專利名稱：三相變壓器系統(tǒng)及具有其的電網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變電技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種具有可變電抗的三相變壓器系統(tǒng)以及具有三相變壓器系統(tǒng)的電網(wǎng)。
背景技術(shù)：
變壓器(Transformer)是利用電磁學(xué)的電磁感應(yīng)原理來改變交流電壓的裝置,主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯(磁芯)。變壓器常用作升降電壓、變壓器匹配阻抗和安全隔離等。通常，變壓器的電抗是由其自身尺寸和結(jié)構(gòu)型式?jīng)Q定的，對于確定型號的變壓器，其電抗是固定的。但是，在工業(yè)應(yīng)用中通常需要提供這樣的變壓器，該變壓器電抗可調(diào)，以向電網(wǎng)中注入電感電流。例如，在風(fēng)力發(fā)電或者冶金行業(yè)中，需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)電網(wǎng)線路的功率因素，這就有必要需要單獨(dú)地設(shè)置電抗器，以調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的電感電流，進(jìn)而提高電網(wǎng)的功率因素。但這必然造成成本的極大增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提出一種三相變壓器系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)線路的功率因素，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓輸出，節(jié)約了一次性的投入。另外，本發(fā)明需要提供一種電網(wǎng)，所述電網(wǎng)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的電感電流，并提聞其功率因素。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提出了一種三相變壓器系統(tǒng)，包括三相變壓單元，其中每相變壓單元包括鐵芯；第一和第二低壓繞組，所述第一和第二低壓繞組并聯(lián)設(shè)置在所述鐵芯上，其中所述三相變壓單元中的所述第一低壓繞組和所述第二低壓繞組分別進(jìn)行星形連接；高壓繞組，所述高壓繞組套裝在所述第一和第二低壓繞組上。該三相變壓器系統(tǒng)并且包括直流電源，所述直流電源的正極和負(fù)極分別連接至星形連接的所述第一低壓繞組和所述第二低壓繞組的中性點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三相變壓器系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)直流電源的電壓大小來改變?nèi)嘧儔簡卧蔫F芯的磁飽和度，從而改變?nèi)嘧儔簡卧碾娍怪担詫?shí)現(xiàn)該三相變壓器電抗可調(diào)。由此在應(yīng)用中，使用該三相變壓器相當(dāng)于傳統(tǒng)的三相變壓器和電抗器的組合，從而降低了工業(yè)應(yīng)用成本。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述直流電源的電壓大小可調(diào)。由此可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)電抗的大小。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一低壓繞組和第二低壓繞組的橫截面為橢圓形，且所述高壓繞組的橫截面為矩形。并且，所述高壓繞組與所述第一低壓繞組以及所述高壓繞組與所述第二低壓繞組的匝數(shù)比相同。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述三相變壓單元的高壓繞組可以呈三角形連接。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述鐵芯通過并置的第一固定件和第二固定件并行固定。并且，所述鐵芯一體形成，所述鐵芯還包括上鐵芯體和下鐵芯體；以及三對鐵芯柱，所述三對鐵芯柱分別平行連接至上鐵芯體和下鐵芯體且每對所述鐵芯柱上分別纏繞所述第一、第二低壓繞組和所述高壓繞組。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的第二方面還提出了一種電網(wǎng)，該電網(wǎng)包括主電網(wǎng)；局域電網(wǎng)，所述局域電網(wǎng)通過主升壓變壓器對所述主電網(wǎng)供電；至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電單 元，所述風(fēng)力發(fā)電單元通過上述的三相變壓器系統(tǒng)對所述局域電網(wǎng)供電；以及控制器，所述控制器用于根據(jù)所述局域電網(wǎng)的輸入側(cè)或者輸出側(cè)的電網(wǎng)功率因素而控制所述直流電源的電壓。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電網(wǎng)，通過控制電網(wǎng)中三相變壓器系統(tǒng)的直流電源的電壓大小，從而產(chǎn)生電感電流，并注入電網(wǎng)，達(dá)到了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電網(wǎng)線路功率因素的目的，提高發(fā)電、變電以及用電設(shè)備的有功功率，穩(wěn)定輸變電的電網(wǎng)電壓，改善電能質(zhì)量。同時(shí)，不再需要另外增加可調(diào)電抗器等設(shè)備，大大節(jié)約了一次性的成本投入。此外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述電網(wǎng)還包括電容補(bǔ)償單元，所述電容補(bǔ)償單元用于對所述至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電單元的輸出進(jìn)行無功補(bǔ)償。本發(fā)明實(shí)施例的第三方面還提出了一種局域電網(wǎng)，包括所述的三相變壓器系統(tǒng)。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三相變壓器系統(tǒng)的原理示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三相變壓單元的俯視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三相變壓單元的剖視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電網(wǎng)的供電網(wǎng)絡(luò)示意圖；以及圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體示例的電網(wǎng)的供電網(wǎng)絡(luò)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
下述說明本質(zhì)上只是示例性的，而不是以任何方式來限制本公開、本公開的應(yīng)用或者使用。為了簡潔，將在附圖中使用相同的參考數(shù)字以識別相似的元件。如此處所使用，術(shù)語至少A、B和C中的至少一個(gè)必須理解為指的是邏輯(A或者B或者C)，使用非排他性邏輯或者。必須理解，在不改變本公開的原理的情況下，方法中的步驟可以不同的順序來執(zhí)行。如此處所使用，術(shù)語模塊、單元指的是應(yīng)用特定集成電路(ASIC)、電路、處理器(共享、專用或者成組)和執(zhí)行一個(gè)或者更多個(gè)軟件或者固件程序的存儲器、組合邏輯電路、和/或者提供所描述功能性的其他合適部件。下面參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的三相變壓器系統(tǒng)和具有三相變壓器系統(tǒng)的電網(wǎng)。如圖I所示，本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提出的一種三相變壓器系統(tǒng)，包括三相變壓單元101和直流電源102。其中，每相變壓單元I包括鐵芯10、第一低壓繞組11、第二低壓繞組12和高壓繞組13，并且每相變壓單元I中的鐵芯10包括一對鐵芯柱100和200，第 一低壓繞組11和第二低壓繞組12并聯(lián)設(shè)置在鐵芯10上，例如第一低壓繞組11設(shè)置在鐵芯柱100上，第二低壓繞組12設(shè)置在鐵芯柱200上。其中三相變壓單元101中的第一低壓繞組11和第二低壓繞組12分別進(jìn)行星形連接。高壓繞組13套裝在第一低壓繞組11和第二低壓繞組12上。直流電源102的正極(+ )和負(fù)極(_)分別連接至星形連接的第一低壓繞組11的中性點(diǎn)01和第二低壓繞組12的中性點(diǎn)02，并且，直流電源102的電壓大小可調(diào)。通過調(diào)節(jié)直流電源102的大小可以改變鐵芯10的磁飽和度，從而可以達(dá)到改變?nèi)嘧儔簡卧?01電抗值的目的。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖I所示，三相變壓單元101中高壓繞組13與第一低壓繞組11的匝數(shù)比和高壓繞組13與第二低壓繞組12的匝數(shù)比相同。并且，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，三相變壓單元101的高壓繞組13呈三角形連接。當(dāng)然，可以理解的是，三相變壓單元101的高壓繞組13也可以呈星形連接。其中，第一低壓繞組11和第二低壓繞組12的橫截面為橢圓形，且高壓繞組13的橫截面為矩形。也就是說，當(dāng)直流電源102的電壓為零時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例中的三相變壓單元101的性能與普通變壓器相同，通過升壓或降壓傳輸能量。當(dāng)施加直流電源102的電壓達(dá)到一定值時(shí)，如圖I所示，在正弦波的任一時(shí)段，一對鐵芯10中一個(gè)鐵芯100中的交直流磁通方向一致，另一個(gè)鐵芯200中的交直流磁通方向相反，因此對應(yīng)的兩組低壓繞組內(nèi)的鐵芯總是一個(gè)鐵芯近飽和，而另一個(gè)鐵芯欠飽和，此時(shí)該三相變壓單元101具有可調(diào)電抗的功能，從而可以向電網(wǎng)注入電感電流。其中，圖I中虛線箭頭為交流磁通方向，實(shí)線箭頭為直流磁通方向。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖I所示，高壓繞組13分別連接到高壓端A、B、C，每相變壓單元I中的第一低壓繞組11和第二低壓繞組12分別連接到低壓端a、b、c。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，鐵芯10通過并置的第一固定件21和第二固定件22并行固定。通過第一固定件21和第二固定件22可以將六個(gè)鐵芯柱完全固定。并且,如I和圖3所示,三相變壓單元101的鐵芯一體形成,此外還包括上鐵芯體31、下鐵芯體32和三對鐵芯柱100、200。三對鐵芯柱100、200分別平行連接至上鐵芯體31和下鐵芯體32且每對鐵芯柱100、200上分別纏繞第一低壓繞組11、第二低壓繞組12，高壓繞組13纏繞在鐵芯10上面，且套裝在第一低壓繞組11和第二低壓繞組12的外側(cè)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三相變壓器系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)直流電源102的電壓大小來改變?nèi)嘧儔簡卧?01的鐵芯10的磁飽和度，從而改變?nèi)嘧儔簡卧?01的電抗值，以實(shí)現(xiàn)該三相變壓器電抗可調(diào)。由此在應(yīng)用中，使用該三相變壓器相當(dāng)于傳統(tǒng)的三相變壓器和電抗器的組合，從而降低了工業(yè)應(yīng)用成本。下面將參照圖4、5來描述具有上述三相變壓器系統(tǒng)的電網(wǎng)。如圖4所示，該電網(wǎng)包括主電網(wǎng)41、局域電網(wǎng)42、至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電單元43、控制器44、主升壓變壓器45和三相變壓器系統(tǒng)46。局域電網(wǎng)42通過主升壓變壓器45將局域電網(wǎng)42的電壓升高至主電網(wǎng)41的電壓，同時(shí)并入主電網(wǎng)41以對主電網(wǎng)41供電。在本發(fā)明的一個(gè)示例中，局域電網(wǎng)42的電壓可以是35KV，主電網(wǎng)的電壓可以是220KV，并且例如在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中，局域電網(wǎng)42可以是由33個(gè)風(fēng)力發(fā)電單元43和變壓器組成。
如圖4所示，每個(gè)風(fēng)力發(fā)電單元43均通過三相變壓器系統(tǒng)46同時(shí)對局域電網(wǎng)42供電?？刂破?4用于根據(jù)局域電網(wǎng)42的輸入側(cè)或者輸出側(cè)的電網(wǎng)功率因素而控制直流電源102的電壓，例如，在控制器44實(shí)時(shí)地監(jiān)測到局域電網(wǎng)42的輸入側(cè)或者輸出側(cè)的電網(wǎng)功率因素小于O. 85時(shí)，控制器44立即控制直流電源102啟動(dòng)，并通過調(diào)節(jié)直流電源102的電壓以向電網(wǎng)注入電感電流進(jìn)行補(bǔ)償。具體地，如圖5所示，上述電網(wǎng)還包括電容補(bǔ)償單元51。其中，控制器44包括主控制器52以及與電容補(bǔ)償單元51對應(yīng)的子控制器53。每個(gè)電容補(bǔ)償單元51用于對至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電單元43的輸出進(jìn)行無功補(bǔ)償。在本發(fā)明的一個(gè)示例中，33個(gè)電容補(bǔ)償單元51可以組成為自動(dòng)投切電容器組。也就是說，通過自動(dòng)投切電容器組對33個(gè)風(fēng)力發(fā)電單元43的輸出例如690V的電壓進(jìn)行無功補(bǔ)償，消除諧波，并且補(bǔ)償是周期性的。其中，風(fēng)力發(fā)電單元43、子控制器53、電容補(bǔ)償單元51和三相變壓器系統(tǒng)46之間相對應(yīng)。也就是說，在本發(fā)明的一個(gè)示例中，如圖5所示，主控制器52實(shí)時(shí)地監(jiān)測局域電網(wǎng)42的輸出側(cè)的電壓變化和功率因數(shù)，同時(shí)控制33個(gè)子控制器53對局域電網(wǎng)42的輸入側(cè)與33個(gè)三相變壓器系統(tǒng)46之間的功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。主控制器52根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測到的局域電網(wǎng)42的輸入側(cè)和輸出側(cè)的電網(wǎng)功率因素控制33個(gè)子控制器53對應(yīng)地調(diào)節(jié)33個(gè)三相變壓器系統(tǒng)46中直流電源102的電壓，同時(shí)還通過子控制器53對應(yīng)地控制電容補(bǔ)償單元51對相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電單元43的輸出進(jìn)行就地動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。即言，主控制器52根據(jù)電網(wǎng)功率因素及電網(wǎng)電壓的變化，即時(shí)地投入電容電流或電感電流進(jìn)行補(bǔ)償。具體而言，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電單元43中的風(fēng)機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)投入電容補(bǔ)償單元51即自動(dòng)投切電容器組進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，此時(shí)電感電流可以為O ;當(dāng)風(fēng)力發(fā)電單元43中的風(fēng)機(jī)負(fù)荷小時(shí)，切除電容補(bǔ)償單元51，并調(diào)節(jié)直流電源102的電壓到額定值，通過三相變壓器系統(tǒng)46向電網(wǎng)提供電感電流，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓；當(dāng)三相電壓器系統(tǒng)46和電容補(bǔ)償單元51同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，即中間負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)直流電源102的電壓以控制電感電流在O到額定值之間動(dòng)態(tài)變化，達(dá)到治理電網(wǎng)諧波、改善電網(wǎng)供電質(zhì)量的目的。例如在冶金行業(yè)中，正常情況下也是通過調(diào)節(jié)直流電源102的電壓以使三相變壓器系統(tǒng)46向電網(wǎng)提供電感電流。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，三相電壓器系統(tǒng)46還可以采用移相的方式進(jìn)行設(shè)置，并且當(dāng)采用移相方式的三相電壓器系統(tǒng)46并入電網(wǎng)時(shí)，由于具備33個(gè)三相變壓器系統(tǒng)46，每個(gè)三相變壓器系統(tǒng)46可采用不同的移相方式，即移相的相位角度不同，從而疊加后使局域網(wǎng)的諧波大大減少，避免并網(wǎng)時(shí)的諧波治理，改善電能質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電網(wǎng)，通過控制電網(wǎng)中三相變壓器系統(tǒng)46的直流電源102的電壓大小，從而產(chǎn)生電感電流，并注入電網(wǎng)，達(dá)到了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電網(wǎng)線路功率因素的目的，提高發(fā)電、變電以及用電設(shè)備的有功功率，穩(wěn)定輸變電的電網(wǎng)電壓，改善電能質(zhì)量。同時(shí)，不再需要另外增加可調(diào)電抗器等設(shè)備，大大節(jié)約了一次性的成本投入。此外，本發(fā)明實(shí)施例的第三方面還提出了一種局域電網(wǎng)，包括上述的三相變壓器系統(tǒng)?？梢岳斫獾氖牵话惆ㄉ鲜龅娜嘧儔浩飨到y(tǒng)的電網(wǎng)，就可以通過調(diào)節(jié)三相變壓器系統(tǒng)中的直流電源的電壓，從而產(chǎn)生電感電流，注入電網(wǎng)中去，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率因素，消除諧波，改善電網(wǎng)質(zhì)量的目的。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示·例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種三相變壓器系統(tǒng)，包括 三相變壓單元，其中每相變壓單元包括 鐵芯; 第一和第二低壓繞組，所述第一和第二低壓繞組并聯(lián)設(shè)置在所述鐵芯上，其中所述三相變壓單元中的所述第一低壓繞組和所述第二低壓繞組分別進(jìn)行星形連接； 高壓繞組，所述高壓繞組套裝在所述第一和第二低壓繞組上；以及直流電源，所述直流電源的正極和負(fù)極分別連接至星形連接的所述第一低壓繞組和所述第二低壓繞組的中性點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相變壓器系統(tǒng)，其特征在于，所述第一低壓繞組和第二低壓繞組的橫截面為橢圓形，且所述高壓繞組的橫截面為矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相變壓器系統(tǒng)，其特征在于，所述直流電源的電壓大小可調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相變壓器系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓繞組與所述第一低壓繞組以及所述高壓繞組與所述第二低壓繞組的匝數(shù)比相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相變壓器系統(tǒng)，其特征在于，所述三相變壓單元的高壓繞組呈三角形連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相變壓器系統(tǒng)，其特征在于，所述鐵芯通過并置的第一固定件和第二固定件并行固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相變壓器系統(tǒng)，其特征在于，所述鐵芯一體形成且所述鐵芯包括 上鐵芯體和下鐵芯體；以及 三對鐵芯柱，所述三對鐵芯柱分別平行連接至上鐵芯體和下鐵芯體且每對所述鐵芯柱上分別纏繞所述第一、第二低壓繞組和所述高壓繞組。
8.—種電網(wǎng)，包括 主電網(wǎng)； 局域電網(wǎng)，所述局域電網(wǎng)通過主升壓變壓器對所述主電網(wǎng)供電； 至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電單元，所述風(fēng)力發(fā)電單元通過如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的三相變壓器系統(tǒng)對所述局域電網(wǎng)供電；以及 控制器，所述控制器用于根據(jù)所述局域電網(wǎng)的輸入側(cè)或者輸出側(cè)的電網(wǎng)功率因素而控制所述直流電源的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電網(wǎng)，其特征在于，還包括 電容補(bǔ)償單元，所述電容補(bǔ)償單元用于對所述至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電單元的輸出進(jìn)行無功補(bǔ)償。
10.一種局域電網(wǎng)，包括如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的三相變壓器系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相變壓器系統(tǒng)，包括三相變壓單元，其中每相變壓單元包括鐵芯；第一和第二低壓繞組，所述第一和第二低壓繞組并聯(lián)設(shè)置在所述鐵芯上，其中所述三相變壓單元中的所述第一低壓繞組和所述第二低壓繞組分別進(jìn)行星形連接；高壓繞組，所述高壓繞組套裝在所述第一和第二低壓繞組上；以及直流電源，所述直流電源的正極和負(fù)極分別連接至星形連接的所述第一低壓繞組和所述第二低壓繞組的中性點(diǎn)。由此，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)直流電壓的大小來改變變壓器鐵芯的磁飽和度，從而達(dá)到改變變壓器電抗值的目的。此外，本發(fā)明還提供了一種具有該三相變壓器系統(tǒng)的電網(wǎng)。
文檔編號H01F30/12GK102891001SQ201210334879
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者孫傳民, 孫宇, 尹文, 朱凱 申請人:沈陽昊誠電氣股份有限公司