基于VQC技術的配電調壓控制裝置研究

2019-06-27 00:09:09劉偉潘明姚彥良

科技創新與應用 2019年9期

劉偉潘明姚彥良

摘? 要：文章從現有的有載調壓變壓器機械式分接開關調壓方式存在的缺陷分析，設計出一種基于VQC技術的配電有載調壓控制裝置。該裝置可以實現變壓器低壓側就地無功補償，從源頭上轉化了無功能量，提高配變利用率，降低故障率、線路損耗能量和視在功率，進而彌補了機械開關調壓的不足。

關鍵詞：VQC;有載調壓變壓器;無功補償;配電終端

中圖分類號：TM421 文獻標志碼：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，有載調壓變壓器采用機械式分接開關調壓，使用半導體邏輯電路，這種調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壓才有效;（2）容易受變電站復雜的電磁環境影響，性能不夠穩定，工作不夠可靠;（3）需要額外的模數轉換器;（4）采用機械式調壓分接開關，會產生電弧、動作速度慢、維護不便、故障率高;（5）不能夠自動維持配電網電壓恒定。[1][2]

1 系統整體方案設計

如圖1所示，有載調壓配電變壓器系統整體原理框圖。調壓控制器根據變壓器低壓側電壓采樣值等參數判斷輸出升擋、降擋命令給調壓傳動裝置，調壓傳動裝置帶動分接開關，調節變壓器的線圈匝數比，并將變壓器實時的運行數據，分接開關位置及調壓次數等重要參數通過4G模塊上傳給配網監控主站，便于電網負荷情況變化等數據分析;根據低壓側電壓、電流采樣值及經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，從而實現了集遙測、遙控、遙信及低壓側就地無功補償控制（VQC技術）于一體的配電自動化裝置，推進了配網自動化改造。[3][4]

2 控制裝置硬件設計

根據以上原理分析，設計系統整體方案如圖2所示。變壓器低壓側三相電壓、電流經PT及CT采集進入控制器主板的模擬量采集調理電路，調理后的信號經A/D轉換模塊進入MCU，MCU結合經典九域圖計算分析得出無功補償策略，通過RS485等通信方式控制無功補償裝置的投切;待無功功率穩定充裕后，MCU再結合當前符合變化情況以及當前有載調壓變壓器擋位信息，計算分析得出升、降壓控制策略，通過遙控（YK）模塊輸出升、降壓命令至調壓傳動裝置，調壓傳動裝置帶動分接開關，調節變壓器的線圈匝數比，從而實現了集遙測、遙控、遙信及低壓側就地無功補償控制（VQC技術）于一體的自動調壓控制器;控制器通過近距離WIFI通信，可以連接手機APP，實現實時數據隨時就地調閱，隨時本地數據維護;通過4G模塊可將變壓器實時的運行數據，分接開關位置及調壓次數等重要參數上傳給配網監控主站，便于電網負荷情況變化等數據分析;電源模塊為整個系統提供可靠的低壓直流穩壓電源。[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，現對整個系統先仿真分析，將變壓器的變比分別設置為10.5/0.4、10.25/0.4、10/0.4、9.75/0.4、9.5/0.4，其他參數不變，記錄電流、電壓、無功、有功的值。具體仿真參數設置：主變容量6300kVA，配變容量400kVA，主變輸出10kV等。

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

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

（3）B相不投電容的原因，因為B相負載很小，無功也很小，補這么小的無功對主變的功率因數沒有意義，所以輕載時，無功量很小，即使功率因數越限，也可以不補無功。

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

根據以上結論分析可以得出配電低壓側的VQC控制策略：先補無功，在無功充足的條件下調壓。

4 控制裝置軟件設計

結合第三節仿真數據分析的結論，形成了控制裝置VQC控制策略的具體邏輯流程圖[7]，本文列出了無功補償投入、退出前后所必需的必要條件，結合此邏輯圖進行控制器相應的軟件設計，軟件設計流程圖如圖5所示。控制邏輯如圖3、4所示。

5 結論

經試驗數據分析，在配電臺區內，配電有載調壓變壓器與400V無功補償電容器相互配合調壓，從而形成了配電VQC控制策略，不僅能夠互相彌補各自單一調壓方式的不足，而且也解決了基于集中式調壓的VQC出現的問題，更好地改善了配電臺區的電能質量。

參考文獻：

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

[2]吳凱.淺析有載調壓變壓器及故障處理[J].電網運維，2018，3：45-47.