CN1790860A - 基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置 - Google Patents

Abstract

一种电力系统领域的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其中，触发控制模块接在三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器，脉冲电光转换电路连接在触发控制模块和智能控制模块之间，电容器投切模块连接到外部电容器组断路器线圈，电抗器保护模块连接到外部磁控电抗器断路器线圈，监测到三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器异常时，自动切除磁控电抗器，主变有载分接开关控制模块、电容器投切模块、电抗器保护模块同时与智能控制模块连接。本发明通过采用磁控电抗器作为可控电抗器，结合电容器组自动投切和主变有载分接开关自动调节，在保证高可靠性的前提下，采用智能控制实现电力电压稳定和无功功率动态平衡。

Description

基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置

技术领域

本发明涉及的是一种电力系统技术领域的装置，具体是一种基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置。

背景技术

目前电力系统变电所中无功补偿一般为断路器投切电容器组。随着电力系统电缆线路逐渐增加，当负荷较轻时，这些容性无功显得过剩，传统SVC很难对这些容性无功进行补偿，导致系统电压偏高、无功不平衡，影响系统稳定和电气设备安全，不利于电力系统稳定高效运行。晶闸管相控(TCR)采用晶闸管控制电抗器方式补偿无功，控制过程执行速度快，并可将无功补偿的范围扩大到超前和滞后两个可连续调节的范围，具有双向无功调节能力。TCR方式电力电子器件直接工作在高电压(10kV或者35kV)下，对其控制需要采用晶闸管串联同步触发和过压保护(BOD)技术，同步触发和均压难度较大，控制维护复杂，系统可靠性还待进一步提高，产品的造价也高，因此还未在电力系统得到推广使用。磁控电抗器是运用铁心可控饱和原理实现容量连续可调的电抗器。与TCR对比，磁控电抗器具有如下优势：可靠性高，不存在突然死亡期；可控硅控制电压低、控制容量小，所以可控硅冗余度大，可靠性高；使用寿命长，20年；使用维护简单；谐波电流小；抑制过电压能力强；占地面积小；节能效果好。磁控电抗器最先由俄罗斯研制出来，并成功运用到10kV～500kV电网的动态无功补偿中。目前所有资料表明，俄罗斯研制的都为油浸式磁控电抗器，未见干式磁控电抗器应用于动态无功补偿的报道。

经对现有技术的检索发现，专利申请号为95223137.9、申请日为1995年9月24日的中国专利公开了一种磁阀式可控电抗器原理及应用，其主要结构为单相带旁轭。电力系统一般为三相系统，使用上述专利的磁控电抗器时需要三只同样的电抗器，整个体积大、占地面积多并且损耗也增大，不利于城市室内变电所、地下变电所和地铁牵引变安装使用。上述专利也未涉及与有载分接开关和电容器组综合控制问题。实际上，由于无功对电压影响，电压也会影响无功和功率因数，要取得真正的电压稳定和无功平衡，必须实现磁控电抗器、电容器组和有载分接开关综合控制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，使其通过采用磁控电抗器作为可控电抗器，结合电容器组自动投切和主变有载分接开关自动调节，在保证高可靠性的前提下，采用智能控制实现电力电压稳定和无功功率动态平衡。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置包括：三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器、主变有载分接开关控制模块、电容器投切模块、电抗器保护模块、脉冲电光转换电路、触发控制模块和智能控制模块。连接关系为：高压电源经过变压器降压后送到低压母线，有载分接开关在变压器内部，实现变压器输出电压可调。三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器与电容器组并联在变压器低压侧母线上。主变有载分接开关控制模块连接到主变有载分接开关，用来控制有载分接开关档位的升档或者降档。触发控制模块接在三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器，控制电抗器输出容量的大小。脉冲电光转换电路连接在触发控制模块和智能控制模块之间，实现触发脉冲电信号转变为光信号。电容器投切模块连接到外部电容器组断路器线圈，实现电容器自动投切和故障判断。电抗器保护模块连接到外部磁控电抗器断路器线圈，监测到三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器异常时，自动切除三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器。主变有载分接开关控制模块、电容器投切模块、电抗器保护模块同时与智能控制模块连接，智能控制模块主要完成电压电流采样计算、控制参数设定和智能判断后控制输出功能。

所述的三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器，包含六根铁心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2、六组线圈A1、B2、C1、C2、B1、A2。六只触发控制模块分别对应六只线圈和铁心柱。线圈A1套在铁心柱TA1上，A1线圈中间3根抽头连接触发控制模块MA1。线圈B2套在铁心柱TB2上，B2线圈中间3根抽头连接触发控制模块MB2。线圈C1套在铁心柱TC1上，C1线圈中间3根抽头连接触发控制模块MC1。线圈C2套在铁心柱TC2上，C2线圈中间5根抽头连接触发控制模块MC2。线圈B1套在铁心柱TB1上，B1线圈中间5根抽头连接触发控制模块MB1。线圈A2套在铁心柱TA2上，A2线圈中间5根抽头连接触发控制模块MA2。线圈A1、A2并联构成电抗器A相，B1、B2并联构成电抗器B相，C1、C2并联构成电抗器C相。ABC三相一次主接线为三角形联结，用以吸收三次谐波。六只控制模块MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2分别控制六只铁心磁阀饱和程度。铁心柱冲缺形成小截面段，每柱小截面段数为7段。铁心柱的每只线圈提供了交、直流磁通的通路，使结构紧凑。每只线圈中间3根或者5根抽头形成各自控制绕组，控制绕组与线圈构成的自耦变压器提供电源，经过触发控制模块整流产生直流，无需外加直流电源，结构简单。

触发控制模块一共有六只即触发控制模块MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2。触发控制模块对地绝缘，使用环氧绝缘支柱支撑安装固定。

触发控制模块MA1、MB2、MC1结构相同，包括：可控硅、散热器、触发驱动板、光纤、温控开关、风扇。

触发控制模块MC2、MB1、MA2结构相同，除了包括可控硅、散热器、触发驱动板、光纤、温控开关、风扇，还包括二极管。

连接关系为：可控硅、二极管、触发驱动板安装固定在散热器表面，一方面为可控硅和二极管散热，另外一方面节省空间，结构紧凑。可控硅连接线圈上下两抽头，二极管连接同相两只线圈的中间抽头。触发驱动板所需的电源从三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器线圈抽头，并通过可控硅的一根抽头组成触发驱动板的交流电源输入。交流电源进入触发驱动板变压器，经整流后给电路板供电。触发驱动板输出连接可控硅触发门极。光纤连接触发驱动板和模块外部的脉冲电光转换，将脉冲经过光纤传送到触发驱动板。温控开关串联在风扇回路中，直接紧贴散热器安装。风扇电源与触发驱动板电源并联，都由三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器线圈供电。

在三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器整个容量调节范围内，铁心中间只有小截面段磁路饱和，其余段均处于未饱和线性状态，铁心损耗小。可控硅触发角大，则直流电流小，饱和度低，电抗器提供容量小，可控硅触发角0度时，铁心小截面处全饱和，电抗器容量达到额定值。在可控硅截止期间，二极管起续流作用，防止可控硅端电压突变导致误导通。本发明三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器一次绕组采用三角形接线方式。线电流中具有较小的谐波电流，总谐波含量不大于3％，运行时仅需要少量滤波器或者不需要滤波器。线圈采用薄绝缘带填料环氧树脂真空浇注技术，膨胀系数与铜接近。环氧树脂可以渗透到层间、匝间。环氧树脂混合料里加有石英砂，使环氧树脂和固化剂的含量相对减少，散热性好。

触发控制模块MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2采用光纤隔离触发、电抗器本体供电工作方式。可控硅直接接在磁控电抗器线圈中间抽头，与系统有电气连接。本发明磁控电抗器控制模块采用光纤隔离触发方法解决隔离问题。触发可控硅的触发驱动板电源采用电抗器线圈直接供电方式，解决了高压部分电源供电问题。可控硅触发脉冲由智能控制模块发出，经过脉冲电光转换、光纤传输后送到触发控制模块的触发驱动板，触发驱动板进一步放大触发信号触发可控硅。与现有的脉冲变压器触发可控硅方式相比，采用绕组供电、光纤隔离触发方式具有体积小、可靠性高、触发分散性小等优点。该方式既解决了高电位可控硅触发隔离问题，又增强了抗干扰性，进一步提高了触发性能。

所述的电容器投切模块，包括：电容器当前状态检测电路、电容器投切控制电路。连接关系：电容器当前状态检测电路连接外部开关量变化，读入后返回给智能控制模块作进一步处理。电容器投切控制电路接受智能控制模块的分合闸指令，驱动外面断路器分合闸线圈。

电容器与电抗器并联在系统低压母线上。电容器投切模块联连接智能控制模块，接收智能控制模块的分合闸指令后，向电容器断路器(接触器)的分合闸线圈发出操作，并检测电容器辅助节点返回状态正确与否。投切操作结束后，电容器投切模块向智能控制模块提供操作结果。

所述的主变有载分接开关控制模块，包括：主变有载分接开关位置检测电路和升档降低控制电路。连接关系：主变有载分接开关位置检测电路连接外部有载分接开关控制器的BCD码端子，读入档位信息后返回给智能控制模块处理。升档降低控制电路接受智能控制模块的升降档指令，驱动外部有载分接开关控制器进行升降档操作。

主变有载分接开关控制模块与智能控制模块联结，接收升档、降档操作指令，向主变有载分接开关控制器发出相应操作，并检测主变有载分接开关控制器操作返回结果。升降档操作结束后，主变有载分接开关控制模块向智能控制模块提供操作结果。

所述的电抗器保护模块，包括：单片机、存储器、模拟量处理模块和跳闸输出模块，连接关系为：单片机为该模块控制核心。存储器接连单片机，用以存储设定参数。磁控电抗器电流互感器二次侧电流进入模拟量处理模块后，送给单片机内部AD进行采样计算。计算结果与设定值比较，如果大于设定值，则通过跳闸输出模块跳闸输出。

所述的智能控制模块，包括：CPU模块、模拟量采集模块、开关量输入输出模块、触发脉冲输出模块、通信模块、人机接口和打印模块。连接关系：外部电压互感器和电流互感器二次信号进入模拟量采集模块，经过模拟量采集模块内部DSP采样计算后将结果送给CPU模块。外部断路器的状态接到智能控制模块的开关量输入输出模块，结果送给CPU模块监视相关量变化。磁控电抗器触发角直接由CPU模块送给触发脉冲输出模块，由触发脉冲输出模块生成同步脉冲输出。人机接口模块主要包括单键飞梭按键和液晶显示屏，操作人员通过按键整定运行参数后存入CPU模块内。需要打印结果时，CPU模块发出打印指令给打印模块。通信模块也与CPU模块直接相连，用于对外信息交换和数据上传。

本发明工作时，智能控制模块实时检测母线电压电流，计算有功、无功和功率因数。将计算结果与整定参数进行比较，如果功率因数偏低则增大补偿无功输出，智能控制模块增大输出触发角。触发角脉冲经过电光转换后由光纤传送给触发控制模块的触发驱动板，触发驱动板将光信号还原为电脉冲信号并放大处理，送到可控硅门极，触发可控硅。触发角增大，则可控硅导通角减小，引起电抗器线圈内直流电流减小，铁心饱和度降低，电抗器电流减小，最终电抗器输出容量减小。智能控制模块继续监视功率因数变化，如果还是偏低，则继续增大触发角输出。如果触发角已经到最大角度(可控硅导通角已经最小)，则投入电容器。同样，如果功率因数偏高，则减小触发角，最大可控硅导通角使得电抗器输出容量增加。如果电抗器容量已经最大功率因数还是偏高，则切除电容器。如果电压偏高，功率因数合格，控制模块发出调节有载分接开关档位指令，有载分接开关控制模块完成升降档工作。智能控制模块继续检测电压，直至电压合格为止。

如果功率因数和电压都不合格，本发明在综合比较现有基于电容器组和主变有载分接开关控制方法的基础上，提出专门针对磁控电抗器的“七区图”控制策略。将设定和功率因数和电压合格范围分为七区，其中0区为不动作区，1～7区为动作区。采用七区图控制方法，简化了控制过程，降低了电容器和有载分接开关动作次数，避免了电容器组和有载分接开关振荡投切和控制，提高了控制稳定性和系统可靠性。

本发明中智能控制模块，在软件中将磁控电抗器、外部电容器投切控制和主变有载分接开关调节三者放在同一界面，使用单键飞梭操作，针对不同时间段可以独立设定这三者的运行方式、设定功率因数和电压的合格范围。每天最多可以分成48时段独立设定。采用这种分时段的时间表方式，解决了磁控电抗器、电容器控制和主变有载分接开关控制独立设定和运行相结合的难题，可以按照负荷峰谷要求独立设定不同时间段的功率因数和电压合格范围，给用户极大的设置灵活性。

本发明采用三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器作为可控电抗器，运用到动态无功补偿中，具有如下优点：(1)实现无功功率无极快速调节，解决传统投切电容器方式只能补偿不能吸收过剩无功问题。(2)可控硅控制电压低、控制容量小，不需要串联使用和不需要串联同步触发，可控硅冗余度大，可靠性高；(3)线圈采用干式环氧浇注绝缘方式，运行更环保卫生、无污染。(4)类似变压器的运行方式，使用维护简单；(5)采用TCR方式可控电抗器谐波电流较大，需要增加滤波设备。磁控电抗器谐波电流小，基本无需额外滤波设备，降低整体成本；(6)瞬时过电压时将引起铁心过度饱和，输出容量急剧增大，有效降低电压，抑制过电压能力强；(7)三相一体结构，运行安装占地面积更小。

附图说明

图1为本发明结构图

图2为本发明三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器结构框图

图3为本发明三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器控制接线示意图

图4为本发明磁控电抗器控制过程原理图

图5为本发明电容器投切模块原理图

其中5(A)电容器当前状态检测电路，(B)电容器投切控制电路

图6为本发明主变有载分接开关控制模块原理图

其中6(A)主变有载分接开关位置检测电路，(B)升档降低控制电路

图7为本发明电抗器保护模块原理图

图8为本发明智能控制模块结构原理图

图9为本发明测量控制过程图

图10为本发明七区图控制原理图

图11为本发明运行方式的时间表示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器(MCR)1、主变有载分接开关控制模块2、电容器投切模块3、电抗器保护模块4、脉冲电光转换电路5、触发控制模块6和智能控制模块7。连接关系为：三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器MCR 1(以下简称磁控电抗器1)与电容器组并联在变压器低压侧母线上，主变有载分接开关控制模块2连接到主变有载分接开关，用来控制有载分接开关档位的升档或者降档。触发控制模块6接在三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器MCR 1，控制电抗器输出容量的大小。脉冲电光转换电路5连接在触发控制模块6和智能控制模块7之间，实现触发脉冲电信号转变为光信号。电容器投切模块3连接到外部电容器组断路器线圈，实现电容器自动投切和故障判断。电抗器保护模块4连接到外部磁控电抗器断路器线圈，监测到三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器MCR 1异常时，自动切除磁控电抗器1。主变有载分接开关控制模块2、电容器投切模块3、电抗器保护模块4同时与智能控制模块7连接，智能控制模块7主要完成电压电流采样计算、控制参数设定和智能判断后控制输出功能。触发控制模块6对地绝缘，使用环氧绝缘支柱支撑安装固定。

图1中，三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器MCR 1与电容器组C1、C2并联在系统母线上，三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器MCR 1用来吸收系统多余的无功功率，而电容器组发出无功功率。当系统需要无功时，增加电容器组投入或者减小电抗器无功输出；当系统无功过剩时，切除电容器组或者增加三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器MCR 1容量输出。当系统电压不合格时，自动调节有载分接开关Z改变主变电压输出。

如图2、3所示，所述的三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器MCR 1，包含六根铁心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2、六组线圈A1、B2、C1、C2、B1、A2。六只触发控制模块分别对应六只线圈和铁心柱，控制六只铁心磁阀饱和程度。线圈A1套在铁心柱TA1上，A1线圈中间3根抽头连接触发控制模块MA1。线圈B2套在铁心柱TB2上，B2线圈中间3根抽头连接触发控制模块MB2。线圈C1套在铁心柱TC1上，C1线圈中间3根抽头连接触发控制模块MC1。线圈C2套在铁心柱TC2上，C2线圈中间5根抽头连接触发控制模块MC2。线圈B1套在铁心柱TB1上，B1线圈中间5根抽头连接触发控制模块MB1。线圈A2套在铁心柱TA2上，A2线圈中间5根抽头连接触发控制模块MA2。磁控电抗器本体控制接线如图3所示，线圈A1、A2并联构成电抗器A相，B1、B2并联构成电抗器B相，C1、C2并联构成电抗器C相。ABC三相一次主接线为三角形联结。铁心柱冲缺形成小截面段，每柱小截面段数为7段。铁心柱的每只线圈提供了交、直流磁通的通路。每只线圈中间3根或者5根抽头形成各自控制绕组，控制绕组与线圈构成的自耦变压器提供电源，经过触发控制模块6整流产生直流。

如图4所示，触发控制模块6总共有六只即触发控制模块MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2，每只触发控制模块6对地绝缘，使用环氧绝缘支柱支撑安装固定。

触发控制模块MA1、MB2、MC1结构相同，包括：可控硅8、散热器9、触发驱动板11、光纤12、温控开关13、风扇14，可控硅8和触发驱动板11固定在散热器9表面，可控硅8连接其所控制的线圈上下两抽头，触发驱动板11的电源从该组线圈一根抽头和可控硅8的一根抽头输入，光纤12连接触发驱动板11和模块外部的脉冲电光转换电路5。智能控制模块7发出触发脉冲，经过脉冲电光转换电路5变成光信号、经光纤12传输到触发控制模块6的触发驱动板11，触发驱动板11光电转换、放大触发信号后触发可控硅8，温控开关13直接紧贴散热器9，其节点串联在风扇14控制回路中，散热器9温度高时，温控开关自动启动风扇进行散热。风扇14电源与触发驱动板11电源并联，都由三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器1对应线圈供电。

触发控制模块MC2、MB1、MA2结构相同，除了包括可控硅8、散热器9、触发驱动板11、光纤12、温控开关13、风扇14，还包括二极管10，、二极管10固定在散热器9表面，二极管10跨接同相两只线圈的中间抽头。

所述的电容器投切模块3，包括：电容器当前状态检测电路14、电容器投切控制电路15。连接关系：电容器当前状态检测电路14连接外部开关量变化，读入后返回给智能控制模块7作进一步处理。电容器投切控制电路15接受智能控制模块7的分合闸指令，驱动外面断路器分合闸线圈。

电容器投切模块3连接智能控制模块7，接收智能控制模块7的分合闸指令后，向电容器断路器(接触器)的分合闸线圈发出操作，并检测电容器辅助节点返回状态正确与否，投切操作结束后，电容器投切模块3向智能控制模块7提供操作结果。

如图5A所示，电容器当前状态检测电路14连接图，外部电容器断路器位置辅助触点接入POS1和POS2处，经光耦TLP521-4隔离，送给总线驱动74LS244芯片输出给总线。

如图5B所示，电容器投切控制电路15连接图，分合闸命令由数据线DB0～DB7送入，经过74LS273锁存、GAL20V8B防误编码后，经TLP521-4光耦隔离送给驱动芯片2803驱动分合闸继电器JD1和JD2，从而控制外部断路器分合闸动作。

所述的主变有载分接开关控制模块2，包括：主变有载分接开关位置检测电路16和升档降低控制电路17。

如图6A所示，主变有载分接开关位置检测电路16连接图，外部有载分接开关控制器的BCD码输入接入BCD1、BCD2、BCD3、BCD4和BCD5处，读入档位信息后返回给智能控制模块7处理。

如图6A所示，升档降低控制电路17连接图，接收智能控制模块7的升降档指令后，经过74LS273锁存、GAL16V8B防误编码后，经TLP521-4光耦隔离送给驱动芯片2803驱动继电器JD1、JD3和JD4，驱动外部有载分接开关控制器进行升档、降档或者急停操作。升降档操作结束后，主变有载分接开关控制模块2向智能控制模块7提供操作结果。

如图7所示，所述的电抗器保护模块4包括：单片机18、存储器19、模拟量处理模块20和跳闸输出模块21，连接关系为：存储器19接连单片机18，用以存储设定参数。磁控电抗器电流互感器二次侧电流进入模拟量处理模块20后，送给单片机18内部AD进行采样计算。计算结果与设定值比较，如果大于设定值，则通过跳闸输出模块21跳闸输出。其中，单片机18采用飞利浦87C591单片机。

如图8所示，所述的智能控制模块7包括：CPU模块22、模拟量采集模块23、开关量输入输出模块24、触发脉冲输出模块25、通信模块26、人机接口模块27和打印模块28。连接关系：外部电压互感器和电流互感器二次信号进入模拟量采集模块23，经过模拟量采集模块23的内部DSP采样计算后将结果送给CPU模块22。外部断路器的状态接到开关量输入输出模块24，结果送给CPU模块22监视相关量变化。磁控电抗器1触发角直接由CPU模块22送给触发脉冲输出模块25，由触发脉冲输出模块25生成同步脉冲输出。人机接口模块27整定运行参数后存入CPU模块22内。需要打印结果时，CPU模块22发出打印指令给打印模块28。通信模块26也与CPU模块22直接相连，用于对外信息交换和数据上传。

智能控制模块7中，CPU模块22采用工业PC104模块为核心，负责核心计算和控制，内存为4M的RAM，运行数据和记录存储在2M的电子盘DOC中。

模拟量采集模块23实现模拟量处理、模数转换器(AD)MAX125采样和专用信号处理器(DSP)TMS320C5402测量计算。外面电压电流信号经过模拟量处理后统一转换为2mA电流，经过I/V转换变成电压信号，再经MAX125模数转换后变成数字信号送给DSP，DSP计算出实际电压电流值的实部和虚部送给CPU模块进一步计算幅值和相位，并进行有功无功计算。

开关量输入输出模块24实现TLP521光耦隔离输入和光耦隔离、解码输出。外部开关量信号经过光耦隔离后读入CPU模块的总线。开关量输出时，CPU模块发来的输出信号经过74LS273锁存、GAL20V8防误操作解码、TLP521光耦隔离和ULN2803驱动继电器输出。

触发脉冲输出模块25实现三相同步电压方波生成、锁相环PLL、逻辑CPLD处理和脉冲隔离输出。外部输入ABC三相电压经过比较器生成同步方波信号，送入CPLD逻辑。锁相环PLL同步电压频率，生成50×16384Hz的脉冲，作为CPLD的时钟信号。CPLD根据CPU模块发来的触发角、同步方波和脉冲时钟，综合比较后产生三相同步触发脉冲。同步触发脉冲经过光耦隔离后输出给脉冲电光转换电路5。

人机接口27主要由单键飞梭按钮和LCD液晶屏组成。LCD液晶屏采用240×128点阵图形显示屏。

通信模块26包括RS232-RS485接口转换和通信协议，通信内容包括系统电压电流、有功无功、电容器状态、磁控电抗器运行状态、容量等信息。打印模块28为热敏打印机SP-RMDN32PH，完成数据打印功能。

如图9所示本发明量控制过程，系统电压电流经过电压互感器和电流互感器转换成二次信号，经过智能控制模块7中模拟量采集模块23处理转换并计算后将结果送入CPU板22。CPU板22根据设定的合格功率因数范围和电压合格范围，结合电容器、有载分接开关、磁控电抗器1当前的工作状态，运用智能控制策略得出控制结果。该控制结果可能是调节有载分接开关档位，也可能是调节磁控电抗器触发角来改变输出容量，也可能是对电容器组进行投入或者切除。当前动作结束后，系统电压、电流会发生变化，装置继续按照上述流程继续调节，最终实现系统功率因数和电压满足设定合格范围。

对磁控电抗器1控制过程为：CPU模块22根据计算结果发出特定的触发角，触发脉冲输出模块25接收到触发角后转换为三相同步触发脉冲信号。同步触发脉冲经过电光转换电路5后变为光信号由光纤12传送给高电位的可控硅触发控制模块10。电光转换电路5中电光转换器采用安捷伦HFBR-1523。可控硅触发控制模块10先将该光信号还原为电脉冲信号，经过驱动放大后送到可控硅8门极。可控硅8导通角大小控制电抗器绕组中直流大小，从而改变铁心柱饱和程度，最终实现磁控电抗器容量平滑调节。当可控硅8不导通时，由二极管9给电抗器绕组续流。

如图10所示，为本发明磁控电抗器、电容器和有载分接开关综合智能控制策略图。根据当前运行状态和所处不同分区，采取相应控制策略。具体如下：

0区：不控制

1区：增大触发角，减小感性无功，增大容性无功；若触发角到最大角度，则投电容；

2区：增大触发角，减小感性无功，增大容性无功；若触发角到最大角度，则投电容；如无电容可投入，则升压；

3区：升压，若档位已到极值，增大触发角减小感性无功，若触发角到最大角度，强投电容；

4区：减小触发角，增大感性无功补偿；若触发角到最小角度，切除电容；

5区：减小触发角，增大感性无功补偿；若触发角到最小角度，切除电容器；若无电容器可切，则升档位降压；

6区：降压，如果档位已到极值位置，减小触发角，增大感性无功；若触发角到最小角度，切电容。

本发明采用时间表方式设定磁控电抗器、电容器、主变有载分接开关控制运行方式、功率因数合格范围和电压合格范围，如下表所示。时段按照半小时为单位，每天最多有48个时段。时间表中第一行选择运行方式号(1、2、3、4)；第二行设定时间段，设定好后程序自动分段；第三、四行设定有载分接开关和电抗器运行方式。电抗器可以设置为“自动”、“定容量”、“禁止”，有载分接开关可以设置为“自动”、“禁止”。第七、八行设定功率因数合格范围和电压合格范围。设定好运行方式后，装置按照七区图控制策略自动运行。

Claims (10)

1、一种基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，包括：三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器(1)、主变有载分接开关控制模块(2)、电容器投切模块(3)、电抗器保护模块(4)、脉冲电光转换电路(5)、触发控制模块(6)和智能控制模块(7)，其特征在于，三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器(1)与电容器组并联在变压器低压侧母线上，主变有载分接开关控制模块(2)连接到主变有载分接开关，用来控制有载分接开关档位的升档或者降档，触发控制模块(6)接在三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器(1)，控制电抗器输出容量的大小，脉冲电光转换电路(5)连接在触发控制模块(6)和智能控制模块(7)之间，实现触发脉冲电信号转变为光信号，电容器投切模块(3)连接到外部电容器组断路器线圈，实现电容器自动投切和故障判断，电抗器保护模块(4)连接到外部磁控电抗器断路器线圈，监测到三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器(1)异常时，自动切除磁控电抗器(1)，主变有载分接开关控制模块(2)、电容器投切模块(3)、电抗器保护模块(4)同时与智能控制模块(7)连接，智能控制模块(7)完成电压电流采样计算、控制参数设定和智能判断后控制输出。

2、根据权利要求1所述的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其特征是，触发控制模块(6)总共有六只即触发控制模块MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2，每只触发控制模块(6)对地绝缘，使用环氧绝缘支柱支撑安装固定。

3、根据权利要求2所述的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其特征是，触发控制模块MA1、MB2、MC1结构相同，包括：可控硅(8)、散热器(9)、触发驱动板(11)、光纤(12)、温控开关(13)、风扇(14)，可控硅(8)和触发驱动板(11)固定在散热器(9)表面，可控硅(8)连接其所控制的线圈上下两抽头，触发驱动板(11)的电源从该组线圈一根抽头和可控硅(8)的一根抽头输入，光纤(12)连接触发驱动板(11)和模块外部的脉冲电光转换电路(5)，智能控制模块(7)发出触发脉冲，经过脉冲电光转换电路(5)变成光信号、经光纤(12)传输到触发控制模块(6)的触发驱动板(11)，触发驱动板(11)光电转换、放大触发信号后触发可控硅(8)，温控开关(13)直接紧贴散热器(9)，其节点串联在风扇(14)控制回路中，风扇(14)电源与触发驱动板(11)电源并联，都由三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器(1)对应线圈供电。

4、根据权利要求2所述的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其特征是，触发控制模块MC2、MB1、MA2结构相同，除了包括可控硅(8)、散热器(9)、触发驱动板(11)、光纤(12)、温控开关(13)、风扇(14)，还包括二极管(10)，二极管(10)固定在散热器(9)表面，并跨接同相两只线圈的中间抽头。

5、根据权利要求1所述的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其特征是，所述的三相六柱环氧浇注干式磁控电抗器1，包含六根铁心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2、六组线圈A1、B2、C1、C2、B1、A2，六只触发控制模块MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2分别对应六根铁心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2、六组线圈A1、B2、C1、C2、B1、A2，控制六只铁心磁阀饱和程度，线圈A1、A2并联构成电抗器A相，B1、B2并联构成电抗器B相，C1、C2并联构成电抗器C相，ABC三相一次主接线为三角形联结，铁心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2冲缺形成小截面段，每柱小截面段数为7段，铁心柱的每只线圈提供了交、直流磁通的通路，每只线圈中间3根或者5根抽头形成各自控制绕组，控制绕组与线圈构成的自耦变压器提供电源，经过触发控制模块(6)整流产生直流。

6、根据权利要求5所述的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其特征是，线圈A1套在铁心柱TA1上，A1线圈中间3根抽头连接触发控制模块MA1，线圈B2套在铁心柱TB2上，B2线圈中间3根抽头连接触发控制模块MB2，线圈C1套在铁心柱TC1上，C1线圈中间3根抽头连接触发控制模块MC1，线圈C2套在铁心柱TC2上，C2线圈中间5根抽头连接触发控制模块MC2，线圈B1套在铁心柱TB1上，B1线圈中间5根抽头连接触发控制模块MB1，线圈A2套在铁心柱TA2上，A2线圈中间5根抽头连接触发控制模块MA2。

7、根据权利要求1所述的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其特征是，所述的电容器投切模块(3)，包括：电容器当前状态检测电路(14)、电容器投切控制电路(15)，电容器当前状态检测电路(14)连接外部开关量变化，读入后返回给智能控制模块(7)作进一步处理，电容器投切控制电路(15)接受智能控制模块(7)的分合闸指令，驱动外面断路器分合闸线圈。

8、根据权利要求1所述的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其特征是，所述的主变有载分接开关控制模块(2)，包括：主变有载分接开关位置检测电路(16)和升档降低控制电路(17)，主变有载分接开关位置检测电路(16)连接外部有载分接开关控制器的BCD码端子，读入档位信息后返回给智能控制模块(7)处理，升档降低控制电路(17)接受智能控制模块(7)的升降档指令，驱动外部有载分接开关控制器进行升降档操作。

9、根据权利要求1所述的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其特征是，所述的电抗器保护模块(4)包括：单片机(18)、存储器(19)、模拟量处理模块(20)和跳闸输出模块(21)，存储器(19)接连单片机(18)，用以存储设定参数，磁控电抗器电流互感器二次侧电流进入模拟量处理模块(20)后，送给单片机(18)内部AD进行采样计算，计算结果与设定值比较，如果大于设定值，则通过跳闸输出模块(21)跳闸输出。

10、根据权利要求1所述的基于磁控电抗器的电压无功综合控制装置，其特征是，所述的智能控制模块(7)包括：CPU模块(22)、模拟量采集模块(23)、开关量输入输出模块(24)、触发脉冲输出模块(25)、通信模块(26)、人机接口模块(27)和打印模块(28)，外部电压互感器和电流互感器二次信号进入模拟量采集模块(23)，经过模拟量采集模块(23)的内部DSP采样计算后将结果送给CPU模块(22)，外部断路器的状态接到开关量输入输出模块(24)，结果送给CPU模块(22)监视相关量变化，磁控电抗器(1)触发角直接由CPU模块(22)送给触发脉冲输出模块(25)，由触发脉冲输出模块(25)生成同步脉冲输出，人机接口模块(27)整定运行参数后存入CPU模块(22)内，需要打印结果时，CPU模块(22)发出打印指令给打印模块(28)，通信模块(26)也与CPU模块(22)直接相连，用于对外信息交换和数据上传。

Images