低阻抗高频特种变压器的研制.pdf

第43卷第9期
Vol 43 No 9
2006年9月
7A/OR
September 2006
低阻抗高频特种变压器的研制
郑宏婕
(淮海工学院,江苏连云港222005
摘要:介绍了低阻抗高赪特种变压器设计的理论和开发研制的过程,给出了变压器参数设计的方法、推导了
计算公式,并给出了样机试验结果
关键词:特种变压器;低阻抗;高频率
中图分类号:TM402
文献标识码:B
文章编号:1001-8425(2006)09-0011-07
在各种电能质量问题中,电压跌落和瞬时供电
中断已被认为是影响许多用电设备正常、安全运行
近年来,我国电力事业发展迅猛,人们对电能数的最严重的电能质量问题。根据统计显示,因电压跌
量的要求已逐步得到满足,对电能质量的要求也逐落而引起的事故次数大约是因完全供电中断而引起
步重视。与此同时,随着科学技术的进步,一方面,各的事故次数的10倍。动态电能质量向题已成为目前
种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备大量影响供电可靠性的主要干扰,而且90%的电能质量
普及,另一方面,造成电能质量问题的因素不断増问题都是由电压跌落引起的,所以对电压跌落的研
加。这样一对矛盾不断突出,也使得有关电能质量的究与消除成为研究电能质量问题的重点。
问题日益受到人们的关注。
美国电力科学研究院的N.H. Hingorani博士
电能质量问题不仅对电网的安全、稳定运行极于1988年率先提出了“用户电力”( Custom Power
为不利,而且还会对用电设各的正常运行和工农业的概念,在配电网中,利用“用户电力”技术将配电系
的持续高效生产产生十分不利的影响。这些不利影统改造成为无瞬间停电、无电压闪变、无不对称现象
响归纳起来,主要表现为以下儿个方面。
和无谐波的实时控制的柔性化配电网,以满足电力
(1)电网电压和频率的偏差、诺波含量、三相电负裁对供电质量日益提高的要求。它和“柔性交流输
压不平衡以及电压波动和闪变均会直接影响电动机电技术”( FACTS)都是现代电力系统中基于电力电
的输出力矩,从而影响生产的功效和产品质量。
子技术的具有变革性的前沿课题。目前,在美国、欧
(2)引起继电保护和自动装置误动作,仪表指示洲和新加坡已经有多种类型的装置投入了实际运
和电能计量不准确。
行。在我国,已有清华大学、西安交通大学、浙江大学
(3)三相电压不平衡会引起电机附加振动力矩和东南大学等高校开展了这方面的研究。日前,“用
并导致发热,使绝绿寿命缩短。
户电力技术”的代表性装置主要包括:静态无功补偿
(4)导致电气设备寿命缩短,网损增大
器(SVC)、先进静态无功补偿器(ASVC或 STACOM)
5)电压快速波动会使电动机转速不均匀,进而有源滤波器(APF)、统一电能质量补偿器(UPQC)、
危及电动机的安全运行,影响产品质量,并且会引起动态电压恢复器(DVR)、不间断电源(UPS)、电池储
照明闪变,增加人眼的疲劳度。
能系统(BESS)和超导体磁能量储存系统(SMES
(6)引起电容器局部放电和发热,缩短其寿命,等
甚至损坏。
从与电网联接的方式上讲,“用户电力技术”装
(7)使输电导线的线损増大,缩短使用寿命。
置可以分为三类:并联性、串联型和混合型(串并联
(8)对临近的通讯系统产生干扰,轻者产生杂型)。其中,并联型装置以并联方式和电网联接,串联
音,降低通讯质量;重者导致信息丢失,使通信系统型装置通过串联变压器和电网以串联方式联接,泥
无法正常工作
合型装置是前两者的结合,以串并联方式和电网联
(9)导致系统发生谐波谐振的可能性增大。
接。目前,国外进入实用阶段的主要是并联型装置,
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这是因为,与后两者相比,并联型装置结构比较简难题之ー。所以称之为难题,这主要是因为:
单,技术相对成熟,而研究的主要对象却是串联型和
(1)由于串联装置具有自身的串联特点,只有将
混合型装置。这是因为,并联型装置只能解决电力用变压器串入电网才能为用户供电,因此投入、退出问
户对电网的影响问题,后两者却可同时解决电网对题不可避免。
电力用户的影响问题。为此可以断言,在今后一段时
(2)从用户角度考虑,由于串联装置通常为对电
可内,随着技术的不断成熟,发展应用串联型和混合网电压敏感的用户供电,因此装置的投入不能降低
型“用户电力技术”装置将成为该领域的核心。
供电系统的可靠性。这主要包括不降低供电连续性
笔者研究的特种变压器,就是串联型和混合型和不降低供电电压质量。变压器自身的电感特性決
“用户电力技术”装置中的重要组成部分和关键技术定了通过其任意一侧的电流不能突变,但变压器投
入过程实际就是变压器电流由零突变到负载电流的
2问题的提出
过程,相应的退出过程是电流由负载电流突变到零
的过程,这两个过程必然导致变压器上出现电压尖
串联型和混合型电能质量补偿装置必须通过申峰,这会极大地降低用户端电压质量。另外,投入、退
联变压器才能和电网联接,如图1所示
出过程中接触器的使用不可缺少,而接触器的动作
不可能瞬间完成,因此在投入过程中必然造成用户
LN
ST
端短肘断电,这往往也会对用电装置造成巨大伤害。
用户
3)从电网角度考虑,由于串联装置本身是为解
决电能质量问题而设计的,因此其应用不能对电网
保护
单元
造成影响。从原因(2)中的分析可以看到,变压器投
入、退出时会出现尖峰电压,这对电网也会造成一定
影响
4)从装置自身角度考虑,在投入、退出过程不
补偿装置
能危及装置的安全。由于装置主体是由电力电子器
件构成,而电力电子器件对电压尖峰的损害非常敏
图1串联型“用户电力技术”装置联接示意图
感,并且目前的保护技术还不够成熟,因此在投入
Fig 1 Connection diagram of series Custom Power
退出过程中有效保护装置自身安全非常困难。
Technology
串联型“用户电力技术”装置是为解决用户端电
(5)从变压器角度考虑,为降低成本,在设计变
压畸变的电能质量问題而设计的一种电能质量补偿压器时,通常按照额定工作情况进行设计,投入、退
装置。它通过变压器以串联的方式与系统相连接,主过程中的电压尖峰对变压器自身也构成成胁。
要用于补偿其有电压源特性的负载产生的谐波,能
针对以上问题,目前的解决方法主要从控制和
抑制电源电压中的谐波、波动和闪变等干扰,从而给
附加保护电路的角度出发,如电压过零投切、电流过
负载端提供稳定的正弦电压,这类装置的使用将大投切、一次侧短路投切和压敏电阻加固态继电器
大提高用户的电能质量。
保抑方法等。这些方法都在特定负载情况下起到了
其工作原理为:利用传感器检测电路、测电源
一定效果,但并不完全成功。日前,许多专家学者正
电压,通过算法求出其中的畸变电压:通过控制路在致力于这方面的研究。
产生由补偿策略确定的补偿信号,形成PWM信号
笔者希望改变以往的思维定势,从新的角度出
后,再由驱动电路去控制逆变器的功率器件开关;最发解决这一问题。由于所有间题均是由变压器在电
后由滤波器洮除开