專利名稱：電壓無功綜合控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓無功綜合控制裝置，尤其是一種對有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)的調(diào)整和并聯(lián)電容器組/電抗器組的投切進(jìn)行綜合自動(dòng)控制，并對變電站進(jìn)行電能質(zhì)量管理的電壓無功綜合控制裝置。
背景技術(shù)：
變電站電壓無功控制已成為保證電壓質(zhì)量和無功平衡、提高電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性必不可少的措施。變電站電壓無功綜合控制裝置在我國各級變電站已廣泛投入使用，隨著近幾年我國電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的迅速提高，尤其是變電站自動(dòng)化的發(fā)展已突破傳統(tǒng)使用大量電纜組成復(fù)雜的二次控制回路，取而代之的是通訊網(wǎng)，將變電站間隔層與變電站層連接起來，使各間隔層的控制終端能夠資源共享。而作為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)重要組成部分的電壓無功綜合控制也隨之出現(xiàn)多種實(shí)現(xiàn)方式。自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)機(jī)軟件電壓無功控制VQC；自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電壓無功控制VQC；自帶I/O系統(tǒng)的獨(dú)立電壓無功控制VQC。
另外從電壓無功控制的今后發(fā)展方向看，這種局部最優(yōu)的就地分散控制方法將被全網(wǎng)最優(yōu)的電壓無功集中控制所取代。根據(jù)目前調(diào)度和變電站自動(dòng)化的發(fā)展水平來看，集中控制的實(shí)現(xiàn)方式有兩種1)根據(jù)調(diào)度所得到的各變電站的有關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)運(yùn)行電壓無功優(yōu)化控制軟件，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，以絕對指令的方式通過調(diào)度的遙控、遙調(diào)功能對變電站具體的電容器或變壓器分接頭進(jìn)行操作；2)利用變電站現(xiàn)有的電壓無功控制裝置，通過與調(diào)度的通訊，根據(jù)調(diào)度的電壓無功優(yōu)化軟件得出的各變電站電壓無功上下限，再由電壓無功控制裝置根據(jù)變電站的運(yùn)行方式和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。
與第一種方式相比，第二種方式由于可以實(shí)現(xiàn)分散和集中的解耦控制，提高了系統(tǒng)的可靠性。因此對在集中控制方式下作為智能終端的變電站電壓無功控制裝置提出了更高的要求。
電壓無功控制裝置的一個(gè)主要功能是保證電壓的合格，隨著電能質(zhì)量的提出以及電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化，今后必然要求對電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測和管理，作為用戶公共連接點(diǎn)的10kV母線的電能質(zhì)量就尤其重要，利用現(xiàn)有電壓無功控制裝置的資源，增加10kV母線電能質(zhì)量的監(jiān)測和管理，為運(yùn)行部門對10kV母線電能質(zhì)量的管理提供依據(jù)。
近幾年城網(wǎng)改造的發(fā)展，特別是在城區(qū)靠近負(fù)荷中心新建的220kV、110kV負(fù)荷站，出現(xiàn)了四臺(tái)主變，10kV八段母線的主接線方式，同一母線的無功補(bǔ)償設(shè)備既有電容器又有電抗器，由于受變電站主變、電容器配置的增多和變電站的運(yùn)行方式的復(fù)雜化，使原有的只能控制3臺(tái)主變、4段母線的24組電容器裝置的軟件和硬件已不能適應(yīng)變電站的發(fā)展，不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電壓無功綜合控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)控制4臺(tái)變壓器調(diào)壓機(jī)構(gòu)、8段母線上的24組電容器、16組電抗器的電壓無功綜合控制，提高系統(tǒng)的可靠性，并實(shí)現(xiàn)對電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測和管理。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明提供了一種電壓無功綜合控制裝置，它包括系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、輸入/輸出模塊及通訊模塊；所述的系統(tǒng)管理模塊包括系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)，所述的系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)通過其顯示接口連接有顯示設(shè)備，并通過其打印接口連接有打印設(shè)備；所述的系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)通過其內(nèi)部系統(tǒng)總線連接通訊模塊；所述的通訊模塊包括智能通訊卡、以太網(wǎng)卡及調(diào)制解調(diào)器，所述的智能通訊卡、以太網(wǎng)卡連接在系統(tǒng)總線上，所述的調(diào)制解調(diào)器通過串行接口連接到系統(tǒng)總線上；所述的智能通訊卡連接有串行總線；所述的輸入/輸出模塊包括開入量采集模塊及開出量輸出模塊，所述的開入量采集模塊及開出量輸出模塊分別連接在串行總線上；所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括模擬量采集模塊，所述的模擬量采集模塊連接在串行總線上。
所述的數(shù)據(jù)采集模塊采用14位高速M(fèi)AX125A/D轉(zhuǎn)換芯片和專用數(shù)據(jù)處理TMS320F206DSP芯片。所述的通訊模塊內(nèi)置多種規(guī)約轉(zhuǎn)換器和標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊接口。
本發(fā)明采用高性能的工業(yè)控制機(jī)及分布式智能模塊和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，其所需要采集的開入量、模擬量、控制的開出量均由智能模塊獨(dú)立完成，智能模塊與工控機(jī)通過內(nèi)部總線相連接，由電壓無功控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理，完成電壓無功綜合控制功能。本發(fā)明提出了新的電壓無功綜合控制裝置的軟硬件體系結(jié)構(gòu)，其按照分布式智能模塊化結(jié)構(gòu)研制的裝置，可以靈活實(shí)現(xiàn)目前變電站電壓無功控制所常見的電壓無功控制VQC控制方式，即獨(dú)立自帶I/O系統(tǒng)的電壓無功控制VQC方式；變電站自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)機(jī)軟件電壓無功控制VQC方式；變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電壓無功控制VQC方式。本發(fā)明能同時(shí)控制四臺(tái)變壓器調(diào)壓機(jī)構(gòu)、8段母線上的24組電容器、16組電抗器的電壓無功綜合控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)分散和集中的解耦控制，提高了系統(tǒng)的可靠性?？梢酝ㄟ^與調(diào)度的直接通訊或借助與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊，實(shí)現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制智能終端的功能；并且在本裝置中嵌入10kV母線電能質(zhì)量監(jiān)測和管理功能，可以對電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測和管理。其控制策略先進(jìn)，保護(hù)閉鎖能力強(qiáng)，顯示、報(bào)表及記錄齊全，具有測量準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定及人機(jī)界面友好的特點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明


圖1為本發(fā)明電壓無功綜合控制裝置的硬件系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；圖2為本發(fā)明電壓無功綜合控制裝置的軟件系統(tǒng)總體構(gòu)成示意圖；圖3為本發(fā)明電壓無功綜合控制裝置的電壓無功限值區(qū)間劃分示意圖；圖4為本發(fā)明電壓無功綜合控制裝置的電壓無功控制軟件流程圖；圖5為本發(fā)明電壓無功綜合控制裝置的電能質(zhì)量管理界面。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明的硬件系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。一種電壓無功綜合控制裝置，采用高性能的工業(yè)控制機(jī)作為控制的核心，整個(gè)系統(tǒng)按分散智能模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。裝置所需要采集的開入量、模擬量、控制的開出量均由智能模塊獨(dú)立完成，智能模塊與工控機(jī)通過內(nèi)部總線相連接，由電壓無功控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理，完成電壓無功綜合控制功能。其主要模塊有智能數(shù)據(jù)采集模塊3、智能通訊模塊2、智能輸入/輸出模塊4、系統(tǒng)管理模塊1。系統(tǒng)管理模塊1與其他模塊通過內(nèi)部總線相連。系統(tǒng)管理模塊1包括系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)10，系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)10通過其顯示接口12連接有顯示設(shè)備11，并通過其打印接口14連接有打印設(shè)備15；系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)10通過其內(nèi)部系統(tǒng)總線13連接通訊模塊2；通訊模塊2包括智能通訊卡20、以太網(wǎng)卡21及調(diào)制解調(diào)器22，智能通訊卡20、以太網(wǎng)卡21連接在系統(tǒng)總線13上，調(diào)制解調(diào)器22通過串行接口23連接到系統(tǒng)總線13上；智能通訊卡20連接有串行總線24；輸入/輸出模塊4包括開入量采集模塊40及開出量輸出模塊41，開入量采集模塊40及開出量輸出模塊41分別連接在串行總線24上；數(shù)據(jù)采集模塊3包括兩個(gè)模擬量采集模塊30，模擬量采集模塊30均連接在串行總線24上。
1、數(shù)據(jù)采集模塊3硬件采用14位高速M(fèi)AX125A/D轉(zhuǎn)換芯片和專用數(shù)據(jù)處理TMS320F206DSP芯片；諧波的測量采用多周期加窗傅立葉變換算法；電壓波動(dòng)和閃變采用IEC推薦電壓波動(dòng)閃變儀數(shù)字檢測算法。從而保證電氣量測量和電能質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算的精確度。
2、輸入/輸出模塊4開入開出信號(hào)與系統(tǒng)采用兩級光耦隔離、在軟件上采用去抖動(dòng)技術(shù)和口令加密技術(shù)，提高裝置開入量的抗干擾能力和防止開出誤動(dòng)作；受控對象的保護(hù)動(dòng)作閉鎖、防連調(diào)閉鎖均由該模塊獨(dú)立完成，采用軟件和硬件雙重閉鎖，提高裝置的可靠性；可按照變電站的實(shí)際規(guī)模和今后的擴(kuò)容，增加相應(yīng)的輸入/輸出模塊，無須對軟硬件進(jìn)行改動(dòng)，提高了裝置的兼容性。
3、智能通訊模塊2數(shù)據(jù)采集模塊、輸入輸出模塊與系統(tǒng)管理軟件模塊的聯(lián)系是通過嵌入在工控機(jī)中的智能通訊模塊來完成的；內(nèi)置多種規(guī)約轉(zhuǎn)換器和標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊接口，使裝置能與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)共享模擬量、開人開出量，以自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)電壓無功控制VQC方式運(yùn)行，可以解決由多套測量系統(tǒng)測量量不一致而造成電壓無功控制VQC拒動(dòng)的現(xiàn)象，同時(shí)也可以降低工程成本和調(diào)試維護(hù)量。
4、系統(tǒng)管理模塊1系統(tǒng)管理軟件是基于Windows、SQL數(shù)據(jù)庫平臺(tái)上開發(fā)的，主要由人機(jī)交互界面、通信管理、電壓無功控制、電能質(zhì)量管理、報(bào)表和記錄查尋等組成。人機(jī)交互界面采用INTOUCH工業(yè)控制組態(tài)軟件，為運(yùn)行人員提供變電站運(yùn)行中常用的數(shù)據(jù)顯示、變壓器分接頭、電容器開關(guān)監(jiān)控單元的操作、裝置的現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置等；通信管理主要通過以態(tài)網(wǎng)卡或Modem與遠(yuǎn)方進(jìn)行通信，可對裝置進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)方維護(hù)，也可以使裝置作為區(qū)域網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制的智能執(zhí)行終端；電壓無功控制所要的信息均來自實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，按照改進(jìn)的九區(qū)圖和最優(yōu)的控制策略，完成電壓無功的綜合控制，同時(shí)電壓無功控制也可以以單一的應(yīng)用模塊嵌入到變電站自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)機(jī)中，以后臺(tái)機(jī)軟件電壓無功控制VQC方式運(yùn)行；電能質(zhì)量管理是對10kV母線的電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理，目前主要考核的指標(biāo)是頻率、電壓合格率、諧波、三相不平衡、電壓波動(dòng)和閃變；報(bào)表和記錄查詢可為上級管理部門的管理提供依據(jù)，可統(tǒng)計(jì)裝置投入運(yùn)行后所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)通過對各種動(dòng)作以及故障的記錄，方便考核裝置的性能和進(jìn)一步改善提高裝置的性能。
如圖2所示，為本發(fā)明的軟件系統(tǒng)總體構(gòu)成示意圖。本發(fā)明的裝置的軟件與硬件系統(tǒng)相對應(yīng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)。
1、其中電壓無功控制是核心，通過對變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采樣、計(jì)算和判斷，并得出當(dāng)前屬于何種工況，是否需要調(diào)節(jié)，應(yīng)選擇何種調(diào)節(jié)控制策略等。需要調(diào)節(jié)時(shí)，則經(jīng)過一定的延時(shí)后，發(fā)出調(diào)節(jié)命令。
其調(diào)節(jié)原理及策略如圖3所示，圖中ΔUC為投切一組電容器引起母線電壓的變化量，ΔQT為升降一擋分接開關(guān)引起進(jìn)線無功的變化量。1區(qū)、F區(qū)先投C，當(dāng)C全部投入(含C故障、檢修停用時(shí))后，電壓仍低于電壓下限值時(shí)，發(fā)強(qiáng)行升壓指令；2A區(qū)發(fā)投C指令。電容器投完仍在該區(qū)，則維持；2C區(qū)如還有電容器未投，則先降壓再投電容器，或維持不動(dòng)；3、4區(qū)發(fā)降壓指令。當(dāng)有載調(diào)壓開關(guān)處于下極限位置時(shí)，發(fā)強(qiáng)切C指令；5區(qū)、E區(qū)發(fā)切C指令。當(dāng)C全部切除后，電壓仍高于電壓上限值時(shí)，發(fā)強(qiáng)行降壓指令；6B區(qū)發(fā)切C指令。若電容器全切完仍在該區(qū)，則維持；6D區(qū)如還有電容器未切，則先升壓，再切電容器，或維持不動(dòng)；7、8區(qū)發(fā)升壓指令，當(dāng)有載調(diào)壓開關(guān)處于上極限位置時(shí)，發(fā)強(qiáng)投C指令。
2、電能質(zhì)量的監(jiān)測和管理主要通過DSP對10kV電壓的各項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行檢測，通過通信上傳到電能質(zhì)量管理模塊進(jìn)行統(tǒng)一的管理，并以圖表和表格的形式提供給運(yùn)行管理人員，以供參考。電能質(zhì)量管理界面如圖5所示。
如圖4所示，為電壓無功控制軟件流程圖。開始后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后人機(jī)對話和處理，根據(jù)斷路器的位置判斷變壓器和母線的運(yùn)行方式，之后從數(shù)據(jù)采集模塊中中讀取與電壓無功控制相關(guān)的模擬量，接著進(jìn)行邏輯判斷，決定是否采取調(diào)壓措施，如果采取措施，則發(fā)令并且反饋，然后繼續(xù)人機(jī)對話和處理，如果不采取措施，則直接繼續(xù)人機(jī)對話和處理，如果同時(shí)有通訊請求，則進(jìn)入中斷進(jìn)行通訊處理，處理完畢并返回。
本發(fā)明采用高性能的工業(yè)控制機(jī)及分布式智能模塊和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，其所需要采集的開入量、模擬量、控制的開出量均由智能模塊獨(dú)立完成，智能模塊與工控機(jī)通過內(nèi)部總線相連接，由電壓無功控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理，完成電壓無功綜合控制功能。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種電壓無功綜合控制裝置，其特征在于，它包括系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、輸入/輸出模塊及通訊模塊；所述的系統(tǒng)管理模塊包括系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)，所述的系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)通過其顯示接口連接有顯示設(shè)備，并通過其打印接口連接有打印設(shè)備；所述的系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)通過其內(nèi)部系統(tǒng)總線連接通訊模塊；所述的通訊模塊包括智能通訊卡、以太網(wǎng)卡及調(diào)制解調(diào)器，所述的智能通訊卡、以太網(wǎng)卡連接在系統(tǒng)總線上，所述的調(diào)制解調(diào)器通過串行接口連接到系統(tǒng)總線上；所述的智能通訊卡連接有串行總線；所述的輸入/輸出模塊包括開入量采集模塊及開出量輸出模塊，所述的開入量采集模塊及開出量輸出模塊分別連接在串行總線上；所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括模擬量采集模塊，所述的模擬量采集模塊連接在串行總線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓無功綜合控制裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集模塊采用14位高速M(fèi)AX125A/D轉(zhuǎn)換芯片和專用數(shù)據(jù)處理TMS320F206DSP芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電壓無功綜合控制裝置，其特征在于所述的通訊模塊內(nèi)置規(guī)約轉(zhuǎn)換器和標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊接口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電壓無功綜合控制裝置，它包括系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、輸入/輸出模塊及通訊模塊；系統(tǒng)管理模塊包括系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)連接有顯示設(shè)備及打印設(shè)備；系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)通過其內(nèi)部系統(tǒng)總線連接通訊模塊；通訊模塊包括智能通訊卡、以太網(wǎng)卡及調(diào)制解調(diào)器，智能通訊卡連接有串行總線并通過串行總線連接輸入/輸出模塊及數(shù)據(jù)采集模塊；輸入/輸出模塊包括開入量采集模塊及開出量輸出模塊；數(shù)據(jù)采集模塊包括模擬量采集模塊。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)控制4臺(tái)變壓器調(diào)壓機(jī)構(gòu)、8段母線上的24組電容器、16組電抗器的電壓無功綜合控制，提高了系統(tǒng)的可靠性，并實(shí)現(xiàn)對電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測和管理。
文檔編號(hào)G05F1/70GK1797262SQ200410101768
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月22日
發(fā)明者楊仁剛, 馮小明, 王江波, 張樅生, 牛煥娜 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)