变电站电压无功自动控制装置的研制

摘要

随着现代电网电力系统的规模日趋扩大化，电网中的用户对于电能的质量和电网的可靠性要求也日渐提高。现代电力系统中的电压稳定性已然成为了衡量电能质量的重要标准之一，而另一方面电网功率因数与系统电压的稳定性之间有着至关重要的联系，所以如何维持电网中的无功平衡与电压稳定这一难题越发重要，需要我们综合分析，寻找良好的解决方案。维持系统电压稳定性的决定性因素便是保证系统电网中功率因数的平衡，实现电力系统运行时的无功平衡是优化无功潮流、保障电网中电压稳定，改善用户体验感的首要前提条件。而作为连接电网和用户之间的纽带，变电站是维持无功平衡、保障电压稳定，降低电网损耗的关键性装置，稳定变电站的电压使得用户端始终处于系统电压额定要求范围之内，对于电力系统规模的发展和影响的扩大有着至关重要的作用。 现代电力系统中，变电站采用的电压和无功控制装置主要包括以下五种设备:有载调压变压器分接头、并联补偿电容器组、同步调相机、同步发电机和静止补偿器。其中，调节有载调压变压器和投切并联电容器组在电气工程应用中已经存在成熟的技术并得到广泛地应用，有鉴于此本文设计中针对变电站电压稳定和无功因数的调节问题主要采用以上两种方式来实现电网局部电压和无功的综合优化。在电气工程实际应用领域，对于控制策略进行系统分析和综合比对之后，大多数变电站选用了九区图作为电压和无功判据控制策略，传统的九区图控制策略已经在电力系统中得到了广泛地应用，但是在某些九区图控制区域，当涉及到电压和功率因数两个参数需要同步调节时，传统的九区图控制算法会出现相互干涉，从而产生电压和无功调节频繁动作的问题。针对这一问题进行系统分析和工程实践后发现将传统的九区图改进为模糊边界九区图控制策略，不仅成功地解决了九区图部分区域在电压无功调节时频繁动作的问题，更有效提高了电网中电能使用效率从而降低了能量损耗。当系统无功趋于平衡、电压参数正常时，模糊边界九区图控制策略将会以最低的频率调节分接开关，这使得有载调压变压器的分接开关的调节次数大幅降低，从而使得分级开关的自然寿命大幅增加，不仅节约了实际投入的经济成本，还满足了绿色环保节能技术要求。因此，本文研制的变电站电压无功自动控制装置采用了电压无功模糊边界九区域作为变电站系统的控制策略。 变电站电压无功自动控制装置不仅要符合相关国家标准和行业技术规范的技术性能要求，更要求其能够满足变电站长期运行时稳定性、安全性的需求，本研制方案在确保变电站并列或解列运行方式下工作时，可以实现两台双圈或三圈变压器的无功自动电压控制，同时通过报警装置和远程控制网络实现调节控制电压和功率两项参数不超过标准允许偏差范围。 综上所述，本文研制的变电站电压无功自动控制装置采用的控制装置为有载调压变压器和并联补偿电容器组两种，电压和无功判据选择了模糊边界九区域控制策略，核心主控装置采用了单片机并编制设计了单片机控制流程图，实现与控制系统主电路的链接，并设计了软件系统将变电站的自动控制装置连接为一个有机整体。同时，为了实现良好的人机互动功能，研制的时候将软件VQC和上位计算机添加进本控制装置，以确保变电站自动控制装置拥有优秀的信息通道、简便的操作程序、智能的控制界面。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 无功与电压控制的意义

1．3 电压无功自动控制的现况

1．4 电力系统的电压调节和无功功率平衡

1．4．1 电力系统的电压调整

1．4．2 无功功率平衡和电压水平的关系

1．5 变电站电压无功自动控制装置的研制

1．5．1 研制任务

1．5．2 研制目标

第二章 变电站电压无功自动控制的原理分析及目标控制

2．1 变电站电压无功控制装置的概况

2．1．1 确定控制策略

2．1．2 选择电容器的投切方式

2．1．3 电压无功自动控制功能与其它控制功能

2．1．4 软件功能设计与人机交互界面

2．2 电压无功控制的原理

2．3 电压无功自动控制的目标

2．3．1 保证电压在合格范围内

2．3．2 维持电力系统中的功率平衡

2．3．3 优化控制装置的调节措施，减少控制装置的调节次数

2．4 电压无功自动控制的实现

第三章 电压无功自动控制策略的选择

3．1 传统的九区图控制策略

3．2 改进九区图控制策略(11区图)

3．3 改进九区图控制策略(17区图)

3．4 五区图控制策略

3．5 模糊无功边界九区图控制策略

本章小结

第四章 变电站电压无功自动控制装置的设计

4．1 控制装置的设计指标

4．2 控制装置主电路部分的研制

4．2．1 补偿电容器的容量计算和分组

4．2．2 断路器的选择

4．2．3 串联电抗器的选择

4．2．4 放电线圈的选择

4．2．5 避雷器的选择

4．3 控制装置主体部分的研制

4．3．1 主体设计目标

4．3．2 分部装置的设计要求

4．3．3 运行状态的控制

4．4 模拟量和开关量数据控制

4．4．1 模拟量输入／输出

4．4．2 开关量输入／输出

4．5 控制装置软件系统设计

4．5．1 单片机软件控制的设计

4．5．2 应用软件VQC实现与上位机通信

第五章 结论

附录

参考文献

致谢