專利名稱：電壓無功控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力自動(dòng)控制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于電力 系統(tǒng)、變電站的電壓無功控制裝置，特別是一種適合兩臺(tái)并列運(yùn)行有 載調(diào)壓變壓器的電壓無功控制裝置。
背景技術(shù)：
在供電系統(tǒng)中，電壓穩(wěn)定是考核供電質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，也是 系統(tǒng)運(yùn)行的重要參數(shù)。系統(tǒng)無功功率的傳輸不僅會(huì)降低系統(tǒng)的傳輸容 量，而且會(huì)造成增大線路損耗，使供電系統(tǒng)的電力設(shè)備工作效率下降， 造成電力浪費(fèi)和供電質(zhì)量下降。
近年來，為了提高電力系統(tǒng)電力的供電質(zhì)量，穩(wěn)定電壓，合理補(bǔ) 償無功功率，在各種電壓等級(jí)的變電站中普遍安裝了有載調(diào)壓變壓 器，并安裝了適當(dāng)容量的電力電容器組。如何合理調(diào)節(jié)控制有載調(diào)壓 變壓器和電力電容器組，已成為提高供電質(zhì)量和輸變電效率、減少線 路損耗的關(guān)鍵。
目前采用的有載調(diào)壓變壓器控制主要有兩種形式， 一種是VQC 控制器，另一種是專用的變壓器有載調(diào)壓控制器。實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)在 一個(gè)變電站中兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行時(shí),采用上述兩種控制器對(duì)變壓器 進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)控制基本可以實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行(特別是 當(dāng)兩臺(tái)變壓器的調(diào)壓抽頭不一致)時(shí)，由于該兩種控制器是分別對(duì)兩 臺(tái)變壓器進(jìn)行控制的，調(diào)節(jié)控制過程不易同步，這樣可能在兩臺(tái)變壓 器之間產(chǎn)生環(huán)流，所以，現(xiàn)有的有載調(diào)壓控制器在兩臺(tái)變壓器并列運(yùn) 行一般不采用自動(dòng)投入，只能手動(dòng)運(yùn)行，難以適應(yīng)無人值班或少人值 守變電站的運(yùn)行要求。而就系統(tǒng)補(bǔ)償無功功率方面而言，隨著無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，目前各種補(bǔ)償方式，從靜止補(bǔ)償?shù)絼?dòng)態(tài)補(bǔ)償，從有觸 點(diǎn)補(bǔ)償?shù)綗o觸點(diǎn)補(bǔ)償，雖都已取得了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但依然還存在 有一些實(shí)際問題，如無功倒送問題、諧振波問題、補(bǔ)償方式問題、控 制裝置的可靠性及準(zhǔn)確性問題等等,這些問題仍有待于本領(lǐng)域技術(shù)人 員加以進(jìn)一步地研究解決。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，提供一 種結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行可靠、配置安裝靈活方便、可實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓變壓器 并列運(yùn)行時(shí)自動(dòng)調(diào)壓的電壓無功控制裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的而設(shè)計(jì)的電壓無功控制裝置為一個(gè)聯(lián)接在 兩臺(tái)變壓器有載分接開關(guān)自動(dòng)調(diào)節(jié)器和投切電容器組的投切控制端 之間的電壓無功補(bǔ)償控制裝置，由電量轉(zhuǎn)換單元、電量采集單元、中 央控制單元、開關(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出單元、控制、報(bào)警輸出單 元和電源組成，電量轉(zhuǎn)換單元的輸出端經(jīng)電量采集單元后通至中央控 制單元的數(shù)字信號(hào)輸入端，中央控制單元的開關(guān)量輸入端與開關(guān)量輸 入單元的輸出端聯(lián)接，中央控制單元的開關(guān)量輸出端與開關(guān)量輸出單 元的輸入端和控制、報(bào)警輸出單元的輸入端聯(lián)接。實(shí)際控制過程中， 實(shí)時(shí)參數(shù)采集采用電量轉(zhuǎn)換單元(電量變送器)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工頻量進(jìn)
行變換，再通過電量采集單元(高速A/D轉(zhuǎn)換模塊)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，綜 合現(xiàn)場(chǎng)各種運(yùn)行狀態(tài)，采用可編程計(jì)算機(jī)控制器(中央控制單元，采 用B&R公司的PP41可編程計(jì)算機(jī)控制器，簡(jiǎn)稱PPC)進(jìn)行快速分析運(yùn) 算和智能決策，最后通過開關(guān)量輸出單元對(duì)控制、報(bào)警輸出單元進(jìn)行 控制。
采用該裝置對(duì)變壓器進(jìn)行有載調(diào)壓控制的原理是變壓器在非并 列運(yùn)行方式時(shí)，為分立控制，采用按電壓控制的方法；變壓器在并列 運(yùn)行方式時(shí)，其控制思路為保持兩臺(tái)變壓器在盡可能相同的變壓比下運(yùn)行，在調(diào)節(jié)過程中，先調(diào)節(jié)級(jí)差小的變壓器，后調(diào)節(jié)級(jí)差大的變壓 器，繼而再調(diào)接級(jí)差小的變壓器，在調(diào)節(jié)時(shí)保持最小級(jí)差；當(dāng)?shù)谝慌_(tái) 變壓器經(jīng)調(diào)節(jié)后并不再執(zhí)行第二臺(tái)變壓器在發(fā)出調(diào)節(jié)指令時(shí)，第一臺(tái) 變壓器應(yīng)回到原有的檔位。與之相應(yīng)，投切電容器組的投切控制按照 系統(tǒng)無功功率缺額和無功發(fā)展趨勢(shì)相結(jié)合的原則，考慮電壓和功率因 數(shù)的影響，確定電容器組的投切。為了保證補(bǔ)償裝置運(yùn)行的可靠性， 在控制裝置中，設(shè)置投切時(shí)段控制、閉鎖控制、故障報(bào)警等功能?？?慮到補(bǔ)償裝置運(yùn)行的靈活性，在控制裝置中，設(shè)置就地手動(dòng)控制和自 動(dòng)控制閉鎖切換功能以及狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示功能和數(shù)據(jù)通訊功能。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述裝置主要有以下特點(diǎn)
一、 本實(shí)用新型針對(duì)本領(lǐng)域存在有兩臺(tái)調(diào)壓抽頭不一致的變壓器 要求并列運(yùn)行的要求和無功補(bǔ)償裝置的實(shí)際情況,在不改變變壓器運(yùn) 行狀態(tài)和電容器組的情況下，使其充分發(fā)揮調(diào)壓、無功補(bǔ)償作用，達(dá) 到最佳的效果，對(duì)提高供電質(zhì)量，降低線路和主要電力設(shè)備的損耗， 具有特別重要的作用和意義，同時(shí)也具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。
二、 該裝置在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上首次引入面相對(duì)象的設(shè)計(jì)思想，以各種 組件模型為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的PCC技術(shù)進(jìn)行電壓無功控制裝置的開 發(fā)，不但使開發(fā)的電壓無功控制裝置可靠性大大提高，同時(shí)使該裝置 組態(tài)簡(jiǎn)單方便并具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，可適合具有兩臺(tái)有載調(diào) 壓變壓器典型接線和運(yùn)行方式的變電站，輸出控制量可根據(jù)電容器組 數(shù)的多少擴(kuò)展。
三、 引入將電壓調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償控制分開實(shí)施、協(xié)調(diào)配合的控制 思想，符合危險(xiǎn)分散的設(shè)計(jì)原則，提高了變電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性和 運(yùn)行的靈活性。
四、 采用實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備參數(shù)進(jìn)行電壓預(yù)測(cè)，運(yùn)用運(yùn)行方式 自適應(yīng)和運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng)的智能控制方案，提高變電站設(shè)備運(yùn)行靈活性，有效減少了調(diào)壓裝置、電容器投切的動(dòng)作次數(shù)，提高了裝置的可 靠性。
五、具有多種標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，可與遠(yuǎn)方或本地通訊網(wǎng)絡(luò)連接，可 實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、無功的網(wǎng)絡(luò)化控制，實(shí)行電壓、無功優(yōu)化。
圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)功能內(nèi)容、投切電容器組的投切 控制原理以及自動(dòng)適應(yīng)變電站的運(yùn)行方式做進(jìn)一步說明
一、該裝置中各組件的實(shí)際結(jié)構(gòu)組成和作用
參見附圖，本實(shí)用新型涉及一個(gè)聯(lián)接在同一變電站兩臺(tái)變壓器 Bl、 B2有載分接開關(guān)自動(dòng)調(diào)節(jié)器和投切電容器組Cu、 Ci2、 Ci3、 Ci4
的投切控制端之間的電壓無功補(bǔ)償控制裝置，其硬件設(shè)計(jì)主要由電量 轉(zhuǎn)換單元、電量采集單元、中央控制單元(PPC)、開關(guān)量輸入單元、 開關(guān)量輸出單元和控制、報(bào)警輸出單元、電源等組成。組件聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 上，電量轉(zhuǎn)換單元的輸出端經(jīng)電量采集單元后與中央控制單元的數(shù)字 信號(hào)輸入端聯(lián)接，中央控制單元的開關(guān)量輸入端與開關(guān)量輸入單元的 輸出端聯(lián)接，中央控制單元的開關(guān)量輸出端與開關(guān)量輸出單元的輸入 端和控制、報(bào)警輸出單元的輸入端聯(lián)接。各工作單元的結(jié)構(gòu)組成及功 能分別如下所述。
1、電量轉(zhuǎn)換單元
電量轉(zhuǎn)換單元主要用來實(shí)現(xiàn)將被測(cè)電量轉(zhuǎn)換成線性比例直流電 壓輸出的功能，該裝置采用中外合資海鹽普博電機(jī)有限公司的GP系 列電量變送器，包括圖1中所示的電壓變送器和功率變送器，用于完 成電壓、有功功率和無功功率的轉(zhuǎn)換。GP系列電量變送器采用了 ASIC技術(shù)制造的大規(guī)模變送器特制芯 片，具有優(yōu)異溫度特性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，良好的抗電沖擊性能和過載性 能，高水準(zhǔn)的精確度和線性度，不需要經(jīng)常效驗(yàn)和維護(hù)，完全符合 IEC、 ANSI、 BEAMA等標(biāo)準(zhǔn)要求。
2、 電量采集單元
電量采集單元是將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的單元,該單元采 用兩塊B&R2000系列的AI354模擬量輸入模塊，該模塊輸入信號(hào)為 +/-10V ， 12位分辨率，線性誤差〈0. 1%，輸入阻抗> 20兆歐，每個(gè) 模塊具有4個(gè)輸入通道。
3、 中央控制單元(PPC)
中央控制單元是該裝置的核心，用來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)值運(yùn)算，邏輯運(yùn) 算和控制算法，該單元采用B&R公司的PP41可編程計(jì)算機(jī)控制器， 可編程計(jì)算機(jī)控制器(PPC)代表著一個(gè)全新的控制概念，它集成了可 編程控制器(PLC)的標(biāo)準(zhǔn)控制功能和工業(yè)計(jì)算機(jī)的分析運(yùn)算能力，安 裝實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，采用高級(jí)編程語(yǔ)言進(jìn)行模塊化編程，為實(shí)現(xiàn) 各種智能化控制算法提供了良好的開發(fā)基礎(chǔ)。PCC還具有先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng) 總線通訊系統(tǒng)，可通過CAN、 RS232、 RS485、 PROFIBUS、 ETHERNET 等可組成各種網(wǎng)絡(luò)，是一種較完美的自動(dòng)控制設(shè)備，用它開發(fā)的電壓 無功控制裝置，不但可靠性高，而且功能強(qiáng)大，完全滿足電壓無功優(yōu) 化控制的要求。該裝置產(chǎn)品中的CPU具有多任務(wù)處理功能，具有硬件 看門狗電路，其指令周期0.8微秒，實(shí)時(shí)時(shí)鐘分辨率為1秒，提供 RS232和CAN兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通訊接口 。
4、 開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出輸出單元 開關(guān)量輸入和輸出單元是將狀態(tài)或事件信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸
入PPC或?qū)PC輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成開關(guān)量輸出的單元，兩單元均 采用B&R PP41系列自帶模塊，該模塊具有16個(gè)開關(guān)量輸入通道和20個(gè)開關(guān)量輸出通道。
5、 控制、報(bào)警輸出單元
控制、報(bào)警輸出單元采用繼電器輸出，繼電器采用歐姆龍繼電器。 由控制和報(bào)警輸出單元驅(qū)動(dòng)的投切控制回路采用GU型，技術(shù)參數(shù)
為觸點(diǎn)容量30A,電氣壽命10萬(wàn)次，安規(guī)認(rèn)證UL E141060;
信號(hào)輸出回路采用MI 2ploes型，技術(shù)參數(shù)為觸點(diǎn)容量5A，電 氣壽命IO萬(wàn)次，安規(guī)認(rèn)證UL E141060。
6、 電源
電源采用AC/DC 24V開關(guān)電源，允許輸入電壓范圍180V—240V。
二、 電容器投切控制原理
按照系統(tǒng)無功需求量和電壓變化預(yù)測(cè)值相結(jié)合的原則，進(jìn)行綜合
判斷控制電容器投切。電壓分為6檔 第一檔電壓〉Umax強(qiáng)切電容器。 第二檔電壓〈Umax并且電壓^Umax-UD只切不投。 第三檔電壓〈Umax-UD并且電壓^Umin+UD正常投切。 第四檔電壓〈Umin+UD并且電壓^Umin只投不切。 第五檔電壓〈Umin并且電壓^7.5KV強(qiáng)投電容器。 第六檔電壓〈7.5KV強(qiáng)切電容器。 UD:電容器投入或切除后，電壓的變化值。 電容器投入動(dòng)作條件當(dāng)電壓在第三檔、第四檔時(shí)，測(cè)量無功功
率大于整定投入無功功率值、裝置發(fā)出電容器投入指令。當(dāng)電壓在第
五檔時(shí)，裝置發(fā)出電容器強(qiáng)投指令。
電容器切除動(dòng)作條件當(dāng)電壓在第二檔、第三檔時(shí)，測(cè)量無功功
率小于整定切除無功功率值、電容器切除。當(dāng)電壓在第一檔、第六檔 時(shí)，裝置發(fā)出電容器強(qiáng)切指令。
三、 自動(dòng)適應(yīng)變電站的運(yùn)行方式A. 母線分段運(yùn)行母聯(lián)斷路器100處于斷開狀態(tài)，101斷路器閉合，根據(jù)測(cè)量值U101、 Ql控制Cll、 C12的投切；102斷路器閉合，根據(jù)測(cè)量值U102、 Q2控制C21、 C22的投切。
B. 母線不分段運(yùn)行(一)母聯(lián)斷路器100閉合，IOI斷路器閉合，102斷路器斷開，此時(shí)根據(jù)測(cè)量值U101、U102、 (Q1+Q2)控制C11、C12 、 C21、 C22的投切。工作中注意UIOI、 U102兩個(gè)電壓的配合如其中一個(gè)小于0. 75Ue時(shí)另一個(gè)電壓為正常值，則認(rèn)為一側(cè)母線出現(xiàn)電壓回路斷線，正常值的電壓為控制量。
C. 母線不分段運(yùn)行(二)母聯(lián)斷路器100閉合，102斷路器閉合，101斷路器斷開，此時(shí)根據(jù)測(cè)量值U101、U102、 (Q1+Q2)控制C11、C12 、 C21、 C22的投切。工作中注意UIOI、 U102兩個(gè)電壓的配合如其中一個(gè)小于0. 75Ue時(shí)另一個(gè)電壓為正常值，則認(rèn)為一側(cè)母線出現(xiàn)電壓回路斷線，正常值的電壓為控制量。
D. 母線不分段運(yùn)行(三)母聯(lián)斷路器100閉合，101和102斷路器都閉合，此時(shí)根據(jù)測(cè)量值UIOI、 U102、 (Q1+Q2)控制C11、 C12 、C21、 C22的投切；工作中注意UIOI、 U102兩個(gè)電壓的配合如其中一個(gè)小于0. 75Ue時(shí)另一個(gè)電壓為正常值，則認(rèn)為一側(cè)母線出現(xiàn)電壓回路斷線，正常值的電壓為控制量。
四、變壓器進(jìn)行有載調(diào)壓控制的原理變壓器在非并列運(yùn)行方式時(shí)，為分立控制，采用按電壓控制的方法；變壓器在并列運(yùn)行方式時(shí)，其控制思路為保持兩臺(tái)變壓器在盡可能相同的變壓比下運(yùn)行，在調(diào)節(jié)過程中，先調(diào)節(jié)級(jí)差小的變壓器，后調(diào)節(jié)級(jí)差大的變壓器，繼而再調(diào)接級(jí)差小的變壓器，在調(diào)節(jié)時(shí)保持最小級(jí)差；當(dāng)?shù)谝慌_(tái)變壓器經(jīng)調(diào)節(jié)后并不再執(zhí)行第二臺(tái)變壓器在發(fā)出調(diào)節(jié)指
令時(shí)，第一臺(tái)變壓器應(yīng)回到原有的檔位。
權(quán)利要求1、一種電壓無功控制裝置，包括一個(gè)聯(lián)接在同一變電站兩臺(tái)變壓器(B1、B2)有載調(diào)壓開關(guān)自動(dòng)調(diào)節(jié)器和投切電容器組(C11、C12、C13、C14)的投切控制端之間的電壓無功補(bǔ)償控制裝置，其特征在于它由電量轉(zhuǎn)換單元、電量采集單元、中央控制單元、開關(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出單元和控制、報(bào)警輸出單元組成，電量轉(zhuǎn)換單元的輸出端經(jīng)電量采集單元后通至中央控制單元的數(shù)字信號(hào)輸入端，中央控制單元的開關(guān)量輸入端與開關(guān)量輸入單元的輸出端聯(lián)接，中央控制單元的開關(guān)量輸出端與開關(guān)量輸出單元的輸入端和控制、報(bào)警輸出單元的輸入端聯(lián)接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電壓無功控制裝置，其特征在于所說 的中央控制單元以及開關(guān)量輸入和輸出單元采用自帶開關(guān)量輸入、輸 出模塊的PP41可編程計(jì)算機(jī)控制器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電壓無功控制裝置，其特征在于所說 的電量轉(zhuǎn)換單元由GP系列電量變送器構(gòu)成，包括電壓變送器和功率 變送器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種適合兩臺(tái)并列運(yùn)行變壓器有載調(diào)壓的電壓無功控制裝置，包括一個(gè)聯(lián)接在同一變電站兩臺(tái)變壓器有載調(diào)壓開關(guān)自動(dòng)調(diào)節(jié)器和投切電容器組間的電壓無功補(bǔ)償控制裝置，由電量轉(zhuǎn)換、電量采集、中央控制、開關(guān)量輸入輸出及控制、報(bào)警輸出等單元組成，電量轉(zhuǎn)換單元經(jīng)電量采集單元與中央控制單元聯(lián)接，中央控制單元的開關(guān)量輸入端與開關(guān)量輸入單元的輸出端聯(lián)接，中央控制單元的開關(guān)量輸出端分別接至開關(guān)量輸出單元和控制報(bào)警輸出單元的輸入端。采用該裝置可實(shí)現(xiàn)在變壓器并列運(yùn)行或分列運(yùn)行時(shí)均能準(zhǔn)確可靠地調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，保證變電站穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，同時(shí)該裝置還具有無功補(bǔ)償控制等功能。
文檔編號(hào)H02J3/16GK201286016SQ20082022208
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者唐小娜, 艷 王, 王鎖川, 白亞為, 解建寶, 郭懷德 申請(qǐng)人:西安電力高等?？茖W(xué)校