摘 要: 本文針對變電站無功補償控制和有載調壓控制的現狀, 提出了電壓調節、無功補償分別控制相互配合的設計思想, 以可編程計算機控制器(PCC) 和電量變送器、輸入輸出控制模塊等組件為基礎, 應用先進的控制技術和數據處理技術, 采用面向對象的設計思想, 以無功功率缺額為主控參量、以電容器投切前后電壓變化趨勢為參考、協調母線電壓的控制方式, 成功開發了具有高可靠性的無功補償控制裝置, 為無功補償控制裝置的開發提出了一種新的開發思路。
關鍵詞: 無功補償; 控制; PCC
1 前言
考慮到目前補償控制裝置和補償方式的特殊性及高可靠性的要求, 在目前現有的產品存在缺陷的情況下, 本文提出一種采用新的控制方式的裝置。
2 一種新的無功補償控制裝置
2.1 設計思想
針對目前對無功控制裝置的要求, 在對變電站運行方式進行了充分調研的基礎上,提出變電站無功補償和電壓調節應分別考慮的思想, 電壓調整依靠有載調壓變壓器的電壓控制調節器來完成,控制參數主要考慮低壓母線電壓和變壓器分接頭的位置。無功控制裝置完成電容器投切控制, 主要控制參數是系統的無功缺額, 電壓參數只作為限制量,在無功控制裝置中, 考慮電壓調節器故障或變壓器分接頭到達極限檔位時, 并預測電容器投切后的電壓變化量限制電容器的投切控制。同時在無功控制裝置中充分考慮現場要求, 增加紀錄、通訊、顯示等功能。
本裝置采用對110kV 變電站中的電壓、無功分開調節、協調運行的控制方式, 不但可以使控制設備故障的危險分散, 使控制過程簡化, 而且便于實現優化的智能控制算法, 能夠滿足現行系統對無功補償控制裝置的要求, 并且可大大提高控制設備的可靠性。
2. 2 硬件
該裝置核心硬件采用B&R 公司2000 系列可編程計算機控制器[2] (Programmble
Computer Controller 簡稱PCC ) 實現,B&R PCC 是PLC 的新一代替代產品, 不僅具有PLC 的可靠性, 同時具有計算機的數據運算能力, 該產品采用靈巧的模塊化結構, 系統組態簡單方便,并具有先進的現場總線通訊系統, 通過CAN , ProfiBus, RIO , ETHERNET等可組成各種網絡,并帶有各種標準接口, 是一種完美的自動控制設備, 完全可以滿足和實現無功補償自動控制裝置的要求。
實時參數分別采集變壓器高壓側電壓、電流、無功功率和低壓側電壓, 由電量變送器實現對各種工頻電量進行變換, 再通過高速A /D 采集單元進行數字轉換后輸入中央控制單元, 中央控制單元綜合現場各種運行狀態, 進行運算、快速分析和智能決策, 最后通過繼電器隔離放大后進行控制。見圖1。
圖1 系統接線和無功補償控制模塊圖
考慮到補償裝置運行的靈活性, 在控制裝置中, 設置就地手動控制和自動控制閉鎖的軟壓板切換功能, 并具有狀態數據顯示功能和數據通訊功能, 裝置的整定具有良好的人機界面, 要求操作簡單、使用方便。為了便于查看電容器的投切情況, 還要求可存儲30天以上的動作紀錄。
2.3 軟件
B&R 公司2000 系列可編程計算機控制器安裝有實時多任務操作系統, 采用PL2000高級語言進行模塊化編程, 由于PCC 具有計算機的分析運算能力, 可實現各種優化控制功能, 為實現各種智能化控制算法提供了良好的開發基礎。
電容器的投切控制以系統無功功率缺額為主、預測電容器投切后電壓變化趨勢、協調母線電壓的控制方式, 確定電容器組的投切。在電容器投切前, 應先判定變電站的運行方式, 合理地投切電容器。
為了保證補償裝置運行的可靠性, 在控制裝置中, 設置投切時段控制、閉鎖控制、故障報警等功能。
圖2 PCC 無功補償控制裝置主流程
圖3 電容器投切控制流程
3 實現功能
3.1 監測顯示功能
實時監測顯示電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數等參數, 以及裝置實時運行、動作狀態。
3.2 控制功能
按照系統無功功率需求與投切后電壓預測相結合的整定原則, 根據監測的主接線運行方式, 自動控制分別安裝在兩段母線上的電容器組投切。動作延時、動作時間間隔可任意設置。
3.3 定值整定
可通過控制面板或遠方通訊方式在線修改整定值, 在修改過程中不影響裝置運行。
3.4 閉鎖功能
具有無壓無流閉鎖、過電壓閉鎖、運行方式判斷、投切時間分段控制等故障診斷與閉鎖功能; 當保護或其他方式投切電容器時, 具有自動閉鎖和自動解除閉鎖功能。
3.5 運行方式自適應功能
當變電站主接線運行方式發生變化時,自動適應運行方式投切電容器組。
3.6 手動閉鎖功能
當手動操作電容器切除時, 具有自動閉鎖功能。
3.7 通訊功能
具有多種數據通訊方式, 與多種網絡進行通訊, 可作為變電站綜合控制系統的現地單元。
3.8 時間控制功能
可設置四個動作時間段, 裝置只能在給定時段內投入電容器組, 切除不受此控制。
4 運行情況
采用PCC的WPK21 型無功補償控制裝置, 于2000年6月安裝試運行。在試運行期間, 該裝置經歷了更換保護、主變切換、母線失壓等多種運行方式變換, 能夠自動適應變電站運行方式的變化和無功的變化, 自動準確的投切補償電容器, 提高了電容器的運行時間及利用率, 性能穩定可靠, 功能達到了變電站無功補償自動投切的控制要求。
作者：郭懷德1, 薛軍2, 周海鵬3, 唐曉娜1, 陳蒞1
(1.西北電力職工培訓中心, 陜西西安710032
2.西北電力試驗研究院, 陜西西安710054 3.石嘴山供電局, 寧夏753000)
