（电力系统及其自动化专业论文）ipc型变电站电压无功综合控制系统的研究.pdf

独创性声明 p 4 6 6 7 6 2 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学大学或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 五j 。；彰 时间： 2 驴p 1 年岁月? 少日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 肓权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅：学校可以目不同方 式览不同操体上发表、传播学生论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或 圈描等复制手段爆存、汇编学生论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) j i 竞生签名： tj ，：芒 时间： ? 0 0 2 年夕月矽r 导师签名 讶南1 耐t 冠：，多。、年j 日。7 曰 1 1 问题的提出 第一章绪论 电压是衡量电能质量的一个重要指标，电压偏移过大时，会影响工农业生产产品的质量和产 量，影响用电设备的寿命和效率，甚至危及电力系统运行的稳定性，引起“电压崩溃”，造成大面 积停电。长期的研究结果表明，造成电压质量下降的主要原因是系统无功功率不足或无功功率分 布不合理，电压调整与无功功率平衡有着密不可分的关系。因此调整系统电压在合格范围内，控 制无功潮流的合理平衡，对提高供电质量，保证系统安全、可靠和经济运行均有着重要的意义。 目前，由于电网结构日趋复杂，电压等级不断升高，电压无功的调节仅仅依靠发电机的自动 电压无功调节器已远远不够，必须增强电网本身的调控能力。为此在电网中安装有载调压变压器 和并联电容器组等设备，成为变电站调压的主要手段。有载调压变压器可以在带负荷条件f 切换 岢接头，改变变压器的变比，从而起到调整电压、降低损耗的作用。而合理地配置无功功率补偿 耷昔可以改变网络中的无功潮流分布，改善功率因数，减少网损和电压损耗，从而改善用户的 奄压质量。 庄传统的控制方式下变电站电压无功控制方式是由运行人员根据系统调度部f jf 达的电压 = 芒功控制计划和变电站运行情况进，亍手动调整的。这不仅增加了值班人员的劳动强度，而且对这 b i 参数调整难以达到最忧的控制效果。目前，随着无人值班变电站的建立，上述传统的控制方 式己不能满足实际的要求为了提高电压合格率和降低能耗当前各个电乐等级的变电站普遍系 ! ! j 电吒无功综合控制器r ：v q c ) 这砷电压无二，综合控制器一般以微机为核心，具芎体积小、 一j 眭点、灵活可靠等系ic i ：点，豆对义具茸通言、f 丁印等j 能，便了实现全局( 同，的无工，j t 二冈此受到了普遍i 迎- ”。 1 2 国内外电压、无功控制现状及研究概况 电巧系统的电压f u 嗣宰一样需要经常惆警导证用户处j j 电压接近姐定值是电力系统返f j i 芦 釜昀基本。三与之一，这是习为各羊中羽电设备帮是按额定电厝米设计制造的，这些设备兰额定电： 、点f i 譬琵取得最洼蔓j t 皇效果。扶电压损托0 0 二式a u = i p r q x ) l e ，在电刀疆线路；冀 曼千电艽lr x ) 确之、输送育功j 0 率p 一定的隋况f ，电压损耗主要取决丁线路筠送的无j 二0 睾当电力网有能力同负荷供给足够的无功功率时，负荷电压就能够维持往正常的k 平上：；二 罨乇功电；啜容量不足负荷电压就会强低【：因此，维持电力网的电压水平，与无功功率的平衡 三、司存在昔不可分割的关系。 i 2 1 电压无功调节措旌概况 现代电力系统主要采羽发电机调压、变压器调压和装设并联电容器、并联电抗器、同步调相 讥、静l = i 偿器以及改变电力网参数等手段进行电压控制和无功补偿。其中，发电机调压一般只 透羽于发电机不经升压直接向用户供电的简单系统：同步调相机由于投资大、运行维护复杂等原 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 因，近年来世界各国已不再新增同步调相机作为无功补偿设备：静止补偿器s v c 的调节能力在各 种补偿设备中是最好的，是电力系统补偿装置的发展趋势，但目前s v c 的造价相对过离，它在电 力系统中广泛应用尚待时日；各级变电站中最为普遍的是利用有载调压变压器调压和装设并联电 容器、并联电抗器进行无功补偿。 变压器调压分有载调压和无载调压两种形式。无载调压由于调压不方便、不及时，正逐渐被 淘汰：有载调压可随电网电压变化而进行，能向用户提供可靠的不间断电源，调压范围较大可 以实现自动调节，因此其应用正日渐增多，这也是供电质量要求越来越高的必然结果。国际调奁 结果表明，无论哪一级电压的网络供电变压器，各国电力系统都普遍采用了带负荷调电压分接头 ”j 。如日本的2 2 。5 0 0 k v 变电站中，有9 2 3 安装有有载调压变压器；德国在6 3 k v 以上的变压器中， 有9 0 以上装有有载分接开关：前苏联在配电网中规定，所有二次电压为6 、2 0 k v 的降压变电站均 ：立装有载调压变压器。我国也在许多变电站中装设了有载调压变压器，仅华中电网5 0 0 k v 变电站 3 9 台主变中，有载调压变压器3 l 台，占总台数的7 9j 1 4j 。原能源部电力系统电压和无功电力管 理条例也规定，当电网电压偏移和波动幅度较大时，按设计规程，应采用有载调压变压器，对 _ _ o k v ( 直接带1 0 k v 地区负荷) 和1 1 0 k v 及以下电压的变电站至少采用一级有载调压：已建成的上述 变电站和分接头不合适的变压器应根据需要逐步改造和更换为有载调压变压器：2 2 0 k 、( 不带1 0 k v 地区负荷) 及以上电压的变电站根据系统凋压是否需要，对变压器可靠| 生的影响及投资进行综合 研究后确定fj 。从我国实践情况来看，在l1 0 、3 5 k v 的供电枢纽实行用有载调压变压器进行的逆调 玉育式，基本上能达到 3 百分比t )2 21 4 表中被统计的变电西包括各电压等级的农村、城市、山区和沙漠地区的变电站。目丁二农村、 i 等经济下戈达地区是不需要有四鲁变压器的只有城市才需要大容量变电站，实；上育四台 i 苇器的变= 皂站部集中在域市，对城市来说，有四台变压器的变电站占域市变电站的鲁数要比襄 = 刈举晌j 、： 得多。另讣日本东京电力公司把四台变压器怍为变电站的际准配置，_ = 述青况可 二：说明国、犬城市变电站选用四古主变压器是傻普遍的。 冈j 七毛? 仓从理论研究和国外电网发展的经验来看，随着我国国民经济的提高和宅网负茼托 运苹瑁+ r e 运；m 夫犁变电站：悔目益，彗多。变鬯年铌模的扩人带来丁电气主接线复杂、乏玎_ 了式 二：j ，j 剞l e 、歪了司题荫i t 变电正毫_ 五无功综台盏锄提出丁罚构要求。i 现育的羹三j 饥开。芝 系乏云论耍一上还是圭曩= 上都准以：+ 展，满乏不了这仲人t 交电站和7 鼻看龟网发爱 ：鼋要其i ：蔓陛主要丧现在以i 厂l 拿方面： 1 软件通用性差 庄款生土! 上还粤蓍在汇编浯言或：语言的：i 平上通再皇、可移值陛兰对今后立晶寻玻换j ；：宴i 罨，二一分4 ：f j岂不刊于尝毫；至护和扩曩 i j = 其是变鬯j 觇填的：f 一造哎电乐t ，：蔓专j 蹙。： t i引r 乏j 日、正芏：西喜变医器毛i 王功控制i ：j 。c 系统矛、多兄我忙：量过中国学弋享一i t q 过， 叼 ：n o 三二j ：文献睦索尚未见育兰尝v q c 系筑i j 报道： 2 通讯扩展性差。 自r 与变电站、调度中心进行通售以及通信蜘摸的不断扩大目前日单片机式、断系统已准 i 立付。一殴来讲，通售接口都与单片机在同一模块上，通信方式一经更改，整个模袭将不得不 趋之更换遮在经济和时间上都是一个很大的浪费。 3 人机界面不够友好 堇f 量片机开发； 勺、q c 系统一般刊用液晶显示或l e d 显示怍为操作界面可读性差显示内吝 专琨不刊子现场运等人员全面实时地掌握变电站实际运行状况： 4 装置操作不方便 臼了二电玉无功综合自动控制系统涉及的参数较多，基于单片机开发的v q c 系统必须对参数进 ? ? 编码，运j i 操作人员只能根据编码判断参数的性质，这给现场工作人员进行定值调整、处理故 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 障等操作带来极大麻烦，很容易造成误操作。 5 存储容量小 如今的v q c 装置，不再仅仅是实现电压无功控制功能，而是将朝着测量、控制、数据记录、 漕波分析、电能质量监测和通讯一体化的方向发展。为了进行设备动作记录、故障信息和谐波数 据的长期保存，同时为了与其它装置进行数据通讯、共享全系统信息等，需要大鼍的存储空间。 习前单片饥式的v q c 系统上仅有的存绪空间就显得不够用了。 1 3 本课题研究的主要内容 本文：悔在充分总结变电站电压无功综合控制原理的基础上，应用工业p c 机没计开发一套变 电站电压无功综合控制系统。主要工作包括： l 简要回顾国内外变电站电压无功综合控制的发展状况，概述电压无功综合控制原理，进一 步完善九区图电压无功控制策略。 2 应用工业p c 机，配以相应的模拟量采集器、开入开出单元和智能通信卡设计套新型 雨变电站电压无功综合控制系统：完成智能通信卡和 p c 上应主机的软件开发，并就软件开发中 逞刮的通信规约、虚拟设备驱动程序和数据存储技术等方面的问题进行探讨。 3 重点研究工业p c 机环境下，v q c 系统应具有的电气主接线图编辑功能、开入开出量灵活殴 耋帚1 变电站运行方式自动识别等技术。 就本文开发的i p c 一、0 c 系统漠拟实验运行情况进行分听， j 结论与睫望。 中国农业大学硕士学位论文 第二章电压无功控制原理 第二章电压无功控制原理 变电站电压无功综合控制，从控制理论的角度上说，是一个多限值( 包括电压上下限、无功 上p 限、主变分接头开关日调节次数、电容器日投切次数) 、多目标( 电压合格、无功平衡、功率 因数最高) 的最优控制问题j 。 根据能源部电力系统电压无功控制导则( s d 3 2 5 8 9 ) 中的规定，电压无功综合控制目际 应达到：5 0 0 k v 变电所2 2 0 k v 母线，正常运行时电压允许的偏差为额定电压的o + 1 0 ，事故时 为矾+ l o ：2 2 0 k v 变电所的1 l o k v 3 5 k v 母线，正常运行时为相应系统的额定电压的一3 。确， 事故后额定电压的4 - 1 0 ，配电系统l o k v 供电电压为l o b l 07 k v ；2 2 0 k v 等级的变电所在负茼最 大时由电网供给的无功功率与有功功率的比值为0 03 3 ，3 j 1 1 0 k v 等级的为0 0 4 8 ，1 0 k 配电线路上的并联电容器在负荷最，j 、时不应向变电所倒送无功功率：在保证变电所被控母线电压 合格的前提下，尽量使无功功率就地平衡，以降低输电线路的电能损耗：同时力争动作准确，限 证投切的成功率，降低有载调压变压器分接开关及电容器组投切的动作次数【l ”。 2 1电压无功控制的数学模型 2 1 1 控制方程 型1 1 具茸兰联r 譬泛导的简单系簪 p = i q 一 0 + 萝羔! 一l 昕示电专系统的电蔓强落对等珞圭其啧廿量则设置n 墨殴备前 一= 【t 一生墨：望：1 0 支= p 出线日肓二_ 。习率： q ，出线的无：j j ：率： r ：j 归算至暮墨测的母发：j 之司的息电阻： 、i j 归算至高压测的母装i ，j 之间的卷电抗 l j 补偿前归算到高压侧的低压母线电压。 醴置i p 尝设备后 o ：u c + 坠，堂：垒堕( 2 - 2 ) 乙。 式子l 。补偿后归算到高压倒的低压母线电压 q c h 偿容量， 中国农业大学硕士学位论文第二章电压无功控制原理 上两式相等可解得 如豢卜咖( 等半一等等 c z 一。， 式中方括号内第二部分一般不大，可略去，则 妒豢( 驴u ) ( 2 4 ) 若变压器变比为k ，设c 为设置补偿设备后变电站低压母线实际电压，则 rrt rr 、 0 。：! 笠iu 。l 竺i k ! 一x q 、。k ) 2 1 2 约束条件 电乐无功综合控制的不等式约柬为” 节点电压l j m i n l j g j m a x( j = l ， 补偿无功q c j m i n q c j q c j m a x( j = l ， 可惆变压器变比k 3 m i n k j k j m a xt j = l ，- - 功率因数 c o sc b 。，。c 0 s $ c o s 0 变比变化次数 k c s k c s n a x i j 垡变：、数 r cs g csr f l a x 二：= 】：k t 可阔变玉器台数： k t ) k t ) k t ) k cs 和k cs m a x 可调变压器一天号 的变叱次数和最大次数 r c ，和t c s m a x 偿设圣一云中投切j ，气数和最大：欠数。 2 2 控制策略 2 2 1 无功功率和功率因数控制模式分析 ( 25 ) 变鬯三号乓= 芒玷蒜堂燕彰因喜可号为二己珐：j 奎控毂和功童因数控甏焉砷馍式暑i 下司i ：! ： = j 专， j ? 章x 最茬甏瞳式兰i 咎和高峰等不臣时夏按不同的功率因数指际来考孩无二：+ ： c 其i i 是：功茔j 数亡e 无二j 童送状态曼：奠丧无功：状忑对均为正值不能较好地区分两者药差异；i j 墨 冈效i 芏低负苛下运行对数值波动攫大而功率因数在高负荷下运行时数筐波动较小：功率因数与 二芒功功率不存在一一对立关系， 功率蜀戴控裁的，t 赢是：与变电莽无功优化指标一致，设定方便简单：在高负荷运行对，功 塞因数波动小减少电容器动作：弋敦：控制原理简单，容易实现。功率因数控制的缺专是：低负 茸状态下功率因数波动大，容易造哎电容器频繁动怍：一般变电站的电容器容量大在低负荷 拽态下容易出现过补譬，并引起电容器动作次数增加：当电容器组少，电容器容量级差大时，容 易产生投切动怍颁繁：无法区分无功吸收和倒送两种不同状态，难以避免无功倒送问题：在电网 奄玉无功渡动大的场合难以实现有效的无功优化控制：全网无功优化主要考虑无功功率，而功 8 - 中国农业大学硕士学位论文第二章电压无功控制原理 率因数难以紧密关联：变电站电容容量与功率因数关联需要转换运算，控制算法相对复杂。 无功功率控制模式在低谷和高峰等不同时段，直接按无功指标来考核。其特点是：无功功率 是与有功功率和相位角相关的量：无功功率与全网无功优化的目标函数紧密关联：无功功率充分 反映无功出力情况，可区分无功倒送和无功吸收状态；高负荷下运行，无功功率的波动大，数值 改变幅度大。 无功功率控制的优点是：避免变压器轻负荷运行时，电容器动作频繁的现象：容易适应负荷 波动较大的运行方式：无功功率作为全网无功优化主要考虑的因素，便于实现实时的无功控制： 充分区分无功倒送和吸收2 种状态，避免无功倒送现象，有利于提高电网安全运行：充分兼顾了 变电站电容器容量级差大的问题，可有效避免电容器频繁动作现象：无功功率控制与电容无功容 量密切关联，控制简单方便。无功功率控制的缺点是：控制原理复杂，智能化程度要求高：与变 电站无功考核指标功率因数无直接一一对应关系，控制限值输入复杂；在负荷波动大时，无功功 率波动也大，可能增加电容器动作次数。 综上所述，对f 主网负荷波动大，充分考虑主网无功要求和无功优化实时性要求，选用无功 控制模式更为合理。 2 2 2 传统的九区图控制法原理 国内外专家学者基：于二不同的算法和控制理论，如人工神经网络、遗传算法、模糊集理论、专 京系统剐人【：智能等提出了一些变电站电压无功自动控制方法。例如文献 1 4 提出了基丁人： i 经元网络日无功预j 则和优化决策相结合的电压无功自动控制方法：文献：l j 提出了瑁遗传算；圭 宴：宅睚毛j j 的实对控制：文献! 1 6 ：通过研究整理出1 8 0 多条电压无功控制的规律并肆；| c 语言 翟j i 一“剐子电压无功控制装置奇勺亏家系统，文献：l ? ：则采用m o t o r o l a 系列单片饥实际开发 _个鐾，家系统j ：控制装置：文献：1 8 ：借鉴漠翩控韦! 遵论的思想弓7 入了a 1 、a 2 两个权重 丢故对，皂枣投入j ：刮别量0 c 重衙建立数 嘎型，进而求解出新的无功判据：文献：1 9 ：各z 毒。ls ：建立嗣嗅蝴迂最= 芒功调节别据基础上真正：l 奇模嘲控制理论应吊判电压无功苏台控$ j 系 二：瑶出- 琼合调节琪簧控制器目；结# 自模型、噗嘲控制蜒删j j 组织与模簧算法，文献：! o ：还降：j ? = 气芹j i ：7 1 鼍实时碴簧控专l 结合芝来考睡：较为戎功的模琏号动态规划j y _ 兰( f d p ) 【- 1 - _ 4 1 土要是c 戛 杰一些r j 妻兰据苄j j 雩碍戋分沂先确定第二天2 4 h 的负萨j 高压测电王预测渣然看通过寻爻 ：三同罾- 】、西戈j 最托葶岽；角定第二天每个时段j j 于接头泣翌司电容器的= 天：状态： 厘甚j 刊引这兰算法推理昕得j j 控制策强、j 不哎拳，嵌据这些控 黄略开发j ；乒汁和装主 = 娈：i r j = 故累：干弋一兮理想 巨前亘 i 变电罕毛玉无功自司控裁方法中虽戎熟、最实司的是九区匿整制法，：j 预先给乏 ：寸辑段黾互、无功- 二下琨在电压、无功平面上划分成丸个玉，如图：c 然后根据最集的电i 乏j 0 蓬是吾遗 r 决定壹为控剖措煎。，总的控 ! 原则是无j j 越限时投切电容，电压这5 u , j - 升疆 亳i 器甘萤头。具蹲圣玉的控制策珞虹表! - i 。 图2 - 2传统九区图控制法区域图 9 中国农业大学硕士学位论文 第二章电压无功控制原理 表2 1 传统九区图控制策略表 运仃分区电压越限无功越限 控制策略 1越上限越下限切电容器。如无电容器可切则降分接头 越l 限合洛降分接头。如分接头处于下极限，则强切电容器 3越上限越上限降分接头。如分接头处于下极限，则强切电容器 4合格越上限投电容器。如无电容器可投，则维持 越下限越上限 投电容器。如无电容器可投，则升分接头 6越下限合洛升分接头。如分接头处于上极限，则强投电容器 7 越下艰越下限 升分接头。如分接头处于上极限，则强投电容器 8合洛越下限切电容器。如无电容器可切，则维持 2 2 3 九区图控制法的完善 上述九区图电压无功控制法存在两个不完善的地方，一是没有充分考患分接头升强和电容器 投切的双重影响即它们都是既会影响电压水平，也会影晌无功变化。二是没有将并联电抗器投 ：j 纳入电医无功综合控制系统参与统一调整。 分接头升降和电容器投切的双重效果将可能引起投切震荡问题 目上面、2 - j ) 式可司，调节变压器分接头童置k 或无二：补偿量q c ，都将引起变电站低压母 线色匮l j 和叭系统吸取二己功意量q = q i q c 奇勺变化从而影逦主变高压恻功率冈数c o s q o 的人小 萁：日整1 ：系勺 。i ： 舒接头调* 、t 蓦23 ) 7 j j 头二：目后：l j 寺变灭 ? ，二、：周昏：! 。变：、 一 巴器投钙己羔! 一； ；2 鼍专器舌：q 毒= 乏小 童皂0 器舌：q 受大 q 警变人so 变小 0 粤变j 、s 。变、 l j ，毒变j ： l 二、导文p l jo 变 c tj 。) 变 分岳 ，： i 、 ! 、 ! 二兰兰二：! 兰兰! 竺 ， i 。lc o s 出 至2 - 3j 接头i 节矿l f 复qt c o s q d 豹影响趋尊 k _ 一，一。 ，7 7 调芍苛 退出电容嚣 u 。 薹：一电享器投切对l 受q ( c o s $ 、的影响趋势 羔= 毫线表示毛三号二芒功壹勺关系、l 咱) 壶线表i 电压与二1 童i 数的关系l - c o s 中 1 0 中国农业大学硕士学位论文 第二章电压无功控制原理 观察传统九区图控制法区域图2 5 的运行点a ，无功越上限，电压虽然合格但逼近上限。按 照控制策略，处于该运行点应投入并联电容器降低从系统吸收的无功功率，但由于投入电容器同 时会升高电压，致使电压越过上限，运行点进入2 区或3 区。根据控制策略，运行点在2 区或3 区应降分接头，如分接头处于下极限，则强切电容器。这样就有可能引起投入电容器一强切电容 器一投入电容器强切电容器的震荡投切，其后果是不仅造成电压波动，而且极易造成电容器 开关的破坏。图中其它b 、c 、d 、e 、f 、g 、h 各点都有可能出现类似的震荡控制情况1 2 6 - 2 7 。 o m i n q m a x u 图：一5 传统九区图控制法区域图 并联电抗器的投切应参与电压无功的统控制。 由电刀系统理论可知，当输电线路输送功率大于自然功率时，线路有无功损耗，线路末端电 会降低：当输电线路输送功率小于自然功率时线路会有无功产生，线路末端电压会生高。为 坊止超焉玉线路空载p z 轻负荷运行时，线路的充电功率造成线路电压主高，一股庄末端变电站 表没j f 联= 黾抗器吸收线路韵充电功率。传统的九区圈策略住电压无功自动控制时没育将并联电抗 器的投明；t 缝一考虑是育欠缺的、 基于以二讨论，我”：舟传统的九区图进一步细化把图二一5 中的a h 八个苣分离出来，影 再一“丑芎i 个区 勺控制图。同时统一考虑变压器分接头j ；升降、并鼗电容器和并蓑电抗器j 气习，忑i j 噩采取窿宅韵控制，要冬形戎鞍宅善的电 乏功综合控制策略( 罩= 丧2 - 二) 。 j 、+j0 c 【o l i 1 一 ： 【xj ： j i r 乡 ? i h 、) 1 0 i ：i f 太 。i h ： l i 、 、 1 31 ll j l1 6 1 7 + 叫卜o ii o m i l1 j0 c0 tq m “ 。 圉2 - 6电压无功限值区间划分 中国农业大学硕士学位论文第二章电压无功控制原理 lc投切一组电容器引起的电压变化最大值 0 c投切一组电容器引起的无功最大变化量 【t 一主变升降一挡q i 起的电压最大变化量 a q t主变升降一挡引起的无功变化最大值 表2 2电压无功控制策略分区表 运i 亍竹区电压越限无功越限挖制策略 i 越e 限越下限发切c 指令若c 己全部切完，则投电抗器；若电压还高十一限， 则强行降压 越上限合格、偏小发切c 指令苦c 已全部切完，则投电抗器；若电压还高干上限， 则强行降压 1越e 艰合洛发降压指令，当有载开关处于下限位置时，发强切c 指令。如伞 切r 后还处于该区，则投电抗器 4堪l 。日台偌、偏大发，车雎指令与卣找开关处于下垠位置时，发强r j j c 指，如伞 切c 看还处于该区，则投电抗器 越琨越卜碾发降压指令当有裁开关处于下限使置时，发强切c 指。知全 切c 舌迁处于该区则投电抗器 = ，暑、i 岛| 、遗下琨殳? f 指簟当c 全都 完百则投电抗器：蔷还处十骇，则维 持卜恒 奇嗒、南弋篷l 一畏如向电薹嚣朱住t 或皂抗器可切) 刊光降啭再投cj t 剀- 也抗 器 r 兰 ! 基下艮尤”? c ，垒。j 昏也处十泛玉投电抗器升压为罱嗣方关 - 三含倍不一一乍 ，量最： 占卫五兰刊t i j 巴j i 萼，只白当一一母线一二口t 丑i 喾1 洲j 才t 毡o 二荽t 寻三j 集 二一s 、高、霉下l 矗一白0 等k ? 、；2 毛五器f 投、i 克：ft e ：爿c = 2 投【u 抗 嚣 - - 一善、与、基二? 最氯；u ：皇萼刮t = j ； | 量t 蓦片与邕置一母线- 一自ju 蔓奇备【_ l ： 才j ：a 娄、 廷i下蔑冀7 + 土五：、 当占故= 去0 于e t 詈f卅巳t ：苔埘一! 还之于：j ! 蔓堇投i 着? 鼍、最台咯、倩小 复：一生焉?当可或一天_ = 二十二_ f 里莹讨划训i 皂抗拈；百 j 毛 还琶于该玉发哩投f 指? 董弋曩 台铬发三玉指，当育载盯天迁十巴艰【立置对【_ ! | j 切电抗等：吾训先 还延于该x 发强投c 指令 连t 曩台略、湍大如青电抗嚣则光切电技嚣只肓当同一母线上的电抗嚣全切后， 才投皂喜c ，当c 全部投入( 含c 故障、捡渗辱用时) 后电仕垃 低于下琨戈强盱升压指令 雹r 最越上琨如有电拉器则先切电抗器，只有当同一母线上的电抗器全切后， 才投电喜：，当c 全郭投入l 含c 故障、睑修停用时) 后- 电压还 低子下琨，戈强盱升压指争 2 3v q c 实现方式及闭锁问题探讨 2 3 1 v q c 实现方式 乍j j 一种新技术，v q c 有多种不同的实现方式，概括起来有以下三种类型：自动化系统后台 机软件v q c 、自动化系统网络v q c 和自带输入输出系统的独直_ v q c 系统 2 8 0 2 9 】。 1 变电站后台监控计算机软件v q c 这_ e 十v q c 软件依附于变电站后台计算机，是后台监控系统的一个子模块，当后台监控计算# l 运 i 时，设置投a v q c 功能即可工作，达到控制要求。v q c 借助于自动化系统进行数据采集与控制， 其本身并没有专用的1 1 1 0 系统。 采用该方式的优点是参数设置简单，人机界面友好，调试方便，省去了专用的硬件设备，不需 要单独敷设电缆，降低了成本。 一段说来这种v q c 的调节速度能达到运 j = 要求，但由于数据采集与控制经过多个环节，v 。c 的 可皋性取决于网络通信、10 单元和后台监控计算机的运行状况。比如后台机软f c v q c 的闭锁速曳 r 赖r 口动化系统对变匣y x 、c 突变量等的响应速度，这样的响应速度是否够决( 特圳是v q c 对 + 的。三玎1 e 的问锁啊童) 嗅值得商讨。如果奉次变应y x 或y c 突变量丢失，其闭锁速度就更准i 菏足也 j 要求， 另外岳鲁盟控系统墨常有人爨f 乍或干预也容易发生死机等异常现象。 旨 j 甫瑞甲总公司的l s a 6 7 8 及s c 一2 0 0 0 系统就采用这种后台监控汁算饥软件0 c 豹方式。 2 变电站自动化系统网络v q c 装置 这：。j “蔓孩心粟韦革蚀j ；c p l 装置，但臼身不带输入输出系统，利峭变电站臼功+ ! 系统1 j 一：；j i o 重元实理数据的采集与控制 乏：j 夏专式j ；置专皂参装设量笥单，人饥羿面复寺毋需单独敷设电缆、阔试可耍弓j i 箕 ；i 二- 乏 兰j 兰j j c p l 装置园_ i 二暑薯与：司锁速熏较支。司t 于舌台饥软件q c 来i 兑，更写冀驭k 蕞 二i = 鼍i “1 i 嘉兰取决i 墨三兰通言、【0 苴t 和塑立= 燕机、+ q c 装置昀远行、嗽洗 三了二i j j c j c 一：0 o 系蓑最写j ：鼍这砷网络、0 c 装置， 3 自带输入输出系统的独立v q c 装置 这鲁毒j 苌萱i ? 支鼓 其，二轰量数据采集罨：控 瑜皇善是自身功能的一部? 磬“戛e j 车 - 。1 _ ：r _ 一身 姜。= = 兰：量j ik c i ：蒙痞壬姜铂釜芎输出箭自姜刍身窆戎不需要昔助j ：网垮式毒2 ，疑三 i ：i i 嘉慧手：三子、g c j j 王锬售号均田碹_ 立装置j 硬接皇输入，昕需测量量j 量苛j j 。 兰t 鼍姜墨夏闩颈叉r i 靠号鼻调肯速复也能满足运f 要求旦参数i 殳置和避：式f ：二圾 持引皂妥专1 燕托情况、： 跃蠢是疆讨f 舌台吼辛口同冬k c 来说这种q c 曲信毒共享程童差，不能充分利用车瑚三动化资 i 变黾荛运汗肓式政变对其功能致变与扩充困难，其输入输出需敷设较多电缆，巨琐等号需采 童地构硬揍专并巨安装工艺较其它两种麻烦， 这砷专嗣独立式、q c 戏套装置在电力系统中应用最为广泛主要适用于非自动化的变电站， 蓦羽目前这苗装置型号较多。 文献：3 0 ：介绍一种介于v q c 专用成套独立装置和基于变电站自动化系统的v 。c 之间的控制方 式“兰独立式、_ q c 控制“，即将变电站自动化装置所提供的信息经v q c 专用装置运算处理后直 ；瑜匕控专j ：该专式携简出部分是自带的而输部分基于自动化系统装置。由于目前在许多变 1 3 中国农业大学硕士学位论文 第二章电压无功控制原理 电站中基本上均有自动化设备而无v q c 装置，因此若采用成套的独立装置增；9 n v q c 功能时，需要进 行大量的电缆和回路改造；而若采用在自动化系统上增j n v q c 功能软件，则需要对系统的软件进 行人量变动，何况目前仍有许多r t u 只有“二遥”功能，使得信息采集不完善，无法保证v q c 软件的 可靠性。因此，需要有一种兼顾可靠性和经济性的新型v q c 控制，使其能安全、有效、方便地投入 自动化系统中。这种半独立式v q c 装置通过在自动化系统的上传e ：i 截取所需信息，经控制装置的 分听处理得到控制信号，然后通过本身的输出同路控制相应的对象。变电站自动化系统中若投入 这f o v q c 控制装置，只需接入少量的电缆和改动很少的回路。该方式安全、方便，有很高的实用 价唐。 2 3 2v q c 闭锁问题探讨 所n v q c 的闭锁，是指v q c 在变电站异常或系统异常情况下，能及时停止自动调声。闭锁问 题是v q c 能否投运的最大问题p “j 。如果v q c 没有完善的闭锁系统或闭锁速度达不到运行要求， 裁全对变电站的安全运行带来严重威胁。例如，当电容器保护动作，开关跳闸，若v o c 不及时闭 锁而在五分钟内使其开关再次合闸，则可能发生电容器由于带电荷合闸而爆炸，其后果不堪改 甚、又例如，若p t 断线而v q c 不及时闭锁，则会导致v q c 不断地将所控制的母线电压往上抬 置咩会产生严重后果，这些都要求v q c 具有完善的闭锁系统，一旦闭锁条件产生，v o c 应能即 i 育 0 装置j 闭锁功能必须达到以下几个要求： ( 1 ) 闭锁条件必须全面。 一啦来说jq c 立考意的主要闭锬条件有：主变保护动怍；电容器保护动作：p r 断线：系! t i 导常：主变_ 羊5 l 运f j 对的错档：装置故障：电容器开关或主变分接开关日动作i 欠数达到最、 ：目际t 象拒动：主变滑档：远动售号指令或手动闭锁等 “l l # 鼍颐韵j 量育： 、姐意理孰主变压器保护暑怍：主变臣器出现报警言号l 如轻冗斯、油；品、过是茸莓 芒j 系统耪等号爱璋 b【爱i 守联当囊怍过程甲接受到操l e 以啕尉盘档童两：欠断的电+ 言号对，臣发出詈s j 一 _ _ 、 当变 器：牛o i 运- 亍可皇现分头不i 步对 c 无i j 控：巨巍电容器嘿手动f e ：电套器、电抗器组采羽手_ 三= 安作方式对：主交覃摹 i 7 时：碧娶乎哥r ：士三i 9 1 | j 母线曝 动作时：蓑缉电容器或电抗器相宅断路器故障 ：! d 乓一2 。奇沅f j i 霞曩设备踅动时闭戳t 宅操作：j 钟内对同一受怍对象育碍戛，毒。：、一 ( = 十r 带i ：晏e ：设备喧碜状态闭锁：当某主变或电容器；令各三 状态对：骂爱远动要求j j 、qc ： ：二人为问嵌， ( 2 ) 闭锁限值设置必须合理。 限埴问锁是指电压与无功或功率因数超过上f 限( 直，电容器开关或主变分接开关每天司f i j ： 羲达到最大埴等情：兄下的闭锁。目前常按低压母绂电压低于额定电压的? j 时，闭锁昕有操作： 焉玉测电流大于额定电流的lo j 倍对调压闭琐，也有人认为将电压闭锁值范围定得比保护动i 孽毫的电医范围小一些即可，因为这样可使v q c 在电容器欠压和过压保护动作前已经闭锁，、在 f j 断线情况f 也可及时闭锁。 ( 3 ) v q c 人机界面相应功能的完善。 、q c 人机界面】立能显示其闭锁情况，紧急状况下发出报警信息，并能在线灵活设定有关参数 毒：司锁条件。能提供完善的实时信息以刊于了裤v q c 的运行情况，便于故障分析和v q c 动作记录 1 4 中国农业犬学硕士学位论文第二章电压无功控制原理 的统计。如果v q c 的闭锁情况和闭锁原因不能在人机界面上反映出来，则会使用户对它的闭锁分 折变得十分困难。 ( 4 ) 闭镁速度应足够快 2 5 小结 本章总结了电压无功综合控制原理，简要概括了国内外变电站v q c 实现方式和有关的闭锁问 题：重点就传统九区图电压无功控制法存在的缺陷进行了详细的分析，并在总结实际运行经验的 基础上，进一步细化了电压无功运行平面，改进了相应的控制策略。 中国农业大学硕士学位论文 第三章i p c 型v q c 系统设计 第三章ip c 型v q c 系统设计 近儿年全国城乡进行的电网改造对变电站电压无功综合控制系统提出了越来越高的要求特 别是在城区靠近负荷中心新建的2 2 0 k v 负荷站。往往规模较大，甚至配置四台主变压器的情：兄 也日益增多，进而造成主接线复杂、运行方式难以识别等困难。另外，变电站综合自动化和电网 调度自动化尤其是区域陛电压无功集中优化控制的发展，也对v q c 系统的通信能力、综合协调 能力提出了更高的标准。现有的基于单片机开发的v q c 系统无论在硬件上还是在软件上都难以 扩展，满足不了今后电网自动化发展的需要，为此有必要研制一套智能化程度更高、通用性更强、 操作更加方便的新一代变电站电压无功综合控制系统。 i p c _ l 控机由于具有很强的可靠性、可扩展| 生，开发周期短，维护方便，已在集散控制系统 d c s 、计算饥数控系统c c 、机器人通用控制系统o r c 等众多领域得到了广泛的应用。本章采用台 湾研华公司 p c 一6 0 0 型工控机，同时配以相应的模拟量采集器、开入开出单元和智能通信 ，设 计了一套新型的变电站电压无功综合控制系统。 3 1系统方案的确定 3 1 1i p c 工控机的特点 1 一业阿饥印i p c 、 n d u s t r i a ip c ) 是上业控制机的一种采用p c 总线，按照f 一业运行：环境要 承波i 一：= 与个人电薤? c 的谩、软件徊兼容，正是由= 二与p c 饥的兼容| 兰e i p c 继承了p c f 。泛的叫 = 基i 睚三言j 埂、驮匕受几力豫原同其它娄1 型的f 控矶相比，具有明显的优势表现为陛能 一j n 咯j ：手、软辟资，东三三言、通告组网功能强、可以提供窖量大价格低的海量存潞器目前p c 崾 主夺量0 6 b 、勺鱼位音蓐! i p c 已袁为国内外发罨较快a 工控产品卜。 鼗重二业p c 主要专j 。华、研洋、或达、磐二：、康拓、垡控等品牌。本文在比般当前国内可 j 上第生j ：寻砷主要系j 趵p c 工控机舌，选择皇i 弯u 华0 司的i p c 一6 0 0a d v , 4 , t e c 型虮。艺j 0 只荨尊z 耳述i n 杀i j j 性能、气专以外1 适童工业理场恶劣环境目j 需要，还圭j 童、防：、 。：鬟 。j 荨寻等专三芝+ ? 了社学j i 没一，? 要孳：i 敢i p c n j ：蔓尘能力、抗冲击振乏j i _ 抗黾七 一j t j ! ，、一舄急三鼍二j 能_ 夏又适应更为主一豹互境曼童的能力都1 、为提高鸵琴，与迁支： ，。= 可三誓+ ：装置i ；焉最要求p “。亥款i p c 机在囊i 设计上还育一大特色是可扩展陛董它j 坟汪7 寄通? c t 萼习询人袁曩而是苷其分攀为一个苛育近二十个i s a 插槽i p c i 插槽的无溧誊线底殴? 、 jr 目_ ：置j t c ? t 畈、ic 墨荨这样孰灭大堤离了i 垄入皈的数量，可以将系统的各个嗔i 如 d 圭专燕、 ：l 额采集、通讯、1 0 二鼋输出等以盈卡钓形式蒙搭板木一样组合起来方便地扩畏戎一个豆i 习控哉系统 田此特 p c _ 立罨亍变电站宅玉无功综台控制系统的开发，就可以利用其良好妁盏能满足宅 0 系统对、q c 提出的越亲葸高的要求。 3 1 2l p c - v o c 系统的总体设计 从系统的可扩展性、可靠性要求出发，按照变电站综合自动化分布式结构的思想进行了本 丢统的营蓐迁计，硬件配置原理框图甜图3 - l ： 中国农业大学硕士学位论文第三章i p o 型v 。c 系统设计 圈3 1 硬件配置原理框图 叭0 l 件配置原理框图可以看出，此系统硬件设计较为简洁，针对变压器数量不同的变电站 薯；? 硬件配置比较方便，只要增i 成相应数目的模拟量采集器和开入开出单元即可这也育利丁_ 实 j 爻电名尽动比分布式结沟的要求， 3 2 外围硬件模块 i 之：2 汁钓i p c 一q c 系统甲、珂淫弦摸安雹拒琪拟量采集器和_ = 、开出单元鼍+ 蜀奇 3 2 1 模拟量采集器 嘎拟量景集嚣是薹亍d s p 技卞。发的，在硬片设计和款| 实现上都i 有特色p “：三”要件上 ：一t 拟蔓混叠低遭! 意：支器提高其抗干扰 生能：选罱丁1 4 宣双极性j ；a o 转换嚣一可以实 一s 三兰唾誊芝同对果f ：兰、分对转安：采叫了美蓦丁i 工司j ：1 6 垃数字言号处理器d s p 可 j 享遣薹复氰】处墨其毛专运茸能刁最簪达毒二0 兆条指令：j 殳计专门的：颤奎i 蕈鼍路 itd s p 运行；皆渡汁尊对斫要求奇。采掸顿率，果集器的谩牛结 句图霹圈3 2 所示 图3 - 2模拟量采集器硬件结掏图 串行通售 中国农业大学硕士学位论文第三犟i p c 型v o c 系统设计 在软件实现上，采集器采用汇编语言编程，提高了程序代码运行的效率，可以满足模拟量采 集的实时 生要求：采用每周期6 4 点采样，并利用快速傅立叶变换( f f t ) 进行计算；由于程序充 分利用了d s p 的片内资源，将进行f f t 计算的数据序列和每个碟形因子分别存放在片上的r a m 中，并应用d s p 专门为f f t 算法提供的比特反转寻址方式，使f f t 算法以最佳的速度运行。 采集器在硬件、软件上的科学处理，使其可以进行各种电力参数的实时测量，并且保证参数 的测量精度在o5 级以内。经测试，该采集器d s p 单元进行一回线路的基本电参数的测量和电能 质量分忻所需的程序运行时间仅为4 r n s ，完全满足i p c - v q c 系统进行电压无功实时控制的要求。 采集器向上位主机提供的数据十分全面。它最终可以提供所测量的交流电实时数据，包括电 压、电流、有功功率、无功功率、功率因数和频率：还能提供交流电中电压和电流的各次营波分 量有效值以及谐波畸变率，提供电能质量的各项指标，包括电压偏差、频率偏差、三相电压( 电 流) 不平衡度、电压波动值和电压的等效闪变值，十分有利于上位主机进行电力系统的谐波分忻 和电能质量管理。 3 2 2 开入开出单元 i p c v q c 系统的开开出量众多，如果系统按最人容量四台主变、4 0 个并联电容器和4 0 个 苛联电抗器配置时共有4 8 4 个变量。如此众多的开入开出量必须对i o 口进行扩展，i p cr 控 吼进行i d 口扩展，就昌前来看，可以有两种办法： 一是购买市场上现或豹i o 口扩展卡，如台湾研华公司的p c l 7 2 2 型i o 口扩展昔该 共 r 是了6 个鱼元1 “皇io 口，每个单元都模拟8 2 5 5 芯片的工作方式0 依次分成a 、b 、c 二 、口每个= 部可以顷专义为输入或输出方式。扩曩 还支持可编程的中断控制，适台昕有i b m p cx ta 1 _ ：乏其兼容 i ：知可以直接湎在i p c 主饥j i s a 插嘈上使用。我们也曾使写过该 ， 三逞主：的司题是自- i p c v q c 系统的i o 口哥开出量众多，致使扩曩卡和开入开皇模块之间 兰发太密系统设计瓦j 熏电气璃离效果差抗干扰| 生能皂不强。 一是果号目带c p u 薯开，开出单元由于它通过串开通唁与上也主矾进行。言患交换同量 ：j 鬯气联系= 二敦而三毫乏其虽带j c p u ，可0 1 安迥扩毳= j ：灵活定义鼋具有严格逻墨芰系的- 、 ：，j 目! 五t i ：采号王羔芑一；。= ，二二出单元其c p u 芝韦戋亘a d 尘i ：a d l t c 8 1 二敖冀囊娄 s 皂一款! 笺啜匀七主弋集戎了完整j 8 0 5 2 匈- 乏墨灵芎6 4 0 享：j 均闪速【皂掉：毒蕞据1 ；。； 曩、8 k bj ：弓这电擦珐享尊浩器茕u a rf 皇0 装e 车、蔓爱备) 、开专手段完备j j 轰据妥集善 = ! ：= 哥出苣二三j ：硬件结再歪妇【呈3 - 3 = 。：量 = 量 斥f 量 p l 二 a d u c 8 1 ： p 2 =( c p l p j = 圈3 - 3开入开出单元硬件结构图 8 中国农业大学硕士学位论文 第三章i p c 型v q c 系统设计 每个开入开出单元共扩展了3 个i oi z i ，每个e l8 位。为了适应电力系统强电磁干扰环境， 开入开出单元在硬件上还采用了继电器和光电耦合器两级隔离措施，以提高整个控制系统的抗电 磁干扰能力。另外，开入开出单元为了防止误动作，每个开出量都受到多个条件制约，即只有在 继电器电源、控制对象控制、动作方向选择、单稳闭锁四个信号同时有效的条件下，控制命令才 能发给外部控制回路。 3 3 智能通信卡应用 在i p c v q c 系