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1、第33卷第10期Vol.33No.102009年5月25日May25,2009基于电力电子技术有载调压变压器的无冲击调压方法黄俊杰,李晓明(武汉大学电气工程学院,湖北省武汉市430072)摘要:提出以电力电子器件为分接开关的有载调压变压器无冲击调压方法。该方法考虑了调压绕组的改变引起的变比变化和漏电阻、漏电感大小的变化。为考虑铁磁特性,变压器铁芯用非线性电阻和电感来等效。由变压器的空载实验数据,得到描述两者非线性特性的分段线性表达式。通过对变压器等值模型的分析,得出无冲击有载调压时刻的求解方法。在这一时刻进行分接开关通断控制,可以
2、使调压过程按系统运行的需要而改变,并保证负载电流连续、平滑、无冲击。阐述了传统的以负载阻抗角确定调压时刻是本方法的特例。通过仿真及实验验证了这一方法能够实现快速、无冲击、可靠调压过程。关键词:有载调压变压器;无冲击;铁磁特性;电力电子学;晶闸管中图分类号:TM4230引言按图1所示电路,可列出以下方程:di2随着电力电子技术的发展,电力电子设备,如晶u2=RLi2+LLdt闸管,作为调压分接开关得到了广泛应用,使电压调di1节迅速u1-e=R1i1+L1,调节效果明显要好于机械式的有载调压装dt[122]置。但是,晶闸管触发、导通
3、时刻的选择对调压di2(1)e=αR2i2+αL2+αu2暂态过程有很大的影响。为实现无冲击调压过程,dt文献[3]介绍了晶闸管导通时刻的确定方法,但没有i2i1=+i0[4]α考虑调压过渡电阻或电抗、调压绕组变化的影响,也没有考虑变压器铁芯磁滞、磁饱和及涡流损失的io=f(e)影响[526]。本文针对这一情况,在考虑上述因素的前式(1)中第5个方程就是用来描述变压器铁芯提下,研究了以晶闸管作为调压分接开关的调压过磁滞、磁饱和及涡流损失的影响。程,得到了无冲击调压时刻的确定方法,通过仿真和在进行电压调整之前,电源的电压保持稳定。实
4、验验证了这一方法的正确性。一、二次侧的等效漏电阻和漏电感的额定值可以由短路实验得到的数据求得,调压前后变比、绕组数目1有载调压变压器模型分析的变化已知时,这些数值要做相应修改。而负载的等效电阻和电感可以由采集到的二次侧电流和电压采用如图1所示的变压器模型分析有载调压过经计算获得,并设在调压过程中负载不发生改变。程。对于励磁支路,现暂时用一个黑盒子表示。如果变压器的铁磁特性已知,即io随时间的变化规律已知,则可以求解出电流i2。由于这是一个1阶微分方程,电流i2的解中将含有一个稳态分量和一个随时间衰减的暂态分量。显然,无冲击调压过程
5、就是要求这个暂态分量的值为0,这与调压分接开关的动作时刻密切相关。2有载调压变压器铁磁特性建模[7211]图1变压器模型目前变压器的铁磁特性的建模方法很多,Fig.1Transformermodel但大多是基于电磁理论,得到的数学公式复杂,实际使用起来不方便。本文采用通过测量变压器空载电收稿日期:2008211219;修回日期:2008203202。压、电流及空载有功损失的方法来建立分段线性化—69—2009,33(10)[12213]的变压器铁磁特性的模型。空载实验等值模型法可以求得;对于式(4)等号右边第2项,设在积分如图2所
6、示,由于变压器的漏阻抗相对于励磁阻抗区间内U2I0R为线性关系,则可以求得I0R,i。按这种而言很小,所以忽略。方法依次求解,即可得到反映非线性电阻Re特性的一条U2I0R关系曲线,如图3所示。图2空载实验等值模型Fig.2Equivalentmodelfornon2loadexperiment在空载实验时,对变压器施加固定频率的正弦图3U2I0R关系曲线电压,测量在交流稳态下进行,不存在直流分量。这Fig.3CurveofU2I0R样按电压由低到高的顺序对变压器进行N次空载2.2非线性电感Le的ψ2I0L特性曲线实验,每次施加的
7、正弦空载电压为:u=2Usinωt,由于施加的空载电压为稳定的交流电压,所以有效值分别为U1,U2,⋯,UN,相应得到空载电流的产生的磁链为:ψ=-2Ucosωt/ω,不含直流分量。有效值分别为I1,I2,⋯,IN,空载功率损耗依次为进行N次空载实验,在各空载电压下的磁链有效值P1,P2,⋯,PN。分别为:2U1/ω,2U2/ω,⋯,2UN/ω。当空载电压2.1非线性电阻Re的U2I0R特性曲线较小时,Re在线性段上,所以有:当对变压器施加的正弦电压较低时,Re不会表222I0L,i=Ii-I0R,i(5)现出非线性,可以认为Re
8、是一个线性电阻,所以流式中:I0L,i为第i次空载实验流过电感Le的电流有过Re的电流有效值为:效值;Ii为第i次空载实验流过Re和Ie组成的阻PiI0R,i=i=1,2,⋯,N(2)抗的电流有效值。Ui这样根据空载电流和前面解出的I0R即可求出式
