基于VQC技術(shù)的配電調(diào)壓控制裝置研究

劉偉 潘明 姚彥良

摘? 要：文章從現(xiàn)有的有載調(diào)壓變壓器機(jī)械式分接開關(guān)調(diào)壓方式存在的缺陷分析，設(shè)計出一種基于VQC技術(shù)的配電有載調(diào)壓控制裝置。該裝置可以實(shí)現(xiàn)變壓器低壓側(cè)就地?zé)o功補(bǔ)償，從源頭上轉(zhuǎn)化了無功能量，提高配變利用率，降低故障率、線路損耗能量和視在功率，進(jìn)而彌補(bǔ)了機(jī)械開關(guān)調(diào)壓的不足。

關(guān)鍵詞：VQC;有載調(diào)壓變壓器;無功補(bǔ)償;配電終端

中圖分類號：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）09-0151-03

Abstract： According to the deficiencies of existing on-load tap changer（OLTC） transformer's voltage regulating mode， this paper designed a device of on-load voltage regulating and controlling which based on VQC technology. The device can make reactive power compensation on low voltage side of transformer to be realized. It can transform non-functional quantity from the source， and improve the utilization ratio of distribution transformer， and reduce the failure rate， line loss energy and apparent power， and then make up for the deficiency of mechanical switch voltage regulation.

Keywords： VQC; on-load tap changer （OLTC）; reactive power compensation; distribution terminal station

目前，有載調(diào)壓變壓器采用機(jī)械式分接開關(guān)調(diào)壓，使用半導(dǎo)體邏輯電路，這種調(diào)壓方式至少存在以下幾個缺陷：（1）必須在無功充裕的條件下調(diào)壓才有效;（2）容易受變電站復(fù)雜的電磁環(huán)境影響，性能不夠穩(wěn)定，工作不夠可靠;（3）需要額外的模數(shù)轉(zhuǎn)換器;（4）采用機(jī)械式調(diào)壓分接開關(guān)，會產(chǎn)生電弧、動作速度慢、維護(hù)不便、故障率高;（5）不能夠自動維持配電網(wǎng)電壓恒定。[1][2]

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

如圖1所示，有載調(diào)壓配電變壓器系統(tǒng)整體原理框圖。調(diào)壓控制器根據(jù)變壓器低壓側(cè)電壓采樣值等參數(shù)判斷輸出升擋、降擋命令給調(diào)壓傳動裝置，調(diào)壓傳動裝置帶動分接開關(guān)，調(diào)節(jié)變壓器的線圈匝數(shù)比，并將變壓器實(shí)時的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分接開關(guān)位置及調(diào)壓次數(shù)等重要參數(shù)通過4G模塊上傳給配網(wǎng)監(jiān)控主站，便于電網(wǎng)負(fù)荷情況變化等數(shù)據(jù)分析;根據(jù)低壓側(cè)電壓、電流采樣值及經(jīng)典九域圖等計算分析形成VQC控制策略，控制電容器投切狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了集遙測、遙控、遙信及低壓側(cè)就地?zé)o功補(bǔ)償控制（VQC技術(shù)）于一體的配電自動化裝置，推進(jìn)了配網(wǎng)自動化改造。[3][4]

2 控制裝置硬件設(shè)計

根據(jù)以上原理分析，設(shè)計系統(tǒng)整體方案如圖2所示。變壓器低壓側(cè)三相電壓、電流經(jīng)PT及CT采集進(jìn)入控制器主板的模擬量采集調(diào)理電路，調(diào)理后的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入MCU，MCU結(jié)合經(jīng)典九域圖計算分析得出無功補(bǔ)償策略，通過RS485等通信方式控制無功補(bǔ)償裝置的投切;待無功功率穩(wěn)定充裕后，MCU再結(jié)合當(dāng)前符合變化情況以及當(dāng)前有載調(diào)壓變壓器擋位信息，計算分析得出升、降壓控制策略，通過遙控（YK）模塊輸出升、降壓命令至調(diào)壓傳動裝置，調(diào)壓傳動裝置帶動分接開關(guān)，調(diào)節(jié)變壓器的線圈匝數(shù)比，從而實(shí)現(xiàn)了集遙測、遙控、遙信及低壓側(cè)就地?zé)o功補(bǔ)償控制（VQC技術(shù)）于一體的自動調(diào)壓控制器;控制器通過近距離WIFI通信，可以連接手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)隨時就地調(diào)閱，隨時本地數(shù)據(jù)維護(hù);通過4G模塊可將變壓器實(shí)時的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分接開關(guān)位置及調(diào)壓次數(shù)等重要參數(shù)上傳給配網(wǎng)監(jiān)控主站，便于電網(wǎng)負(fù)荷情況變化等數(shù)據(jù)分析;電源模塊為整個系統(tǒng)提供可靠的低壓直流穩(wěn)壓電源。[5]

3 VQC控制策略研究及仿真分析

VQC控制算法的難點(diǎn)在于電壓變化會影響無功，無功變化同樣會影響電壓[6]。為此，現(xiàn)對整個系統(tǒng)先仿真分析，將變壓器的變比分別設(shè)置為10.5/0.4、10.25/0.4、10/0.4、9.75/0.4、9.5/0.4，其他參數(shù)不變，記錄電流、電壓、無功、有功的值。具體仿真參數(shù)設(shè)置：主變?nèi)萘?300kVA，配變?nèi)萘?00kVA，主變輸出10kV等。

（1）A相投了20kvar的電容，電壓升高了1.2V，與公式推導(dǎo)計算結(jié)果相近。

（2）配變的A相和C相投電容后，功率因數(shù)變化很大，但是對主變的功率因數(shù)影響很小。

（3）B相不投電容的原因，因?yàn)锽相負(fù)載很小，無功也很小，補(bǔ)這么小的無功對主變的功率因數(shù)沒有意義，所以輕載時，無功量很小，即使功率因數(shù)越限，也可以不補(bǔ)無功。

（4）配變的A相和C相的電壓在補(bǔ)無功后升高了，提高了電壓質(zhì)量，但是總的負(fù)荷率下降了，而且三相電壓趨于平衡。

根據(jù)以上結(jié)論分析可以得出配電低壓側(cè)的VQC控制策略：先補(bǔ)無功，在無功充足的條件下調(diào)壓。

4 控制裝置軟件設(shè)計

結(jié)合第三節(jié)仿真數(shù)據(jù)分析的結(jié)論，形成了控制裝置VQC控制策略的具體邏輯流程圖[7]，本文列出了無功補(bǔ)償投入、退出前后所必需的必要條件，結(jié)合此邏輯圖進(jìn)行控制器相應(yīng)的軟件設(shè)計，軟件設(shè)計流程圖如圖5所示。控制邏輯如圖3、4所示。

5 結(jié)論

經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在配電臺區(qū)內(nèi)，配電有載調(diào)壓變壓器與400V無功補(bǔ)償電容器相互配合調(diào)壓，從而形成了配電VQC控制策略，不僅能夠互相彌補(bǔ)各自單一調(diào)壓方式的不足，而且也解決了基于集中式調(diào)壓的VQC出現(xiàn)的問題，更好地改善了配電臺區(qū)的電能質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉珧，熊宗余.有載調(diào)壓裝置異常時的一種對策[J].寶鋼技術(shù)，2008，6：77-80.

[2]吳凱.淺析有載調(diào)壓變壓器及故障處理[J].電網(wǎng)運(yùn)維，2018，3：45-47.

[3]孫廣貴，李振華.一種智能化有載分接開關(guān)控制器[J].電氣制造，2007，1：67-69.

[4]楊興，范建路.一種智能有載調(diào)壓控制器的研究[J].變壓器，2008，9：50-52.

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[7]張宇菁.基于VQC的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化補(bǔ)償方案研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.