CN102354998A - 基于三维区图策略控制变压器运行的装置及方法 - Google Patents

基于三维区图策略控制变压器运行的装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种基于三维区图策略控制变压器运行的装置及方法，属于电力系统变压器控制技术领域，方法为设置变压器包括变压器A和变压器B，采集电力系统中的三相电压数据和三相电流数据；对采集到的三相电压数据和三相电流数据进行整流，并采用分时传送法将上述数据送入锁存器；将数据送入处理器的A/D转换器中，将模拟信号转换成数字信号，并在处理器中构造三维区图；通过电压、无功功率因数及变电站负荷在三维区图中形成的点的位置，判断变压器的运行状态，并对变压器进行调节；采用电压、功率因数及变电站负荷三参数控制策略，简单易用，条理清晰，对变压器运行状态的分析起到了简化的作用，实现变电站最优运行，降低变压器损耗，提高经济效益。

Description

基于三维区图策略控制变压器运行的装置及方法
技术领域
本发明属于电力系统变压器控制技术领域，特别涉及一种基于三维区图策略控制变压器运行的装置及方法。
背景技术
随着电力工业的快速发展，电网规模不断扩大，电力负荷迅速增长，导致社会对供电质量以及可靠性要求不断提高，电力系统的电压是衡量电能质量的一项重要指标，如果电压波动过大，不仅会影响电气设备的效率和寿命，甚至还会引起电压崩溃而造成大面积停电的严重事故；变压器是电力系统中一种重要的电力设备，其不仅总台数多于发电设备，而且总容量也远远大于发电机的总容量以及电动机的总容量，这也直接导致其损耗占到整个电力系统总电能损耗的30％左右，因此变压器的运行状况将直接影响到电力系统的运行经济性，而低功率因数更影响线路及变压器的经济运行，对于节能降耗、提高电力设备的供电能力极为不利，为了保证电网的平稳经济运行，在改善电能质量、提高功率因数、降低能量损耗的同时，必须对变压器的运行方式进行优化。
常见的平面区图法主要包括九区图法及其改进及五区图法，所述的9区图法是变电站电压综合控制的基本方法，是典型的电压、功率因数双参数控制策略，它根据固定的电压和功率因数的上下限将电压-无功平面分成9个区域，如图1所示，图中纵坐标为变压器低压侧电压U，横坐标为变压器高压侧功率因数
Figure BDA0000096562170000011
UH为电压上限，UL为电压下限，
Figure BDA0000096562170000012
为功率因数下限，
Figure BDA0000096562170000013
为功率因数上限，它们分别将纵、横坐标分为三段：对于纵坐标，高于UH，电压超上限，低于UL，电压超下限；对于横坐标，高于
Figure BDA0000096562170000014
功率因数高于上限，低于
Figure BDA0000096562170000015
功率因数低于下限，9区图的控制目标就是使电压和功率因数均控制在上、下限之间，也即9区的范围，如果出现电压和功率因数不能同时满足要求的情况，则优先保证电压合格。
除传统9区图外，许多研究人员对传统九区图进行了一些改进研究，现常用的一些改进区图法有11区图法、15区图法和17区图法等；
所述的11区图法的平面区域图如图2所示，它基本上类似于传统九图法，只是在原2区和6区各增加了一个子区以防止设备振荡、频繁操作的现象，根据该控制策略，当运行状态位于8区时，按传统9区图法控制策略，应先调整变压器分接头升压，若变压器分接头已调至最高档时，则投电容器；此时运行状态将位于9区或20区，从而无需再进行调节；若变压器的分接头不是位于最高档，则运行状态在变压器分接头升档后进行20区，然后按先升变压器分接头档位，再切除电容进行调节，使运行状态先进入2区，然后再到达9区，由此可见，该控制策略可以有效地消除设备的振荡、频繁操作；
15区图法的平面区域图如图3所示，其与传统九区图的区别在于在电压的上、下限之间增加了两条虚线，图3中的虚线表示临界参数，虚线之间表示电压合格区，虚线两侧表示电压死区，所述的临界参数可以根据需要进行设置，与传统九区图相比，15区图增加了6个控制区，控制范围更加精确，设备操作次数也相对减少；
17区图法的平面区域图如图4所示，17区图法的控制策略采用自动整定时，自适应于系统的接线方式，此时，根据系统的要求，可以分为五种方式进行：只考虑电压、只考虑无功、电压优先、无功优先和综合考虑，不同的区域需要采用不同的控制策略，一般而言，变电站首要考虑的是电压优先，然后再考虑无功。
5区图的控制理论是一种控制对象与传统九区图完全不同的电压无功综合控制(VQC)原理，它是基于动作效果预算的、以操作优劣距离为判据、面向VQC装置实施操作动作的原理，如图5所示。
任何一种VQC装置根据操作动作性质的不同，可以将其动作分为5类：
●不动作；
●升变压器档位；
●降变压器档位；
●投入电容器；
●切除电容器；
根据所给的控制目标，同时考虑闭锁约束条件，寻找所述5种操作动作中最优的一个作为最终的执行操作，因而形成了直接以装置动作为控制对象，面向操作动作的控制思想，因此，五区图的控制策略的控制精度、控制效果要比九区图控制策略好些；
将所述的5种操作在U-Q所形成的平面上对当前工作状态所处位置进行矢量化，可以得到如图6所示的矢量图。
前面所述的均为考虑电压-功率因数(无功)平面的双参数控制策略，但在变电站的实际运行中，还有一个重要的参数——变压器的运行状况没有考虑在内，因此，可能会出现一系列的问题，如：
(1)某个变电站中有多台变压器，在电压和功率因数都满足条件的时候，不知选择何种运行方式以使变电站的运行方式最优；
(2)单一根据变压器经济负载系数来确定变压器的运行方式，而没有考虑电压以及功率因数的条件，而导致虽然变压器的负载系数等于经济负载系数，但功率因数很低而使变压器的损耗并非最小的情况。
发明内容
针对现有方法存在的不足，本发明提出一种基于三维区图策略控制变压器运行的装置及方法，以达到使变压器在最优化方式下运行，降低变压器损耗的目的。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明一种基于三维区图策略控制变压器运行的装置，包括电流互感器、电压互感器、通道选择器、整流器、单片机、数据存储器、中断处理器、数据缓冲器、键盘显示芯片，还包括第一锁存器和第二锁存器，其连接关系如下：电流互感器的输出端连接通道选择器的第一组输入端，电压互感器的输出端连接通道选择器的第二组输入端，通道选择器的输出端连接整流器的输入端，整流器的输出端连接第一锁存器的输入端，第一锁存器的输出端连接单片机的A/D输入端，单片机的输入输出端连接第二锁存器的输入输出端，单片机的输出端连接数据存储器的第一输入端，第二锁存器的第一输出端连接数据存储器的第二输入端，第二锁存器的第二输出端连接数据缓冲器的输入端，第二锁存器的第三输出端连接键盘显示芯片的数据端，第二锁存器的第四输出端连接中断处理器的输入输出端；
一种基于三维区图策略控制变压器运行方法，采用前述基于三维区图策略控制变压器运行的装置，包括以下步骤：
步骤1：电力系统中，设置变压器包括变压器A和变压器B，采集电力系统中的三相电压数据和三相电流数据；
步骤2：对步骤1采集到的三相电压数据和三相电流数据进行整流，并采用分时传送法将上述数据送入锁存器；所述的分时传送法，方法如下：
将初始采集到的一组三相电压数据直接送入锁存器中锁存，一个周期后将采集的实时电流数据送入锁存器中锁存，再一个周期，将功率数据送入锁存器并将上述三组数据同时输出锁存器；
锁存器中的电压数据与经过两个周期后的实时电压数据并不相等，需要对其进行补偿，补偿公式如下：
du dt = Δu Δt = u N - u 0 t N - t 0 - - - ( 1 )
式中，Δu表示电压在两个周期的变化量，Δt表示2个周期，uN表示当前电压，u0表示锁存器中锁存的电压值，tN表示当前时刻，t0表示之前锁存电压的时刻；
锁存器中的电流数据与经过一个周期后的实时电流数据并不相等，需要对其进行补偿，补偿方法与电压补偿方法相同，其中电流的补偿公式如下：
di dt = Δi Δt ′ = i N - i 0 i N ′ - t 0 ′
式中，Δi表示电流在一个周期的变化量，Δt′表示1个周期，iN表示当前电流，i0表示锁存器中锁存的电流值，t′N表示当前时刻，t′0表示之前锁存电流的时刻；
步骤3：将步骤2处理过的数据送入处理器的A/D转换器中，将模拟信号转换成数字信号，并在处理器中构造三维区图；
所述的三维区图是指：在九区二维平面区图的基础上，增加变电站负荷，构成由三相电压U、无功功率因数及变电站负荷S三个坐标轴组成的三维区图；
所述的三维区图的命名规则为：①各层内的编号顺序同于传统九区图的编号顺序；②S轴的编号顺序根据临界负载功率沿S轴正向由小到大排列，当S轴被分为N段时，位于最下层的序号为1，最上层的序号为N，所述的临界负载是指使变压器切换运行方式的负载值；
综上所述，三维区图中各区域的编号由两位数组成：第一位数表示该区域位于S轴的第几层，第二位数表示该区域位于该层内类似于传统九区图中某区域的位置；由此将最低层的9个区域编号为11～19，中间层的9个区域编号为21～29，最上层的9个区域编号为31～39；
所述的构造三维区图，其方法如下：
步骤3-1：以三相电压、无功功率因数及变电站负荷三个参数构造三维坐标系；
步骤3-2：确定临界负载功率极限值，方法为：临界负载的值根据变压器本身的名牌参数确定，即已知目标变电站中变压器型号，即可确定临界负载的值；
步骤3-3：确定三相电压极限值，包括两种方式：
第一种方式为：电压的上限值设定为电压合格范围的最大正偏移值或上限值设定为略低于最大偏移值2％的数值；电压的下限值设定为电压合格范围的最大负偏移值或设定为略高于最大负偏移值2％的数值；
第二种方式为：根据变电站需要将一个时间段划分为若干个子段，然后按子段分别设置电压的极限值，所述的一个时间段包括1天、1周、1个月；
采用逆调压方法对所述第一种方式及所述第二种方式确定的三相电压极限值进行修正，所述的逆调压方法是：在负荷达到高峰时升高中枢点电压，在负荷达到低谷时降低中枢点电压；优化逆调压的补偿效果，方法为：高峰负荷时使电压偏向上限运行，并提高电压的下限值；在低谷负荷时使电压偏向下限运行，并降低电压的上限值。
步骤3-4：确定无功功率因数极限值，包括两种方式：
第一种方式：按恒定值设定无功功率因数的极限值，方法为：
根据变电站对功率因数的要求设定其极限值，其设定遵循下述规则之一：第一种规则：变电站要求最大负荷时的功率因数不得低于0.9，越接近于1越好，因此设定功率的上限值为1，下限值为0.9；第二种规则为：由于110KV及以下等级变电站不允许向电网倒送无功，因此设置无功的下限值为0，上限值为单组电容器的1.3倍；
第二种方式：按曲线设定无功功率的极限值，方法为：根据变电站需要将一个时间段划分为若干个子段，然后按子段分别设置无功功率因数的极限值，所述的一个时间段包括1天、1周、1个月；
采用逆调压方法对上述两种方式进行修正，方法与步骤3-3相同；
步骤4：通过电压、无功功率因数及变电站负荷在三维区图中形成的点的位置，判断变压器的运行状态，并对变压器进行调节，包括三维区图法及三维区图投影法两种方法，所述的三位区图法过程如下：设定为低临界负载，为高临界负载；
若所述的点落入11区，说明电压超下限，功率因数超上限，负载功率低于对变压器进行调节：优先升变压器分接头，后再切除电容器，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入12区，说明电压合格，功率因数超上限，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000054
对变压器进行调节：切除电容器，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入13区，说明电压超上限，功率因数超上限，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000055
对变压器进行调节：优先切除电容器，后再降变压器分接头，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入14区，说明电压超上限，功率因数合格，负载功率低于对变压器进行调节：降变压器分接头，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入15区，说明电压超上限，功率因数超下限，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000057
应执行：优先降变压器分接头，后再投入电容器，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入16区，说明电压合格，功率因数超下限，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000058
对变压器进行调节：投入电容器，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入17区，说明电压超下限，功率因数超下限，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000059
对变压器进行调节：优先投入电容器，后再升变压器分接头，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入18区，说明电压超下限，功率因数合格，负载功率低于
Figure BDA00000965621700000510
对变压器进行调节：升变压器分接头，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入19区，说明电压合格，功率因数合格，负载功率低于
Figure BDA00000965621700000511
对变压器进行调节：保持变压器分接头位置以及电容器投切状态不变，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入21区，说明电压超下限，功率因数超上限，负载功率界于
Figure BDA00000965621700000512
与
Figure BDA00000965621700000513
之间，对变压器进行调节：优先升变压器分接头，后再切除电容器，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入22区，说明电压合格，功率因数超上限，负载功率界于
Figure BDA0000096562170000061
与
Figure BDA0000096562170000062
之间，对变压器进行调节：切除电容器，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入23区，说明电压超上限，功率因数超上限，负载功率界于
Figure BDA0000096562170000063
与
Figure BDA0000096562170000064
之间，对变压器进行调节：优先切除电容器，后再降变压器分接头，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入24区，说明电压超上限，功率因数合格，负载功率界于
Figure BDA0000096562170000065
与
Figure BDA0000096562170000066
之间，对变压器进行调节：降变压器分接头，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入25区，说明电压超上限，功率因数超下限，负载功率界于与
Figure BDA0000096562170000068
之间，对变压器进行调节：优先降变压器分接头，后再投入电容器，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入26区，说明电压合格，功率因数超下限，负载功率界于
Figure BDA0000096562170000069
与
Figure BDA00000965621700000610
之间，对变压器进行调节：投入电容器，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入27区，说明电压超下限，功率因数超下限，负载功率界于
Figure BDA00000965621700000611
与
Figure BDA00000965621700000612
之间，对变压器进行调节：优先投入电容器，后再升变压器分接头，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入28区，说明电压超下限，功率因数合格，负载功率界于
Figure BDA00000965621700000613
与
Figure BDA00000965621700000614
之间，对变压器进行调节：升变压器分接头，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入29区，说明电压合格，功率因数合格，负载功率界于
Figure BDA00000965621700000615
与之间，对变压器进行调节：保持变压器分接头位置以及电容器投切状态不变，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入31区，说明电压超下限，功率因数超上限，负载功率高于对变压器进行调节：优先升变压器分接头，后再切除电容器，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入32区，说明电压合格，功率因数超上限，负载功率高于
Figure BDA00000965621700000618
对变压器进行调节：切除电容器，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入33区，说明电压超上限，功率因数超上限，负载功率高于对变压器进行调节：优先切除电容器，后再降变压器分接头，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入34区，说明电压超上限，功率因数合格，负载功率高于
Figure BDA00000965621700000620
对变压器进行调节：降变压器分接头，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入35区，说明电压超上限，功率因数超下限，负载功率高于
Figure BDA00000965621700000621
对变压器进行调节：优先降变压器分接头，后再投入电容器，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入36区，说明电压合格，功率因数超下限，负载功率高于
Figure BDA0000096562170000071
对变压器进行调节：投入电容器，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入37区，说明电压超下限，功率因数超下限，负载功率高于对变压器进行调节：优先投入电容器，后再升变压器分接头，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入38区，说明电压超下限，功率因数合格，负载功率高于对变压器进行调节：升变压器分接头，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入38区，说明电压合格，功率因数合格，负载功率高于
Figure BDA0000096562170000074
对变压器进行调节：保持变压器分接头位置以及电容器投切状态不变，同时变压器AB并列运行；
所述的三维区图投影法，过程如下：
在步骤3建立的三维区图基础上，省略电压、无功功率因数及变电站负荷三个参数中的一个，可以得到另两个参数形成的平面投影：
向
Figure BDA0000096562170000075
平面进行投影时，UL表示低临界电压，UH为高临界电压，当电压处于UL与UH之间，以90度角度进行向下垂直的投影，得到二维九区图形状的投影，当电压U不在这一范围时，投影角度α会随U变化，当U大于UH时，投影角度为锐角，投影形状如图16所示；当S小于UL时，投影角度为钝角，投影形状如图17所示。应以α角度进行投影，所述投影角度α按如下公式计算：
tan α = U - ( U H - U L ) U - - - ( 2 )
通过调节作为投影轴的参数的大小，得到90度的投影角度，经投影后形成二维区图，其命名规则为：垂直向下形成的投影区域，由3个数字表示，用直线分隔，三个数字分别为沿三维立体图纵轴排列的3个子空间的代号；
通过电压、无功功率因数在二维区图中形成的点的位置，判断变压器的运行状态，并对变压器进行调节，方法为：
若所述的点落入15/16/17区，说明功率因数超下限，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000077
对变压器进行调节：投入电容器，变压器A独立运行；
若所述的点落入14/18/19区，说明功率因数合格，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000078
对变压器进行调节：保持现有电容器投切状态，变压器A独立运行；
若所述的点落入11/12/13区，说明功率因数超上限，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000081
对变压器进行调节：切除电容器，变压器A独立运行；
若所述的点落入25/26/27区，说明功率因数超下限，负载功率界于
Figure BDA0000096562170000082
与
Figure BDA0000096562170000083
之间，对变压器进行调节：投入电容器，变压器B独立运行；
若所述的点落入24/28/29区，说明功率因数合格，负载功率界于
Figure BDA0000096562170000084
与
Figure BDA0000096562170000085
之间，对变压器进行调节：保持现有电容器投切状态，变压器B独立运行；
若所述的点落入35/36/37区，说明功率因数超下限，负载功率高于
Figure BDA0000096562170000086
对变压器进行调节：投入电容器，变压器AB独立运行；
若所述的点落入34/38/39区，说明功率因数合格，负载功率高于，对变压器进行调节：保持现有电容器投切状态，变压器AB独立运行；
若所述的点落入31/32/33区，说明功率因数超上限，负载功率高于
Figure BDA0000096562170000087
对变压器进行调节：切除电容器，变压器AB独立运行；
另两种投影方式于此相同，在此不再赘述。
本发明优点：采用电压、功率因数及变电站负荷三参数控制策略，简单易用，条理清晰，对变压器运行状态的分析起到了简化的作用，实现变电站最优运行，降低变压器损耗，提高经济效益。
附图说明
图1为基于三维区图策略控制变压器运行方法传统9区图结构图；
图2为基于三维区图策略控制变压器运行方法11区图结构图；
图3为基于三维区图策略控制变压器运行方法15区图结构图；
图4为基于三维区图策略控制变压器运行方法17区图结构图；
图5为基于三维区图策略控制变压器运行方法5区图结构图；
图6为基于三维区图策略控制变压器运行方法5区图的矢量图；
图7为基于三维区图策略控制变压器运行的装置结构框图；
图8为基于三维区图策略控制变压器运行的装置电路原理图；
图9为基于三维区图策略控制变压器运行的装置整流器的电路原理图；
图10为基于三维区图策略控制变压器运行方法流程图；
图11为基于三维区图策略控制变压器运行方法三维区图结构图；
图12为基于三维区图策略控制变压器运行方法某发电站的负荷情况三维区图；
图13为基于三维区图策略控制变压器运行方法某变电站的负荷-综合功率损耗曲线图；
图14为基于三维区图策略控制变压器运行方法三维区图在
Figure BDA0000096562170000091
平面上的投影；
图15为基于三维区图策略控制变压器运行方法三维区图在U-S平面上的投影；
图16为基于三维区图策略控制变压器运行方法S大于时投影形状示意图；
图17为基于三维区图策略控制变压器运行方法S小于
Figure BDA0000096562170000093
时投影形状示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中，以某电业局在2008年6月25日11时的负荷状况为例，说明基于三维区图策略控制变压器运行方法，本实施例中，变压器运行方式为#2变压器独立运行；变电站的有功功率为91.8068MW；变电站的无功功率为44.5795Mvar；低压侧平均电压为65.69KV，
本实施例中，一种基于三维区图策略控制变压器运行的装置，其框图如图7所述，其中，单片机的型号为87C552，锁存器的型号为74LS373，数据缓冲器的型号为8155，数据存储器的型号为28C512，中断处理模块芯片的型号为MC146818，键盘显示芯片的型号为8279，通道选择器的型号为74HC4051，电流互感器的型号为LZZBJ9-12，电压互感器的型号为JDZ10-10；
其连接关系如下，如图8和图9所示：第一锁存器的Q0至Q3端连接87C552的AD1端，第二锁存器的D0端连接87C552的P0端，87C552的P2端连接28C512的I/O3～I/O5，87C552的P0连接8155的I/O端，87C552的P0端、INT1端连接MC146818的I/O端、IRQ端；
电流传感器及电压传感器采样过程如下：根据已经采得的信号周期0，连续对单相信号的电压、电流互感器输出信号在半个周期内进行交替的时间间隔采样：单相采样时，先检测电压传感器输出信号的过零点(A/D转换值小与某一范围就算做零点)，若检测到，则从此时刻开始对采样的数据进行记录，此时刻电压采集完，立即接着对电流进行采样，完毕后停若干个周期(这样使得半个周期内采样的数据各在50个)后进行第二次采样、判断是否过零，一直到再次检测到零点结束此相采样；
中断处理模块MC146818中断处理过程如下：初始化设定MC146818每一秒钟产生一次中断，进入中断后，首先判别系统是否断电，方法是：每秒钟对MC146818计时区的时、分、秒做一个拷贝，拷贝到MC146818的用户随机存储单元(因为是电池供电RAM数据在停电时不会丢失)，正常情况下，下一次中断时计时区的时间和拷贝的时间应该是一秒之差，若系统曾掉电，则尽管MC146818仍在工作，时间拷贝却停止，故如果每次中断时首先比较计时区和拷贝的时间，就可判断是否曾停电：若是停电，拷贝区的时间即是停电的起始时间，而计时区的时间必定是停电结束的时间，当断定曾停电时，即将起始和结束时间以特殊的数据标记，一同写入28C512，再进行下一次的时间拷贝；在无停电正常情况下直接进行时间拷贝，存入28C512的固定单元；
本实施例中，一种基于三维区图策略控制变压器运行方法，其流程图如图10所示，包括以下步骤：
步骤1：采集电压数据和电流数据，并计算功率因数，如表1所示；
表1为采集到的电压及电流值
  电压/KV   电流/A   功率因数
  66.5   125.6   0.922194
  67.8   125.8   0.940554
  68.1   126.1   0.919923
  66.6   125.6   0.961524
步骤2：将采集到的第一组电压数据66.5KV存入锁存器中，经过一个周期后，将第一组电流数据125.6存入锁存器中，再经过一个周期，将第一组功率因数0.922194存入锁存器，在第一组功率因数进入锁存器的同时，将上述三个数据同时输出锁存器，由于电压数据最先进入锁存器，在锁存器中停留了2个周期，因此当功率因数进入锁存器时，所述电压数据已经与2个周期后实时传送来的电压数据不同，因此需要对所述锁存器中的电压数据进行补偿；所述的电流数据原理与此相同，因电流数据在锁存器中比功率因数数据早进入1个周期，因此也需要对其进行补偿，公式如下：
du dt = Δu Δt = u N - u 0 t N - t 0 - - - ( 3 )
步骤3：将步骤2处理过的数据送入处理器的A/D转换器中，构造三维区图，如图11及图12所示；
步骤3-1：以电压、功率因数及变电站负荷三个参数构造三维坐标系；
步骤3-2：确定临界负载功率极限值为
Figure BDA0000096562170000102
电压的合格范围按电力局规定执行，一般66KV电压等级的波动范围为-3％～+7％，即电压值的合格范围为64.02～70.62KV；功率因数合格范围设定为0.93～0.98，所以三维区图中的负载S轴以为界限值，如图13所示，划分为两个区域，在该情况下的三维区图将被划分为18个子区域；
步骤3-3：确定电压极限值为UL＝64.02及UH＝70.62；
步骤3-4：确定无功功率因数极限值为
Figure BDA0000096562170000104
Figure BDA0000096562170000105
若选用三维区图法，则步骤4的过程如下：
电压、无功功率因数及变电站负荷在三维区图中形成的点的位置处于该三维区图中的26区，表明当前变电站的运行状况是电压合格、功率因数越下限、负载功率超临界值，参考前面所述的三维区图法，在保持变压器分接头位置的前提下，为提高功率因数，需要投入电容器以降低无功，需要将变压器的运行方式由B变压器独立运行切换为A、B变压器并列运行；
若选用三维区图投影法，则步骤4过程如下：
本实施例中，采用U-S平面的投影，如图15所示，公式如下：
Figure BDA0000096562170000111
当通过调解无功功率因数
Figure BDA0000096562170000112
的值使投影角度为90度时，通过电压、变电站负荷在二维区图中形成的点的位置，判断变压器的运行状态，并对变压器进行调节，方法为：
若该点落在11/17/18区域，说明电压超下限，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000113
对变压器进行调节：升高变压器分接头，变压器A独立运行；
若该点落在12/16/19区域，说明电压合格，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000114
对变压器进行调节：保持变压器分接头位置，变压器A独立运行；
若该点落在13/14/15区域，说明电压超上限，负载功率低于
Figure BDA0000096562170000115
对变压器进行调节：降低变压器分接头，变压器A独立运行；
若该点落在21/27/28区域，说明电压超下限，负载功率界于
Figure BDA0000096562170000116
与
Figure BDA0000096562170000117
之间，对变压器进行调节：升高变压器分接头，变压器B独立运行；
若该点落在22/26/29区域，说明电压合格，负载功率界于
Figure BDA0000096562170000118
与
Figure BDA0000096562170000119
之间，对变压器进行调节：保持变压器分接头位置，变压器B独立运行；
若该点落在23/24/25区域，说明电压超上限，负载功率界于
Figure BDA00000965621700001110
与
Figure BDA00000965621700001111
之间，对变压器进行调节：降低变压器分接头，变压器B独立运行；
若该点落在31/37/38区域，说明电压超下限，负载功率高于对变压器进行调节：升高变压器分接头，变压器AB并列运行；
若该点落在32/36/39区域，说明电压合格，负载功率高于对变压器进行调节：保持变压器分接头位置，变压器AB并列运行；
若该点落在33/34/35区域，说明电压超上限，负载功率高于
Figure BDA00000965621700001114
对变压器进行调节：降低变压器分接头位置，变压器AB并列运行。

Claims (2)

1.一种基于三维区图策略控制变压器运行的装置，包括电流互感器、电压互感器、通道选择器、整流器、单片机、数据存储器、数据缓冲器、键盘显示芯片，其特征在于：还包括第一锁存器和第二锁存器，其连接关系如下：整流器的输出端连接第一锁存器的输入端，第一锁存器的输出端连接单片机的输入端，单片机的输入输出端连接第二锁存器的输入输出端，第二锁存器的第一输出端连接数据存储器的输入端，第二锁存器的第二输出端连接数据缓冲器的输入端，第二锁存器的第三输出端连接键盘显示芯片的输入端。
2.一种基于三维区图策略控制变压器运行的方法，其特征在于：采用权利要求1所述的基于三维区图策略控制变压器运行的装置，对电力系统中的变压器A和变压器B进行控制，包括以下步骤：
步骤1：采集电力系统中的三相电压数据和三相电流数据；
步骤2：对步骤1采集到的三相电压数据和三相电流数据进行整流，并采用分时传送法将上述数据送入锁存器；所述的分时传送法，方法如下：
将初始采集到的一组三相电压数据直接送入锁存器中锁存，一个周期后将采集的实时电流数据送入锁存器中锁存，再一个周期，将功率数据送入锁存器，在功率数据进入锁存器的同时将上述三组数据同时输出锁存器；
锁存器中的电压数据与经过两个周期后的实时电压数据并不相等，需要对其进行补偿，补偿公式如下：
du dt = Δu Δt = u N - u 0 t N - t 0 - - - ( 1 )
式中，Δu表示电压在两个周期的变化量，Δt表示2个周期，uN表示当前电压，u0表示锁存器中锁存的电压值，tN表示当前时刻，t0表示之前锁存电压的时刻；
锁存器中的电流数据与经过一个周期后的实时电流数据并不相等，需要对其进行补偿，对电流进行补偿的公式如下：
di dt = Δi Δt ′ = i N - i 0 i N ′ - t 0 ′
式中，Δi表示电流在一个周期的变化量，Δt′表示1个周期，iN表示当前电流，i0表示锁存器中锁存的电流值，t′N表示当前时刻，t′0表示之前锁存电流的时刻；
步骤3：将步骤2处理过的数据送入单片机的A/D转换器中，将模拟信号转换成数字信号，并在单片机中构造三维区图；
所述的三维区图是指：由三相电压U、无功功率因数
Figure FDA0000096562160000021
及变电站负荷S三个坐标轴组成的三维区图；
所述的三维区图的命名规则为：①各层内的编号顺序同于传统九区图的编号顺序；②S轴的编号顺序根据临界负载功率沿S轴正向由小到大排列，当S轴被分为N段时，位于最下层的序号为1，最上层的序号为N，所述的临界负载是指使变压器切换运行方式的负载值；
三维区图中各区域的编号由两位数组成：第一位数表示该区域位于S轴的第几层，第二位数表示该区域位于该层中某区域的位置；由此将最低层的9个区域编号为11～19，中间层的9个区域编号为21～29，最上层的9个区域编号为31～39；
所述的构造三维区图，其方法如下：
步骤3-1：以三相电压、无功功率因数及变电站负荷三个参数构造三维坐标系；
步骤3-2：确定临界负载功率极限值，方法为：临界负载的值根据变压器本身的名牌参数确定，即已知目标变电站中变压器型号，即可确定临界负载的值；
步骤3-3：确定三相电压极限值，包括两种方式：
第一种方式为：电压的上限值设定为电压合格范围的最大正偏移值或上限值设定为略低于最大偏移值2％的数值；电压的下限值设定为电压合格范围的最大负偏移值或设定为略高于最大负偏移值2％的数值；
第二种方式为：将一个时间段划分为若干个子段，按子段分别设置电压的极限值，所述的一个时间段包括1天、1周、1个月；
采用逆调压方法对所述第一种方式及所述第二种方式确定的三相电压极限值进行修正，所述的逆调压方法是：在负荷达到高峰时升高中枢点电压，在负荷达到低谷时降低中枢点电压；优化逆调压的补偿效果，方法为：高峰负荷时使电压偏向上限运行，并提高电压的下限值；在低谷负荷时使电压偏向下限运行，并降低电压的上限值；
步骤3-4：确定无功功率因数极限值，包括两种方式：
第一种方式：按恒定值设定无功功率因数的极限值，方法为：
根据变电站对功率因数的要求设定其极限值，其设定遵循下述规则之一：第一种规则：设定功率的上限值为1，下限值为0.9；第二种规则为：设置无功的下限值为0，上限值为单组电容器的1.3倍；
第二种方式：按曲线设定无功功率的极限值，方法为：将一个时间段划分为若干个子段，按子段分别设置无功功率因数的极限值，所述的一个时间段包括1天、1周、1个月；
采用逆调压方法对上述两种方式进行修正，方法与步骤3-3相同；
步骤4：通过电压、无功功率因数及变电站负荷在三维区图中形成的点的位置，判断变压器的运行状态，并对变压器进行调节，包括三维区图法及三维区图投影法两种方法，所述的三位区图法过程如下：设定为低临界负载，
Figure FDA0000096562160000032
为高临界负载；
若所述的点落入11区，说明电压超下限，功率因数超上限，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000033
对变压器进行调节：优先升变压器分接头，后再切除电容器，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入12区，说明电压合格，功率因数超上限，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000034
对变压器进行调节：切除电容器，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入13区，说明电压超上限，功率因数超上限，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000035
对变压器进行调节：优先切除电容器，后再降变压器分接头，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入14区，说明电压超上限，功率因数合格，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000036
对变压器进行调节：降变压器分接头，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入15区，说明电压超上限，功率因数超下限，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000037
应执行：优先降变压器分接头，后再投入电容器，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入16区，说明电压合格，功率因数超下限，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000038
对变压器进行调节：投入电容器，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入17区，说明电压超下限，功率因数超下限，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000039
对变压器进行调节：优先投入电容器，后再升变压器分接头，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入18区，说明电压超下限，功率因数合格，负载功率低于
Figure FDA00000965621600000310
对变压器进行调节：升变压器分接头，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入19区，说明电压合格，功率因数合格，负载功率低于
Figure FDA00000965621600000311
对变压器进行调节：保持变压器分接头位置以及电容器投切状态不变，同时变压器A独立运行；
若所述的点落入21区，说明电压超下限，功率因数超上限，负载功率界于与
Figure FDA00000965621600000313
之间，对变压器进行调节：优先升变压器分接头，后再切除电容器，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入22区，说明电压合格，功率因数超上限，负载功率界于
Figure FDA00000965621600000314
与
Figure FDA00000965621600000315
之间，对变压器进行调节：切除电容器，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入23区，说明电压超上限，功率因数超上限，负载功率界于与
Figure FDA00000965621600000317
之间，对变压器进行调节：优先切除电容器，后再降变压器分接头，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入24区，说明电压超上限，功率因数合格，负载功率界于
Figure FDA00000965621600000318
与
Figure FDA00000965621600000319
之间，对变压器进行调节：降变压器分接头，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入25区，说明电压超上限，功率因数超下限，负载功率界于
Figure FDA0000096562160000041
与
Figure FDA0000096562160000042
之间，对变压器进行调节：优先降变压器分接头，后再投入电容器，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入26区，说明电压合格，功率因数超下限，负载功率界于与
Figure FDA0000096562160000044
之间，对变压器进行调节：投入电容器，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入27区，说明电压超下限，功率因数超下限，负载功率界于
Figure FDA0000096562160000045
与之间，对变压器进行调节：优先投入电容器，后再升变压器分接头，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入28区，说明电压超下限，功率因数合格，负载功率界于
Figure FDA0000096562160000047
与
Figure FDA0000096562160000048
之间，对变压器进行调节：升变压器分接头，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入29区，说明电压合格，功率因数合格，负载功率界于与
Figure FDA00000965621600000410
之间，对变压器进行调节：保持变压器分接头位置以及电容器投切状态不变，同时变压器B独立运行；
若所述的点落入31区，说明电压超下限，功率因数超上限，负载功率高于
Figure FDA00000965621600000411
对变压器进行调节：优先升变压器分接头，后再切除电容器，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入32区，说明电压合格，功率因数超上限，负载功率高于
Figure FDA00000965621600000412
对变压器进行调节：切除电容器，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入33区，说明电压超上限，功率因数超上限，负载功率高于
Figure FDA00000965621600000413
对变压器进行调节：优先切除电容器，后再降变压器分接头，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入34区，说明电压超上限，功率因数合格，负载功率高于对变压器进行调节：降变压器分接头，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入35区，说明电压超上限，功率因数超下限，负载功率高于
Figure FDA00000965621600000415
对变压器进行调节：优先降变压器分接头，后再投入电容器，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入36区，说明电压合格，功率因数超下限，负载功率高于
Figure FDA00000965621600000416
对变压器进行调节：投入电容器，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入37区，说明电压超下限，功率因数超下限，负载功率高于
Figure FDA00000965621600000417
对变压器进行调节：优先投入电容器，后再升变压器分接头，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入38区，说明电压超下限，功率因数合格，负载功率高于
Figure FDA00000965621600000418
对变压器进行调节：升变压器分接头，同时变压器AB并列运行；
若所述的点落入38区，说明电压合格，功率因数合格，负载功率高于
Figure FDA0000096562160000051
对变压器进行调节：保持变压器分接头位置以及电容器投切状态不变，同时变压器AB并列运行；
所述的三维区图投影法，过程如下：
在步骤3建立的三维区图基础上，省略电压、无功功率因数及变电站负荷三个参数中的一个，可以得到另两个参数形成的平面投影：
向
Figure FDA0000096562160000052
平面进行投影时，UL表示低临界电压，UH为高临界电压，当电压处于UL与UH之间，以90度角度进行向下垂直的投影，得到二维九区图形状的投影，当电压U不在这一范围时，投影角度α会随U变化，以α角度进行投影，所述投影角度α按如下公式计算：
tan α = U - ( U H - U L ) U
经投影后形成的二维区图，其命名规则为：垂直向下形成的投影区域，由3个数字表示，用斜线分隔，三个数字分别为沿三维立体图纵轴排列的3个子空间的代号；
通过电压、无功功率因数在二维区图中形成的点的位置，判断变压器的运行状态，并对变压器进行调节，方法为：
若所述的点落入15/16/17区，说明功率因数超下限，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000054
对变压器进行调节：投入电容器，变压器A独立运行；
若所述的点落入14/18/19区，说明功率因数合格，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000055
对变压器进行调节：保持现有电容器投切状态，变压器A独立运行；
若所述的点落入11/12/13区，说明功率因数超上限，负载功率低于
Figure FDA0000096562160000056
对变压器进行调节：切除电容器，变压器A独立运行；
若所述的点落入25/26/27区，说明功率因数超下限，负载功率界于与
Figure FDA0000096562160000058
之间，对变压器进行调节：投入电容器，变压器B独立运行；
若所述的点落入24/28/29区，说明功率因数合格，负载功率界于
Figure FDA0000096562160000059
与之间，对变压器进行调节：保持现有电容器投切状态，变压器B独立运行；
若所述的点落入35/36/37区，说明功率因数超下限，负载功率高于对变压器进行调节：投入电容器，变压器AB独立运行；
若所述的点落入34/38/39区，说明功率因数合格，负载功率高于，对变压器进行调节：保持现有电容器投切状态，变压器AB独立运行；
若所述的点落入31/32/33区，说明功率因数超上限，负载功率高于
Figure FDA0000096562160000061
对变压器进行调节：切除电容器，变压器AB独立运行。
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