一种柔性交流有源电压调节装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种柔性交流有源电压调节装置及方法，所述装置包括主变压器和可控电压源，所述主变压器包括主变压器高压绕组和主变压器低压绕组，其特征在于，所述可控电压源串联在主变压器高压绕组的末端与变压器的中性点或地之间，所述可控电压源被设置为电压幅值和相位均可灵活调节，所述可控电压源用于调节主变压器高压绕组两端的电压，进而通过电磁耦合调节低压绕组的电压。以调幅调压代替传统机械式调匝调压，避免现有变压器中机械调压开关因频繁动作而引起的机械故障、绝缘劣化、燃弧着火等风险，保证交直流输电系统可靠运行，有效提升特高压直流输电系统和交流输电系统的安全性和运行灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性交流有源电压调节装置及方法
本专利技术涉及电力系统电气设备领域，具体涉及一种柔性交流有源电压调节装置及方法。
技术介绍
换流变压器是高压直流输电系统的核心，为适应直流系统电压调整的需要，换流变压器内部安装机械式有载调压开关，通过调整换流变压器高压侧绕组的匝数，达到调整阀侧绕组电压的目的。常规交流电力变压器为了保证负载侧电压质量，在系统电压变化时，也需要通过有载调压，以保证负载侧电压的稳定。变压器有载调压是保障直流系统和交流系统维持正常运行的必要手段。目前主要采用有载调压开关，通过改变高压绕组的匝数，进而改变变压器的变比来实现低压绕组的调压。有载调压开关主要采用选择开关与切换开关相组合、双过渡电阻的结构型式，机械结构异常复杂，在长期运行中，有载调压开关需频繁调整开关档位，其内部选择开关、切换开关等机械部件频繁动作，容易引发伞型齿轮箱轴晃动、操作齿轮箱滚珠夹圈失效、动作错位、传动轴裂纹等机械故障，且其运行故障检测难度大，在调匝过程中还存在变压器匝间短路风险，目前已出现过多起直流换流变有载调压开关引起的安全事故，给高压直流系统安全运行带来极大挑战。为避免有载调压开关频繁动作，降低安全运行风险，迫使特高压直流系统采用固定的运行方式，大大降低了直流系统运行的灵活性，限制了直流输电能力的有效发挥。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的变压器机械调压开关因频繁动作而引起的机械故障、绝缘劣化等缺陷，从而提供一种柔性交流有源电压调节装置及方法。为此，本专利技术提供一种柔性交流有源电压调节装置，包括：主变压器，所述主变压器包括第一绕组和第二绕组，第一绕组与第二绕组电磁耦合，第一绕组首端用于与交流系统母线连接，第二绕组用于连接负载或者交直流输电系统；可控电压源，所述可控电压源的一端与第一绕组的末端连接，另一端用于与变压器的中性点或地连接，所述可控电压源被设置为输出电压的幅值或相位可调节。在主变压器绕组末端与变压器的中性点或地之间串联可控电压源，在不改变匝数变比的情况下，改变可控电压源的输出电压，即可调整第一绕组两端电压，进而改变第二绕组输出电压。进一步地，所述可控电压源输出与主变压器工作频率相同的电压。进一步地，所述可控电压源输出电压的相位调节范围为0-360度。进一步地，所述第一绕组为高压绕组，第二绕组为低压绕组。进一步地，所述可控电压源包括：取能变压器，包括第三绕组和第四绕组，第三绕组和第四绕组电磁耦合，第三绕组与外部交流电源连接；调压换流阀，输出侧串联在第一绕组末端与变压器的中性点或地之间，输入侧连接所述第四绕组。所述可控电压源可由电力电子变换器实现。进一步地，所述调压换流阀包括若干个功率模块，所述若干个功率模块的输入侧分别与第四绕组连接，所述若干个功率模块的输出侧级联后串联在第一绕组末端与变压器的中性点或地之间。调压换流阀由基于全控电力电子器件的若干个功率模块构成，实现交直交功率变换。若干个功率模块级联可适用于不同电压范围，实现未改变匝数比时调整变压器绕组的输出电压。进一步地，所述外部交流电源包括第五绕组，第五绕组与所述第一绕组电磁耦合，第五绕组与所述第三绕组连接。进一步地，所述可控电压源包括旁路开关，所述旁路开关串联在第一绕组末端与变压器的中性点或地之间。旁路开关保障可控电压源故障时不影响主变压器的正常运行。一种柔性交流有源电压调节方法，包括如下步骤：提供主变压器，主变压器包括第一绕组和第二绕组，第一绕组与第二绕组电磁耦合，第一绕组首端用于与交流系统母线连接，第二绕组用于连接负载或者交直流输电系统；向第一绕组末端与主变压器的中性点之间提供幅值或相位可调节的电压。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术通过在主变压器绕组末端与变压器的中性点或地之间串联幅值和相位可灵活调节的可控电压源，通过调节可控电压源的输出电压来调节主变压器第一绕组两端电压，进而改变主变压器第二绕组的输出电压，采用调幅调压方式替代传统的调匝调压，可彻底避免采用调匝调压带来的运行风险；2.本专利技术中可控电压源安装在主变压器绕组末端与变压器的中性点或地之间，对可控电压源的绝缘要求低，电流小，便于工程化应用；3.本专利技术中可控电压源可由多个功率模块组成，多个模块级联可实现不同电压下应用，易于扩展；4.本专利技术中可控电压源基于电力电子器件，控制灵活、响应速度快、调节次数不受限制，无电弧风险；5.本专利技术中除了在正常运行情况下可连续调压，还可在系统电压跌落时可控电压源可以快速输出补偿交流系统电压，有效提高交直流系统的运行可靠性；6.本专利技术可及时、有效进行状态监测，可避免机械开关中故障无法检测、绝缘逐步劣化等问题。7.本专利技术通过所述若干个功率模块实现有源调节电压的目的，通过控制策略调整电压，若干个功率模块级联可适用于不同电压范围，用于改变变压器绕组电压，调压换流阀中采用基于模块级联技术，输出电压可灵活扩展，实现柔性调节电压的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中柔性交流有源电压调节装置的一个具体示例的原理框图；图2为本专利技术实施例2中柔性交流有源电压调节装置的一个具体示例的拓扑结构图；图3为本专利技术实施例3中柔性交流有源电压调节装置的一个具体示例的拓扑结构图；图4为本专利技术实施例4中柔性交流有源电压调节方法的一个具体示例的流程图；附图标记：01-交流系统母线，02-主变压器，03-可控电压源，04-其他交流电源，21-第一绕组，22-第二绕组，23-第五绕组，31-调压换流阀，32-取能变压器，33-旁路开关，311-功率模块，321-第三绕组，322-第四绕组。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。实施例1本实施例提供一种交流电压调节装置，如图1所示，包括：主变压器02，所述主变压器02包括第一绕组21和第一绕组22，第一绕组21与第一绕组22电磁耦合，第一绕组21首端用于与交流系统母线01连接，第二绕组22用于连接负载或者交直流输电系统；可控电压源03，一端与第一绕组21的末端连接，另一端用于与主变压器02的中性点或地连接，所述可控电压源03被设置为输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性交流有源电压调节装置，其特征在于，包括：/n主变压器，所述主变压器包括第一绕组和第二绕组，第一绕组与第二绕组电磁耦合，第一绕组首端用于与交流系统母线连接，第二绕组用于连接负载或者交直流输电系统；/n可控电压源，所述可控电压源的一端与第一绕组的末端连接，另一端用于与变压器的中性点或地连接，所述可控电压源被设置为输出电压的幅值或相位可调节。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性交流有源电压调节装置，其特征在于，包括：
主变压器，所述主变压器包括第一绕组和第二绕组，第一绕组与第二绕组电磁耦合，第一绕组首端用于与交流系统母线连接，第二绕组用于连接负载或者交直流输电系统；
可控电压源，所述可控电压源的一端与第一绕组的末端连接，另一端用于与变压器的中性点或地连接，所述可控电压源被设置为输出电压的幅值或相位可调节。


2.根据权利要求1所述的柔性交流有源电压调节装置，其特征在于，所述可控电压源输出与主变压器工作频率相同的电压。


3.根据权利要求1所述的柔性交流有源电压调节装置，其特征在于，所述可控电压源输出电压的相位调节范围为0-360度。


4.根据权利要求1所述的柔性交流有源电压调节装置，其特征在于，所述第一绕组为高压绕组，第二绕组为低压绕组。


5.根据权利要求1所述的柔性交流有源电压调节装置，其特征在于，所述可控电压源包括：
取能变压器，包括第三绕组和第四绕组，第三绕组和第四绕组电磁耦合，第三绕组与外部交流电源连接；
调压换流阀，输出侧串联在第一绕组末端与变压器的中性点之间，输入侧连接所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓占锋，赵国亮，常建平，李金忠，滕乐天，王绍武，乔光尧，李卫国，宋胜利，徐云飞，李芳义，尉志勇，宋洁莹，陆振纲，刘海军，袁婷婷，曾洪涛，石秋雨，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11