CN105914742A - 基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统及方法，调压装置与变压器本体分离，包括人机系统、与所述人机系统进行通讯连接的控制保护系统以及永磁开关电路，所述控制保护系统根据所述永磁开关电路的信号反馈触发驱动所述永磁开关电路，所述控制保护系统包括模拟信号调理电路，所述模拟信号调理电路通过AD转换器连接DSP核芯，所述DSP核芯与开关量输入输出电路相连进行数据通信，还包括与所述开关量输入输出电路相连的光电隔离驱动电路，以及所述光电隔离驱动电路连接的开关量输入电路、开关量输出电路、光触发信号电路以及输入光回报信号至所述开关量输入输出电路的光回报信号电路以及与以太网进行通信的通信口。

Description

基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统及方法。

背景技术

配电变压器有载调压是提高配网经济运行水平，保证供电电压质量的重要手段。目前配电变压器有载自动调压通常采用机械式有触点自动分接开关，这种开关改变分接头时因产生电弧必须安装在独立的油箱中，且不适合频繁操作。运行中主要存在以下问题：

1、有载调压装置故障率高：由于常规有载调压装置机械结构复杂，对变压器油有污染，运行中易故障，维护工作量大的缺点。经调研目前邯郸供电公司在役有载配电变压器13台，应装置故障均未实现有载调压。

2、有载调压装置配置率低，部分用户供电电压合格率偏低：虽然近几年加大对配电网的投资力度，但仍然存在配电变压器布点不合理、配电网老旧、供电半径长、供电结构不合理等问题，致使用户供电电压合格率偏低，且短期内不能完全解决。同时，部分用户负荷呈现日或季度周期性变化，不采取有载调压方式难以满足供电电压合格率要求。

3、配电变压器配置无功补偿装置运行不经济。为提升配电网经济运行水平，配电变压器逐步配置无功补偿装置，在没有实时的电压调整配合下，无功补偿装置难以确保补偿效果。

总之，就目前配电网运行情况，对部分配电台区实现有载调压，是提升供电电压合格率，提高经济运行水平的必要手段。但由于现有有载调压装置运行中易故障，维护工作量大的缺点，是配电网中有载配电变压器难以普及的主要技术瓶颈。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统。

本发明基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统，包括：包括人机系统、与所述人机系统进行通讯连接的控制保护系统以及永磁开关电路，所述控制保护系统根据所述永磁开关电路的信号反馈触发驱动所述永磁开关电路，所述控制保护系统包括模拟信号调理电路，所述模拟信号调理电路通过AD转换器连接DSP核芯，所述DSP核芯与开关量输入输出电路相连进行数据通信，还包括与所述开关量输入输出电路相连的光电隔离驱动电路，所述光电隔离驱动电路连接开关量输入接口、开关量输出接口；还包括输入光回报信号至所述开关量输入输出电路的光回报信号电路以及与以太网进行通信的通信口；

电压和电流信号经PT和CT，进入模拟信号调理电路，然后加到AD转换器，进行DSP处理，处理完经AD采样的模拟信号后，根据计算出的控制、保护参数，比较和判断电压、支路电流物理量后输出控制保护动作信号，并形成带时标的事件记录然后上传人机系统。

进一步地，所述的直动式真空永磁开关包括开关底座、A永磁操动机构、B永磁操动机构、B拐臂和智能控制器，A永磁操动机构和B永磁操动机构分别通过支架安装在开关底座上，A磁操动机构和B永磁操动机构由PLC控制器控制，A真空灭弧室、B真空灭弧室、C真空灭弧室和D真空灭弧室分别通过支架安装在开关底座上，A拐臂和B拐臂分别活动安装在开关底座上，A永磁操动机构和B永磁操动机构的驱动杆一端分别与A拐臂和B拐臂的上端传动相连，A拐臂和B拐臂一侧的上端分别与B真空灭弧室和D真空灭弧室的动端活动相连，A拐臂和B拐臂一侧的下端分别与A真空灭弧室和C真空灭弧室的动端活动相连，A真空灭弧室、B真空灭弧室、C真空灭弧室和D真空灭弧室的静端依次接A、B、C三相的输入和公共端D的输出，A真空灭弧室、B真空灭弧室、C真空灭弧室和D真空灭弧室的动端依次接A、B、C三相的的输出和公共端D的输入，A、B相的输出分别通过导电排与公共端D的D真空灭弧室动端并联，公共端D的输出通过导电排与C相的C真空灭弧室动端串接。

进一步地，所述通信口包括用于调试的RS232通信口、用于监控系统通信的RS232/485通信口。

进一步地，控制保护系统与永磁开关电路之间采用光隔开关量联络，完成控制和状态反馈。

为达到上述发明目的，本发明基于柔性控制技术的有载调压装置的控制方法，包括上述的基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统，所述控制方法包括：

配电变压器上电前，永磁开关K3或K1/K4已处于导通状态，当变压器合闸后，监控系统自动检测配电变压器的输出电压，

若0.95UN<U2<1.05UN，则K1导通，过零检测、触发T2，若K3导通，关断K3、触发K1、关断T2；若K3不导通，关断K4、触发K3、关断T2；

U2<0.95UN，则K4导通，过零检测、触发T2，若K3导通，关断K3、触发K4、关断T2；若K3不导通，关断K1、触发K3、关断T2。

有益效果

本发明基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统与现有技术具备如下有益效果：

配电变压器分接头柔性控制调压装置采用直动式永磁开关机构，直动式永磁开关易于实现计算机控制、具有结构简洁、关断与导通变换快，变换过程中由真空室灭弧，耐用可靠等优点。将其作为变压器的有载分接开关将具有造价低、寿命长、可频繁调节、可靠性高等优点。有载调压装置可与配电变压器厂家配套，也可外挂独立安装，便于对在役无载调压三(或五)分接头励磁配电变压器进行有载改造，能够根据供电电压的波动，自动调节变压器的输出电压，使配电变压器输出电压能够始终在其额定电压附近,满足国标电能质量电压水平要求。相对于现有有载调压技术，本项目装置采用柔性控制技术，具有调节速度快、可频繁动作、免维护、运行可靠的技术特点；电压一步到位调节方式，寿命相当于真空开关有载调压的2～3倍；投入运行，能够有效提高电压合格率水平，满足社会用电需求。

附图说明

图1是本发明调压控制装置的保护电路原理框图；

图2是本发明的整体框架图；

图3是本发明自动有载调压流程图；

图4是本发明尾部分接头调压的控制接线原理图示意。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1至4所示，本发明基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统，包括：包括人机系统、与所述人机系统进行通讯连接的控制保护系统以及永磁开关电路，所述控制保护系统根据所述永磁开关电路的信号反馈触发驱动所述永磁开关电路，所述控制保护系统包括模拟信号调理电路，所述模拟信号调理电路通过AD转换器连接DSP核芯，所述DSP核芯与开关量输入输出电路相连进行数据通信，还包括与所述开关量输入输出电路相连的光电隔离驱动电路，所述光电隔离驱动电路连接开关量输入接口、开关量输出接口；还包括输入光回报信号至所述开关量输入输出电路的光回报信号电路以及与以太网进行通信的通信口；

电压和电流信号经PT和CT，进入模拟信号调理电路，然后加到AD转换器，进行DSP处理，处理完经AD采样的模拟信号后，根据计算出的控制、保护参数，比较和判断电压、支路电流物理量后输出控制保护动作信号，并形成带时标的事件记录然后上传人机系统。

如图4所示，所述的直动式真空永磁开关包括开关底座、A永磁操动机构2、B永磁操动机构3、A真空灭弧室4、B真空灭弧室5、C真空灭弧室6、D真空灭弧室7、A拐臂8、B拐臂9和智能控制器10，A永磁操动机构2和B永磁操动机构3分别通过支架安装在开关底座1上，A永磁操动机构2和B永磁操动机构3由PLC控制器控制，A真空灭弧室4、B真空灭弧室5、C真空灭弧室6和D真空灭弧室7分别通过支架安装在开关底座1上，A拐臂8和B拐臂9分别活动安装在开关底座1上，A永磁操动机构2和B永磁操动机构3的驱动杆一端分别与A拐臂8和B拐臂9的上端传动相连，A拐臂8和B拐臂9一侧的上端分别与B真空灭弧室5、D真空灭弧室7的动端活动相连，A拐臂8和B拐臂9一侧的下端分别与A真空灭弧室4、C真空灭弧室6的动端活动相连，A真空灭弧室4、B真空灭弧室5、C真空灭弧室6和D真空灭弧室7的静端依次接A、B、C三相的输入和公共端D的输出，A真空灭弧室4、B真空灭弧室5、C真空灭弧室6和D真空灭弧室7的动端依次接A、B、C三相的的输出和公共端D的输入，A、B相的输出分别通过导电排与公共端D的D真空灭弧室7动端并联，公共端D的输出通过导电排与C相的C真空灭弧室6动端串接。

工作原理：当永磁操动机构(A永磁操动机构2和B永磁操动机构3)接到智能控制器10发出的指令，做前、后运动时，驱动拐臂(A拐臂8和B拐臂9)也做前、后运动，二只灭弧室分别做合分运动(即A真空灭弧室4、B真空灭弧室5和C真空灭弧室6、D真空灭弧室7，)，相互形成互锁。

开关有两个拐臂单元组，即A真空灭弧室4、B真空灭弧室5和A拐臂8为一组，C真空灭弧室6、D真空灭弧室7和B拐臂9为一组。

当B永磁操动机构3推拉B拐臂9动作，当D真空灭弧室7合，则C真空灭弧室6为分；而同时A永磁操动机构2推拉A拐臂8动作，当A真空灭弧室4合、B真空灭弧室5分，就会行成A相和公共端D输出端导通，则输出A相；

若B真空灭弧5合、A真空灭弧室4分时，就会形成B相和公共端D输出端导通，则输出B相；

当C真空灭弧室6合、公共端D的D真空灭弧室7分时，A真空灭弧室4和B真空灭弧室5被公共端D的断开而屏蔽，只输出C相。

永磁开关运用拐臂运动原理实现了机械互锁，避免两相共输出的现象；达到三进一出的目的。本永磁开关引用了节能环保的理念，运用永磁机构内线圈瞬间大电流牵引拐臂动作，在任意相输出时，利用无功耗的永磁力进行维持，大大节省了能源消耗，接轨世界环保新概念。真空灭弧室的利用，则是使开关处于真空的状态下，大大延长了开关的使用寿命，确保了开关的稳定性和安全性。而永磁开关的控制系统采用智能控制理念，通过光耦监控显示开关状态，再经过编程的集成电路智能发出下一步动作指令进行所需任意一相换相。

进一步地，所述通信口包括用于调试的RS232通信口、用于监控系统通信的RS232/485通信口。

进一步地，控制保护系统与永磁开关电路之间采用光隔开关量联络，完成控制和状态反馈。

现役配电变压器励磁调压有尾部、中部、端部几种接线和调节方式，一般有载调压装置与变压器一同浸放于同一器身内。为方便新产品的现场安装调试，兼容现役无载励磁调压改造，现需要开发一套用于分接头接线的绝缘接线装置。通过绝缘接线装置可方便完成分离式分接头调压装置的现场调试及运行维护。

本发明关键技术包括在尾部、中部、端部不同配变分接头方式下自动转换过程中的环流理论分析；限流电阻的选型；真空泡与永磁机构的配合选型，电力电子器件及永磁机构相位控制系统开发完善，机电连锁结构等。尾部分接头调压的控制接线原理图示意如下(其中K1、K3、K4、T2为直动结构永磁开关)：

调压控制系统包括相位监控及功率驱动电路、大功率储能电路、状态监控及保护电路，它们的有机组合实现过零投切功能。在准确测量各电量的基础上，计算出各控制量参数，根据设计逻辑输出控制和保护命令，控制分接头支路的投切，并根据通信要求与上位机通信。

控制保护系统采用如图1所示结构，电压和电流信号经PT和CT，进入模拟信号调理电路，然后直接加到AD输入通道。DSP处理完经AD采样的模拟信号后，计算出控制、保护参数等。在比较和判断有关的物理量(电压，支路电流)后，输出控制保护动作信号等，并形成带时标的事件记录然后上传人机系统。SCI1做成RS232通信口，用于调试，SCI2做成RS232/485通信口或者CAN接口或者以太网口,用于与监控系统通信。控制系统与相控开关之间采用光隔开关量联络，完成控制和状态反馈。

装置系统采用标准化、规范化的机械结构，使之更适合在变电站的安装、调试、运行、维护。

为便于现场安装运行调试及现役无载励磁配变的现场改造，采用励磁分抽头外接，调压装置与变压器本体分离式结构。

以分接头自动调压技术及直动式永磁开关前期研究为基础，采用先控制理论分析，再进行设备制造的技术方法。在装置研发过程中，采用模块化设计理念，重点突破高电压绝缘机械结构及柔性控制技术组合自动调压应用的技术难点。由于国内电子式分接头调压变压器工程实践较少，理论研究结果对实际的样机设计有较强指导作用。

装置控制系统的主要组成部分：一次部分的电力电子器件、直动式永磁开关；二次部分的触发单元、控制保护系统和人机系统。

装置的整体架构如图2所示，装置控制系统的主要组成部分：一次部分的电力电子器件、直动式永磁开关；二次部分的触发单元、控制保护系统和人机系统。

单稳永磁开关机械本体完成高压电路的分合功能，其最大优点是摒弃繁杂、可靠性低的弹操(或电磁)机构，采用单稳永磁和直线运行结构，其行程小，无开关弹跳，结构紧凑，开关动作的时间延迟短，操作分散性大大缩短(一般可做到0.1ms内)，开关操作的寿命大大提高(50万次)。

单稳永磁开关驱动电路完成开关驱动，永磁开关的相位监控及IGBT驱动电路的作用是测量电压、电流，检测其过零相位，通过逻辑及隔离电路发出控制命令，IGBT驱动电路可实现高电压大电流的双向脉冲输出。相位监控电路提供实时校正功能，解决温度变化、开关老化、电源扰动等因素带来的分散性问题，通过控制校正时间补偿功能，保证开关分合的时间精确可控，可做到±0.1ms内。

自动有载调压流程如图3所示，配电变压器上电前，永磁开关K3(或K1/K4)已处于导通状态，当变压器合闸后，监控系统自动检测配电变压器的输出电压，如果电压超过允许波动范围，则进入自动有载调压程序。从图可以看出，每次都是先将限流电阻RX串入分接头变换回路，然后再开始分接头的变换，这样可以起到限制环流值的作用。

上述实施例中，本实施例中，所述开关底座A为方桶形整体构件，所述开关底座顶端面上设有凸缘B，在开关底座的底端设有底板C，所述开关底座与所述底板采用压塑成形的方法加工成一体。

对本发明应当理解的是，以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明，以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限定本发明，凡是在本发明的精神原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统，其特征在于，包括：包括人机系统、与所述人机系统进行通讯连接的控制保护系统以及永磁开关电路，所述控制保护系统根据所述永磁开关电路的信号反馈触发驱动所述永磁开关电路，所述控制保护系统包括模拟信号调理电路，所述模拟信号调理电路通过AD转换器连接DSP核芯，所述DSP核芯与开关量输入输出电路相连进行数据通信，还包括与所述开关量输入输出电路相连的光电隔离驱动电路，所述光电隔离驱动电路连接开关量输入接口、开关量输出接口；还包括输入光回报信号至所述开关量输入输出电路的光回报信号电路以及与以太网进行通信的通信口；

电压和电流信号经PT和CT，进入模拟信号调理电路，然后加到AD转换器，进行DSP处理，处理完经AD采样的模拟信号后，根据计算出的控制、保护参数，比较和判断电压、支路电流物理量后输出控制保护动作信号，并形成带时标的事件记录然后上传人机系统。

2.根据权利要求1所述的基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统，其特征在于，所述的直动式真空永磁开关包括开关底座、A永磁操动机构、B永磁操动机构、B拐臂和智能控制器，A永磁操动机构和B永磁操动机构分别通过支架安装在开关底座上，A永磁操动机构和B永磁操动机构由PLC控制器控制，A真空灭弧室、B真空灭弧室、C真空灭弧室和D真空灭弧室分别通过支架安装在开关底座上，A拐臂和B拐臂分别活动安装在开关底座上，A永磁操动机构和B永磁操动机构的驱动杆一端分别与A拐臂和B拐臂的上端传动相连，A拐臂和B拐臂一侧的上端分别与B真空灭弧室和D真空灭弧室的动端活动相连，A拐臂和B拐臂一侧的下端分别与A真空灭弧室和C真空灭弧室的动端活动相连，A真空灭弧室、B真空灭弧室、C真空灭弧室和D真空灭弧室的静端依次接A、B、C三相的输入和公共端D的输出，A真空灭弧室、B真空灭弧室、C真空灭弧室和D真空灭弧室的动端依次接A、B、C三相的的输出和公共端D的输入，A、B相的输出分别通过导电排与公共端D的D真空灭弧室动端并联，公共端D的输出通过导电排与C相的C真空灭弧室动端串接。

3.根据权利要求1所述的基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统，其特征在于，所述通信口包括用于调试的RS232通信口、用于监控系统通信的RS232/485通信口。

4.根据权利要求1所述的基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统，其特征在于，控制保护系统与永磁开关电路之间采用光隔开关量联络，完成控制和状态反馈。

5.根据权利要求2所述的基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统，其特征在于，所述开关底座为方桶形整体构件，所述开关底座顶端面上设有凸缘，在开关底座的底端设有底板，所述开关底座与所述底板采用压塑成形的方法加工成一体。

6.一种基于柔性控制技术的有载调压装置的控制方法，其特征在于，包括权利要求1至5任一所述的基于柔性控制技术的有载调压装置的控制系统，所述控制方法包括：

配电变压器上电前，永磁开关K3或K1/K4已处于导通状态，当变压器合闸后，监控系统自动检测配电变压器的输出电压，

若0.95UN<U2<1.05UN，则K1导通，过零检测、触发T2，若K3导通，关断K3、触发K1、关断T2；若K3不导通，关断K4、触发K3、关断T2；

U2<0.95UN，则K4导通，过零检测、触发T2，若K3导通，关断K3、触发K4、关断T2；若K3不导通，关断K1、触发K3、关断T2。