專利名稱：一種電力變壓器實時閉環(huán)自動控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及4中電力變壓器實時閉環(huán)自動控制方法，屬于電力系統(tǒng)自動控制領域。
背景技術：
有關資料的統(tǒng)計表明從發(fā)電、供電， 一直到用電，需要經(jīng)過3 5次的變壓過程，其自 身要產(chǎn)生有功功率損失和無功功率消耗。在廣義電力系統(tǒng)(包括發(fā)、供、用電)運行中，電力
變壓器總的電能損失占發(fā)電量的10%左右，約占電力系統(tǒng)線損的50%左右，而在農電系統(tǒng)中 要占到60 70%。隨著我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造和電力市場逐漸發(fā)展，對電力變壓器經(jīng)濟運行提出 更高的要求在保障安全的前提下，最大限度的減少損耗，取得最大的經(jīng)濟效益。為此，各 有關部門加大了電力變壓器經(jīng)濟運行實用化的研究力度，取得了一定的成果，主要表現(xiàn)在兩
個方面其一是離線分析計算軟件，這種軟件功能主要體現(xiàn)在根據(jù)變壓器技術參數(shù)定量地給
出變壓器間技術優(yōu)劣的判斷標準，離線分析電力變壓器的運行方式。這種方法主要體現(xiàn)在離 線分析上，為電力變壓器經(jīng)濟運行提供了科學的計算手段和有力的決策依據(jù)，減少了工作人
員手工計算量和操作的盲目性；其二是以變電站為單位，在每個站均安裝一套變壓器經(jīng)濟運 行自動投切裝置，該裝置的基本原理是首先由采集單元采集所需的模擬量和信號量，如電 壓、電流、有功功率、無功功率，斷路器狀態(tài)、分段開關狀態(tài)以及分接頭檔位等，再由計算 單元對這些量進行分析計算，當需要進行電力變壓器經(jīng)濟投切時再由自身的輸出控制系統(tǒng)或 借助于變電站綜合自動化系統(tǒng)進行操作。
第一種方法，離線分析計算簡單易行，對電力變壓器經(jīng)濟運行提供一定的指導意義。但 是這種方法的不足也是顯而易見，離線分析并不能體現(xiàn)實時性，電力工作人員僅可以把計算 結果作為變壓器經(jīng)濟運行的理論分析，對降低線損的作用有限。
第二種方法，以變電站為單位，遙信遙測采集裝置可以依賴自身1/0系統(tǒng)，集數(shù)據(jù)采集 與計算判斷與一身，裝置集成度較高，同時每個變電站均需要安裝此套裝置，設備維護量顯 著增加，如果增加場站，還需要增加相應的硬件和軟件設備，成本較高。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對背景技術中存在的缺陷而提出一種成本低、檢修維護 量小的電力變壓器實時閉環(huán)自動控制方法。
本發(fā)明的電力變壓器實時閉環(huán)自動控制方法，包括數(shù)據(jù)準備階段、理論線損分析階段和 電力變壓器實時閉環(huán)自動控制階段，具體步驟如下
歩驟l:程序開始后，利用電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)采集模塊從調度自動化的SCADA渠道采集得到 實時數(shù)據(jù)；
步驟2:利用數(shù)據(jù)接口模塊轉換步驟l中采集的全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)；
步驟3:通過遙信和遙測數(shù)據(jù)邏輯上的互相判斷來檢測實時數(shù)據(jù)的可靠性；
歩驟4:當歩驟3中檢測的數(shù)據(jù)符合計算要求，則進入步驟6或步驟10;當步驟3中檢測的 數(shù)據(jù)不正常，則進入步驟5;
步驟5:在顯示窗口用文字提示出數(shù)據(jù)不正常的信息，然后結束；
步驟6:理論線損分析模塊根據(jù)電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)計算分析出當前電網(wǎng)有功和無功損耗，并為用 戶顯示出來；
步驟7:用牛頓-拉夫遜潮流計算法對電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)進行計算； 步驟8:顯示當前計算結果；
3步驟9:將當前的計算值存入歷史數(shù)據(jù)庫，然后結束；
步驟10:利用電力變壓器經(jīng)濟運行模塊根據(jù)電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)分析當前變壓器各種運行方式下的 電網(wǎng)損耗大小，并顯示運行方式調整后的電網(wǎng)損耗以及較前一種運行方式所能減少的有功和 無功損耗；
步驟ll:通過電力變壓器不同運行方式間的損耗對比，給出各個變電站的投切方案； 步驟12:通過遙信和遙測數(shù)據(jù)判斷檢測各變電站的電力設備是否滿足正常的投切條件，當滿 足時，進入步驟14;當不滿足時，則進入步驟13; 步驟13:進行不滿足投切條件的語音提示，然后結束； 步驟14:根據(jù)各變電站的實時情況發(fā)出投切命令；
步驟15:通過變電站控制狀態(tài)判斷需要做出變壓器運行方式調整的變電站是否處于實時閉環(huán) 自動控制狀態(tài)，即計算機自動控制變壓器投切，如果是，則進入步驟18;如果不是，則進入 步驟16;
步驟16:顯示當前變壓器經(jīng)濟運行方式的調整建議，并由調度工作人員對變壓器運行方式進 行調整；
步驟17:將步驟16中的變壓器運行方式調整建議存檔保存，然后結束；
步驟18:對處于實時閉環(huán)自動控制的變電站，根據(jù)步驟14發(fā)出的投切命令，執(zhí)行電力變壓 器運行方式調整命令；
步驟19:通過遙信和遙測數(shù)據(jù)判斷檢測步驟18中的執(zhí)行命令是否成功，當執(zhí)行命令不成功， 則進入步驟20;當執(zhí)行命令成功，則進入步驟21;
步驟20:根據(jù)步驟18中執(zhí)行命令的實際執(zhí)行情況給出執(zhí)行命令失敗的原因；
步驟21:將步驟19中檢測到的執(zhí)行命令成功信息或步驟20中的執(zhí)行命令失敗原因進行語音 提示；
步驟22:將步驟18中執(zhí)行命令的執(zhí)行情況存檔，然后結束；
其中步驟1 4屬于數(shù)據(jù)準備階段，步驟6 9屬于理論線損分析階段，步驟10 22屬于電 力變壓器實時閉環(huán)自動控制階段；所述步驟10中的變壓器各種運行方式包括單臺運行方式、 并列運行方式和分列運行方式；重復步驟1 22，形成一個實時閉環(huán)系統(tǒng)。
本發(fā)明電力變壓器實時閉環(huán)自動控制方法根據(jù)電網(wǎng)實際運行數(shù)據(jù)，對電力變壓器所允許 的各種運行方式進行計算，并與實際運行方式進行比較，對滿足投切要求的變電站實行閉環(huán) 控制。本方法有效降低了電網(wǎng)損耗，同時減少了設備投資成本以及檢修和維護的工作量。
圖l是本發(fā)明的方法流程圖。
圖2是電力變壓器經(jīng)濟運行閉環(huán)控制系統(tǒng)與電網(wǎng)接口示意圖。
圖3是電力變壓器運行方式轉換示意圖，其中圖3 (a)是單臺變壓器運行轉換至兩臺 變壓器并列運行示意圖；圖3(b)是兩臺變壓器并列運行轉換至單臺變壓器運行示意圖；圖 3 (c)是一臺變壓器運行轉換至另一臺變壓器運行示意圖；圖中A和B各表示一臺電力變壓 器。
具體實施例方式
如圖l所示是本發(fā)明電力變壓器實時閉環(huán)自動控制方法流程圖，其是通過計算機軟件來 實施，具體步驟如下
步驟1:程序丌始后，利用電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)釆集模塊從調度自動化的SCADA渠道釆集得到
實時數(shù)據(jù)；
步驟2:利用數(shù)據(jù)接口模塊轉換步驟1中采集的全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包含各個變電站中母
線上的電壓，電力變壓器、線路、電容器、電抗器等器件的有功、無功、電流以及各個開關的開合狀態(tài)謹
步驟3: i過遙信和遙測數(shù)據(jù)邏輯上的互相判斷來檢測實時數(shù)據(jù)的可靠性，例如當開關狀 態(tài)為斷開，但此時可檢測到有功和無功值，則說明數(shù)據(jù)不正常；
步驟4:當步驟3中檢測的數(shù)據(jù)符合計算要求，即數(shù)據(jù)正常，則進入步驟6或步驟10;當步 驟3中檢測的數(shù)據(jù)不正常，則進入步驟5;
步驟5:在顯示窗口用文字提示出數(shù)據(jù)不正常的信息，然后結束；
歩驟6:理論線損分析模塊根據(jù)電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)計算分析出當前電網(wǎng)有功和無功損耗，并為用 戶顯示出來；
步驟7:用牛頓-拉夫遜潮流計算法對電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)進行計算； 步驟8:顯示當前計算結果；
步驟9:將當前的計算值存入歷史數(shù)據(jù)庫，以備曲線報表査詢，然后結束；
步驟10:利用電力變壓器經(jīng)濟運行模塊根據(jù)電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)分析當前變壓器各種運行方式(單 臺運行、并列運行和分列運行)下的電網(wǎng)損耗大小，以此作為依據(jù)下發(fā)指令對電力變壓器運 行進行實時閉環(huán)自動控制，并顯示運行方式調整后的電網(wǎng)損耗以及較前一種運行方式所能減 少的有功和無功損耗；
步驟ll:通過電力變壓器不同運行方式間的損耗對比，給出各個變電站的投切方案； 步驟12:通過遙信和遙測數(shù)據(jù)判斷檢測各變電站的電力設備(變壓器、斷路器等)是否滿足 正常的投切條件，當滿足時，進入步驟14;當不滿足時，則進入步驟13; 步驟13:進行不滿足投切條件的語音提示，然后結束； 步驟14:根據(jù)各變電站的實時情況發(fā)出投切命令；
步驟15:通過變電站控制狀態(tài)(包括自動控制和人工控制)判斷需要做出變壓器運行方式調 整的變電站是否處于實時閉環(huán)自動控制狀態(tài)，即計算機自動控制變壓器投切，如果是，則進 入步驟18;如果不是，則進入步驟16;
步驟16:顯示當前變壓器經(jīng)濟運行方式的調整建議給調度值班人員，并由調度工作人員對變 壓器運行方式進行調整；
步驟17:將步驟16中的變壓器運行方式調整建議存檔保存，然后結束；
步驟18:對處于實時閉環(huán)自動控制的變電站，根據(jù)步驟14發(fā)出的投切命令，執(zhí)行電力變壓 器運行方式調整命令；
步驟19:通過遙信和遙測數(shù)據(jù)判斷檢測步驟18中的執(zhí)行命令是否成功，當執(zhí)行命令不成功， 則進入步驟20;當執(zhí)行命令成功，則進入步驟21;
步驟20:根據(jù)步驟18中執(zhí)行命令的實際執(zhí)行情況給出執(zhí)行命令失敗的原因；
步驟21:將步驟19中檢測到的執(zhí)行命令成功信息或步驟20中的執(zhí)行命令失敗原因進行語音
提示；
步驟22:將步驟18中執(zhí)行命令的執(zhí)行情況存檔，然后結束；
在上述步驟中，步驟1 4為數(shù)據(jù)準備階段，步驟6 9為理論線損分析階段，步驟10 22為電力變壓器實時閉環(huán)自動控制階段，重復步驟1 22,形成一個實時閉環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)往 復，以保證系統(tǒng)能周期、自動運行。
為了更清楚的說明本發(fā)明，下面將對相關內容進行展開說明。
(一) 系統(tǒng)接駁方式
電力變壓器經(jīng)濟運行閉環(huán)自動控制系統(tǒng)與電網(wǎng)通過SCADA系統(tǒng)進行接駁，如圖2所示。 因其主要由調度值班人員用于實時調整電網(wǎng)運行方式，從而降低電網(wǎng)損耗，系統(tǒng)直接接入 SCADA系統(tǒng)，與電能表集抄系統(tǒng)、線損專工管理工作站接口均通過二次防護系統(tǒng)隔離。
(二) 電力變壓器實時閉環(huán)自動控制
I .電力變壓器實時閉環(huán)自動控制策略
如圖3 (a)所示是單臺變壓器運行轉換至兩臺變壓器并列運行示意圖。首先，根據(jù)運行中電力變壓器A的檔位信息調整備用電力變壓器B的檔位，使其相同；其次，按照電力變壓 器的操作順序，發(fā)出電力變壓器B高壓側斷路器閉合命令，如果執(zhí)行成功，繼續(xù)執(zhí)行電力變 壓器B低壓側斷路器閉合命令，否則停止發(fā)送命令。當電力變壓器B低壓側斷路器閉合命令 發(fā)出，且執(zhí)行成功后，說明電力變壓器B順利投入運行；如果低壓側命令執(zhí)行失敗，此時反 向執(zhí)行電力變壓器B高壓側斷路器斷開命令，使其恢復為原來狀態(tài)。以上命令執(zhí)行成功與失 敗均需遙信和遙測值進行驗證判斷。
如圖3 (b)所示是兩臺變壓器并列運行轉換至單臺變壓器運行示意圖。系統(tǒng)發(fā)出切除電 力變壓器A低壓側斷路器斷開命令，如果執(zhí)行成功，繼續(xù)發(fā)出切除高壓側斷路器命令，否則 停止發(fā)送命令。當切除電力變壓器A高壓側斷路器斷開命令發(fā)出，且執(zhí)行成功后，說明順利 切除電力變壓器A;如果電力變壓器A高壓側斷路器命令執(zhí)行失敗，此時反向執(zhí)行命令，將 已經(jīng)斷開的電力變壓器A低壓側斷路器恢復為閉合狀態(tài)。以上命令執(zhí)行成功與失敗均需遙信 和遙測值進行驗證判斷。
如圖3 (c)所示是一臺變壓器運行轉換至另一臺變壓器運行示意圖。首先，根據(jù)單臺變 壓器運行轉換至兩臺變壓器并列運行的控制方法，將兩臺電力變壓器并列運行，即電力變壓 器B也投入運行；其次，待電力變壓器A和B并列運行成功，再按照兩臺變壓器并列運行轉 換至單臺變壓器運行的操作順序，即切除原來運行中的電力變壓器A。 II.控制命令執(zhí)行策略
由于各個設備執(zhí)行遙控命令時間有所不同，這就需要人為設定發(fā)出下條控制命令的時間 間隔。如果間隔時間較短，就會造成前一條命令沒有執(zhí)行成功而后一條命令己經(jīng)發(fā)出的情況， 從而在經(jīng)過遙信和遙測判斷后，誤認為前條命令執(zhí)行失敗，最終造成電力變壓器運行方式調 整失敗。如果間隔時間較長，會造成命令遲遲不執(zhí)行的假象。
解決上述問題的關鍵在于，首先，正確判斷命令執(zhí)行時間，包括命令發(fā)出至設備操作成 功后的反叫時間；其次，對于執(zhí)行失敗的命令，進行二次執(zhí)行，即重新發(fā)出執(zhí)行命令。如果 依舊執(zhí)行失敗，則停止發(fā)出命令。以上方法作為控制命令執(zhí)行策略，在保證電網(wǎng)安全的前提 下閉環(huán)控制電力變壓器經(jīng)濟運行。 (三)牛頓-拉夫遜潮流計算
牛頓-拉夫遜法是常用的解非線性方程組的方法，也是當前廣泛采用的計算潮流的方法。 I .潮流計算功率方程和等式約束條件
<formula>formula see original document page 6</formula>
將實數(shù)部分和虛數(shù)部分分列
<formula>formula see original document page 6</formula>
對于pv節(jié)點
其中節(jié)點/電壓；么一節(jié)點Z'和y之間互導納的共軛值；—節(jié)點_/電壓的共軛值；《 —節(jié)點/注入有功功率；Q—節(jié)點/注入無功功率；q—節(jié)點/和/之間的互電導；^一節(jié)點/和_/之間的互電納；e,—節(jié)點/電壓實部；乂一節(jié)點Z'電壓虛部；乞一節(jié)點J'電壓實部；,一
節(jié)點J'電壓虛部；j為復數(shù)計算中的字母，無實際意義。 II.對牛頓-拉夫遜法潮流計算的改進
i. 由于小阻抗支路對節(jié)點電壓影響較大，所以對其在滿足工程要求的前提下，對所涉及 到的節(jié)點初值做相應處理。
ii. 根據(jù)電網(wǎng)實際運行情況，對于遙信和遙測信息有誤的節(jié)點，在拓撲時做出處理，達到 大電網(wǎng)到幾個相對較小電網(wǎng)的簡化，使其滿足收斂條件。
(四)控制設備動作次數(shù)的限制
當負荷在一天內存在較多變動時，如果只是按照負荷波動變化來進行電力變壓器運行方 式的選擇，就會使某些變壓器頻繁動作，縮短了變壓器各側斷路器的使用壽命，從而增加了 該設備的投資，從整體角度并沒有達到節(jié)能的效果。因此當電力變壓器一天內總的投切次數(shù) 限定后，利用短期負荷預測來判斷動作次數(shù)是否會超過限定次數(shù)，如果沒有超過，則按照負 荷波動來投切變壓器，若超過了，則通過更改電力變壓器的動作時間間隔或損耗減小的裕度 等方法來閉環(huán)控制其運行。
綜上，本發(fā)明方法借助電力變壓器經(jīng)濟運行與牛頓-拉夫遜法潮流技術，整體計算，統(tǒng)一 決策，協(xié)調管理，較好解決了電力變壓器經(jīng)濟運行閉環(huán)自動控制問題。
權利要求
1、一種電力變壓器實時閉環(huán)自動控制方法，其特征在于包括數(shù)據(jù)準備階段、理論線損分析階段和電力變壓器實時閉環(huán)自動控制階段，具體步驟如下步驟1程序開始后，利用電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)采集模塊從調度自動化的SCADA渠道采集得到實時數(shù)據(jù)；步驟2利用數(shù)據(jù)接口模塊轉換步驟1中采集的全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)；步驟3通過遙信和遙測數(shù)據(jù)邏輯上的互相判斷來檢測實時數(shù)據(jù)的可靠性；步驟4當步驟3中檢測的數(shù)據(jù)符合計算要求，則進入步驟6或步驟10；當步驟3中檢測的數(shù)據(jù)不正常，則進入步驟5；步驟5在顯示窗口用文字提示出數(shù)據(jù)不正常的信息，然后結束；步驟6理論線損分析模塊根據(jù)電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)計算分析出當前電網(wǎng)有功和無功損耗，并為用戶顯示出來；步驟7用牛頓-拉夫遜潮流計算法對電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)進行計算；步驟8顯示當前計算結果；步驟9將當前的計算值存入歷史數(shù)據(jù)庫，然后結束；步驟10利用電力變壓器經(jīng)濟運行模塊根據(jù)電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)分析當前變壓器各種運行方式下的電網(wǎng)損耗大小，并顯示運行方式調整后的電網(wǎng)損耗以及較前一種運行方式所能減少的有功和無功損耗；步驟11通過電力變壓器不同運行方式間的損耗對比，給出各個變電站的投切方案；步驟12通過遙信和遙測數(shù)據(jù)判斷檢測各變電站的電力設備是否滿足正常的投切條件，當滿足時，進入步驟14；當不滿足時，則進入步驟13；步驟13進行不滿足投切條件的語音提示，然后結束；步驟14根據(jù)各變電站的實時情況發(fā)出投切命令；步驟15通過變電站控制狀態(tài)判斷需要做出變壓器運行方式調整的變電站是否處于實時閉環(huán)自動控制狀態(tài)，即計算機自動控制變壓器投切，如果是，則進入步驟18；如果不是，則進入步驟16；步驟16顯示當前變壓器經(jīng)濟運行方式的調整建議，并由調度工作人員對變壓器運行方式進行調整；步驟17將步驟16中的變壓器運行方式調整建議存檔保存，然后結束；步驟18對處于實時閉環(huán)自動控制的變電站，根據(jù)步驟14發(fā)出的投切命令，執(zhí)行電力變壓器運行方式調整命令；步驟19通過遙信和遙測數(shù)據(jù)判斷檢測步驟18中的執(zhí)行命令是否成功，當執(zhí)行命令不成功，則進入步驟20；當執(zhí)行命令成功，則進入步驟21；步驟20根據(jù)步驟18中執(zhí)行命令的實際執(zhí)行情況給出執(zhí)行命令失敗的原因；步驟21將步驟19中檢測到的執(zhí)行命令成功信息或步驟20中的執(zhí)行命令失敗原因進行語音提示；步驟22將步驟18中執(zhí)行命令的執(zhí)行情況存檔，然后結束；其中步驟1～4屬于數(shù)據(jù)準備階段，步驟6～9屬于理論線損分析階段，步驟10～22屬于電力變壓器實時閉環(huán)自動控制階段；所述步驟10中的變壓器各種運行方式包括單臺運行方式、并列運行方式和分列運行方式；重復步驟1～22，形成一個實時閉環(huán)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力變壓器實時閉環(huán)自動控制方法，屬于電力系統(tǒng)自動控制領域。該方法是通過計算機程序進行自動控制，包括數(shù)據(jù)準備階段、理論線損分析階段以及電力變壓器實時閉環(huán)自動控制階段。本方法通過對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，結合電網(wǎng)的實際運行情況，對各個變電站的控制方式進行調整對于運行狀況較好的場站可通過計算機下發(fā)動作命令控制電力變壓器運行，也可通過計算機提供電力變壓器運行方式調整建議，由調度員人工調整運行方式。本發(fā)明降低了全網(wǎng)損耗，使電力變壓器運行更加合理，解決了電力變壓器實時閉環(huán)自動控制的問題。
文檔編號H02P13/00GK101615882SQ20091018167
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權日2009年7月17日
發(fā)明者丁曉群, 劉洪亮, 玲 周, 王兆亮, 田維波 申請人:河海大學;南京河海電力軟件有限公司