[發明專利]一種混合式配電變壓器偏磁主動抑制方法和系統

在審

• 申請號: 202310142110.0
• 申請日: 2023-02-20
• 公開（公告）號: CN116014694A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 柳軼彬;梁得亮;栗世超;孔子涵;李佳;靳豪;張立石
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02;H02J3/00;H02J3/12;H02J3/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 錢宇婧

本發明還公開了一種混合式配電變壓器偏磁主動抑制方法和系統，本發明根據空載合閘前后的偏磁抑制機理設計兩套HDT控制策略，基于網側電流判斷HDT是否合閘，據此實現兩套控制策略的平滑切換；基于磁勢平衡原理計算HDT主變壓器和隔離變壓器的激磁電流，對主變壓器及隔離變壓器的激磁電流進行非線性反饋，將其疊加在HDT變換器原控制指令之后，從而在確保HDT網側電流與負載電壓控制功能的基礎上實現其偏磁抑制。該系統無需加裝復雜昂貴的鐵芯磁通傳感器，也無需采用復雜的磁通觀測算法，能在不影響HDT基本控制功能的同時，消除HDT的在任何工況下的直流偏磁。

技術領域

本發明屬于變壓器技術領域，具體涉及一種混合式配電變壓器偏磁主動抑制方法和系統。

背景技術

混合式配電變壓器(hybrid?distribution?transformer,HDT)是一種新型配電變壓器，其基本特點是將傳統工頻變壓器與背靠背電壓源型變換器集成一體化。在眾多配置方案中，借助隔離變壓器與三繞組主變壓器構建的變換器高低跨接式HDT具備突出優勢。具體而言，在此HDT方案中，各變壓器變比選則范圍大、電路參數選取范圍廣、器件選型靈活方便。然而在實際運行過程中，此類HDT兩臺變壓器的鐵芯難免會出現直流偏磁；當偏磁比較嚴重時，往往會導致磁飽和；而當鐵芯飽和之后，激磁電感會急劇減小，從而會引發很大的勵磁涌流，進而導致HDT無法正常運行。

由于傳統機械斷路器合閘時刻分散性很大，鐵芯剩磁難以精確測量；因而無法在理論期望的最佳時刻進行空載合閘，這導致HDT主變壓器的偏磁難以避免，勵磁涌流無法消除。在配網中，雖然繼電保護裝置能夠承受一定范圍的勵磁涌流而不會引發保護誤動作，但勵磁涌流中包含大量的諧波和直流分量，由于配電變壓器數量眾多，總體合閘頻率較高，因而對整個配網系統帶來的污染不可小視。

對于HDT的隔離變壓器而言，其端電壓就是補償電壓，該補償電壓的極性及幅值大小均會隨著電網電壓的波動而變化，這使得隔離變壓器的鐵芯更容易出現直流偏磁，從而導致勵磁涌流。如果不采取措施，只能盡可能增大隔離變壓器的鐵芯截面來承受直流偏磁，但這必然會浪費大量的銅鐵材料。

對于以上問題，現有的HDT控制策略很少涉及，這導致直流偏磁引發的磁飽和問題成為困擾HDT正常掛網運行的一個瓶頸問題。在HDT中，兩個變壓器通過背靠背的方式接入了各自的變換器，其中一個變換器稱之為電流補償變換器，該變換器并入主變壓器的控制繞組，主要用于消除負載電流中的諧波、無功、不對稱等有害電流對配網帶來的危害。另一個變換器稱之為電壓補償變換器，該變換器通過閥側繞組接入隔離變壓器，主要用于消除配網電壓波動、不對稱對負載供電帶來的不利影響。

事實上，HDT的兩臺變換器所具備的控制功能遠不止于上述電壓電流調控。通過加入新的控制策略，預計還能進一步調控兩臺變壓器的鐵芯磁通。對此現有的研究給出了基于磁鏈跟蹤的偏磁抑制策略，然而磁鏈跟蹤必須要反饋鐵芯磁鏈，而磁鏈的直流分量又無法通過端電壓積分等觀測方法準確快速獲得。雖然在各鐵芯柱中安裝磁通傳感器鐵芯可獲得鐵芯磁鏈，但磁通傳感器造價昂貴，而且在變壓器鐵芯中裝設又極為困難。此外，新增的磁通傳感器需配套相應的A/D調理電路及控制電路采集接口。因此加入磁通測量反饋會使HDT的制造難度急劇增加，從而大大降低HDT的性價比。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種混合式配電變壓器偏磁主動抑制方法和系統，以解決現有技術中混合配電變壓器HDT主變壓器的偏磁缺少抑制措施的問題。本發明的方法能在合閘前預先建立穩態磁通，合閘后通過疊加激磁電流非線性反饋實現偏磁抑制，從而無需安裝磁鏈傳感器，能在不影響HDT原有控制功能的前提下，抑制直流偏磁，有效克服HDT磁飽和這一瓶頸問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種混合式配電變壓器偏磁主動抑制方法，包括以下步驟：

步驟1，基于網側電流判斷HDT是否合閘，如果未合閘，執行步驟2；如果合閘，執行步驟3；