工控自动化技术文摘：无触点无级有载调压装置及检测电路的分析和研究

　　摘要：随着社会的发展和用户对用电质量的提高，传统的机械式有载调压方法已经不能完全满足现代电网的安全和经济运行要求。基于此，本文提出了一种无触点无级有载调压技术，它是变压器与电力电子技术的有机结合，能够大大的提高现有有载调压装置的性能。文中，对无级无触点有载调压技术的原理、方案进行了介绍和分析，并重点介绍了LEM公司电压传感器模块LV25-P的性能及优点。

　　关键词：无触点；有载调压；电压传感器
The Study on Non-contact On-load Tap Changers Device and Its Detect
circuit JIANG You-hua^1,2，GU Sheng-jian²，FANG You¹(1：Shanghai University, Shanghai，200072；2：Hangzhou
QianJiang River Electric, Hangzhou, 311243)

　　Abstract: With the development of society and sharp increase of electricity consumption, the electric power networks become much huger and more complex. The On-load tap changers of mechanism can not be satisfied by the requirements of power systems, security and economical operation in the case. Based on these, a novel Non-contact On-load tap changers technology is present, which is the combo of transformer and power electronic. So it can improve the On-load tap changers transformer performance. In this paper, the principle and scheme are introduced and analyzed. At the same time, the voltage sensor module LV25-P of LEM company is introduced.

　　由于电网电压用电容量随时变化，其配电变压器的一次侧电压波动很大，导致配电变压器二次侧电压不稳定，从而影响用户的用电质量。传统的有载调压方法是采用机械有载分接开关调压来实现电网电压的稳定。随着社会的发展和用电量的迅速增长，电网规模不断扩大、网络结构越来越复杂，这种机械分接开关有载调压方法己经不能完全满足现代电网的安全和经济运行的要求，其中有三个固有的缺陷难以消除：①在分接头切换过程中产生电弧，导致机械触头烧损和变压器绝缘油介质极化；②分接开关的动作速度慢，调压响应时间长，容易错档、错位，不能进行动态调压，而且故障率高，维护量大；③机械开关动作时间具有分散性，使调压时刻无法准确控制，而且在调压过程中可能出现过渡过程，甚至出现错档、错位现象，对电网的安全运行带来不利的影响。针对现有的有载调压方法存在的问题，本文提出新型无触点有载调压技术，它是变压器与电力电子技术的有机结合，能够大大地提高现有有载调压装置的性能，从而改善电网质量^[1-3]。

　　二十世纪六十年代，电力电子技术迅速发展，新型的高电压、大功率电力电子器件进入工业化应用，为了解决变压器有载分接开关在调压过程中机械触头燃弧的问题，人们开始研究采用高电压、大功率电力电子器件，通过控制电力电子开关器件的通断，从而按级改变变压器匝数，实现分级有载调压。因此这种装置无需机械开关的切换，也不会产生电弧，响应速度也得到提高。本文提出的无触点无级有载调压装置就是上述原理，把目前研究的热点课题——动态电压调节器（DVR）引入其中，通过串接于线路的补偿变压器向系统注入幅值、相角和频率可控的电压，实现变压器的有载调压。这种装置不仅具有晶闸管无触点有载调压装置的优点，还可以克服其固有的缺点，从而使之性能得到大大的提高。

图1 无触点无级有载调压装置主电路示意图

按式（1）可得图2所示的矢量叠加示意图。由图2可知，调节补偿电压

的大小或者同输入电压U₁的夹角，就可以调节U₃电压的大小和相位。通常情况是调节补偿电压

的大小，其相位要么同输入电压U₁同相位，或者反相位，从而维持电压U₃、U₂不变。

图2 电压矢量叠加原理

例如当输入电压U₁降落

时，通过补偿变压器补偿+

，从而维持主变压器T₁初级电压U₃不变，如图3（a）所示；而当输入电压U₁升高

时，通过补偿变压器反相补偿-

，依然维持主变压器T₁初级电压U₃不变，如图3（b）所示。

由图3 可以看出，DVR 装置只补偿输入电压U₁ 升高或跌落部分，而不是全部输入电压，也就是说只对输入电压U₁与电压U₃的差值进行调整和补偿，而无需承担负荷所需的全部电压，因此逆变器承担的最大功率仅为系统功率的20%（假设电压补偿范围为20%），致使其价格可以得到下降。而且功率器件不是直接串在系统主回路中，器件选型较容易。因为DVR 可以逆变产生幅值连续可调的电压，因此可以实现无级的电压调节。又因为DVR是由全控器件IGBT构成，动态响应快，可以在10毫秒左右进行电压调节。

　　信号检测主要有电网电压、电流瞬时值测量，逆变器直流母线电压检测和电网相位检测。电网检测的瞬时值作为电压环的反馈，电压给定由数字信号处理器通过查表完成，经过电压环PI调节器的调节，输出值作为电压调制度，再经过SPWM算法，产生对应的PWM触发脉冲，经过驱动电路放大，控制逆变器的导通和关断，进而改变逆变电压，从而使二次侧电压得到快速恢复；直流母线电压检测主要是防止反相补偿时，泵升电压过高，从而损坏IGBT器件；相位检测电路主要是锁定电网电压的相位，从而使逆变器产生的电压与电网电压相位同步，这样经过串联补偿变压器得到的电压就能和电网输入电压相位一致或反相。其中电压检测传感器均是采用LEM公司的电压传感器，其型号为LV25-P。其使用原则、优点及注意事项如下^[4]：

　　本文给出了一种无触点无级有载调压技术，它是变压器与电力电子技术的有机结合，能够大大的提高现有有载调压装置的性能，从而改善电网质量。但一个可靠的系统，离不开可靠的，快速的检测器件，因此本系统采用LEM公司的电压传感器，能够快速准确的检测电网电压，提高了系统的动态响应性能。