12倍数绕组输出的△-△移相变压器及供配电系统
阅读说明：本技术 12倍数绕组输出的△-△移相变压器及供配电系统 (Delta-delta phase-shifting transformer with 12-fold winding output and power supply and distribution system ) 是由 肖俊承 王一龙 赵楠楠 罗顺祥 田卫红 廖日云 于 2021-06-18 设计创作，主要内容包括：12倍数绕组输出的△-△移相变压器及供配电系统,高压端绕组采用△形接法,低压端绕组包含有至少一个小组绕组,每个小组绕组包括12个采用外延△接法的三相低压移相绕组；低压移相绕组的每相线圈中由基本线圈D1和外延线圈Y1组成,基本线圈D1用于构建移相绕组的三角形边,外延线圈Y1用于构建移相绕组的三角外延边；其特征在于,每个小组绕组的每个低压移相绕组的理论相位角度分布、不同相位绕组的每相线圈中的基本线圈D1和外延线圈Y1的匝数组合配置,按优化的组合数据进行布置,构建出12倍数绕组输出的△-△移相变压器,能够得到相对优化的消谐效果和相对平衡的输出波形,达到消谐质量及标准不仅相对优势而且具有可预期性和稳定性。(The high-voltage end winding adopts a delta connection method, the low-voltage end winding comprises at least one small group winding, and each small group winding comprises 12 three-phase low-voltage phase-shifting windings adopting an extension delta connection method; each phase coil of the low-voltage phase-shifting winding consists of a basic coil D1 and an extension coil Y1, wherein the basic coil D1 is used for constructing a triangular edge of the phase-shifting winding, and the extension coil Y1 is used for constructing a triangular extension edge of the phase-shifting winding; the delta-delta phase-shifting transformer is characterized in that theoretical phase angle distribution of each low-voltage phase-shifting winding of each small group of windings, turn number combination configuration of a basic coil D1 and an extension coil Y1 in each phase coil of different phase windings are arranged according to optimized combination data, a delta-delta phase-shifting transformer with 12 times of winding output is constructed, relatively optimized harmonic elimination effect and relatively balanced output waveform can be obtained, and harmonic elimination quality and standard are relatively superior and have predictability and stability.)
技术领域
本发明涉及移相变压器及供配电系统，特别是涉及一种含有外延线圈的12倍数绕组输出的△-△移相变压器及数据中心用的供配电系统。
背景技术
随着通信产业和云计算产业的发展，数据量不断攀升，数据中心的建设有着巨大的潜力，对应用在数据中心中的变压器的产品性能及经济成本性有着更高的要求。所述数据中心用电负载特点，包含有大量的直流用电负载例如包含UPS模块的服务器主机等。
在所述数据中心的直流配电柜中，配置有大量IGBT整流模块，用于对变压器的低压移相绕组输入的交流电整流成直流电，低压移相绕组的相位最好与包含有IGBT整流电路的触发相位适配。多绕组配置的移相输出，能够大大消除谐波(俗称消谐)。基于上述目的，申请号为201520526746.6，名称为“大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器”，披露了其高压采用△形接法的三相初级绕组，低压采用延边三角形接法的多相输出绕组，其特征在于，低压绕组分成三个大组，其中每个大组包括9个低压移相绕组，其移相角分别为+26.67°、+20°、+13.33°、+6.67°、0°、-6.67°、-13.33°、-20°、-26.67°，各低压移相绕组角度差6.67°；每相由若干个功率单元串联而成，三相低压输出相邻之间互差6.67°，该9个低压移相绕组由三相不同时序脉冲控制触发可控硅IGBT得到正负各27脉波；高压绕组也分成三个大组，高压绕组和低压绕组均采用饼式线圈结构；二次侧每相输出27绕组，三相共81个绕组，低压套管在油箱侧壁出线，共81个套管。包括上述现有技术在内的采用多绕组外延线圈Y1来消谐的技术方案在实际的制造中，却存在如下问题：
1、由于每个数据中心的高压电力系统的电压等级可能存在不同，如果为适应这种输入电压不同而重新设计变压器，显然工作量会大大增加，延误交货期，增加制造成本；
2、为了适配于不同电压等级和用户的指定要求而重新设计变压器，导致次级的移相角度不同，滤波的效果不同，产品一致性差；
3、为了适配于不同电压等级而重新设计变压器，匝数不一致导致新产品项目开发周期慢，影响产品实际投运。
发明内容
对于低压多绕组的移相变压器来说，不仅是为了适配于数量庞大的IGBT整流负载，而且也是为了减少对电力系统的谐波干扰。但如何设计一种12倍数绕组输出的△-△移相变压器，让它具有在设计上和制造上的通用性，或者让它在适配于各种不同电压等级的高压系统时，都能具有相对优化的消谐性能，是本发明试图解决的问题。基于此，本发明提出一种12倍数绕组输出的△-△移相变压器，高压端绕组采用△形接法，低压端绕组包含有至少一个小组绕组，每个所述小组绕组包括12个采用外延△接法的三相低压移相绕组；所述低压移相绕组的每相线圈中由基本线圈D1和外延线圈Y1组成，所述基本线圈D1用于构建移相绕组的三角形边，所述外延线圈Y1用于构建移相绕组的三角外延边；其特征在于，每个所述小组绕组的每个低压移相绕组的理论相位角度分布、不同相位绕组的每相线圈中的基本线圈D1和外延线圈Y1的匝数组合配置，按下表中所列的组合1或组合2中的任何一个组合的数据进行布置；
其中，当外延线圈Y1匝数为零时，所述低压移相绕组全部由基本线圈D1组成△接法的绕组，当基本线圈D1匝数为零时，所述低压移相绕组全部由外延线圈Y1组成Y接法的绕组；所述相位角度A1大于30°时表示所述低压移相绕组按正相位排列，所述相位角度A1小于30°时表示所述低压移相绕组按逆相位排列。
其中，每个线圈输出整流后形成高低2个波峰脉波输出，12倍数绕组输出的△-△移相变压器的输出脉波数为12×6×n(n＝1，2，3或4)。也就是说依据本发明的结构，可以设计n个小组绕组。在理论设计上n可以继续扩大，但在实际的生产中，一般n取值在4以内已经足够现场使用的需求。
其中，每个低压绕组的三个线圈呈延边三角形连接，每个绕组或者说每个线圈中在理论上都包含有基本线圈D1和外延线圈Y1，12个低压移相绕组中位于不同相位绕组的每相线圈中的基本线圈D1和外延线圈Y1的匝数组合配置，按上表数据予以配置。需要说明的是，所述基本线圈D1构成呈延边三角形的基本三角边，所述外延线圈Y1构成延边三角形的外延边，当所述基本线圈D1匝数为零时，三个外延线圈Y1以一种特例呈Y型连接，当外延线圈Y1匝数为零时，三个基本线圈D1以一种特例呈标准的△型连接。
根据上述技术方案其有益的技术效果在于，以上表优化的数据为基础构建出12倍数绕组输出的△-△移相变压器，能够得到相对优化的消谐效果和相对平衡的输出波形，当遇到需要12倍数绕组输出的△-△移相变压器需求时，仅需按照输入电压等级或输出电压等级的不同适配调整初级绕组的匝数，再按照输出功率不同调整线圈线径或所述小组绕组的数量等其它指标即可，达到消谐质量及标准不仅相对优势而且具有可预期性和稳定性。
其次本发明还提供一种应用上述12倍数绕组输出的△-△移相变压器的供配电系统，包括所述移相变压器及配置在所述移相变压器输入侧的高压配电柜、配置在所述移相变压器输出侧的直流负载配电柜，所述高压配电柜的出线端与所述移相变压器的三相高压绕组电连接，所述移相变压器的低压移相绕组与所述直流负载配电柜的入线端电连接。
由于本发明具有上述有点和特点，能够应用于12倍数绕组输出的△-△移相变压器产品及供配电系统中。
附图说明
附图1，是应用本发明的移相变压器100的接线原理图，图1中的次级低压绕组中包含有(a)、(b)、(c)、(d)四种延边三角形的绕组；
附图2，是供配电系统电气结构示意图；
附图3，是供配电系统布局结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对实施本公开技术方案的12倍数绕组输出的△-△移相变压器产品100及供配电系统的具体实施结构作出说明。所述12倍数绕组输出的△-△移相变压器100包含有三根铁芯柱，在三根铁芯柱上布置有三相的高压端绕组和三相的低压端绕组，所述高压端绕组的电压等级为10KV，高压端绕组的每相线圈分别安装在三个所述铁芯柱上，高压端绕组以△形连接，并连接到10KV输入系统。所述低压端绕组包括有24个低压移相绕组，其中每12个低压移相绕组为一个小组绕组捆扎在一起为一个绕组单元，2个所述小组绕组或者说绕组单元在所述铁芯柱上呈上下方位布置。为了能够测量所述高压端绕组、低压端绕组中的工作温度，在它们中分别设置有温度探头，用于检测并输出线圈的温度信号给中央控制器。
一个所述小组绕组的12个低压移相绕组，采用基本线圈D1和外延线圈Y1混合配置的方式构建，所述基本线圈D1用于构建移相绕组的三角形边，所述外延线圈Y1用于构建移相绕组的三角外延边。
如图1所示，每个低压移相绕组的三个线圈呈延边三角形连接，每个低压移相绕组或者说每个外延三角形线圈中在理论上都包含有基本线圈D1和外延线圈Y1，12个低压移相绕组中位于不同相位的绕组线圈所包含的基本线圈D1的匝数和外延线圈Y1匝数按下表数据予以具体配置。需要说明的是，所述基本线圈D1构成呈延边三角形的基本三角边，所述外延线圈Y1构成延边三角形的外延边，当所述外延线圈Y1匝数为零时，例如表中所列的位于相位角为60°的第1号线圈，三个所述基本线圈D1以一种特例如图1中的(a)图所示呈△型连接，当所述基本线圈D1的匝数为零时，例如表中所列的位于相位角为30°的第7号线圈，三个所述外延线圈Y1以一种特例如图1中的(b)图所示呈Y型连接。而图1中的(c)图所示的为低压移相绕组呈正相位布置时的排布结构示意图，图1中的(d)图所示的为低压移相绕组呈逆相位布置的结构排布示意图。
本实施例给出了12个低压移相绕组中的每个绕组的相位分布、对应于每个相位角度的每相线圈中的基本线圈D1和外延线圈Y1的匝数组合配置表，而且给出了两种不同的匝数组合配置数据表--组合1或组合2，根据这些基本线圈D1+外延线圈Y1的总匝数以及输入输出电压等级，就可以依据常见的物理知识计算出高压侧的输入绕组的匝数等数据，还可以依据输出功率的大小，计算出输入和输出绕组的线径等数据。
说明示例，例如(1)，序号1的低压绕组的理论相位角度A1为+60°，存在可以选择的两种匝数组合配置，其中组合1的基本线圈D1的匝数为15匝，而外延线圈Y1的匝数为0匝，总共匝数为15匝，从而序号1的低压绕组呈如图1中的(a)图所示△接线；(2)，序号3的低压绕组的理论相位角度A1为+50°，也存在可以选择的两种匝数组合配置，其组合2的基本线圈D1的匝数为9匝，而外延线圈Y1的匝数为2匝，总共匝数为11匝，从而序号3的低压绕组呈如图1中的(c)图所示正相位延边三角形接线。(3)，序号11的低压绕组的理论相位角度A1为+10°，也存在可以选择的两种匝数组合配置，其组合2的基本线圈D1的匝数为9匝，而外延线圈Y1的匝数为2匝，总共匝数为11匝，从而序号11的低压绕组呈如图1中的(d)图所示逆相位延边三角形接线。
需要说明的是，常规相位的排序规则是-30°到+30°之间，但本发明将相位角度定义在0°到60°之间，仅是表示方法不同而已。为此表中所列相位数据减去30°，就与常规排列表示一致，例如序号11的低压绕组的理论相位角度A1为+10°减去30°＝-20°。另外需要说明的是，组合1或组合2中的数据之间不能混合选择，例如在同一台变压器100中，不能让序号1线圈采用组合1，序号2线圈采用组合2等混乱的使用模式。即在决定采用任何一个组合的数据后，每个序号的线圈就只能选用该组合中的数据。例如决定选用组合1后，序号1～序号12全部采用组合1。
如图2所示，一种供配电系统，包括三相的移相变压器100及配置在所述移相变压器100输入侧的高压配电柜101、配置在所述移相变压器100输出侧的直流负载配电柜102。所述移相变压器100也集成在一个单独的配电柜中，所述高压配电柜101、移相变压器100、直流负载配电柜102依次布置在一个单元房间内，其中所述移相变压器100、高压配电柜101的电压等级为10KV，室外10KV三相高压电缆驳接到所述高压配电柜101的输入端子上，所述高压配电柜101内至少配置有高压隔离开关甚至还可以安装过载保护开关，所述高压配电柜101输出端子经过高压电缆再连接到所述移相变压器100的三相高压端绕组的接线端子上。
其中，所述低压端绕组本身输出交流电能但通过交流变直流的整流器件(AC/DC)例如整流模块4及直流母排5为终端的直流负载例如信息中心用的服务器等间接提供电能输出，每个低压端绕组的输出端至少连接一个AC/DC整流模块4。所述低压端绕组的输出电压适配于所述整流模块4的工作电压等级，所述整流模块4的输出电压又适配于的直流母排5的工作电压等级。在具体的线路布置时，让所述低压端绕组的输出端通过接线端子及电引线再连接到所述直流负载配电柜102的输入端，所述整流模块4及直流母排5布置在所述直流负载配电柜102中，不同直流负载配电柜102中的直流母排之间可以设置隔离开关连接，所述整流模块4的输入端通过控制开关甚至还可以安装过载保护开关连接所述直流负载配电柜102的输入端，所述整流模块4的输出端通过控制开关电连接直流母排5。
在实际应用的设计中，针对不同的输出功率，可以通过改变高低压侧的线圈的线径，低压端的输出绕组的小组绕组数等方式来调整；针对不同的输入电压等级，可以通过改变输入高压端绕组的匝数，就可以让低压端绕组输出不同等级的低压交流电压，从而也就可以让所述整流模块4或直流母排5的输出电压等级可以为DC336V、240V、110V、64V、48V甚至是12V中的一种电压，用于向直流负载例如信息中心用的服务器等提供直流电源。所述直流母排5的输出端还可以通过分立的开关分别连接不同的个体负载设备例如一个服务器主机。
其中，每根铁芯柱上安排的低压端绕组的数量，可以根据负载本身大小以及整流模块4的容量等因素综合情况设计确定为12×n(n＝1，2，3或4)，进一步的，在所述直流负载配电柜102的侧边还布置有储能装置(图中未画出)，所述储能装置是蓄电池组，所述蓄电池组通过储能控制器连接到所述直流母排5。所述储能控制器与所述中央控制器信号连接，用于双向工作，既能向所述蓄电池组充电，又能向所述直流母排5释放电能。
进一步的，在所述高压端绕组、低压端绕组中分别设置有例如型号为PT100温度探头(图中未画出)，在所述直流负载配电柜102的侧边还设置有专门的中央控制柜103，所述中央控制柜103中设置有中央控制器，所述温度探头信号连接所述中央控制器；其次所述高压配电柜101、直流负载配电柜102中的控制开关也全部信号连接所述中央控制器，这样利用所述中央控制器不仅能够将所述高压配电柜101、直流负载配电柜102中的控制开关关联控制起来，而且也能响应所述温度探头提供的变压器温度信号，实施报警或控制初级侧高压开关或低压侧的低压开关。其次，在所述中央控制柜103中还可以设置远程通讯单元，所述中央控制器能够通过所述远程通讯单元将各种电压、电流、用电量、温度等各种信号与远程控制或监控中心进行交互。
本公开实施例的变压器100及所应用的供配电系统，不仅能够将高压直接转变的低压从而简化了高压供电回路的结构，而且由于采用了相对优化低压端绕组电气结构从而消谐效果相对好。
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