[科普中国]-电子电力变压器保护系统

电子电力变压器的基本保护原理

电子电力变压器是近年来随着大功率电力电子技术的发展而逐渐发展起来的新型电力变压器，除了常规电力变压器具有的电压变换、电气隔离以及能量传递等基本功能，还具有提高电能质量、无功补偿以及潮流控制等功能。电子电力变压器与传统电力变压器最大的不同之处在于引入了电力电子变换技术，因此可以在电力变压器的原方和副方实现电压、电流、功率以及频率和相位的灵活调节。从目前的发展趋势来看配电网应该是最先开始应用电子电力变压器的领域，而配电网电子电力变压器则是输配电系统中最基本的设备之一，可以解决电力系统中面临的许多新问题1。

电子电力变压器保护系统的逻辑与算法由于采用了大量的电力电子元器件以及电力电子变换技术，因此保护软件需要对装置的开关输入输出量和采样信号等进行分析和转换。由于电子电力变压器的保护系统中的硬件配置较为复杂，如果其软件系统不能很好的配合就无法快速和准确的分析数据并对故障进行区分和定位。若是如此，不仅保护系统的研发和生产成本较高，更可能造成部分故障被遗漏和忽略导致保护系统不完整，影响保护系统的整体性能，从而影响整个电子电力变压器的系统正常工作。因此，根据配电网电子电力变压器硬件保护装置的特点开发能其能够适用的变压器保护软件，对于降低维护成本以及保护系统可靠性具有十分重要的意义。结合配电网电子电力变压器的硬件保护系统对适用于其的软件系统方案进行了研究，充分考虑了电子电力变压器的新需求的保护技术方案，其中包括监控软件设计，针对其不同运行状态的保护方案以及保护逻辑设计，监控系统以及上位机的设计等。基于该方案的保护软件已完成调试工作，并在配电网电子电力变压器和广东电网配电网电子电力变压器上运用1。

输出电流过流保护的实现电子电力变压器对输出电流的监控保护，由2500A/5A的500V电流互感器将约725A左右的输入交流电流转换成5A交流电流，再经过监控保护机箱中的监控保护测量板将5A交流电流通过调理电路转换成5V的交流电压，之后经过监控保护机箱中的监控保护DSP板上的AD芯片将此5V模拟信号通过600Hz的采样频率转换成离散信号。最后监控保护DSP中的采样程序采用12点傅氏采样算法计算出输入电流的有效值。监控保护程序在每个控制周期都会计算一次当前输入电流的有效值，并对此数值进行逻辑判断以实现对输入电压的监控和保护2.

展望根据电子电力变压器的监控保护系统以及相关问题的研究，并从实际应用角度出发，从保护开关器件等角度研究并解决目前电子电力变压器保护中存在的一些问题，并基于武钢配电网电子电力变压器装置以及其保护系统的研制方面取得了一定的成果。但是国内外电子电力变压器的研究依然处于初始阶段，仍有许多问题特别是工程上的实际问题有待进一步研究和完善。从研究工作的延续性以及进一步完善的角度，在以下方面还需要做进一步的研究:

1)混合级联多电平在电子电力变压器的输入级整流器中的应用。除了在输出级逆变器中应用混合级联拓扑，输入级整流器也可应用此拓扑，对单相交流电压整流并且为电压不同的几路直流母线供电。

2)电子电力变压器的防雷保护。配电网中的防雷一般需要安装氧化锌避雷器，如何针对电力电子器件对避雷器的参数进行计算并选择适当的避雷器将是一个重要的研究课题。

3)电子电力变压器的故障穿越能力研究。需要研究在遇到某些故障(如输入电压跌落、短时断电和负载短路等故障)后在保证电子电力变压器装置安全的情况下有选择的执行故障停机，也即是说某些故障情况下，电子电力变压器坚持正常并网运行，或在降压运行和不对称运行等非正常运行方式下运行，而不执行故障停机3。