專利名稱：一種分布式發電專用變壓器及其振動測量方法
技術領域：
本發明涉及一種分布式發電專用變壓器及其振動測量方法，屬于變壓器設計制造與信號監測技術領域。
背景技術：
在當今的世界能源結構中，人類所利用的能源主要是煤炭、天然氣和石油等化石能源，而化石能源的大規模開采和使用，造成能源形勢日趨緊張，引發世界能源危機問題，同時也引起嚴重的環境污染。因此，分布式發電近年來越來越受到重視。分布式發電最為重要的一點就是要提高其發電效率和電能轉化 率，這就要求變壓器的空載損耗應盡量的低。目前，太陽能發電采用的變壓器以IOKV配電變壓器為主，在降低空載損耗和提高發電效率方面還有很多不足。在電力變壓器領域，非晶合金作為一種新型高科技的變壓器鐵心材料具有許多獨特性能特點，如優異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高硬度、高強度、高電阻率等，由非晶合金帶材制成的鐵心具有高飽和磁感應強度、低矯頑力、低損耗，低激磁電流、良好的溫度穩定性，越來越受到重視，是國家推廣的節能產品之一。目前進口的非晶合金帶材只有142mm/170mm/213mm的3種寬度，鐵心結構為三相五柱或者三相三柱結構，鐵心截面積為矩形，變壓器繞組為帶圓角矩形。矩形繞組抗短路能力差，繞組繞制工藝復雜，限制了大容量非晶合金變壓器的發展。圓形繞組抗短路能力強，繞組繞制作工藝成熟(硅鋼片式鐵心的大型變壓器都為圓形繞組)，特別適合于大容量非晶合金變壓器。矩形截面積最大只有圓形截面積的63. 66%，填充率低，使大容量非晶合金變壓器成本增加。同時，由于非晶合金帶材磁致伸縮引起鐵心的振動，以及帶材間動態的電磁力引起繞組的振動等，影響機械的性能還會產生噪聲。目前還沒有效果很好的變壓器振動測量方法。
發明內容
針對上述現有技術中分布式電力變壓器領域存在的缺陷和不足，本發明引入一種分布式發電專用變壓器及其振動測量方法。該變壓器結構突破了非晶合金變壓器制造工藝難度大，制造成本高的缺點；配套使用該監測方法可以快速、實時、準確的對分布式發電專用變壓器的振動信息進行監測。本發明分布式發電專用變壓器及其振動測量方法的技術方案是
一種分布式發電專用變壓器，包括鐵心和內部繞組，所述鐵心為非晶合金鐵心，采用三相三柱式結構；所述內部繞組采用三相分裂式繞組結構，有一個高壓繞組和兩個低壓繞組，它們的容量之和等于變壓器的總容量。—種分布式發電專用變壓器的振動測量方法，該方法采用軟測量技術實現變壓器振動信息的在線測量。作為本發明的進一步改進，采用RBF神經網絡構建軟測量模型，可實現在線測量的振動信息包括振動幅值和振動頻率。作為本發明的進一步改進，所述RBF神經網絡選擇的基本變量包括額定電壓、電流、額定容量、頻率、磁通、漏磁、負載電流、電流密度、鐵心直徑、電阻率、環境溫度、負載系數。作為本發明的進一步改進，RBF神經網絡的輸出層有2個神經元。作為本發明的進一步改進，RBF網絡的基函數采用高斯函數；基函數的學習中心用K-均值聚類算法獲得；權值的學習采用LMS算法。本發明的有益效果是采用非晶合金變壓器 作為分布式發電專用變壓器，由于非晶合金變壓器本身具有超低空載損耗的特性，能有效的降低太陽能發電損耗，提高發電效率，是一種新型節能產品。同時，采用三相三柱式結構，既能用于連接組別Dynll，又能滿足YynO的接線要求，比較靈活使用。采用三相分裂式繞組結構能夠有效限制網絡短路電流，可節省建設投資成本與占地面積。實時精確的在線振動測量系統保障了變壓器運行和維護，具有現實意義和實用價值。
圖1為本發明分布式發電專用變壓器的結構示意圖2為分裂變壓器線圈接線圖3是RBF神經網絡建模流程圖。圖中1、低壓端；2、第一低壓繞組；3、高壓端子；4、低壓分裂氣隙；5、高壓繞組;
6、第二低壓繞組。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。本發明分布式發電專用變壓器的結構如圖1所示，包括低壓端1、第一低壓繞組
2、高壓端子3、低壓分裂氣隙4、高壓繞組5、第二低壓繞組6。該變壓器采用非晶合金為鐵心制成非晶合金鐵心配電變壓器，可將變壓器空載損耗降低到SCBll型的25%左右，其效率可以達到98%以上。鐵心采用三相三柱式結構，既能用于連接組別DynlI，又能滿足YynO的接線要求，適用范圍廣泛。內部繞組采用三相分裂式繞組結構，有一個高壓繞組和兩個低壓繞組，它們的容量之和等于變壓器的總容量。低壓繞組分裂后，大大地增加高壓線圈與各低壓線圈之間的距離，以及低壓線圈分裂后各部分之間的短路阻抗值，這對限制網絡的短路電流，節省建設投資成本與占地面積有一定的實際經濟意義。分裂變壓器線圈接線方式如圖2所示，采用Y/ Λ - Λ -11-11的接線方式，即變壓器的高壓線圈接成星形，兩個分裂的低壓線圈接成三角形，此外還有其他接線方式。圖2中Α、
B、C為高壓線圈接線端子，al、bl、Cl為低壓線圈接線端子，O為線圈中性點。本發明分布式發電專用變壓器的振動測量方法，采用軟測量技術實現分布式發電專用變壓器振動信息的在線測量。采用神經網絡構建軟測量模型，該軟測量模型可以實現在線測量的振動信息包括振動幅值，振動頻率等。采用RBF神經網絡構建模型。神經網絡選擇的基本變量有額定電壓、電流，額定容量，頻率，磁通，漏磁，負載電流，電流密度，鐵心直徑，電阻率，環境溫度，負載系數等。該RBF神經網絡的輸入層神經元的個數是根據選取輸入變量個數確定，其輸出層神經元個數是根據需要檢測的變量的個數確定，在本發明中需要測量振動幅值，振動頻率，因此共需要2個輸出神經元。RBF網絡的基函數采用高斯函數；基函數的學習中心用K-均值聚類算法獲得；權值的學習采用LMS算法。該方法可以通過調整輸入和輸出層神經元的個數、輸出權值以及相關參數，來實現適應不同的變壓器以及不同的工作環境。算法終止條件可以根據實際需要的精度進行設置，或設置最大迭代次數。對于振動信息的在線測量，根據圖3所示，先采用K-均值聚類算法獲得基函數的學習中心；采用LMS算法獲得權值。其中，K-均值聚類算法的具體步驟如下
第一步，初始化聚類中心，即根據經驗從訓練樣本集中隨機的選取N個樣本作為初始
中心ZJI O I (i=l，2,…，N),設置迭代步數n=0。·第二步，隨機輸入訓練樣本心Ia-。第三步，尋找訓練樣本Ij5離哪個中心最近，即找到獨使其滿足
2(^) = 3τ§Γ ιη|Χ^-7；( )|| ,i=l, 2，—,N;式中了 @，是第η次迭代時基函數的第i個中心。第四步，調整中心公式
TV⑷句[;0)-撕)]，當1=1 OO
辦+1)1聯其他
第五步，判斷是否學完所有的訓練樣本且中心分布不在變化，是則結束，否則n=n+l轉到第二步。最后得到的石(《)即為RBF網絡最終的基函數的中心。基函數方差確定乓= ^=L
上式中，N為隱單元個數為所選取中心之間的最大距離。
權利要求
1.一種分布式發電專用變壓器，包括鐵心和內部繞組，其特征在于所述鐵心為非晶合金鐵心，采用三相三柱式結構；所述內部繞組采用三相分裂式繞組結構，有一個高壓繞組和兩個低壓繞組，它們的容量之和等于變壓器的總容量。
2.—種權利要求1所述分布式發電專用變壓器的振動測量方法，其特征在于采用軟測量技術實現變壓器振動信息的在線測量。
3.根據權利要求2所述的分布式發電專用變壓器的振動測量方法，其特征在于采用 RBF神經網絡構建軟測量模型，可實現在線測量的振動信息包括振動幅值和振動頻率。
4.根據權利要求3所述的分布式發電專用變壓器的振動測量方法，其特征在于所述 RBF神經網絡選擇的基本變量包括額定電壓、電流、額定容量、頻率、磁通、漏磁、負載電流、 電流密度、鐵心直徑、電阻率、環境溫度、負載系數。
5.根據權利要求3或4所述的分布式發電專用變壓器的振動測量方法，其特征在于 所述RBF神經網絡的輸出層有2個神經元。
6.根據權利要求5所述的分布式發電專用變壓器的振動測量方法，其特征在于所述 RBF網絡的基函數采用高斯函數；基函數的學習中心用K-均值聚類算法獲得；權值的學習采用LMS算法。
全文摘要
本發明公開了一種分布式發電專用變壓器及其振動測量方法，屬于變壓器設計制造與信號監測技術領域。該變壓器采用非晶合金為鐵心制成非晶合金配電變壓器，可有效降低變壓器的空載損耗，提高太陽能發電效率。鐵心結構采用三相三柱結構，既能用于連接組別Dyn11，又能滿足Yyn0的接線要求。內部繞組采用三相分裂式繞組結構，包含一個高壓繞組和兩個分裂的低壓繞組，能有效限制網絡短路電流，節省建設投資成本與占地面積。本發明采用軟測量技術，通過捕獲變壓器實時的電壓，電流，磁通，漏磁等相關信息構建RBF神經網絡模型實現振動信息的在線監測。本發明成果廣泛應用于分布式發電、特別是太陽能發電應用場合。
文檔編號G01H11/06GK103021632SQ20121052699
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者廖志凌, 梅從立, 李 杰 申請人:江蘇大學