CN203690924U - 一种可控电抗器协调控制装置 - Google Patents

Abstract

一种可控电抗器协调控制装置，该控制装置通过显示界面将主变压器参数、无功补偿装置参数和电压无功协调优化阻抗模型录入可编程逻辑控制器PLC，设定控制参数和控制目标。实时测量主变压器三侧母线电压电流，中低压侧MCR的输出电流和低压侧电容器的投切状态，经信号采集调理电路采集调理后送入可编程逻辑控制器PLC，监测各侧母线电压值、无功功率和各侧MCR的输出容量。按无功协调优化模型，实时优化计算主变分接头档位、中低压MCR的输出容量和低压电容器投切。由可编程逻辑控制器PLC发出相应设备的调整控制信号，经控制信号输出电路处理，送出至对应设备实施控制，实现变电站多侧无功电压协调优化的目的。

Description

一种可控电抗器协调控制装置

技术领域

本实用新型涉及变电站中变压器多侧磁控电抗器的协调控制，属于电力系统电压无功优化、磁控电抗器型无功补偿设备的控制技术领域，具体是一种可控电抗器协调控制装置。

背景技术

电压质量对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产和产品质量以及用电设备的安全和寿命，有重要的影响。无功优化是实现系统经济运行的要点，而电压和无功功率的调节具有紧密的联系。因此有效的电压控制和合理的无功补偿，不仅能保证电压质量，还能提高电力系统运行的稳定性和安全性，获得较好的经济效益。

近年来，静止无功补偿装置SVC的应用实现了无功的连续平滑调节，达到了电压无功的动态自动补偿控制。当SVC用于变电站时往往经由变压器的低压母线接入系统，在不同的系统运行方式和不同负荷水平下，SVC对于各侧的电压调节不一定同步，可能出现高压侧偏低而低压侧偏高或高压侧正常而低压侧偏低等复杂情况。

在高压配电网中，220kV变电站多采用三绕组变压器（如：220kV/110kV/10kV或220kV/110kV/35kV），有多个电压等级的线路。现有的电容器组和静止无功补偿装置（SVC）多为35kV及以下电压等级，而中压侧母线的电压无功调节主要通过变压器高压侧分接头和低压无功补偿装置配合调节来实现。在这种方式下的主要缺点在于：一方面，很难应对各侧电压无功调节不一致的复杂情况，更难以同时兼顾各侧电压无功的精确控制；另一方面，通过低压侧的无功补偿装置来补偿中压侧的无功导致大量无功穿越变压器，造成大量电能损耗，影响变压器的经济运行和使用寿命。

目前应用的SVC大多仅以功率因数或是某个等级的电压或功率因数作为目标，控制目标相对单一，未能充分考虑系统的复杂性；控制对象少，难以实现较好的多目标优化控制。

实用新型内容

鉴于上述存在的问题，针对同一变电站中变压器多侧的MCR型SVC无功补偿设备，本实用新型提供一种可控电抗器协调控制装置，具有响应速度快、可靠性高、经济性好的优点。

本实用新型通过以下技术方案达到上述目的：一种可控电抗器协调控制装置，包括信号采集调理电路、可编程逻辑控制器PLC、控制信号输出电路、显示界面和通信单元，具体连接方式如下：

1）显示界面通过RS232串口与可编程逻辑控制器PLC连接；通讯单元通过RS232串口与可编程逻辑控制器PLC连接，并将串口协议转换成以太网TCP/IP协议，通过以太网与终端服务器连接，与SCADA系统进行通信；

2）变电站相关设备的二次侧电压电流大信号，通过低压电缆接入信号采集调理电路的对应端子，经信号采集调理电路转换为小信号后，通过信号排线接入可编程逻辑控制器PLC；电容器投切状态和保护监测信号的开关量信号，通过低压电缆与信号采集调理电路的对应端子相连接，经处理电路转换为报警信号后，通过信号排线接入可编程逻辑控制器PLC；

3）可编程逻辑控制器PLC协调控制产生的控制信号，通过信号排线接入控制信号输出电路转换成光纤信号，采用多芯光纤接入变压器分接头、电容器投切开关和可控硅箱，可控硅箱将光纤信号转换为电压电流大信号，直接驱动分接头开关、电容器投切开关和可控硅，调节设备运行状态和无功补偿容量。

工作原理：

220kV变电站中三绕组变压器，中压侧的磁控电抗器MCR和低压侧的MCR型静止无功补偿装置MSVC进行协调控制系统。协调控制系统包括中压侧MCR、低压侧MSVC，低压侧MSVC由低压侧MCR和电容器组构成，中低压母线及各装置电压电流互感器。由协调优化控制器来监测三侧母线电压、电流和无功功率，并控制多个MCR。

根据高压侧系统短路阻抗X_S和变压器的运行状态，得到变电站各侧电压无功协调优化阻抗模型。设中压侧MCR安装容量为Q_110kV和低压侧MSVC安装容量为Q_10kV，经简化后变电站各侧电压无功协调优化阻抗模型如公式1，由公式中各侧无功投入容量ΔQ引起电压变化量ΔU的函数关系，可计算出调节电压所需无功补偿容量。

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{U}_{220\mathrm{KV}}=\·\frac{(\mathrm{\Δ}{Q}_{110\mathrm{KV}}+\mathrm{\Δ}{Q}_{10\mathrm{KV}})X_S}{U_n}\\ \mathrm{\Δ}{U}_{110\mathrm{KV}}=\·\frac{\mathrm{\Δ}{Q}_{110\mathrm{KV}}(X_S+X_1+X_2)+\mathrm{\Δ}{Q}_{10\mathrm{KV}}(X_S+X_1)}{U_n}\\ \mathrm{\Δ}{U}_{10\mathrm{KV}}=\·\frac{\mathrm{\Δ}{Q}_{110\mathrm{KV}}(X_S+X_1)+\mathrm{\Δ}{Q}_{10\mathrm{KV}}(X_S+X_1+X_3)}{U_n}\end{array}\right.$

其中，X_S为高压侧系统短路阻抗，X₁、X₂、X₃分别为变压器高中低压侧绕组等值阻抗，ΔU_220kV、ΔU_110kV、ΔU_10kV分别为变压器高中低压侧电压变化量，ΔQ_110kV、ΔQ_10kV分别为中低压侧无功投入容量，U_n为高压侧母线电压。

依上述模型可知，改变三绕组变压器多侧的无功投入量，会引起对应的电压变化量，即：通过改变多侧无功补偿量来调节母线电压。其中，对中、低压侧的无功投入量协调控制，可有效实现三侧无功电压的优化协调控制。

附图说明

图1是本实用新型所述的可控电抗器协调控制装置的结构示意框图。

图2是本实用新型所述的可控电抗器协调控制装置的控制原理图。

具体实施方式

以下通过附图和实施方法对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本实用新型所述的可控电抗器协调控制装置，包括信号采集调理电路、可编程逻辑控制器PLC、控制信号输出电路、显示界面和通信单元。具体连接方式如下：

1）显示界面通过RS232串口与可编程逻辑控制器PLC连接；通讯单元通过RS232串口与PLC连接，并将串口协议转换成以太网TCP/IP协议，通过以太网与终端服务器连接，并与SCADA系统进行通信。

2）变电站相关设备的二次侧电压电流大信号，通过低压电缆接入信号采集调理电路的对应端子，信号采集调理电路转换为小信号后，通过信号排线接入PLC。电容器投切状态和保护监测信号等开关量信号，通过低压电缆与信号采集调理电路的对应端子相连接，经处理电路转换为报警信号后，通过信号线接入PLC。

3）PLC协调控制产生的控制信号，通过信号线接入控制信号输出电路转换成光纤信号，采用多芯光纤接入变压器分接头、电容器投切开关和可控硅箱。可控硅箱将光纤信号转换为电压电流大信号，直接驱动分接头开关、电容器投切开关和可控硅，调节设备运行状态和无功补偿容量。

工作原理及过程为：

1）通过显示界面将主变压器参数、无功补偿装置参数和电压无功协调优化阻抗模型录入PLC，设定控制参数和控制目标：母线电压控制、功率因数控制或混合控制。

2）实时测量主变压器三侧母线电压电流（U_220kV、I_220kV、U_110kV、I_110kV、U_10kV、I_10kV），中低压侧MCR的输出电流（I_{110kV_MCR}、I_{10kV_MCR}）和低压侧电容器的投切状态。由信号采集调理电路处理后送入可编程逻辑控制器PLC，监测各侧母线电压值、无功功率和各侧MCR的输出容量。

3）由通信单元将终端服务器的SCADA系统中主变分接头档位信息送至PLC。

4）根据上述检测所得补偿设备的输出状态，按公式1所示无功协调优化模型，实时优化计算主变分接头档位、中低压MCR的投入容量和低压电容器投切。

5）经PLC优化计算的设备运行状态或输出容量，通过控制信号输出电路转换并送出，如：送至SCADA调整主变档位分接头；送至低压侧电容器的晶闸管控制投切；通过光纤将控制信号送至MCR的可控硅箱，调节晶闸管的导通角度控制MCR的输出容量。

6）在实时调节过程中，无需调整电容器组投切状态和主变分接头状态时，由可编程逻辑控制器PLC对两侧MCR采用双闭环控制，遵循协调优化阻抗模型来控制调节两侧无功补偿装置投入容量。

7）在运行过程中，控制器通过信号采集调理电路对各部分的过压、过流等保护信号进行监测，并实时作出响应实施保护。

按上述步骤，能够根据变电站主变压器分接头档位状态、各侧母线实时电压值和无功功率，实时进行无功电压优化，同时控制多个磁控电抗器输出容量，达到同时调整变电站多侧电压、无功的目的，有效地解决了单一控制方式无法兼顾各侧电压无功的精确控制的问题。

Claims (1)

1.一种可控电抗器协调控制装置，其特征在于：包括信号采集调理电路、可编程逻辑控制器PLC、控制信号输出电路、显示界面和通信单元，具体连接方式如下：

1）显示界面通过RS232串口与可编程逻辑控制器PLC连接；通讯单元通过RS232串口与可编程逻辑控制器PLC连接，并将串口协议转换成以太网TCP/IP协议，通过以太网与终端服务器连接，与SCADA系统进行通信；

2）变电站相关设备的二次侧电压电流大信号，通过低压电缆接入信号采集调理电路的对应端子，经信号采集调理电路转换为小信号后，通过信号排线接入可编程逻辑控制器PLC；电容器投切状态和保护监测信号的开关量信号，通过低压电缆与信号采集调理电路的对应端子相连接，经处理电路转换为报警信号后，通过信号排线接入可编程逻辑控制器PLC；

3）可编程逻辑控制器PLC协调控制产生的控制信号，通过信号排线接入控制信号输出电路转换成光纤信号，采用多芯光纤接入变压器分接头、电容器投切开关和可控硅箱，可控硅箱将光纤信号转换为电压电流大信号，直接驱动分接头开关、电容器投切开关和可控硅，调节设备运行状态和无功补偿容量。

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