[發明專利]一種柔性交流有源電壓調節裝置及方法

在審

• 申請號: 202010524319.X
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111525582A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 鄧占鋒;趙國亮;常建平;李金忠;滕樂天;王紹武;喬光堯;李衛國;宋勝利;徐云飛;李芳義;尉志勇;宋潔瑩;陸振綱;劉海軍;袁婷婷;曾洪濤;石秋雨
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02J3/12
• 分類號: H02J3/12
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 吳黎

本發明公開了一種柔性交流有源電壓調節裝置及方法，所述裝置包括主變壓器和可控電壓源，所述主變壓器包括主變壓器高壓繞組和主變壓器低壓繞組，其特征在于，所述可控電壓源串聯在主變壓器高壓繞組的末端與變壓器的中性點或地之間，所述可控電壓源被設置為電壓幅值和相位均可靈活調節，所述可控電壓源用于調節主變壓器高壓繞組兩端的電壓，進而通過電磁耦合調節低壓繞組的電壓。以調幅調壓代替傳統機械式調匝調壓，避免現有變壓器中機械調壓開關因頻繁動作而引起的機械故障、絕緣劣化、燃弧著火等風險，保證交直流輸電系統可靠運行，有效提升特高壓直流輸電系統和交流輸電系統的安全性和運行靈活性。

技術領域

本發明涉及電力系統電氣設備領域，具體涉及一種柔性交流有源電壓調節裝置及方法。

背景技術

換流變壓器是高壓直流輸電系統的核心，為適應直流系統電壓調整的需要，換流變壓器內部安裝機械式有載調壓開關，通過調整換流變壓器高壓側繞組的匝數，達到調整閥側繞組電壓的目的。常規交流電力變壓器為了保證負載側電壓質量，在系統電壓變化時，也需要通過有載調壓，以保證負載側電壓的穩定。變壓器有載調壓是保障直流系統和交流系統維持正常運行的必要手段。

目前主要采用有載調壓開關，通過改變高壓繞組的匝數，進而改變變壓器的變比來實現低壓繞組的調壓。有載調壓開關主要采用選擇開關與切換開關相組合、雙過渡電阻的結構型式，機械結構異常復雜，在長期運行中，有載調壓開關需頻繁調整開關檔位，其內部選擇開關、切換開關等機械部件頻繁動作，容易引發傘型齒輪箱軸晃動、操作齒輪箱滾珠夾圈失效、動作錯位、傳動軸裂紋等機械故障，且其運行故障檢測難度大，在調匝過程中還存在變壓器匝間短路風險，目前已出現過多起直流換流變有載調壓開關引起的安全事故，給高壓直流系統安全運行帶來極大挑戰。為避免有載調壓開關頻繁動作，降低安全運行風險，迫使特高壓直流系統采用固定的運行方式，大大降低了直流系統運行的靈活性，限制了直流輸電能力的有效發揮。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的變壓器機械調壓開關因頻繁動作而引起的機械故障、絕緣劣化等缺陷，從而提供一種柔性交流有源電壓調節裝置及方法。

為此，本發明提供一種柔性交流有源電壓調節裝置，包括：

主變壓器，所述主變壓器包括第一繞組和第二繞組，第一繞組與第二繞組電磁耦合，第一繞組首端用于與交流系統母線連接，第二繞組用于連接負載或者交直流輸電系統；

可控電壓源，所述可控電壓源的一端與第一繞組的末端連接，另一端用于與變壓器的中性點或地連接，所述可控電壓源被設置為輸出電壓的幅值或相位可調節。

在主變壓器繞組末端與變壓器的中性點或地之間串聯可控電壓源，在不改變匝數變比的情況下，改變可控電壓源的輸出電壓，即可調整第一繞組兩端電壓，進而改變第二繞組輸出電壓。

進一步地，所述可控電壓源輸出與主變壓器工作頻率相同的電壓。

進一步地，所述可控電壓源輸出電壓的相位調節范圍為0-360度。

進一步地，所述第一繞組為高壓繞組，第二繞組為低壓繞組。

進一步地，所述可控電壓源包括：

取能變壓器，包括第三繞組和第四繞組，第三繞組和第四繞組電磁耦合，第三繞組與外部交流電源連接；

調壓換流閥，輸出側串聯在第一繞組末端與變壓器的中性點或地之間，輸入側連接所述第四繞組。

所述可控電壓源可由電力電子變換器實現。

進一步地，所述調壓換流閥包括若干個功率模塊，所述若干個功率模塊的輸入側分別與第四繞組連接，所述若干個功率模塊的輸出側級聯后串聯在第一繞組末端與變壓器的中性點或地之間。