基于微机综合保护测控装置的电压无功控制方法

周大林，庞开阳，张 迪



基于微机综合保护测控装置的电压无功控制方法

周大林，庞开阳，张 迪

针对现有VQC（电压无功控制）装置普遍存在灵活性差、可靠性不高、效费比低的问题，提出了一种基于微机综合保护测控装置实现变电所电压无功控制的方法。微机综合测控装置通过自带的比较器和可编程逻辑方程实现VQC，具有较高的可靠性和灵活性，节省了投资成本，并通过工程实例验证了该方法的优越性。

VQC；微机综合保护测控装置；可编程

0 引言

随着社会经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，用户对电能质量的要求越来越高。电压是衡量电能质量的一项重要指标，但是在电力系统运行中，用电负荷和运行方式经常变化，由此引起电压变化，导致电压漂移。电力系统的运行电压取决于无功功率的平衡，系统无功供给不足，会降低电压水平和增加网损；系统无功供给过剩，则会提高系统运行电压，影响设备使用寿命和系统的安全稳定，使系统的输送容量降低。因此，系统中各种无功电源的无功功率输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，电压无功控制技术便应运而生[1]。目前的各种电压无功控制装置普遍存在装置成本高、自动化系统前置机与后台监控机容易因运行程序出错导致死机、装置动作过早完成及装置动作时电压越限、受网络通信影响等问题[2]。针对以上问题，提出一种自带I/O系统的微机综合保护测控装置，通过自带的比较器与可编程的逻辑方程实现电压无功控制。

1 电压无功控制（VQC）现状

目前，变电所实现无功控制的方法主要有3种[3]：基于变电所自动化系统后台软件的VQC；基于变电所自动化系统的网络VQC；自带I/O系统的专门VQC装置。

1.1 基于变电所自动化系统后台软件的VQC

该VQC装置作为后台监控系统的一个子模块，依附于变电所层监控主站，本身并不具备专门的I/O系统，数据采集和控制输出皆由自动化系统的相关监控装置完成。该方法具有软件扩展性和兼容性强、无需单独敷设电缆、成本低、易于维护等优点。其缺点也很明显，首先，由于数据采集和控制输出需要经过多个环节，往往导致闭锁速度达不到运行要求；其次，监控系统经常需要人为操作或干预，容易发生死机等异常现象；另外，该VQC的可靠性取决于网络通信、I/O和后台主机的运行状况，增加了运行的不确定性。

1.2 基于变电所自动化系统网络的VQC

该方法采用单独的CPU，本身不带I/O系统，必须借助自动化监控系统的I/O系统，具有闭锁速度快、不需单独敷设电缆、工作量少等优点。其缺点是整个VQC装置的可靠性仍然取决于网络通信、I/O和VQC主机的运行状况。

1.3 自带I/O系统的专门VQC装置

该VQC集I/O系统和计算判断于一体，闭锁信号和相应装置均由相应的硬接点输入，可靠性高，响应速度快。但是，相对于前2种方法而言，该装置信息共享程度低，需要敷设大量电缆，安装工艺复杂，工作量大，费用高昂。目前，该专用独立式VQC成套装置在电力系统中应用最为广泛，而且主要应用于非自动化变电所。

2 实施方案

本文提出一种基于自带I/O系统的微机综合保护测控装置，可实现电压的无功控制。

2.1 基本思路

首先，通过微机综合保护测控装置自带的I/O系统进行数据采集；然后，依据整定比较器关联的定值，并按照电压无功九域图控制原理编写相应的逻辑方程；随后，通过微机综合保护测控装置对电压以及无功功率的计算结果进行判断，并形成无功补偿设备和有载分接头的设备动作指令；最后，微机综合保护测控装置依据动作指令对变电所的主变分接头与电容器开关进行VQC的输出控制，实现电压合格、无功潮流合理的控制目标。

2.2 九域图工作原理

根据用户需求得到、的正常范围后，可作出如图2所示的九域图，其中的区域9为正常区域。九域图控制原理是通过调节有载调压变压器分接头以及投切电容器，使系统尽量运行在区域9。

图1 九域图

调节有载调压变压器分接头位置或投切电容器改变无功补偿量C，都将引起变电所母线电压和从系统吸收的无功功率（=1+C，1为投切电容器前从系统吸收的无功功率）的变化，变化关系见表1（分接头正接）。

表1 U、Q与分接头位置关系

2.3 整定比较器定值

图2为整定比较器逻辑图。比较器的输入值固定为装置采集的遥测值或保护测量值，其整定值在比较器设定为立即数（即一个数值）时，其值为立即数；反之则为装置采集的遥测值或保护测量值。比较器的控制字有2个选项需要设置。其中一个选项为“打√>=”，若该选项打“√”，则表示当比较器的“输入值”对应的测量值不小于“设定值”对应的立即数或测量值时，其输出值为1；反之，则表示当“输入值”对应的测量值小于“设定值”对应的立即数或测量值时，其输出值为1。另一个选项为“打√立即数”，若该选项打“√”，则表示比较器的“设定值”为立即数；反之，则表示“设定值”为装置的遥测值或保护测量值。

图2 整定比较器逻辑图

2.4 逻辑原理图

按照如图3所示逻辑图可以编写出相应的逻辑方程，实现VQC。

图3 逻辑方程逻辑图

2.5 现场实例

功率因数控制流程如图4所示。使用3路补偿电容（电容1为450 kvar，电容2和3为750 kvar）投退来保持电压和功率因数维持在稳定的状态，使测量值ab在9.5～11.5 kV之间，在保持电压稳定的同时，保持功率因数在0.95以上。

现场方案：逐级投退电容，即电压小于定值时，投入电容1，若电压仍然小于定值，投入下级电容，直到3路电容全部投入；电压大于定值，切断电容3，若仍大于定值，切断上级电容，直到3路电容全部切断。

功率因数控制方案：当cos下降到0.9以下时，电容投入，若cos仍然小于0.9，投入下级电容，当负载电流小于定值120 A或无功功率小于 -250 kvar时，电容切断，情况无改变则切断上级电容，切断后延时30 min才能投入电容。

图4 功率因数控制流程

3 结语

较传统VQC装置，本文所提出的通过利用微机综合测控装置自带的功能节点输出结合逻辑方程实现变电所电压无功控制方法，具有更高的可靠性和灵活性。通过工程实例，验证了该方法的可行性与优越性。

[1] 陈杰，谢海明. 无功自动控制装置的应用及发展趋势[J].信息通信，2015（9）：305-306.

[2] 广州白云电器设备股份有限公司. BYE550技术说明书[Z].

[3] 李付强. 地区电网无功补偿问题的研究[D]. 华北电力大学，2001.

[4] 张小英，池瑞军，胡奉东，等. 变电所电压无功综合控制策略的研究[J]. 湖北电力，2004，28（3）：13-14，17.

With regard to problems of low flexibility, low reliability and low cost effectiveness existed on voltage quality control devices, a method is put forward for realization of substation voltage quality control based on the micro-computer integrated protection & monitoring device. The micro-computer integrated protection & monitoring devices are able to realize the voltage quality control by the built-in comparing units and the programmable logic equation, have higher reliability and flexibility, help save the costs of investment. The advantages of the method have been verified by the actual engineering practice.

VQC; micro-computer integrated protection & monitoring device; programmable

U223.5+2

B

1007-936X(2018)03-0008-03

2017-07-24

周大林.广州地铁集团有限公司，高级工程师；庞开阳.广州地铁集团有限公司，高级工程师；张 迪.广州白云电器设备股份有限公司，助理工程师。

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.03.003