一种变电站主变压器直流冷却系统

1.一种变电站主变压器直流冷却系统，其特征在于：包括供源装置以及分别与其连接的自动控制装置、驱动装置；所述供源装置由整流稳压单元及其所连接的蓄电池组成；所述自动控制装置包括信号采集器及处理器，所述驱动装置包括变频控制器与冷却器；所述整流稳压单元包括直流整流器和稳压电路，所述直流整流器连接功率放大器，所述功率放大器包络OTL放大电路，所述稳压电路包括H桥逆变电路、输出滤波器和串联谐振电路，所述稳压电路与所述蓄电池之间采用屏蔽信号线连接；所述信号采集器包括电压传感器、电流传感器与温湿度传感器，所述处理器包括控制芯片组与数据存储器，所述信号采集器与所述控制芯片组连接；所述控制芯片组包括单片机芯片以及其所连接的模数转换电路；所述变频控制器包括PWM波形发生器与调压电路，所述调压电路为压降式变换电路；所述冷却器包括直流电机与大功率风扇，所述直流电机连接所述变频控制器；所述供源装置与所述自动控制装置分别被封装于绝缘箱体中，所述绝缘箱体材质为0.9mm至1.1mm的不锈钢板材，所述板材上包含多个微型多面体散热孔；驱动装置通过前级采样到的温湿度值以及经过计算得到的功率负荷值，确定在不同状态下，冷却器能根据基本状态参数进行调节，状态参数包括温度参数与功率参数，系统运行之后，当检测温度T达到或超过数据存储器中的临界状态温度T0时，应用温度运行模式，此时程序可以跳过内置功率判定算法，使风扇全速运行，以达到快速散热冷却的效果；当所检测温度T未达到临界状态T0时，即应用功率模式；将采集到的当前功率值D，传送至主控芯片，模块根据检测到的相关系统参数，结合数据存储器内置的主变额定功率信息D0，计算得到功率加权值D’,即D’＝D/D0，进而计算得出风扇转速的数字控制量k，数字控制量k由算法根据功率加权值算出，即k＝k1*D’＝k1*D/D0,其中k1为一可调常数；驱动变频控制器会根据上述数字控制量发出PWM波形，用于硬件调压电路的驱动，通过调压电路改变输出电压，从而调节风扇转速。

一种变电站主变压器直流冷却系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及变压器冷却技术领域，尤其涉及一种变电站主变压器直流冷却系统。\n背景技术\n[0002] 变电站主变，一般指变电站主要的强油风冷变压器。强油风冷变压器的散热，只能通过油泵强行将上部高温油引致冷却器散热后，再注入变压器底部，从而，达到变压器在夏季高温或大电流情况下正常满负荷运行。因此，强油风冷变压器正常工作的条件就是——冷却器必须投入运行。\n[0003] 传统主变压器的冷却系统均为交流380伏持续供电，但由于变压器每日运行的电力峰谷差较大，高峰负荷时，变压器自身电力损耗比较严重，冷却系统的电力消耗便会影响到变压器的正常运行，而在变压器低估负荷时，大功率冷却器又会消耗过多空余负荷，不能达到节能降噪的要求，所以需要一种能够根据变压器负荷需求自由调节运行状态的冷却系统。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种变电站主变压器直流冷却系统，解决传统主变冷却系统运行状态单一、能耗高等问题，不仅有效提高冷却效率，还可以节约能耗，延长使用寿命，安全可靠。\n[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种变电站主变压器直流冷却系统，包括供源装置以及分别与其连接的自动控制装置、驱动装置；所述供源装置由整流稳压单元及其所连接的蓄电池组成；所述自动控制装置包括信号采集器及处理器，所述驱动装置包括变频控制器与冷却器。\n[0006] 所述整流稳压单元包括直流整流器和稳压电路，所述直流整流器连接功率放大器，所述功率放大器包络OTL放大电路，所述稳压电路包括H桥逆变电路、输出滤波器和串联谐振电路，所述稳压电路与所述蓄电池之间采用屏蔽信号线连接。\n[0007] 所述信号采集器包括电压传感器、电流传感器与温湿度传感器，所述处理器包括控制芯片组与数据存储器，所述信号采集器与所述控制芯片组连接。\n[0008] 所述控制芯片组包括单片机芯片以及其所连接的模数转换电路。\n[0009] 所述变频控制器包括PWM波形发生器与调压电路，所述调压电路为压降式变换电路。\n[0010] 所述冷却器包括直流电机与大功率风扇，所述直流电机连接所述变频控制器。\n[0011] 所述供源装置与所述自动控制装置分别被封装于绝缘箱体中，所述绝缘箱体材质为0.9mm至1.1mm的不锈钢板材，所述板材上包含多个微型多面体散热孔。\n[0012] 本发明的直流冷却系统，主要是通过系统运行状态的自动控制与调节，达到提高效率、节约能耗的目的的，主要通过两个途径，一是交直流能源转换与蓄电池的引入，实现能源的存储利用，二是信号采集与判断处理，使系统运行状态发生改变。\n[0013] 系统的供源装置封装于绝缘箱体中，箱体为表面覆盖绝缘漆的不锈钢板制件，表面包含多个微型多面体散热孔，既可以起到很好的透气散热效果，而且应用了金属笼体的电磁屏蔽原理，可以比传统的板壁内衬金属网，起到更好的屏蔽效果；供源装置由整流稳压单元及其所连接的蓄电池组成；整流稳压单元包括直流整流器、频率控制器和稳压电路；供源装置连接工频交流220V与工频交流380V两路输入电源，适用面广，根据输入源的不同，引入直流整流器的不同输入端口，便于交直流转换的整流输出，直流整流器连接功率放大器，整流器中的逆变电路将交流信号进行调制、处理后，由于阻抗特性，如果直接引入下级电路，往往会因为信号弱小而产生衰减掉。为此，需要利用现有技术将小信号进行功率放大保证整个转换过程顺利进行。根据实际情况，功率放大器的技术主要实现以下方面功能：有足够大的输出功率，保证输出信号在电路中的正常传输；要求功率放大器的额定负载阻抗与逆变电路的阻抗匹配；由于负荷变化比较大，要求功放电路有强的带负载能力，以便功率放大器工作稳定，性能可靠；所以，功率放大器包括OTL电路。\n[0014] 稳压电路与蓄电池之间采用屏蔽信号线连接，主要便于充放电时的稳定可控。对于充放电控制设计，随着电力电子器件的发展，大功率开关器件如绝缘栅双极晶体管 IGBT 的技术及其制造工艺日益成熟，已在变换器、有源电力滤波器、整流器、逆变器、动态电压调节器等方面得到成功的应用。本方案中，采用由 IGBT 组成的电路来产生大功率正弦信号，该信号经升压变压器升压及高压串联谐振电路放大后，电压等级可达高压、超高压、特高压级别。建立了调频式谐振特高压试验电源的数学模型，并在此基础上提出了电压调节自调整比例–积分控制方法和一种新的 PI锁相自动调频的方法，从而实现整个充放电装置的调压和调频，我们所提的控制方法有利于消除传感装置的稳态误差和提高传感装置的动态性能，易于工程实现，稳压电路主要由H桥逆变电路，输出滤波器，串联谐振电路组成，配合上一级的三相不可控整流电路，实现完整的整流和充放电操作。\n[0015] 系统的自动控制装置也封装于绝缘箱体中，包括信号采集器及处理器，信号采集器包括电压传感器、电流传感器与温湿度传感器，处理器包括控制芯片组与数据存储器，信号采集器与控制芯片组连接，控制芯片组包括单片机芯片以及其所连接的模数转换电路；\n电压传感器与电流传感器采集主变压器的相关电压电流信号，并将信号经模数转换后输入处理器，处理器通过控制芯片调取数据存储器中的功率计算封装子程序，计算此时的即时功率，并在控制芯片中，与存储器中存储的日负荷功率变化表进行比较，在变压器低谷负荷时，例如后半夜时，由处理器控制供源装置切换到给蓄电池充电，在高峰负荷时切换到蓄电池供电冷却，可以平抑电力峰谷差，高峰负荷时减少变压器自身电力消耗，可以多供负荷，当蓄电池电量用完时，可控制供源装置直接给直流电机提供电力，不影响变压器正常运行。\n温湿度传感器主要采集冷却系统所处环境温湿度及变压器本体温度，当温度过高时，便会跳过功率负荷的判定过程，使冷却驱动装置全速运行，保证变压器的散热优先。\n[0016] 驱动装置包括变频控制器与冷却器，变频控制器包括PWM波形控制器与调压电路，调压电路为压降式变换电路，冷却器包括直流电机与大功率风扇，直流电机连接变频控制器。从节能降噪的角度考虑，自动控制装置对当前的变压器状态进行判断后，从而选择冷却系统不同的运行模式，一方面是通过对蓄电池组的充放电模式切换，另一方面，就是通过对驱动装置的运行模式切换，即在主变压器处于负荷判断模式下时，通过当前负荷与日负荷功率变化表进行比较，得出驱动输出参数，再经调压电路与变频控制器不断调节风扇的转速状态，达到既保证系统正常运行，又能够实现节能高效的目的,这样就可以从驱动状态的角度，引入功率状态调节的概念，实现智能化控制，有效延长设备及散热器的寿命，并节约能耗。\n附图说明\n[0017] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：\n[0018] 图1为本发明的结构原理图。\n[0019] 图2为整流稳压单元的功率放大器电路图。\n[0020] 图3为整流稳压单元的稳压电路图。\n[0021] 图4为变频控制器调压电路图。\n具体实施方式\n[0022] 如图1、图2、图3、图4所示，一种变电站主变压器直流冷却系统，包括供源装置以及分别与其连接的自动控制装置、驱动装置；供源装置由整流稳压单元1及其所连接的蓄电池\n2组成；自动控制装置包括信号采集器3及处理器，驱动装置包括变频控制器4与冷却器5。\n[0023] 整流稳压单元包括直流整流器6和稳压电路7，直流整流器连接功率放大器8，功率放大器包络OTL放大电路，稳压电路包括H桥逆变电路、输出滤波器和串联谐振电路，稳压电路与蓄电池之间采用屏蔽信号线连接。\n[0024] 信号采集器包括电压传感器9、电流传感器10与温湿度传感器11，处理器包括控制芯片组12与数据存储器13，信号采集器与控制芯片组连接。\n[0025] 控制芯片组包括单片机芯片以及其所连接的模数转换电路。\n[0026] 变频控制器包括PWM波形发生器14与调压电路15，调压电路为压降式变换电路。\n[0027] 冷却器包括直流电机16与大功率风扇17，直流电机连接变频控制器。\n[0028] 供源装置与自动控制装置分别被封装于绝缘箱体中，绝缘箱体材质为0.9mm至\n1.1mm的不锈钢板材，板材上包含多个微型多面体散热孔。\n[0029] 本发明的直流冷却系统，主要是通过系统运行状态的自动控制与调节，达到提高效率、节约能耗的目的的，主要通过两个途径，一是交直流能源转换与蓄电池的引入，实现能源的存储利用，二是信号采集与判断处理，使系统运行状态发生改变。\n[0030] 系统的供源装置封装于绝缘箱体中，箱体为表面覆盖绝缘漆的不锈钢板制件，表面包含多个微型多面体散热孔，既可以起到很好的透气散热效果，而且应用了金属笼体的电磁屏蔽原理，可以比传统的板壁内衬金属网，起到更好的屏蔽效果；供源装置由整流稳压单元及其所连接的蓄电池组成；整流稳压单元包括直流整流器、频率控制器和稳压电路；供源装置连接工频交流220V与工频交流380V两路输入电源，适用面广，根据输入源的不同，引入直流整流器的不同输入端口，便于交直流转换的整流输出，直流整流器连接功率放大器，整流器中的逆变电路将交流信号进行调制、处理后，由于阻抗特性，如果直接引入下级电路，往往会因为信号弱小而产生衰减掉。为此，需要利用现有技术将小信号进行功率放大保证整个转换过程顺利进行。根据实际情况，功率放大器的技术主要实现以下方面功能：有足够大的输出功率，保证输出信号在电路中的正常传输；要求功率放大器的额定负载阻抗与逆变电路的阻抗匹配；由于负荷变化比较大，要求功放电路有强的带负载能力，以便功率放大器工作稳定，性能可靠；所以，功率放大器包括OTL电路，如图2所述，在该电路中，前端是电压放大器，OTL电路由前端输入，由后端输出。\n[0031] 稳压电路与蓄电池之间采用屏蔽信号线连接，主要便于充放电时的稳定可控。对于充放电控制设计，随着电力电子器件的发展，大功率开关器件如绝缘栅双极晶体管 IGBT 的技术及其制造工艺日益成熟，已在变换器、有源电力滤波器、整流器、逆变器、动态电压调节器等方面得到成功的应用。本方案中，采用由 IGBT 组成的电路来产生大功率正弦信号，该信号经升压变压器升压及高压串联谐振电路放大后，电压等级可达高压、超高压、特高压级别。建立了调频式谐振特高压试验电源的数学模型，并在此基础上提出了电压调节自调整比例–积分控制方法和一种新的 PI锁相自动调频的方法，从而实现整个充放电装置的调压和调频，我们所提的控制方法有利于消除传感装置的稳态误差和提高传感装置的动态性能，易于工程实现，具体实施时，如图3所示，稳压电路主要由H桥逆变电路，输出滤波器，串联谐振电路组成，配合上一级的三相不可控整流电路，实现完整的整流和充放电操作。\n[0032] 系统的自动控制装置也封装于绝缘箱体中，包括信号采集器及处理器，信号采集器包括电压传感器、电流传感器与温湿度传感器，处理器包括控制芯片组与数据存储器，信号采集器与控制芯片组连接，控制芯片组包括单片机芯片以及其所连接的模数转换电路；\n电压传感器与电流传感器采集主变压器的相关电压电流信号，并将信号经模数转换后输入处理器，处理器通过控制芯片调取数据存储器中的功率计算封装子程序，计算此时的即时功率，并在控制芯片中，与存储器中存储的日负荷功率变化表进行比较，在变压器低谷负荷时，例如后半夜时，由处理器控制供源装置切换到给蓄电池充电，在高峰负荷时切换到蓄电池供电冷却，可以平抑电力峰谷差，高峰负荷时减少变压器自身电力消耗，可以多供负荷，当蓄电池电量用完时，可控制供源装置直接给直流电机提供电力，不影响变压器正常运行。\n温湿度传感器主要采集冷却系统所处环境温湿度及变压器本体温度，当温度过高时，便会跳过功率负荷的判定过程，使冷却驱动装置全速运行，保证变压器的散热优先。\n[0033] 驱动装置包括变频控制器与冷却器，变频控制器包括PWM波形控制器与调压电路，调压电路为压降式变换电路，冷却器包括直流电机与大功率风扇，直流电机连接变频控制器。从节能降噪的角度考虑，自动控制装置对当前的变压器状态进行判断后，从而选择冷却系统不同的运行模式，一方面是通过对蓄电池组的充放电模式切换，另一方面，就是通过对驱动装置的运行模式切换，即在主变压器处于负荷判断模式下时，通过当前负荷与日负荷功率变化表进行比较，得出驱动输出参数，再经调压电路与变频控制器不断调节风扇的转速状态，达到既保证系统正常运行，又能够实现节能高效的目的。\n[0034] 驱动装置的具体运行状态体现在，通过前级采样到的温湿度值以及经过计算得到的功率负荷值，确定在不同状态下，冷却器能根据基本状态参数进行调节，状态参数包括温度参数与功率参数，系统运行之后，当检测温度T达到或超过数据存储器中的临界状态温度T0时，应用温度运行模式，此时程序可以跳过内置功率判定算法，使风扇全速运行，以达到快速散热冷却的效果。当所检测温度T未达到临界状态T0时，即应用功率模式。\n[0035] 将采集到的当前功率值D，传送至主控芯片，模块根据检测到的相关系统参数，结合数据存储器内置的主变额定功率信息D0，计算得到功率加权值D’,即D’= D/D0 ，进而计算得出风扇转速的数字控制量k，数字控制量k由算法根据功率加权值算出，即k=k1*D’=k1*D/D0  ,其中k1为一可调常数；驱动变频控制器会根据上述数字控制量发出PWM波形，用于硬件调压电路的驱动，通过调压电路改变输出电压，从而调节风扇转速。\n[0036] 风扇驱动单元调压电路示意图，为一个标准的BUCK降压式变换电路，如图4所示，将驱动电压经过电路转换后加到直流风扇上，以控制风扇的转速，其中输出电压u由给定输出电压u0与数字控制量k综合控制，这样就可以从驱动状态的角度，引入功率状态调节的概念，实现智能化控制，有效延长设备及散热器的寿命，并节约能耗。