以實(shí)現(xiàn)無級的電壓調(diào)節(jié)。又因?yàn)镈VR是由全控器件IGBT構(gòu)成，動態(tài)響應(yīng)快，可以在10毫秒左右進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。

　　信號檢測主要有電網(wǎng)電壓、電流瞬時值測量，逆變器直流母線電壓檢測和電網(wǎng)相位檢測。電網(wǎng)檢測的瞬時值作為電壓環(huán)的反饋，電壓給定由數(shù)字信號處理器通過查表完成，經(jīng)過電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，輸出值作為電壓調(diào)制度，再經(jīng)過SPWM算法，產(chǎn)生對應(yīng)的PWM觸發(fā)脈沖，經(jīng)過驅(qū)動電路放大，控制逆變器的導(dǎo)通和關(guān)斷，進(jìn)而改變逆變電壓，從而使二次側(cè)電壓得到快速恢復(fù)；直流母線電壓檢測主要是防止反相補(bǔ)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(wǎng)電壓的相位，從而使逆變器產(chǎn)生的電壓與電網(wǎng)電壓相位同步，這樣經(jīng)過串聯(lián)補(bǔ)償變壓器得到的電壓就能和電網(wǎng)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(yōu)點(diǎn)及注意事項(xiàng)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(lián)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(qiáng)

· 共模抑制比強(qiáng)

· 反應(yīng)時間快

· 頻帶寬

· 當(dāng)把LV25-P焊接在電路板上時,須用低溫烙鐵,焊接時間應(yīng)盡量短,否則將有可能造成管腳內(nèi)部聯(lián)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(nèi)部聯(lián)線開路。

　　本文給出了一種無觸點(diǎn)無級有載調(diào)壓技術(shù)，它是變壓器與電力電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，能夠大大的提高現(xiàn)有有載調(diào)壓裝置的性能，從而改善電網(wǎng)質(zhì)量。但一個可靠的系統(tǒng)，離不開可靠的，快速的檢測器件，因此本系統(tǒng)采用LEM公司的電壓傳感器，能夠快速準(zhǔn)確的檢測電網(wǎng)電壓，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。

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

[2]彭志煒, 胡國根, 韓禎祥. 有載調(diào)壓變壓器對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響的動態(tài)分析. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 1999，19 (2): 61-65.

[3] 李曉明，黃俊杰，尹項(xiàng)根等. 平滑無沖擊電力電子有載調(diào)壓裝置. 電力系統(tǒng)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。

通信方式：杭州市蕭山區(qū)錢江電氣科技工業(yè)園杭州錢江電氣研發(fā)中心，

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