变电站综合自动化第六章

第六章变电站综合自动化系统的智能装置第一节电压、无功综合自动控制装置一、变电站调压的主要手段电压是衡量电能质量的一个重要指标，保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。电压偏移过大不仅对用户的正常工作产生不利影响，还可能使网损增大，甚至危害系统运行的稳定性。长期的研究结果表明，造成电压质量下降的主要原因是系统无功功率不足或无功功率分布不合理，所以电压调整问题主要是无功功率的补偿与分布问题。作为变电站调压的主要手段，一般都采用有载调压变压器和补偿电容器。有载调压变压器可以在带负荷的条件下切换分接头，从而改变变压器的变比，可起到调整电压、降低损耗的作用。而合理地配置无功功率补偿容量，可改变网络中无功功率补偿容量，可改变网络中的无功潮流，改善功率因数，减少网损和电压损耗，从而改善用户的电压质量。以上两种措施虽然都有调整电压的作用，但其原理、作用和效果是不同的。在利用有载调压变压器分接头进行调压时，调压本身并不产生无功功率，因此在整个系统无功不足的情况下不可用这种方法来提高全系统的电压水平;而利用补偿电容器进行调压，由于补偿装置本身可产生无功功率。因此这种方式既能弥补系统无功的不足，又可改变网络中的无功分布。然而在系统无功充足但由于无功分布不合理而造成电压质量下降时，这种方式却又是无能为力的。因此只有将两者有机结合起来才有可能达到良好的控制效果。在传统的控制下，这两种控制方式使运行人员根据系统调度部门下达的电压无功控制计划，根据运行情况进行调整。这不仅增加了值班人员的劳动强度，而对双参数调整难以达到最优的控制效果。随着无人值班变电站的建立和计算机技术在变电站控制系统中的应用，为了提高电压合格率和降低能耗，目前各种电压等级的变电站中普遍采用了电压，无功综合控制器。就是在变电站中利用有载调压变压器和并联电容器组。根据运行情况进行本站的电压和无功自动调整，以保证负荷侧母线电压在规定范围之内及进线功率因数尽可能高的一种装置。变电站就地电压、无功综合自动控制（VQC）调节有两种方法:第一种方法采用硬件装置，采样有载调压变压器和并联补偿电容器的数据，通过控制和逻辑运算全站的电压和无功自动调节，以保证负荷侧母线电压在规定的范围之内及进线功率因数尽可能高，有功损耗尽可能低的一种装置。这种装置具有独立的硬件，因此它不受其他设备的运行状态影响，可靠性较高。这种装置适合在电网网架结构尚不太合理、基础自动化水平不高的电力网的变电站内使用。第二种方法是软件VQC，它是在就地监控站利用现成的遥测、遥信信息，通过运行控制算法，用软件模块控制方式来实现变电站电压和无功自动调节。用这种方法可以发展为通过调度中心实施全系统电压与无功的综合在线控制。这是保持系统电压正常、提高系统运行的可靠性的最佳方案。当然这种方法的实施前提条件是电网网架结构合理、基础自动化水平高，尤其适用于综合自动化的变电站中。在这种系统中最明显的优点就是变电站全站硬件资源共享、信息共享，能采集到齐全的信息，不需要为综合控制电压和无功专门设置硬件装置。二、对电压、无功综合自动控制装置的基本要求（1）自动监视识别变电站的运行方式和运行状态。从而正确地选择控制对象并确定相应的控制方法。（2）对目标电压、电压允许偏差范围和功率因数上下限等应能进行灵活整定。（3）变压器分接头控制和电容器组投切应能考虑各种条件的限制。（4）控制命令发出后应能自动进行检验以确定动作是否成功;若不成功，应能做出相应的处理;每次动作应有打印的记录。（5）对变电站的运行情况，如各断路器状态、主接线运行方式、变压器分接头位置、母线电压、主变压器无功等参数应能清晰地予以显示，并设置故障录波器。（6）应具有自检、自恢复功能，做到硬件可靠、软件合理、维修方便且具有一定的灵活性和活应性。三、电压、无功综合自动控制策略1.电压、无功综合自动控制的原理如图6－1所示，由于负荷RL＋jXL的存在，由系统经变电站到用户的线路上均有电流流过，该电流一方面在线路上产生电压损失，另一方面在线路和变压器中引起功率损耗，即网损。各段线路和变压器上的电压损耗随着流过电流的变化而变化，也就随着负荷RL＋jXL的变化而不同。电压无功综合控制所要达到的目的：一是使负荷端UL电压与额定电压ULN的偏差最小即|UL－ULN|=△ULmin;二是使系统的功率损耗最小。要达到上述调节目的，目前常采用以下两种方法。（1）调整变压器的变比KT。当负荷增大，引起线路电压损失增加，从而导致负荷端电压下降时，可减小变比KT以提高变压器低压侧电压UD,，从而提高负荷端电压UL;当负荷减小导致负荷端电压上升时，可增加变比KT，以降低变压器低压侧电压UD，从而降低负荷端电压UL。变压器变比价的变化一般靠调节有载调压变压器的分接头来实现。(2)改变补偿电容器组发出的无功功率QC。当无补偿电容器组不存在，即QC＝0时，负荷所需的无功功率QL均需通过线路传送。当补偿电容器组发出的无功功率为QC时，则系统只需向负荷提供QL－QC大小的无功功率即可，即线路上传送的无功功率为QL－QC比无补偿电容器组存在时明显减少，因此沿线路的电压损失将减小，从而可提高变电站的母线电压。同时线路上传送无功功率数量的减小，将导致线路上电流减小，线路上的功率损耗(网损)将随之降低，变电站的功率因数也随之改善。2.变电站运行方式的识别大型变电站中一般拥有多台有载调压变压器，系统运行过程中这些变压器可能有多种运行方式。如在某种运行过程下，某些变压器可能处于运行状态，而另一些变压器可能处于停运状态;参加运行的变压器之间可并列运行，也可独立运行。在对变电站的电压、无功进行综合控制过程中，为了确定控制对象并进一步确定控制对策，首先必须对变电站中各变压器的运行方式进行识别。对于具有两台主变压器的变电站，其运行方式比较简单。实际上只有四种运行方式:两台主变压器均运行时：两台主变压器并列运行;两台主变压器独立运行;只有一台主变压器运行时：一号主变压器运行，二号主变压器停运;二号主变压器运行。一号主变压器停运。但对于主变压器台数较多的大型变电站，其运行方式就比较复杂。如对于具有三台主变压器的变电站，就有14种运行方式。目前实际采用的识别方式有人工设置和自动识别两种。人工设置就是主站的运行人员根据上传至主站的有关状态信息对变电站的运行方式进行判断，然后再通过通信系统将该运行方式通知电压无功综合控制系统。自动识别是电压、无功综合控制系统根据主接线的断路器状态，如变压器的高中低侧断路器状态、母联和旁路的断路器状态等，自动进行分析判断，以确定当时的运行方式。3.变电站运行状态的检测和识别所谓变电站的运行状态是指变电站的各种电气量所处的状态。只有正确地掌握变电站的运行状态，才能正确地选择控制对策，从而达到自动控制的目的。作为变电站电压、无功综合控制装置，由于其控制对象主要是变压器分接头和并联电容组，控制目的是保证主变压器二次电压在允许范围内，且尽可能提高进线的功率因数，故一般选择电压和进线处功率因数(或无功功率)为状态变量。根据状态变量的大小，可将变电站的运行状态划分为九个区域，如图6-2所示，简称‘“九区图”。图中纵坐标为电压U。，横坐标为功率因数cosφ。电压、无功综合控制装置实质上是一个多输入多输出的闭环自动控制系统。从控制理论的角度上来说，它又是一个多限值电压上下限、功率因数(无功)上下限、主变分接头断路器调肯次数、并联电容器组日投切次数及用户特殊要求等多目标(电压及功率因数合格)的最优控制问题。尽管该控制问题的目标函数是明确的，但实际上其中许多因素是难以解析描述的，因此控制规律很难用一个统一的数学模型来表示，目前实际装置多采用结合工程的实用控制法。当变电站运行于0区域时，电压和功率因数均合格，此时不需要进行调整；(1)简单越限情况当变电站运行于1区域时，电压超过上限而功率因数合格，此时应调整变压器分接头使电压降低。如单独调整变压器分接头无法满足要求时，可考虑强行切除电容器组。当变电站运行于5区域时，电压低于下限而功率因数合格，此时应调整变压器分接头使电压升高，直至分接头无法调整(次数限制或档位限制)。当变电站运行于3区域时，功率因数低于下限而电压合格，此时应投入电容器组直至功率因数合格。当变电站运行于7区域时，功率因数超过上限而电压合格，此时应切除电容器组直至功率因数合格。(2)双参数越限情况当变电站运行于2区域时，电压超过上限而功率因数低于下限，此时如先投入电容器组，则电压会进一步上升。因此先调整变压器分接头使电压降低，待电压合格后若功率因数仍越限再投入电容器组。当变电站运行于4区域时，电压和功率因数同时低于下限，此时如先调整变压器分接头升压，则无功会更加缺乏。因此应先投人电容器组，待功率因数合格后若电压越限再调整变压器分接头使电压升高。当变电站运行于6区域时，电压低于下限而功率因数超过上限，此时如先切除电容器组，则电压会进一步下降。因此应先调整变压器分接头使电压升高，待电压合格后若功率因数仍越限再切除电容器组。当变电站运行于8区域时，电压和功率因数同时超过上限，此时如先调整变压器分接头降压，则无功会更加过剩。因此应先切除电容器组，待功率因数合格后若电压仍越限再调整变压器分接头使电压降低。四、电压、无功综合自动控制方式前面已经提到，变电站中对电压、无功的综合控制，主要是自动调节有载调压变压器的分接头位置和自动控制无功补偿设备(电容器、电抗器、调相机等)的投、切或控制其运行工况。在实际应用中，其控制方式有如下三种。(1)集中控制方式。集中控制方式是指在调度中心对各个变电站的主变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。(2)分散控制方式。这是我国当前进行电压、无功调节控制的主要方式。分散控制是指在各个变电站或发电厂中，自动调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。(3)关联分散控制方式。所谓关联分散控制，是指电力系统正常运行时，由分散安装在各厂、站的分散控制装置或控制软件进行自动调控；而在系统负荷变化较大或紧急情况或系统运行方式发生大的变动时，可由调度中心直接操作控制，或由调度中心，修改下属变电站所应维持的母线电压和无功功率的定值，以满足系统运行方式变化后新的要求。关联分散控制最大的优点是:在系统正常运行时，做到责任分散、控制分散、危险分散;紧急情况下，执行应急任务，因而可以从根本上提高全系统的可靠性和经济性。五、电压、无功综合自动控制装置举例1.微机型电压、无功综合控制装置的主要特点微机型电压、无功综合控制装置一般可适用于各种电压等级的变电站，可同时分别控制1－3台有载调压变压器分接头位置和1－12组无功补偿电容器的投、切。不论变电站采用何种接线方式和运行方式，装置均能自动判断，并能执行正确的调控命令。2.微机型电压、无功综合控制装置的硬件原理结构3.微机型电压、无功综合控制装置软件流程第二节备用电源自动投人装置备用电源自动投人装置是电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源或备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置，简称AAT装置。备用电源自动投入是保证电力系统连续可靠供电的重要措施。一、备用电源的配置方式备用电源的配置一般有明备用和暗备用两种基本方式。系统正常时，备用电源不工作，称为明备用；系统正常运行时，备用电源也投入运行的，称为暗备用。暗备用实际上是两个工作电源互为备用。（1）明备用的控制。有一个工作电源和一个备用电源1L为工作电源，1QF合上；2L为备用电源，2QF断开。备用电源自动投人装置控制的是备用电源进线的2QF，即当变电站正常运行时，由1L进线供电，当1L因故障被切除即1QF跳开时，备用进行2QF自动合闸，保证变电站的继续供电。(2)暗备用的控制。有两个工作电源