CN101615882A - 一种电力变压器实时闭环自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力变压器实时闭环自动控制方法，属于电力系统自动控制领域。该方法是通过计算机程序进行自动控制，包括数据准备阶段、理论线损分析阶段以及电力变压器实时闭环自动控制阶段。本方法通过对系统的运行状态进行监控，结合电网的实际运行情况，对各个变电站的控制方式进行调整：对于运行状况较好的场站可通过计算机下发动作命令控制电力变压器运行，也可通过计算机提供电力变压器运行方式调整建议，由调度员人工调整运行方式。本发明降低了全网损耗，使电力变压器运行更加合理，解决了电力变压器实时闭环自动控制的问题。

Description

一种电力变压器实时闭环自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力变压器实时闭环自动控制方法，属于电力系统自动控制领域。

背景技术

有关资料的统计表明：从发电、供电，一直到用电，需要经过3～5次的变压过程，其自身要产生有功功率损失和无功功率消耗。在广义电力系统(包括发、供、用电)运行中，电力变压器总的电能损失占发电量的10％左右，约占电力系统线损的50％左右，而在农电系统中要占到60～70％。随着我国城乡电网改造和电力市场逐渐发展，对电力变压器经济运行提出更高的要求：在保障安全的前提下，最大限度的减少损耗，取得最大的经济效益。为此，各有关部门加大了电力变压器经济运行实用化的研究力度，取得了一定的成果，主要表现在两个方面：其一是离线分析计算软件，这种软件功能主要体现在根据变压器技术参数定量地给出变压器间技术优劣的判断标准，离线分析电力变压器的运行方式。这种方法主要体现在离线分析上，为电力变压器经济运行提供了科学的计算手段和有力的决策依据，减少了工作人员手工计算量和操作的盲目性；其二是以变电站为单位，在每个站均安装一套变压器经济运行自动投切装置，该装置的基本原理是：首先由采集单元采集所需的模拟量和信号量，如电压、电流、有功功率、无功功率，断路器状态、分段开关状态以及分接头档位等，再由计算单元对这些量进行分析计算，当需要进行电力变压器经济投切时再由自身的输出控制系统或借助于变电站综合自动化系统进行操作。

第一种方法，离线分析计算简单易行，对电力变压器经济运行提供一定的指导意义。但是这种方法的不足也是显而易见，离线分析并不能体现实时性，电力工作人员仅可以把计算结果作为变压器经济运行的理论分析，对降低线损的作用有限。

第二种方法，以变电站为单位，遥信遥测采集装置可以依赖自身I/O系统，集数据采集与计算判断与一身，装置集成度较高，同时每个变电站均需要安装此套装置，设备维护量显著增加，如果增加场站，还需要增加相应的硬件和软件设备，成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对背景技术中存在的缺陷而提出一种成本低、检修维护量小的电力变压器实时闭环自动控制方法。

本发明的电力变压器实时闭环自动控制方法，包括数据准备阶段、理论线损分析阶段和电力变压器实时闭环自动控制阶段，具体步骤如下：

步骤1：程序开始后，利用电网实时运行数据采集模块从调度自动化的SCADA渠道采集得到实时数据；

步骤2：利用数据接口模块转换步骤1中采集的全网实时数据；

步骤3：通过遥信和遥测数据逻辑上的互相判断来检测实时数据的可靠性；

步骤4：当步骤3中检测的数据符合计算要求，则进入步骤6或步骤10；当步骤3中检测的数据不正常，则进入步骤5；

步骤5：在显示窗口用文字提示出数据不正常的信息，然后结束；

步骤6：理论线损分析模块根据电网实时数据计算分析出当前电网有功和无功损耗，并为用户显示出来；

步骤7：用牛顿-拉夫逊潮流计算法对电网实时数据进行计算；

步骤8：显示当前计算结果；

步骤9：将当前的计算值存入历史数据库，然后结束；

步骤10：利用电力变压器经济运行模块根据电网实时数据分析当前变压器各种运行方式下的电网损耗大小，并显示运行方式调整后的电网损耗以及较前一种运行方式所能减少的有功和无功损耗；

步骤11：通过电力变压器不同运行方式间的损耗对比，给出各个变电站的投切方案；

步骤12：通过遥信和遥测数据判断检测各变电站的电力设备是否满足正常的投切条件，当满足时，进入步骤14；当不满足时，则进入步骤13；

步骤13：进行不满足投切条件的语音提示，然后结束；

步骤14：根据各变电站的实时情况发出投切命令；

步骤15：通过变电站控制状态判断需要做出变压器运行方式调整的变电站是否处于实时闭环自动控制状态，即计算机自动控制变压器投切，如果是，则进入步骤18；如果不是，则进入步骤16；

步骤16：显示当前变压器经济运行方式的调整建议，并由调度工作人员对变压器运行方式进行调整；

步骤17：将步骤16中的变压器运行方式调整建议存档保存，然后结束；

步骤18：对处于实时闭环自动控制的变电站，根据步骤14发出的投切命令，执行电力变压器运行方式调整命令；

步骤19：通过遥信和遥测数据判断检测步骤18中的执行命令是否成功，当执行命令不成功，则进入步骤20；当执行命令成功，则进入步骤21；

步骤20：根据步骤18中执行命令的实际执行情况给出执行命令失败的原因；

步骤21：将步骤19中检测到的执行命令成功信息或步骤20中的执行命令失败原因进行语音提示；

步骤22：将步骤18中执行命令的执行情况存档，然后结束；

其中：步骤1～4属于数据准备阶段，步骤6～9属于理论线损分析阶段，步骤10～22属于电力变压器实时闭环自动控制阶段；所述步骤10中的变压器各种运行方式包括：单台运行方式、并列运行方式和分列运行方式；重复步骤1～22，形成一个实时闭环系统。

本发明电力变压器实时闭环自动控制方法根据电网实际运行数据，对电力变压器所允许的各种运行方式进行计算，并与实际运行方式进行比较，对满足投切要求的变电站实行闭环控制。本方法有效降低了电网损耗，同时减少了设备投资成本以及检修和维护的工作量。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是电力变压器经济运行闭环控制系统与电网接口示意图。

图3是电力变压器运行方式转换示意图，其中：图3(a)是单台变压器运行转换至两台变压器并列运行示意图；图3(b)是两台变压器并列运行转换至单台变压器运行示意图；图3(c)是一台变压器运行转换至另一台变压器运行示意图；图中A和B各表示一台电力变压器。

具体实施方式

如图1所示是本发明电力变压器实时闭环自动控制方法流程图，其是通过计算机软件来实施，具体步骤如下：

步骤1：程序开始后，利用电网实时运行数据采集模块从调度自动化的SCADA渠道采集得到实时数据；

步骤2：利用数据接口模块转换步骤1中采集的全网实时数据，该数据包含各个变电站中母线上的电压，电力变压器、线路、电容器、电抗器等器件的有功、无功、电流以及各个开关的开合状态；

步骤3：通过遥信和遥测数据逻辑上的互相判断来检测实时数据的可靠性，例如：当开关状态为断开，但此时可检测到有功和无功值，则说明数据不正常；

步骤4：当步骤3中检测的数据符合计算要求，即数据正常，则进入步骤6或步骤10；当步骤3中检测的数据不正常，则进入步骤5；

步骤5：在显示窗口用文字提示出数据不正常的信息，然后结束；

步骤6：理论线损分析模块根据电网实时数据计算分析出当前电网有功和无功损耗，并为用户显示出来；

步骤7：用牛顿-拉夫逊潮流计算法对电网实时数据进行计算；

步骤8：显示当前计算结果；

步骤9：将当前的计算值存入历史数据库，以备曲线报表查询，然后结束；

步骤10：利用电力变压器经济运行模块根据电网实时数据分析当前变压器各种运行方式(单台运行、并列运行和分列运行)下的电网损耗大小，以此作为依据下发指令对电力变压器运行进行实时闭环自动控制，并显示运行方式调整后的电网损耗以及较前一种运行方式所能减少的有功和无功损耗；

步骤11：通过电力变压器不同运行方式间的损耗对比，给出各个变电站的投切方案；

步骤12：通过遥信和遥测数据判断检测各变电站的电力设备(变压器、断路器等)是否满足正常的投切条件，当满足时，进入步骤14；当不满足时，则进入步骤13；

步骤13：进行不满足投切条件的语音提示，然后结束；

步骤14：根据各变电站的实时情况发出投切命令；

步骤15：通过变电站控制状态(包括自动控制和人工控制)判断需要做出变压器运行方式调整的变电站是否处于实时闭环自动控制状态，即计算机自动控制变压器投切，如果是，则进入步骤18；如果不是，则进入步骤16；

步骤16：显示当前变压器经济运行方式的调整建议给调度值班人员，并由调度工作人员对变压器运行方式进行调整；

步骤17：将步骤16中的变压器运行方式调整建议存档保存，然后结束；

步骤18：对处于实时闭环自动控制的变电站，根据步骤14发出的投切命令，执行电力变压器运行方式调整命令；

步骤19：通过遥信和遥测数据判断检测步骤18中的执行命令是否成功，当执行命令不成功，则进入步骤20；当执行命令成功，则进入步骤21；

步骤20：根据步骤18中执行命令的实际执行情况给出执行命令失败的原因；

步骤21：将步骤19中检测到的执行命令成功信息或步骤20中的执行命令失败原因进行语音提示；

步骤22：将步骤18中执行命令的执行情况存档，然后结束；

在上述步骤中，步骤1～4为数据准备阶段，步骤6～9为理论线损分析阶段，步骤10～22为电力变压器实时闭环自动控制阶段，重复步骤1～22，形成一个实时闭环系统，循环往复，以保证系统能周期、自动运行。

为了更清楚的说明本发明，下面将对相关内容进行展开说明。

(一)系统接驳方式

电力变压器经济运行闭环自动控制系统与电网通过SCADA系统进行接驳，如图2所示。因其主要由调度值班人员用于实时调整电网运行方式，从而降低电网损耗，系统直接接入SCADA系统，与电能表集抄系统、线损专工管理工作站接口均通过二次防护系统隔离。

(二)电力变压器实时闭环自动控制

I.电力变压器实时闭环自动控制策略

如图3(a)所示是单台变压器运行转换至两台变压器并列运行示意图。首先，根据运行中电力变压器A的档位信息调整备用电力变压器B的档位，使其相同；其次，按照电力变压器的操作顺序，发出电力变压器B高压侧断路器闭合命令，如果执行成功，继续执行电力变压器B低压侧断路器闭合命令，否则停止发送命令。当电力变压器B低压侧断路器闭合命令发出，且执行成功后，说明电力变压器B顺利投入运行；如果低压侧命令执行失败，此时反向执行电力变压器B高压侧断路器断开命令，使其恢复为原来状态。以上命令执行成功与失败均需遥信和遥测值进行验证判断。

如图3(b)所示是两台变压器并列运行转换至单台变压器运行示意图。系统发出切除电力变压器A低压侧断路器断开命令，如果执行成功，继续发出切除高压侧断路器命令，否则停止发送命令。当切除电力变压器A高压侧断路器断开命令发出，且执行成功后，说明顺利切除电力变压器A；如果电力变压器A高压侧断路器命令执行失败，此时反向执行命令，将已经断开的电力变压器A低压侧断路器恢复为闭合状态。以上命令执行成功与失败均需遥信和遥测值进行验证判断。

如图3(c)所示是一台变压器运行转换至另一台变压器运行示意图。首先，根据单台变压器运行转换至两台变压器并列运行的控制方法，将两台电力变压器并列运行，即电力变压器B也投入运行；其次，待电力变压器A和B并列运行成功，再按照两台变压器并列运行转换至单台变压器运行的操作顺序，即切除原来运行中的电力变压器A。

II.控制命令执行策略

由于各个设备执行遥控命令时间有所不同，这就需要人为设定发出下条控制命令的时间间隔。如果间隔时间较短，就会造成前一条命令没有执行成功而后一条命令已经发出的情况，从而在经过遥信和遥测判断后，误认为前条命令执行失败，最终造成电力变压器运行方式调整失败。如果间隔时间较长，会造成命令迟迟不执行的假象。

解决上述问题的关键在于，首先，正确判断命令执行时间，包括命令发出至设备操作成功后的反叫时间；其次，对于执行失败的命令，进行二次执行，即重新发出执行命令。如果依旧执行失败，则停止发出命令。以上方法作为控制命令执行策略，在保证电网安全的前提下闭环控制电力变压器经济运行。

(三)牛顿-拉夫逊潮流计算

牛顿-拉夫逊法是常用的解非线性方程组的方法，也是当前广泛采用的计算潮流的方法。

I.潮流计算功率方程和等式约束条件

${\stackrel{g}{U}}_i\underset{j=1}{\overset{j=n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{*}{Y}}_{\mathrm{ij}}{\stackrel{*}{U}}_j=P_i+{\mathrm{jQ}}_i$

将Y_ij＝G_ij+jB_ij， ${\stackrel{g}{U}}_i=e_i+\mathrm{jf}$ 代入得：

$(e_i+{\mathrm{jf}}_i)\underset{j=1}{\overset{j=n}{\mathrm{\Σ}}}(G_{\mathrm{ij}}-j{B}_{\mathrm{ij}})(e_i-{\mathrm{jf}}_j)=P_i+{\mathrm{jQ}}_i$

将实数部分和虚数部分分列：

$\underset{j=1}{\overset{j=n}{\mathrm{\Σ}}}[e_i(G_{\mathrm{ij}}{e}_j-B_{\mathrm{ij}}{f}_j)+f_i(G_{\mathrm{ij}}{f}_j+B_{\mathrm{ij}}{e}_j)]=P_i$

$\underset{j=1}{\overset{j=n}{\mathrm{\Σ}}}[f_i(G_{\mathrm{ij}}{e}_j-B_{\mathrm{ij}}{f}_j)-e_i(G_{\mathrm{ij}}{f}_j+B_{\mathrm{ij}}{e}_j)]=Q_i$

对于PV节点

$e_i^2+f_i^2=U_i^2$

其中：

-节点i电压；

-节点i和j之间互导纳的共轭值；

-节点j电压的共轭值；P_i-节点i注入有功功率；Q_i-节点i注入无功功率；G_ij-节点i和j之间的互电导；B_ij-节点i和j之间的互电纳；e_i-节点i电压实部；f_i-节点i电压虚部；e_j-节点j电压实部；f_j-节点j电压虚部；j为复数计算中的字母，无实际意义。

II.对牛顿-拉夫逊法潮流计算的改进

i.由于小阻抗支路对节点电压影响较大，所以对其在满足工程要求的前提下，对所涉及到的节点初值做相应处理。

ii.根据电网实际运行情况，对于遥信和遥测信息有误的节点，在拓扑时做出处理，达到大电网到几个相对较小电网的简化，使其满足收敛条件。

(四)控制设备动作次数的限制

当负荷在一天内存在较多变动时，如果只是按照负荷波动变化来进行电力变压器运行方式的选择，就会使某些变压器频繁动作，缩短了变压器各侧断路器的使用寿命，从而增加了该设备的投资，从整体角度并没有达到节能的效果。因此当电力变压器一天内总的投切次数限定后，利用短期负荷预测来判断动作次数是否会超过限定次数，如果没有超过，则按照负荷波动来投切变压器，若超过了，则通过更改电力变压器的动作时间间隔或损耗减小的裕度等方法来闭环控制其运行。

综上，本发明方法借助电力变压器经济运行与牛顿-拉夫逊法潮流技术，整体计算，统一决策，协调管理，较好解决了电力变压器经济运行闭环自动控制问题。

Claims (1)

1、一种电力变压器实时闭环自动控制方法，其特征在于：包括数据准备阶段、理论线损分析阶段和电力变压器实时闭环自动控制阶段，具体步骤如下：

步骤1：程序开始后，利用电网实时运行数据采集模块从调度自动化的SCADA渠道采集得到实时数据；

步骤2：利用数据接口模块转换步骤1中采集的全网实时数据；

步骤3：通过遥信和遥测数据逻辑上的互相判断来检测实时数据的可靠性；

步骤4：当步骤3中检测的数据符合计算要求，则进入步骤6或步骤10；当步骤3中检测的数据不正常，则进入步骤5；

步骤5：在显示窗口用文字提示出数据不正常的信息，然后结束；

步骤6：理论线损分析模块根据电网实时数据计算分析出当前电网有功和无功损耗，并为用户显示出来；

步骤7：用牛顿-拉夫逊潮流计算法对电网实时数据进行计算；

步骤8：显示当前计算结果；

步骤9：将当前的计算值存入历史数据库，然后结束；

步骤10：利用电力变压器经济运行模块根据电网实时数据分析当前变压器各种运行方式下的电网损耗大小，并显示运行方式调整后的电网损耗以及较前一种运行方式所能减少的有功和无功损耗；

步骤11：通过电力变压器不同运行方式间的损耗对比，给出各个变电站的投切方案；

步骤12：通过遥信和遥测数据判断检测各变电站的电力设备是否满足正常的投切条件，当满足时，进入步骤14；当不满足时，则进入步骤13；

步骤13：进行不满足投切条件的语音提示，然后结束；

步骤14：根据各变电站的实时情况发出投切命令；

步骤15：通过变电站控制状态判断需要做出变压器运行方式调整的变电站是否处于实时闭环自动控制状态，即计算机自动控制变压器投切，如果是，则进入步骤18；如果不是，则进入

步骤16；

步骤16：显示当前变压器经济运行方式的调整建议，并由调度工作人员对变压器运行方式进行调整；

步骤17：将步骤16中的变压器运行方式调整建议存档保存，然后结束；

步骤18：对处于实时闭环自动控制的变电站，根据步骤14发出的投切命令，执行电力变压器运行方式调整命令；

步骤19：通过遥信和遥测数据判断检测步骤18中的执行命令是否成功，当执行命令不成功，则进入步骤20；当执行命令成功，则进入步骤21；

步骤20：根据步骤18中执行命令的实际执行情况给出执行命令失败的原因；

步骤21：将步骤19中检测到的执行命令成功信息或步骤20中的执行命令失败原因进行语音提示；

步骤22：将步骤18中执行命令的执行情况存档，然后结束；

其中：步骤1～4属于数据准备阶段，步骤6～9属于理论线损分析阶段，步骤10～22属于电力变压器实时闭环自动控制阶段；所述步骤10中的变压器各种运行方式包括：单台运行方式、并列运行方式和分列运行方式；

重复步骤1～22，形成一个实时闭环系统。

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