智能调容调压变压器控制系统研究

梁 东 檀 政 张晓毅 王国亭 王 颖

（1.冀北电力有限公司，北京100053；2.国网冀北电力科学研究院，北京100032；3.国网冀北节能服务有限公司，北京100032；4.平高集团有限公司，河南平顶山467000）

1 概述

1.1 项目研究背景

配电台区是配电室/所到用户一公里内的主要设备，而10 kV配电变压器是配电台区的核心设备，长期以来，传统的配电变压器一直不具备自动调整功能，使大部分台区存在大马拉小车、小马拉大车现象，常常造成变压器空载损耗大，供电“低电压”现象，不能满足用户的用电需求，极端情况下会造成配网设备、用户电气设备烧毁等事故发生。智能调容调压变压器是能够降低空载损耗、保证供电电压质量的新型配电变压器，是发展智能电网的升级换代产品，它的出现极大地降低了变压器的空载损耗，提升了电网供电质量。

由于县域配电台区大部分在偏远乡村、山区及海岛等地区，通信环境、网络环境极不发达，智能调容调压变压器的数据通信问题越来越突出，研发一套智能调容调压变压器的控制系统迫在眉睫。随着通信技术和计算机技术的不断发展和进步，各种无线通信方式也不断涌现出来，无线2G技术也从实验室研究、小范围内试用到正式商用，经过长时间的完善，技术先进、通信可靠。用无线2G通信技术去解决智能调容调压变压器的远程控制问题可能是一个极好的方案。

1.2 项目研究的意义

配电变压器是供电系统的关键设备，在工业、化工、农业及国民经济建设、群众生活等方面有着广泛的应用，随着国家节能减排考核指标的不断提高及全球对碳排放指标的重视，新型智能调容调压变压器需求日趋增大。该课题通过无线2G通信技术和智能调容调压变压器的融合，完美地实现了变压器的远程控制，降低了变压器的空载损耗，同时也满足变压器升级换代的要求，还极大地迎合了智能电网、国家发改委、能源局对配网设备自动化率的要求，意义重大，应用前景广阔。

2 系统架构

2.1 智能调容调压变压器

智能调容调压变压器是一种新型配电变压器，由于其内部安装一套有载调容调压开关，所以具备自动调容调压功能。

2.1.1 用途及特点

（1）适用于负荷随一定规律变化大的用户、存在低电压问题的供电区域。

（2）具有自动调容功能，节约能源；具有自动调压功能，消除“低电压”问题、有载自动调节，实现配电设备自动化。

2.1.2 工作原理

（1）调容原理：调容变压器两种容量的输出主要依靠调容转换机构动作进行触点转换，从而改变高、低压绕组的接线方式来实现，两种容量分别为大容量（额定容量）、小容量（额定容量的1/3）[1]。

具体如下：在大容量方式时，高压绕组为三角形（D）接线，低压绕组为并联联接（Ⅱ、Ⅲ段并联后与Ⅰ段串联），接线组别为Dynl1；在小容量方式时，高压绕组为星形（Y）接线，低压绕组为串联联接（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ串联），接线组别为Yyn0，如图1所示。

低温冷害也是影响农业生产的气象灾害之一，该灾害主要指的是在气候条件较冷的情况下，气温骤降，然后给农作物的生长带来巨大影响，给农业生产造成损失。冷冻灾害也属于低温冷害的范畴，也是导致农业生产出现影响的主要气象灾害之一。无论是作物种植业还是畜牧业的发展，都需要正常气候温度的支持，种植业以及畜牧业受到冻害的侵扰时会导致农作物和牲畜的死亡，并且冻害发生一般具有很强的规律性、地域性及突发性。

图1 调容原理示意图

（2）调压原理：有载调容变压器通过智能控制器对调容调压开关进行调整，实现变压器输出电压的调整过程。

工作原理如下：智能控制器通过监测变压器低压侧的电压大小，根据整定值控制调压机构，完成变压器内部高压线圈的匝数变化，在不需要停电的状态下，完成变压器电压的调节过程。

2.2 无线2G模块

F2X14系列IP MODEM是一种物联网无线数据终端，该产品采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接连接串口设备，实现数据透明传输功能；低功耗设计，最低功耗小于1 mA；提供5路I/O，可实现数字量输入输出、脉冲输出、模拟量输入、脉冲计数等功能[2]。

2.2.1 参数配置

在对IP MODEM进行配置前，需要通过出厂配置的RS232串口线或RS232-485转换线把IP MODEM和用于配置的PC连接，用户只需要有串口通信的程序就可以配置IP MODEM的所有参数，或者直接由用户的单片机系统对设备进行配置；可以运行IP Modem Configure。

串口参数默认是COM1、115200，并且串口已经打开；如连接IP MODEM的实际串口参数不相符，需在此项配置中选择正确的值，同时打开串口。串口参数设置栏内的右边按钮若显示为“关闭串口”，表明串口已经打开，否则需打开串口。串口打开时，在输出信息栏内会给出提示信息：串口（COM）已打开，请重新上电设备，正在等待设备上电后进入配置状态[3]。

参数配置软件使IP MODEM进入配置状态后会自动载入设备中的当前配置参数，并显示在右边的“IP MODEM设备参数配置”中，至此可以开始配置IP MODEM中所有配置参数。

2.2.2 数据传输试验环境测试

Server：模拟实际应用中的数据中心，在Server上运行Server Demo软件，假设Server的IP地址为222.76.128.204，DEMO软件监听在5001端口。

3 系统设计

根据系统构架对计算机后台软件、变压器控制器微处理程序进行设计。

3.1 计算机后台软件设计

计算机后台软件主要使用微软公司可视化程序VB6.0编写。通过构思优化、版本升级，该后台软件具有人机对话功能优良、操作简单等特点，极大地满足了用户的现场使用需求。控制界面如图2所示。

图2 控制界面

3.2 控制器微处理器程序设计

微处理程序我们使用汇编语言编写，程序共分以下几部分：初始化部分、电量采样部分、计算部分、I/O控制处理部分、串口中断部分、遥控/遥调/遥测部分。

串口中断程序设计：判断无线2G模块发出的信号是：

读数据命令？

是，则串口输出对应的数据；

是设定命令？

如果是的话，将设定值保存至EROM中；

是控制命令？

如果是的话，将输出对应的控制数据，中断返回。

3.3 系统集成及调试

通过对系统联网调试，智能调容调压变压器各种参数提取正常，数据准确，控制命令执行顺利，控制准确，完全满足设计要求。

4 结语

综上所述，该智能调容调压变压器的控制系统是基于无线2G数据通信的控制系统，该系统有效地解决了变压器远程控制的难题，为配网自动化应用提供了一个优良的开端，发展前景广阔。

[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]倪云峰.单片机原理与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.

[3]阎石.数字电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2008.

[4]张红军，王虹.Visual Basic 6.0中文版高级应用与开发指南[M].北京：人民邮电出版社，2001.