一种多绕组磁集成型混合式配电变压器制造技术

本发明专利技术公开一种多绕组磁集成型混合式配电变压器，包括一副铁芯、变流器组及三相绕组。所述铁芯由铁轭、上铁芯柱及下铁芯柱连成。每组变流器由电流控制变流器及电压控制变流器构成。所述三相绕组包括主变压器绕组、串联变压器绕组及滤波电感。其中，主变压器绕组每相包括一个一次绕组、一个二次绕组及多个控制绕组，串联变压器绕组每相包括一个网侧绕组及多个变流器侧绕组。各电流控制变流器接入对应的控制绕组，通过磁势平衡原理控制电网电流，各电压控制变流器接入变流器侧绕组控制负载电压。采用磁集成技术实现多绕组变压器各分立磁件的集成设计能提高铁磁材料的利用率及设备的控制容量，多组变流器协调配合、互为备用，能有效提高设备的可靠性。

Multi winding magnetic collection forming mixed type distribution transformer

The invention discloses a multi winding magnetic gathering type mixed distribution transformer, comprising a pair of iron cores, a converter group and a three-phase winding. The core is made of iron yoke, iron core columns and core columns under. Each converter is composed of a current controlled converter and a voltage controlled converter. The three-phase winding comprises a main transformer winding, a series transformer winding and a filter inductor. Among them, each phase of the main transformer winding includes a primary winding, a two winding and a plurality of control windings. Each series transformer winding comprises a network side winding and a plurality of converter side windings. Each current control converter is connected with the corresponding control winding, and the current of the grid is controlled by the magnetic potential balance principle, and each voltage control converter is connected to the converter side winding to control the load voltage. The realization of multi winding transformer discrete integrated magnetics design can improve the control capacity and equipment utilization rate of ferromagnetic material by using magnetic integration technology, multi converter coordination, mutual backup, can effectively improve the reliability of equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种多绕组磁集成型混合式配电变压器
本专利技术涉及一种多绕组磁集成型混合式配电变压器，属于变压器

技术介绍
智能电网未来的发展趋势对普通配电变压器的性能提出了新的要求，配电变压器除了应具备电压等级变换、电能传递等基本功能之外，还应兼具稳定供电电压、潮流控制、谐波电流抑制、功率因数校正、无功补偿、不对称控制、状态监测、短路保护、交-直流供电等多种功能。在这种工程背景下，电力电子变压器(PET)以其强大的可控性成为当前的研究热点，但是PET方案立足于全功率变换，采用多级变换器单元，导致其装置整体效率低下，可靠性差，而且在容量越大的场合这种缺点将更加突出。为此，ABB研究所有限公司Sandeepbala等学者将AC-DC-AC变流器与配电变压器相结合，提出混合式配电变压器的设计思想，该方案能够满足未来智能电网对于配电变压器的发展要求，其显著特点是采用部分功率变换实现可控，可靠性高，损耗小，非常适合作为下一代配电网用智能变压器。但目前有关混合式配电变压器的报道较少，国内外学者的研究工作尚处于起步阶段，随着城市地区配电负荷日益密集、容量迅速扩大、负荷的多样性不断提高，混合式配电变压器需要向大容量可控、高可靠性、小型集成化等方向发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多绕组磁集成型混合式配电变压器。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：该配电变压器包括变流器模块以及集成有三相三柱式主变压器与三相五柱式串联变压器的多绕组变压器本体，所述多绕组变压器本体包括原边绕组相连的主变压器模块与串联变压器模块，所述变流器模块包括多个与主变压器模块及串联变压器模块的副边绕组分别相连的AC-DC-AC变流器单元，主变压器模块及串联变压器模块的所有绕组设置于同一铁芯上。每个AC-DC-AC变流器单元包括电流控制变流器、电压控制变流器以及由电流控制变流器与电压控制变流器共用的直流母线电容；电流控制变流器、电压控制变流器各自的交流侧均接有低通滤波器。各AC-DC-AC变流器单元之间采用载波相移技术进行信号调制以减小补偿电流中的高次谐波含量。所述主变压器模块每相的绕组包括一个一次绕组、一个二次绕组及多个控制绕组，所述串联变压器模块每相的绕组包括一个网侧绕组及多个变流器侧绕组；一次绕组首端接入电网，一次绕组末端与对应相的网侧绕组首端相连，各相网侧绕组末端接在一起并将中性点接入大地；各相二次绕组的首端引出，末端连成一个中性点，形成三相四线制接线对负载供电；各相控制绕组与变流器侧绕组均采用星型接法，各相首端分别接入对应AC-DC-AC变流器单元的电流控制变流器输出滤波电感与电压控制变流器输出滤波电感，中性点接入各自的AC-DC-AC变流器单元直流母线电容中点。所述一次绕组承担电网额定电压，网侧绕组承担电压波动分量，通过控制各AC-DC-AC变流器单元的电压控制变流器来实现负载电压稳定控制。所述AC-DC-AC变流器单元的电流控制变流器被控制为电流源，基于磁势平衡原理各控制绕组共同分担补偿电流来实现电网电流正弦对称控制。所述AC-DC-AC变流器单元、每相控制绕组及每相变流器侧绕组的数目相等，每个AC-DC-AC变流器单元均接入对应的控制绕组与变流器侧绕组，其中，电流控制变流器接入控制绕组，而电压控制变流器接入变流器侧绕组；各AC-DC-AC变流器单元彼此隔离，相互独立，对外提供多个彼此隔离的直流电源。所述铁芯包括上部铁轭、中部铁轭、下部铁轭、上铁芯柱及下铁心柱，所述上铁芯柱连接在上部铁轭与中部铁轭之间，所述下铁心柱连接在中部铁轭与下部铁轭之间，上铁芯柱与下铁芯柱共用中部铁轭。所述下铁心柱采用五柱式结构为零序磁通提供导磁支路，以便于实现零序电压补偿。所述主变压器模块及串联变压器模块每相的绕组均采用层式绕组，分别同心绕制在本相的铁芯柱上；各AC-DC-AC变流器单元每相的输出滤波电感均拆分为匝数相等的两部分，反向串联后，逐个叠绕在本相的铁芯柱上；所述主变压器模块每相的绕组从外到内依次为一次绕组、二次绕组、控制绕组及AC-DC-AC变流器单元的电流控制变流器输出滤波电感；所述串联变压器模块每相的绕组从外到内依次为网侧绕组、变流器侧绕组及AC-DC-AC变流器单元的电压控制变流器输出滤波电感。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下技术效果：本专利技术采用多绕组变压器结构接入多组AC-DC-AC变流器单元能显著提升现有混合式配电变压器的控制容量，采用磁集成技术将各分立磁件集成设计，装置体积小，铁磁材料利用率高。串联变压器模块采用三相五柱铁芯结构能有效实现电压的不对称补偿。各变流器单元通过变压器彼此隔离，能向外提供多个独立的直流母线，非常方便接入分布式电源，实现直流供电。进一步的，各变流器单元之间可采用载波相移技术，能有效减小变流器带来的高次谐波。控制功率较小时各变流器单元互为备用，具有容错功能，从而能提高设备的可靠性。各变流器单元协调配合比传统混合式配电变压器具备更为丰富的控制功能。各绕组匝数可以根据应用场合灵活配置，各单元功率器件的选型及配置相当方便。附图说明图1为多绕组磁集成型混合式配电变压器的绕组电路模块示意图。图2为多绕组磁集成型混合式配电变压器的变流器模块电路拓扑示意图。图3为多绕组磁集成型混合式配电变压器的磁集成装置示意图。图1、图2中均标注了各元件的连接端子“○”。具体实施方式为了更加清晰说明本专利技术的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所述的实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所述的多绕组磁集成型混合式配电变压器采用磁集成技术将三相三柱式主变压器与三相五柱式串联变压器进行集成设计，包括一副铁芯、多个AC-DC-AC变流器及绕制在该副铁芯上的三相绕组。所述铁芯由一个三相三柱式铁芯和一个三相五柱式铁芯通过共用中部铁轭集成而成，共包括三个铁轭、三个上铁芯柱及五个下铁芯柱。每个AC-DC-AC变流器包括电流控制变流器及电压控制变流器，二者共用直流母线电容。所述三相绕组包括同心绕制在三个上铁芯柱上的主变压器绕组、同心绕制在其中三个下铁芯柱上的串联变压器绕组、拆分后反向串联并叠绕在三个上铁芯柱上的各电流控制变流器输出滤波电感及拆分后反向串联叠绕在所述三个下铁芯柱上的各电压控制变流器输出滤波电感。其中，主变压器绕组包括一个一次绕组、一个二次绕组及多个控制绕组，串联变压器绕组包括一个网侧绕组、多个变流器侧绕组。每相控制绕组、每相变流器侧绕组、AC-DC-AC变流器三者个数相同。如图1所示，本专利技术所述的多绕组磁集成型混合式配电变压器的绕组电路模块包括主变压器模块26和串联变压器模块27。主变压器模块26每相的绕组包括一个一次绕组、一个二次绕组及多个控制绕组(本实施例设置三个控制绕组，依次为第一控制绕组、第二控制绕组、第三控制绕组)。各相中，一次绕组(依次为a相一次绕组1a、b相一次绕组1b、c相一次绕组1c)的首/末端子依次为A1/X1、B1/Y1、C1/Z1；二次绕组(依次为a相二次绕组2a、b相二次绕组2b、c相二次绕组2c)的各相首/末端子依次为a2/x2、b2/y2、c2/z2；第一控制绕组(依次为a相第一控制绕组31a、b相第一控制绕组31b、c相第一控制绕组31c)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多绕组磁集成型混合式配电变压器，其特征在于：该配电变压器包括变流器模块以及集成有三相三柱式主变压器与三相五柱式串联变压器的多绕组变压器本体，所述多绕组变压器本体包括原边绕组相连的主变压器模块(26)与串联变压器模块(27)，所述变流器模块包括多个与主变压器模块(26)及串联变压器模块(27)的副边绕组分别相连的AC‑DC‑AC变流器单元，主变压器模块(26)及串联变压器模块(27)的所有绕组设置于同一铁芯上。

【技术特征摘要】
1.一种多绕组磁集成型混合式配电变压器，其特征在于：该配电变压器包括变流器模块以及集成有三相三柱式主变压器与三相五柱式串联变压器的多绕组变压器本体，所述多绕组变压器本体包括原边绕组相连的主变压器模块(26)与串联变压器模块(27)，所述变流器模块包括多个与主变压器模块(26)及串联变压器模块(27)的副边绕组分别相连的AC-DC-AC变流器单元，主变压器模块(26)及串联变压器模块(27)的所有绕组设置于同一铁芯上。2.根据权利要求1所述一种多绕组磁集成型混合式配电变压器，其特征在于：每个AC-DC-AC变流器单元包括电流控制变流器、电压控制变流器以及由电流控制变流器与电压控制变流器共用的直流母线电容；电流控制变流器、电压控制变流器各自的交流侧均接有低通滤波器。3.根据权利要求1所述一种多绕组磁集成型混合式配电变压器，其特征在于：各AC-DC-AC变流器单元之间采用载波相移技术进行信号调制以减小补偿电流中的高次谐波含量。4.根据权利要求1所述一种多绕组磁集成型混合式配电变压器，其特征在于：所述主变压器模块(26)每相的绕组包括一个一次绕组、一个二次绕组及多个控制绕组，所述串联变压器模块(27)每相的绕组包括一个网侧绕组及多个变流器侧绕组；一次绕组首端接入电网，一次绕组末端与对应相的网侧绕组首端相连，各相网侧绕组末端接在一起并将中性点接入大地；各相二次绕组的首端引出，末端连成一个中性点，形成三相四线制接线对负载供电；各相控制绕组与变流器侧绕组均采用星型接法，各相的首端分别接入对应AC-DC-AC变流器单元的电流控制变流器输出端与电压控制变流器输出端，中性点接入各自的AC-DC-AC变流器单元直流母线电容中点。5.根据权利要求4所述一种多绕组磁集成型混合式配电变压器，其特征在于：所述一次绕组承担电网额定电压，网侧绕组承担电压波动分量，通过控制各AC-DC-AC...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳轶彬，梁得亮，戚鑫，张明康，黄龙飞，王青山，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61