專利名稱：有載調(diào)壓開關(guān)節(jié)能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
有載調(diào)壓開關(guān)節(jié)能控制器技術(shù)領(lǐng)域.本實用新型涉及供配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，更具體地指一種有載調(diào) 壓開關(guān)的節(jié)能控制器。
背景技術(shù)：
有載調(diào)壓開關(guān)通過調(diào)節(jié)變壓器變比具有調(diào)節(jié)電壓偏差、控制潮流等 作用。大型工廠連續(xù)生產(chǎn)線上使用有載調(diào)壓開關(guān)的場合，其設(shè)計及控制思想均是圍繞如何控制關(guān)鍵點(如圖1中的B點)的電壓而工作的。工廠企業(yè)的電氣系統(tǒng)的節(jié)能，是圍繞著供電設(shè)備節(jié)能、用電設(shè)備節(jié) 能和電氣系統(tǒng)節(jié)能來開展的。其中，供電設(shè)備的節(jié)能主要是研究和選擇 所使用供電設(shè)備的效能問題，如選擇容量合適的、特性滿足要求的高效 能非合晶變壓器等；用電設(shè)備節(jié)能主要是研究和選擇所使用用電設(shè)備的 效能問題，如選擇容量合適的、特性滿足要求的高效能電動機、電加熱 器等；而電氣系統(tǒng)的節(jié)能主要包括利用電力電子技術(shù)(如變頻、調(diào)壓、 調(diào)速技術(shù)等)實現(xiàn)風(fēng)機、水泵等傳動系統(tǒng)的節(jié)能，以及利用無功補償技 術(shù)、諧波控制技術(shù)、變壓器經(jīng)濟運行技術(shù)實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的節(jié)能。圖1為大型生產(chǎn)企業(yè)常用的供電系統(tǒng)圖。A點為上級電源的引入點， B點為負(fù)載的供電母線。其中，主變TrO的有載調(diào)壓開關(guān)是用來調(diào)節(jié)電 壓偏差的，Trl至Trn為主變TrO下級配電變壓器。當(dāng)圖l中的A點電 壓偏低時，有載調(diào)壓開關(guān)可調(diào)節(jié)變比檔位使B點電壓升高，反之，當(dāng)A 點電壓偏高時，圖1中的有載調(diào)壓開關(guān)可調(diào)節(jié)檔位使B點電壓降低。同 理，當(dāng)Trl至Tm的負(fù)荷發(fā)生變化，致使B點電壓發(fā)生偏差時，有載調(diào) 壓開關(guān)亦可調(diào)節(jié)變比檔位使B點電壓在理想偏差范圍內(nèi)。在一般工礦企 業(yè)中，有載調(diào)壓開關(guān)的工作目的就是穩(wěn)定圖中B點的電壓在允許范圍內(nèi)。 在實際應(yīng)用中，都允許B點電壓有一定偏差，如國標(biāo)GB12325 - 1990 規(guī)定10KV系統(tǒng)允許的電壓偏差為士70/0, 35KV及以上系統(tǒng)允許的電壓 偏差為土之絕對和不超過10%。由理論分析可知，圖1中B點在不同的工作電壓下，供電系統(tǒng)的電能傳輸損耗是不同的。如果利用有載調(diào)壓開 關(guān)的節(jié)能控制技術(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)B點的電壓偏差的原理，就能找到合適的電 壓工作點，降低線路傳輸損耗并實現(xiàn)節(jié)能。實用新型內(nèi)容本實用新型旨在提供一種有載調(diào)壓開關(guān)的節(jié)能控制器，能提供合適的 電壓工作點，以降低主變壓器及以下供電系統(tǒng)的傳輸損耗實現(xiàn)節(jié)能。 根據(jù)本實用新型，包括最佳變比設(shè)定器(1)，輸入端輸入主變壓器的二次側(cè)參考電流I、主變壓器及以下的供配電系統(tǒng)的銅損和鐵損之比Pcu/PFe、負(fù)載的供電母線參 考電壓UB、負(fù)載的供電母線的額定電壓參考值Ue、最低電壓下對應(yīng)的變 &Kmax、最高電壓下對應(yīng)的變比Kmin，輸出端輸出對應(yīng)有載調(diào)壓開關(guān)最佳變比K'的最佳節(jié)能工作點Uk;第一比例放大器(2),輸入主變壓器的二次側(cè)參考電流I，經(jīng)校正后第一加法器(3),輸入所述最佳變比設(shè)定器(1)輸出的最佳節(jié)能工 作點Uk、所述第一比例放大器(2)輸出的經(jīng)校正后主變壓器的二次側(cè)參 考電流I、主變壓器的輸入?yún)⒖茧妷篣A,相加后輸出；死區(qū)控制器(6)，接收所述第一加法器(3)的輸出，輸出死區(qū)控制 信號；第一電子開關(guān)(4)，接收所述第一加法器(3)的輸出以及所述死區(qū) 控制器(6)輸出的死區(qū)控制信號，根據(jù)死區(qū)控制信號進行通斷控制；比例積分器(5),連接所述第一電子開關(guān)(4)，在第一電子開關(guān)(4) 打開時進行PID控制；有載調(diào)壓開關(guān)執(zhí)行機構(gòu)(8)，接收所述比例積分器(5)的輸出，執(zhí) 行有載調(diào)壓操作；第二電子開關(guān)(7)，作為保護機構(gòu)，將所述比例積分器(5)的輸出 通過所述第二電子開關(guān)(7)接地。其中，所述最佳變比設(shè)定器(l)包括依次連接的第二比例放大器(9)、平方函數(shù)發(fā)生器(10)、乘法器(11)、4次根函數(shù)發(fā)生器(12)，計算對應(yīng)有載調(diào)壓開關(guān)最佳變比K',其中，所 述第二比例放大器(9)接收主變壓器的二次惻參考電流I，所述乘法器(11) 接收主變壓器及以下的供配電系統(tǒng)的銅損和鐵損之比PCu/PFe;除法器(14),輸入負(fù)載的供電母線參考電壓Us和負(fù)載的供電母線 的額定參考電壓Ue，計算實際有載調(diào)壓開關(guān)變比K;依次相連的下限比較器(15)和下限電子開關(guān)(16)，所述下限比 較器(15)接收除法器(14)輸出的實際有載調(diào)壓開關(guān)變比K,還接收 最低電壓下對應(yīng)的變比Kmax,所述下限電子開關(guān)(16)在K》Kmax時導(dǎo) 通；依次相連的上限比較器(18)和上限電子開關(guān)(19),所述上限比 較器(18)接收除法器(14)輸出的實際有載調(diào)壓開關(guān)變比K，還接收 最高電壓下對應(yīng)的變比Kmin,所述上限電子開關(guān)(19)在K《Kmin時導(dǎo)通；第二乘法器(13),接收4次根函數(shù)發(fā)生器(12)的輸出和負(fù)載的供 電母線參考電壓UB，進行乘法運算后輸出；第三電子開關(guān)(17)，分別連接第二乘法器(13)、下限比較器(15)和上限比較器(18)的輸出，在Kmin《K《Kmax時，第三電子開關(guān)(17)導(dǎo)通并且下限電子開關(guān)(16)和上限電子開關(guān)(19)關(guān)閉；第二加法器(20)，將所述第三電子開關(guān)(17)、下限電子開關(guān)(16)和上限電子開關(guān)(19)的輸出相加，所述第二加法器(20)輸出對應(yīng)有載調(diào)壓開關(guān)最佳變比K'的最佳節(jié)能工作點Uk。其中，所述第二電子開關(guān)(7)接收負(fù)載供電母線允許的最高參考電壓Umax、負(fù)載供電母線允許的最低參考電壓Umin、以及過電流參考值Isp。通過本實用新型，通過調(diào)節(jié)使得負(fù)載的供電母線電壓既落在用戶允許的電壓偏差范圍內(nèi)，又能根據(jù)負(fù)荷情況，動態(tài)計算最佳節(jié)能電壓比K', 將B點電壓調(diào)節(jié)在最佳節(jié)能點上，從而降低線路傳輸損耗，實現(xiàn)節(jié)能。


圖l示出了連續(xù)生產(chǎn)線的供電系統(tǒng)示意圖。圖2a-2c示出了節(jié)能功率AP與有載節(jié)能調(diào)壓開關(guān)變比K的關(guān)系曲線。 圖3示出了根據(jù)本實用新型的有載調(diào)壓開關(guān)節(jié)能控制器的結(jié)構(gòu)框圖。 圖4示出了本實用新型中的最佳變比器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
本實用新型的應(yīng)用條件在圖l所示的供配電系統(tǒng)中，若滿足如下技術(shù)條件，可采取本技術(shù)方案實施節(jié)能。主變Tr0配有有載節(jié)能調(diào)壓開關(guān)；用戶允許供電母線存在一定的電壓偏差；主變所帶負(fù)荷性質(zhì)為連續(xù)生產(chǎn)線(或負(fù)載率基本穩(wěn)定)。如圖l所示，如果有意通過有載調(diào)壓開關(guān)控制B點電壓不工作在額定電壓Ue點，而是工作在節(jié)能點Uk點，則圖l所示系統(tǒng)的供電損耗將發(fā)生變化。具體計算如下設(shè)圖l變壓器供電系統(tǒng)的銅損Pcu (包括線路)、鐵損Pf:e分別為i-0 ， i=0其中i表示第i臺變壓器，i = 0—n; 有載調(diào)壓開關(guān)的電壓變比(或稱檔位)為K=UB/Ue; 連續(xù)生產(chǎn)線的負(fù)載率為p;根據(jù)供電系統(tǒng)傳輸線路的銅損與電流平方成正比，鐵損與電壓平方成 正比的基本原理，B點電壓工作在Ue點和工作在Uk點的損耗之差A(yù)P為AP =l一二 kk2)PFeK =3 "通過理論計算，不難計算出當(dāng)K為 V pFB時，AP取得極大值，極值為ap = ("v^7-V :)2 ,這是一條大于0的凹向上拋物線，負(fù)載率 不同節(jié)能效果不同。因為PFe不等于O，則最佳變比K'是存在的。但不一定是可取的。因為最佳變比K'存在邊界條件，它不能小于B點實際允許的最高電壓下對應(yīng)的變比Kmin，也不能大于B點實際允許的最低電壓下對應(yīng)的變比Kmax，否 則不能滿足用戶要求。圖2a-2c是節(jié)能功率AP與有載調(diào)壓開關(guān)變比K的關(guān)系曲線，由于系統(tǒng) 的負(fù)載率P (負(fù)載率與主變電流成正比)不同，有載調(diào)壓開關(guān)最佳變比K' 是動態(tài)變化的，有可能超出K的邊界條件。最佳節(jié)能的變比的選擇是當(dāng)K'《Kmin時，取K"Kmin，如圖2a所示；當(dāng)Kmin《K'《Kmax時，取 V、不變，如圖2b所示； 當(dāng)K'》Kmax時，取K"Kmax，如圖2C所示。節(jié)能效果為<formula>formula see original document page 8</formula>或是允許的電壓偏差邊界條件下的對應(yīng)值。例如，國標(biāo)規(guī)定35KV及以上系統(tǒng)允許的電壓偏差為10o/o,在滿負(fù)荷的情況下，P = l,可取K:Kmin-l.l,設(shè)大型變壓器的鐵損為銅損的10-15%，系統(tǒng)大致可節(jié)省14%的線路損耗，在空載的情況下，可取卩= 0, K'=Kmax= 1/1.1 = 0.91,系統(tǒng)大致可節(jié)省17%的空載損耗?；谏鲜龅脑?，本實用新型提供一種有載調(diào)壓開關(guān)的節(jié)能控制器， 用于供配電系統(tǒng)節(jié)能，參考圖3所示，包括最佳變比設(shè)定器l，輸入端輸入主變壓器的二次側(cè)參考電流I、主變壓 器及以下的供配電系統(tǒng)的銅損和鐵損之比PCu/PFe、負(fù)載的供電母線參考 電壓UB、負(fù)載的供電母線的額定電壓參考值Ue、最低電壓下對應(yīng)的變比 Kmax、最高電壓下對應(yīng)的變比Kmin,輸出端輸出對應(yīng)調(diào)壓開關(guān)最佳變比K' 的最佳節(jié)能工作點Uk;第一比例放大器2，輸入主變壓器的二次側(cè)參考電流I，經(jīng)校正后輸出；第一加法器3，輸入最佳變比設(shè)定器l輸出的最佳節(jié)能工作點Uk、第 一比例放大器2輸出的經(jīng)校正后的主變壓器的二次側(cè)參考電流I、以及主 變壓器輸入的參考電壓UA，相加后輸出；死區(qū)控制器6，接收第一加法器3的輸出，輸出死區(qū)控制信號；第一電子開關(guān)4,接收第一加法器3的輸出以及死區(qū)控制器6輸出的 死區(qū)控制信號，根據(jù)死區(qū)控制信號進行通斷控制；比例積分器5，連接第一電子開關(guān)4，在第一電子開關(guān)4打開時進行PID控制；有載調(diào)壓開關(guān)執(zhí)行機構(gòu)8，接收比例積分器5的輸出，執(zhí)行有載調(diào)壓 操作；第二電子開關(guān)7，作為保護機構(gòu)，將比例積分器5的輸出通過第二電 子開關(guān)7接地。該第二電子開關(guān)7接收負(fù)載供電母線允許的最高電壓參考 值Umax、負(fù)載供電母線允許的最低電壓參考值Umin、以及過電流參考值Isp。在圖3所示的有載調(diào)壓開關(guān)中，第一比例放大器2對主變壓器進行電 流補償，UA、第一 比例放大器2的輸出與最佳變比設(shè)定器1的輸出通過第 一加法器3產(chǎn)生最佳節(jié)能工作點，這個最佳工作點必須大于死區(qū)控制器6 的死區(qū)控制區(qū)才能通過第一電子開關(guān)4，死區(qū)控制區(qū)的寬度由用戶根據(jù)有 載調(diào)壓開關(guān)執(zhí)行機構(gòu)8允許的操作頻度及檔位精度來設(shè)定，比例積分器5 對被控制量進行PID控制。第二電子開關(guān)7為系統(tǒng)保護示例，Umax為圖l中B點允許的最高電壓參考值，Umin為圖1中B點允許的最低電壓參考值， Isp為過電流參考值等其它保護，必要時這些特征信號直接封鎖比例積分器5 (接地)。UA、 UB、 I的測量參考值以及Pcu/PFe、 Ue、 Kmax、 Kmh的設(shè)定值通過最佳變比設(shè)定器1、第一比例放大器2、第一加法器3獲得有載調(diào)壓開關(guān)最佳 節(jié)能的設(shè)定值，通過第一電子開關(guān)4、死區(qū)控制器6能夠抵御電壓波動、 負(fù)載波動等干擾、并完成有載調(diào)壓開關(guān)檔位搡作的目標(biāo)設(shè)定，通過比例積 分器5、第二電子開關(guān)7能夠保證有載調(diào)壓開關(guān)動作平緩，并能使供電系 統(tǒng)的電壓工作在允許范圍內(nèi)。參考圖4所示，所述最佳變比設(shè)定器l包括依次連接的第二比例放大器9、平方函數(shù)發(fā)生器IO、乘法器ll、 4次 根函數(shù)發(fā)生器12,計算對應(yīng)有載調(diào)壓開關(guān)最佳變比K'。第二比例放大器9 接收主變壓器的二次側(cè)參考電流I，乘法器ll接收主變壓器及以下供配電 系統(tǒng)的銅損和鐵損之比PCu/PFe。上述的第二比例放大器9、平方函數(shù)發(fā)生器10、乘法器ll、 4次根函數(shù)發(fā)生器12完成 V 的計算，其中 第二比例放大器9為負(fù)載率觀測器，用戶可根據(jù)主變壓器激磁電流大小可進行微調(diào)。除法器14，輸入負(fù)載的供電母線參考電壓UB和負(fù)載的供電母線的額 定參考電壓Ue，計算實際有載調(diào)壓開關(guān)變比K。依次相連的下限比較器15和下限電子開關(guān)16，下限比較器15接收 除法器14輸出的實際有載調(diào)壓開關(guān)變比K，還接收最低電壓下對應(yīng)的變比K巾ax，所述下限電子開關(guān)16在IOKmax時導(dǎo)通。依次相連的上限比較器18和上限電子開關(guān)19，上限比較器18接收 除法器14輸出的實際有載調(diào)壓開關(guān)變比K，還接收最高電壓下對應(yīng)的變比Kmin，上限電子開關(guān)19在K《K由時導(dǎo)通。第二乘法器13，接收4次根函數(shù)發(fā)生器12的輸出和負(fù)載的供電母線 參考電壓UB，進行乘法運算后輸出。第三電子開關(guān)17，分別連接第二乘法器13、下限比較器15和上限比較器18的輸出，在Kmin《K《Kmax時，第三電子開關(guān)17導(dǎo)通并且下限電子開關(guān)16和上限電子開關(guān)19關(guān)閉。第二加法器20,將第三電子開關(guān)17、下限電子開關(guān)16和上限電子 開關(guān)19的輸出相加，第二加法器20輸出對應(yīng)調(diào)壓開關(guān)最佳變比K'的最 佳節(jié)能工作點Uk。圖3和圖4所示的有載調(diào)壓開關(guān)節(jié)能控制釆用比較精確、復(fù)雜的控制 方案，可在載調(diào)壓開關(guān)控制系統(tǒng)中進行功能添加，節(jié)能效果較好，特別在 容量較大、傳輸線路較長的場合應(yīng)用效果更佳。當(dāng)條件有限時，可按圖4 的原理在系統(tǒng)負(fù)載率較高時人為地將系統(tǒng)工作電壓設(shè)定得較高，而在系統(tǒng) 空載時人為地將系統(tǒng)工作電壓設(shè)定較低，這樣簡單地操作，也能起到一定 的節(jié)能效果。通過本實用新型，通過有載調(diào)壓開關(guān)節(jié)能控制器的調(diào)節(jié)使得負(fù)載的供 電母線電壓既落在用戶允許的電壓偏差范圍內(nèi)，又能根據(jù)負(fù)荷情況，動態(tài) 計算出最佳節(jié)能電壓比K'，將B點工作電壓調(diào)節(jié)在最佳節(jié)能點上，從而 降低線路傳輸損耗，實現(xiàn)節(jié)能。
權(quán)利要求1.一種有載調(diào)壓開關(guān)節(jié)能控制器，用于供配電系統(tǒng)節(jié)能，其特征在于，包括最佳變比設(shè)定器(1)，輸入端輸入主變壓器的二次側(cè)參考電流I、主變壓器及以下的供配電系統(tǒng)的銅損和鐵損之比PCu/PFe、負(fù)載的供電母線參考電壓UB、負(fù)載的供電母線的額定電壓參考值Ue、最低電壓下對應(yīng)的變比Kmax、最高電壓下對應(yīng)的變比Kmin，輸出端輸出對應(yīng)有載調(diào)壓開關(guān)最佳變比K′的最佳節(jié)能工作點Uk；第一比例放大器(2)，輸入主變壓器的二次側(cè)參考電流I，經(jīng)校正后輸出；第一加法器(3)，輸入所述最佳變比設(shè)定器(1)輸出的最佳節(jié)能工作點Uk、所述第一比例放大器(2)輸出的經(jīng)校正后主變壓器的二次側(cè)參考電流I、主變壓器的輸入?yún)⒖茧妷篣A，相加后輸出；死區(qū)控制器(6)，接收所述第一加法器(3)的輸出，輸出死區(qū)控制信號；第一電子開關(guān)(4)，接收所述第一加法器(3)的輸出以及所述死區(qū)控制器(6)輸出的死區(qū)控制信號，根據(jù)死區(qū)控制信號進行通斷控制；比例積分器(5)，連接所述第一電子開關(guān)(4)，在第一電子開關(guān)(4)打開時進行PID控制；有載調(diào)壓開關(guān)執(zhí)行機構(gòu)(8)，接收所述比例積分器(5)的輸出，執(zhí)行有載調(diào)壓操作；第二電子開關(guān)(7)，將所述比例積分器(5)的輸出通過所述第二電子開關(guān)(7)接地。
2.如權(quán)利要求l所述的有載調(diào)壓開關(guān)節(jié)能控制器，其特征在于，所述 最佳變比設(shè)定器(1)包括依次連接的第二比例放大器(9)、平方函數(shù)發(fā)生器(10)、乘法器(11)、 4次根函數(shù)發(fā)生器(12)，計算對應(yīng)有載調(diào)壓開關(guān)最佳變比K',其中，所 述第二比例放大器(9)接收主變壓器的二次側(cè)參考電流I，所述乘法器(11)接收主變壓器及以下的供配電系統(tǒng)的銅損和鐵損之比PCu/PFe;除法器(14),輸入負(fù)載的供電母線參考電壓UB和負(fù)載的供電母線 的額定參考電壓Ue，計算實際有載調(diào)壓開關(guān)變比K;依次相連的下限比較器(15)和下限電子開關(guān)(16)，所述下限比 較器(15)接收除法器(14)輸出的實際有載調(diào)壓開關(guān)變比K,還接收最低電壓下對應(yīng)的變比Kmax，所述下限電子開關(guān)(16)在K^K巾ax時導(dǎo)通；依次相連的上限比較器(18)和上限電子開關(guān)(19)，所述上限比 較器(18)接收除法器(14)輸出的實際有載調(diào)壓開關(guān)變比K,還接收 最髙電壓下對應(yīng)的變比Kmin,所述上限電子開關(guān)(19)在K《Kmin時導(dǎo) 通；第二乘法器(13)，接收4次根函數(shù)發(fā)生器(12)的輸出和負(fù)載的供 電母線參考電壓UB，進行乘法運算后輸出；第三電子開關(guān)(17)，分別連接第二乘法器(13)、下限比較器(15)和上限比較器(18)的輸出，在Kmin《K《K加x時，第三電子開關(guān)(17)導(dǎo)通并且下限電子開關(guān)(16)和上限電子開關(guān)(19)關(guān)閉；第二加法器(20)，將所述第三電子開關(guān)(17)、下限電子開關(guān)(16) 和上限電子開關(guān)(19)的輸出相加，所述第二加法器(20)輸出對應(yīng)有 載調(diào)壓開關(guān)最佳變比K'的最佳節(jié)能工作點Uk。
3.如權(quán)利要求l所述的有載調(diào)壓開關(guān)節(jié)能控制器，其特征在于，所述第二電子開關(guān)(7)接收負(fù)載供電母線允許的最高參考電壓Umax、負(fù)載供 電母線允許的最低參考電壓Umin、以及過電流參考值Isp。
專利摘要一種有載調(diào)壓開關(guān)節(jié)能控制器，包括最佳變比設(shè)定器，輸入主變壓器的二次側(cè)參考電流、主變壓器及以下的供配電系統(tǒng)的銅損和鐵損之比、主變壓器的輸入?yún)⒖茧妷?、?fù)載的供電母線的額定參考電壓、負(fù)載最低工作電壓下對應(yīng)的變比、負(fù)載最高電壓下對應(yīng)的變比，輸出最佳節(jié)能工作點；第一比例放大器，校正主變壓器的二次側(cè)參考電流；第一加法器，將最佳節(jié)能工作點、經(jīng)校正的主變壓器的二次側(cè)參考電流、主變壓器的參考輸入電壓相加；死區(qū)控制器，輸出死區(qū)控制信號；第一電子開關(guān)，比例積分器，有載調(diào)壓開關(guān)執(zhí)行機構(gòu)，第二電子開關(guān)。該控制器能根據(jù)負(fù)荷情況，動態(tài)計算最佳節(jié)能電壓比K′，將B點電壓調(diào)節(jié)在最佳節(jié)能點上，從而降低線路傳輸損耗，實現(xiàn)節(jié)能。
文檔編號H01F29/00GK201174679SQ200820056248
公開日2008年12月31日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者俞徐斌, 珧 劉, 沈國芳 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司