基于VQC技术的配电调压控制装置研究

2019-06-27刘伟潘明姚彦良

科技创新与应用 2019年9期

刘伟潘明姚彦良

摘要：文章从现有的有载调压变压器机械式分接开关调压方式存在的缺陷分析，设计出一种基于VQC技术的配电有载调压控制装置。该装置可以实现变压器低压侧就地无功补偿，从源头上转化了无功能量，提高配变利用率，降低故障率、线路损耗能量和视在功率，进而弥补了机械开关调压的不足。

关键词：VQC;有载调压变压器;无功补偿;配电终端

中图分类号：TM421 文献标志码：A 文章编号：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，有載调压变压器采用机械式分接开关调压，使用半导体逻辑电路，这种调压方式至少存在以下几个缺陷：（1）必须在无功充裕的条件下调压才有效;（2）容易受变电站复杂的电磁环境影响，性能不够稳定，工作不够可靠;（3）需要额外的模数转换器;（4）采用机械式调压分接开关，会产生电弧、动作速度慢、维护不便、故障率高;（5）不能够自动维持配电网电压恒定。[1][2]

1 系统整体方案设计

如图1所示，有载调压配电变压器系统整体原理框图。调压控制器根据变压器低压侧电压采样值等参数判断输出升挡、降挡命令给调压传动装置，调压传动装置带动分接开关，调节变压器的线圈匝数比，并将变压器实时的运行数据，分接开关位置及调压次数等重要参数通过4G模块上传给配网监控主站，便于电网负荷情况变化等数据分析;根据低压侧电压、电流采样值及经典九域图等计算分析形成VQC控制策略，控制电容器投切状态，从而实现了集遥测、遥控、遥信及低压侧就地无功补偿控制（VQC技术）于一体的配电自动化装置，推进了配网自动化改造。[3][4]

2 控制装置硬件设计

根据以上原理分析，设计系统整体方案如图2所示。变压器低压侧三相电压、电流经PT及CT采集进入控制器主板的模拟量采集调理电路，调理后的信号经A/D转换模块进入MCU，MCU结合经典九域图计算分析得出无功补偿策略，通过RS485等通信方式控制无功补偿装置的投切;待无功功率稳定充裕后，MCU再结合当前符合变化情况以及当前有载调压变压器挡位信息，计算分析得出升、降压控制策略，通过遥控（YK）模块输出升、降压命令至调压传动装置，调压传动装置带动分接开关，调节变压器的线圈匝数比，从而实现了集遥测、遥控、遥信及低压侧就地无功补偿控制（VQC技术）于一体的自动调压控制器;控制器通过近距离WIFI通信，可以连接手机APP，实现实时数据随时就地调阅，随时本地数据维护;通过4G模块可将变压器实时的运行数据，分接开关位置及调压次数等重要参数上传给配网监控主站，便于电网负荷情况变化等数据分析;电源模块为整个系统提供可靠的低压直流稳压电源。[5]

3 VQC控制策略研究及仿真分析

VQC控制算法的难点在于电压变化会影响无功，无功变化同样会影响电压[6]。为此，现对整个系统先仿真分析，将变压器的变比分别设置为10.5/0.4、10.25/0.4、10/0.4、9.75/0.4、9.5/0.4，其他参数不变，记录电流、电压、无功、有功的值。具体仿真参数设置：主变容量6300kVA，配变容量400kVA，主变输出10kV等。

（1）A相投了20kvar的电容，电压升高了1.2V，与公式推导计算结果相近。

（2）配变的A相和C相投电容后，功率因数变化很大，但是对主变的功率因数影响很小。

（3）B相不投电容的原因，因为B相负载很小，无功也很小，补这么小的无功对主变的功率因数没有意义，所以轻载时，无功量很小，即使功率因数越限，也可以不补无功。

（4）配变的A相和C相的电压在补无功后升高了，提高了电压质量，但是总的负荷率下降了，而且三相电压趋于平衡。

根据以上结论分析可以得出配电低压侧的VQC控制策略：先补无功，在无功充足的条件下调压。

4 控制装置软件设计

结合第三节仿真数据分析的结论，形成了控制装置VQC控制策略的具体逻辑流程图[7]，本文列出了无功补偿投入、退出前后所必需的必要条件，结合此逻辑图进行控制器相应的软件设计，软件设计流程图如图5所示。控制逻辑如图3、4所示。

5 结论

经试验数据分析，在配电台区内，配电有载调压变压器与400V无功补偿电容器相互配合调压，从而形成了配电VQC控制策略，不仅能够互相弥补各自单一调压方式的不足，而且也解决了基于集中式调压的VQC出现的问题，更好地改善了配电台区的电能质量。

参考文献：

[1]刘珧，熊宗余.有载调压装置异常时的一种对策[J].宝钢技术，2008，6：77-80.

[2]吴凯.浅析有载调压变压器及故障处理[J].电网运维，2018，3：45-47.