台变群自动控制系统及控制方法与流程

本发明涉及一种台变群自动控制系统及控制方法，属于10kv/0.4kv低压配网自动控制系统领域。

背景技术：

国家电网为配合国家改善环境和降低雾霾的指示，提出了在农网中煤改电的规划，使农网中的居民由原烧煤取暖改为用电取暖。但是该煤改电规划导致了每户供电在原供电能力的基础上增加了6.9kw，进而导致了原配电台区变压器的供电能力不足，为了克服上述问题，需要大量增加供电台区变压器，导致了供电台区变压器的数量由此增加数倍，如图8所示。但是这类新增负荷属于季节性负荷，在春夏秋三个季节，负荷会恢复到原有负荷量级，因此使得台区变压器在不同时期的负载率变化非常大，台区变压器在一年内大多数时间均是轻载运行，台区变压器的损耗非常大。

技术实现要素：

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种结构设计合理，能够实时调控台变运行台数，对台区变压器群组成的配网进行自动网络重组，优化配网结构，提高运行效率，减少轻载损耗，提高配网安全运行能力的台变群自动控制系统及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的台变群自动控制系统，包括供电母线和n段供电线路，供电母线与相邻两段供电线路之间通过联络开关相连接，相邻两段供电线路之间通过联络开关相连接；所述的供电母线上设置台区主变压器，台区主变压器侧连接台区群主控制器，供电线路上分别设置台区变压器，台区变压器侧均连接有台变控制器，台变控制器和联络开关通过无线通信单元连接台区群主控制器。

台变群自动控制系统可以实时采集群内负荷大小，通过远程通信手段，实时调控台变的运行台数，以适配负荷所需的台变数量运行，对台区变压器群组成的配网进行自动网络重组，优化配网结构，提高运行效率，减少轻载损耗，提高配网安全运行能力，具有较强的实用性。

进一步的优选，台区群主控制器包括连接供电母线的电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器连接微处理器的信号输入端，微处理器的通信端口连接显示屏、按键组成的人机交互单元和无线通信单元，微处理器的控制输出端连接高压断路器和低压交流接触器，高压断路器用于控制变压器高压输入端的接入，低压交流接触器用于控制变压器的低压输出端，实现负荷的接入。台变群控制器台区群主控制器安装于台区主变压器处，通过无线通信单元可实现接收台变控制器及联络开关采集的各相电压、电流、功率等数据，完成数据综合及智能分析判断，通过无线通信单元控制台区变压器的投运或退出操作，该操作由供电线路中安装的联络开关实现供电线路的联络。

进一步的优选，台变控制器包括连接供电线路的电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器连接微处理器的信号输入端，微处理器的通信端口连接显示屏、按键组成的人机交互单元和无线通信单元，微处理器的控制输出端连接高压断路器和低压交流接触器，高压断路器用于控制变压器高压输入端的接入，低压交流接触器用于控制变压器的低压输出端，实现负荷的接入。实现采集该台区变压器各相所带负荷数据，并传输至台区群主控制器；接收台区群主控制器的指令，执行对应台区变压器投运或退出动作。

进一步的优选，联络开关包括微处理器，微处理器的通信端口连接无线通信单元，微处理器的控制输出端连接低压交流接触器，低压交流接触器用于控制供电线路负荷的接入，低压交流接触器两侧分别设置电压互感器ⅰ和电压互感器ⅱ、电流互感器ⅰ和电流互感器ⅱ，电压互感器ⅰ、电压互感器ⅱ、电流互感器ⅰ和电流互感器ⅱ均连接微处理器。实现接收台区群主控制器指令，完成两段三相四线供电线路的分列或并列操作。

进一步的优选，微处理器的型号均为stm32f103。

所述的台变群自动控制系统的控制方法，包括以下步骤：

1)通过台区变压器侧的台变控制器的电压互感器和电流互感器实时采集供电线路各相的电压和电流，并计算出各相负荷的大小，并将计算结果通过无线通信单元发送至台区群主控制器；

2)通过联络开关的电压互感器ⅰ和电压互感器ⅱ、电流互感器ⅰ和电流互感器ⅱ分别采集供电线路联络开关的低压交流接触器两侧的各相电压及电流，并将所采集的结果通过无线通信单元发送至台区群主控制器；

3)台区群主控制器根据所接收到的台变控制器所发送的各相负荷和联络开关所发送的电流、电压信号进行判断，并根据判断结果形成控制指令，控制指令通过无线通信单元发送至台变控制器或联络开关，通过台变控制器或联络开关控制台区变压器的投运或退出。

所述的台区变压器投运的步骤为：

1)1)台区群主控制器根据所接收到的台变控制器所发送的各相负荷进行判断，若不超负荷工作，则正常运行，若出现超负荷工作则进入步骤2；

2)台区变压器出现超负荷工作时，其一侧的台变控制器向台区群主控制器发出负荷达临界值信息，请求解列；

3)台区群主控制器向与其相邻的台变控制器发送投运指令；

4)其相邻的台变控制器接收到指令后，其高压断路器和低压交流接触器闭合，相邻的台区变压器投运，完成后将执行结果上报台区群主控制器；

5)台区群主控制器向该段的联络开关发出解列指令，联络开关的低压交流接触器断开，完成解列后将结果上报台区群主控制器，台区群主控制器将解列完成信息发送至台变控制器，完成台区变压器的投运。

所述的台区变压器退出的步骤为：

1)台变控制器通过电压互感器和电流互感器实时采集供电线路各相的电压和电流，并计算出各相负荷的大小；

2)若所获得的负荷连续3天处于低负荷工作，台变控制器则通过无线通信单元将所获得的负荷信息发送至台区群主控制器，同时向台区群主控制器发出退出请求；

3)台区群主控制器根据所接收的负荷状况进行判断，若判断可以退出，则执行步骤4)；

4)通过该段联络开关的电压互感器ⅰ和电压互感器ⅱ对低压交流接触器两侧的电压进行采样，获取两端母线间的三相电压压差并实时判断该压差是否超过给定限值，同时通过电流互感器ⅰ和电流互感器ⅱ采集低压交流接触器两侧的电流信号，判断两端的母线相序是否一致，若两端压差不超过给定限值且两端母线相序一致，则台区群主控制器通过联络开关的低压交流接触器闭合进行母联；若检测到两端供电线路中一段失电时，直接通过联络开关的低压交流接触器闭合进行母联，实现供电线路的并列；

5)供电线路并列完成后，通过台区群主控制器向台变控制器发出退出命令，台变控制器控制高压断路器和低压交流接触器断开，完成台区变压器的退出。

所述的台区主变压器或台区变压器的当前负荷超过其额定容量的80％，则需要进行台区变压器的投运。

所述的投入供电线路的台区变压器连续3天低于其供电线路段台区变压器额定功率的50％，则需要进行台区变压器的退出。

本发明所具有的有益效果是：

1、本发明所述的台变群自动控制系统及控制方法能够进行分布式数据采集，通过变压器控制器、联络开关分布于整个台区变压器集群内，数据采集可以到每一台变压器及联络开关，使得台变群主控器的数据非常完备，可形成最优的控制指令。

2、本发明所述的台变群自动控制系统及控制方法可提高供电网络的健壮性，某一变压器出现故障时，可将其自动隔离出配电网络，使其他变压器为负载供电，减少了设备故障所导致的供电中断，提高供电安全性。

3、本发明所述的台变群自动控制系统及控制方法节能降耗显著，在负荷较低时投运较少的变压器，负荷较重时投运较多的变压器，使变压器运行在负载率为70％的经济运行状态，大大减少配电网络的变损。

4、本发明所述的台变群自动控制系统及控制方法可靠性高，采用联络开关，在联络两段供电线路时，确保两段的电压差在安全范围之内进行母联动作；变压器退出运行时使高低压与电网完全隔离。

5、本发明所述的台变群自动控制系统及控制方法智能化程度高，能够形成准确的控制指令，结构设计合理，提高运行效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明台区群主控制器的结构示意图；

图3为本发明台变控制器的结构示意图；

图4为本发明联络开关的结构示意图；

图5为本发明的台区群主控制器、台变控制器或联络开关的连接示意图；

图6为本发明的实施例图一；

图7为本发明的实施例图二；

图8为现有技术的结构示意图；

其中，1、供电母线；2、供电线路；3、台变控制器；4、台区变压器；5、联络开关；6、台区群主控制器；7、台区主变压器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1-7所示，本发明所述的台变群自动控制系统，包括供电母线1和n段供电线路2，供电母线1与相邻两段供电线路2之间通过联络开关5相连接，相邻两段供电线路2之间通过联络开关5相连接；所述的供电母线1上设置台区主变压器7，台区主变压器7侧连接台区群主控制器6，供电线路1上分别设置台区变压器4，台区变压器4侧均连接有台变控制器3，台变控制器3和联络开关5通过无线通信单元连接台区群主控制器6。

如图2所示，所述的台区群主控制器6包括连接供电母线1的电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器连接微处理器的信号输入端，微处理器的通信端口连接显示屏、按键组成的人机交互单元和无线通信单元，微处理器的控制输出端连接高压断路器和低压交流接触器，高压断路器用于控制变压器高压输入端的接入，低压交流接触器用于控制变压器的低压输出端，实现负荷的接入，微处理器的型号为stm32f103。

如图3所示，所述的台变控制器3包括连接供电线路2的电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器连接微处理器的信号输入端，微处理器的通信端口连接显示屏、按键组成的人机交互单元和无线通信单元，微处理器的控制输出端连接高压断路器和低压交流接触器，高压断路器用于控制变压器高压输入端的接入，低压交流接触器用于控制台区变压器4的负荷接入，微处理器的型号为stm32f103。

如图4所示，所述的联络开关5包括微处理器，微处理器的通信端口连接无线通信单元，微处理器的控制输出端连接低压交流接触器，低压交流接触器用于控制供电线路负荷的接入，低压交流接触器两侧分别设置电压互感器ⅰ和电压互感器ⅱ、电流互感器ⅰ和电流互感器ⅱ，电压互感器ⅰ、电压互感器ⅱ、电流互感器ⅰ和电流互感器ⅱ均连接微处理器，微处理器的型号为stm32f103。

所述的台变群自动控制系统的控制方法，包括以下步骤：

1)通过台区变压器4侧的台变控制器3的电压互感器和电流互感器实时采集供电线路各相的电压和电流，并计算出各相负荷的大小，并将计算结果通过无线通信单元发送至台区群主控制器6；

2)通过联络开关5的电压互感器ⅰ和电压互感器ⅱ、电流互感器ⅰ和电流互感器ⅱ分别采集供电线路联络开关5的低压交流接触器两侧的各相电压及电流，并将所采集的结果通过无线通信单元发送至台区群主控制器6；

3)台区群主控制器6根据所接收到的台变控制器3所发送的各相负荷和联络开关5所发送的电流、电压信号进行判断，并根据判断结果形成控制指令，控制指令通过无线通信单元发送至台变控制器3或联络开关5，通过台变控制器3或联络开关5控制台区变压器4的投运或退出。

所述的台区变压器4投运的步骤为：

1)台区群主控制器6根据所接收到的台变控制器3所发送的各相负荷进行判断，若不超其额定容量的80％，则正常运行，若出现超过其额定容量的80％则进入步骤2)；

2)台区变压器4出现超限工作时，其一侧的台变控制器3向台区群主控制器6发出负荷达临界值信息，请求解列；

3)台区群主控制器6向与其相邻的台变控制器3发送投运指令；

4)其相邻的台变控制器3接收到指令后，其高压断路器和低压交流接触器闭合，相邻的台区变压器4投运，完成后将执行结果上报台区群主控制器6；

5)台区群主控制器6向该段的联络开关5发出解列指令，联络开关5的低压交流接触器断开，完成解列后将结果上报台区群主控制器6，台区群主控制器6将解列完成信息发送至台变控制器3，完成台区变压器4的投运。

所述的台区变压器4退出的步骤为：

1)台变控制器3通过电压互感器和电流互感器实时采集供电线路各相的电压和电流，并计算出各相负荷的大小；

2)若所获得的负荷连续3天低于其供电线路段台区变压器额定功率的50％，台变控制器3则通过无线通信单元将所获得的负荷信息发送至台区群主控制器6，同时向台区群主控制器6发出退出请求；

3)台区群主控制器6根据所接收的负荷状况进行判断，若判断可以退出，则执行步骤4；

4)通过该段联络开关5的电压互感器ⅰ和电压互感器ⅱ对低压交流接触器两侧的电压进行采样，获取两端母线间的三相电压压差并实时判断该压差是否超过给定限值，同时通过电流互感器ⅰ和电流互感器ⅱ采集低压交流接触器两侧的电流信号，判断两端的母线相序是否一致，若两端压差不超过给定限值且两端母线相序一致，则台区群主控制器6通过联络开关5的低压交流接触器闭合进行母联；若检测到两端供电线路中一段失电时，直接通过联络开关5的低压交流接触器闭合进行母联，实现供电线路的并列；

5)供电线路并列完成后，通过台区群主控制器6向台变控制器3发出退出命令，台变控制器3控制高压断路器和低压交流接触器断开，完成台区变压器4的退出。

如图6所示，投入、退出实施例：

2#台变退出的过程描述：

初始状态：变压器全部投运。

2#退出条件：ii段日最大功率已连续三天低于2#变压器额定功率的50％(该值可以整定)。

(1)2#台变控制器向1#台区群主控制器发出退出请求。

(2)由于ii段与i、iii段有关联关系，1#台区群主控制器根据i、ii、iii段当前负荷及三日最高负荷，判定2#台区变压器可以退出，ii、iii段并列；台区群主控制器向k23发送并列指令。

(3)k23并列完成后向台区群主控制器反馈并列成功应答。

(4)台区群主控制器向2#发送退出指令，2#变按次序将高压断路器和低压交流接触器断开。

(5)台区群主控制器向3#发送ii、iii段已并列信息，至此，ii、iii段完成并列、由3#变供电的网络重构。

4#台变投入的过程描述：

初始状态：4#台区变压器停运、iv段与iii段并列，由3#变压器供电。

4#投入条件：3#变压器当前负荷超过其额定容量80％(可整定值)。

(1)3#台变控制器向1#台区群主控制器发出负荷达临界值信息，请求解列。

(2)1#台区群主控制器向4#台变控制器发送投运指令。

(3)4#台变控制器收到指令后按次序将其10kv高压断路器闭合，低压交流接触器闭合，完成后将执行结果上报1#台区群主控制器。

(4)1#台区群主控制器向k34发出解列指令。

(5)k34完成解列后，向1#台区群主控制器发送完成应答。

(6)1#台区群主控制器向3#台变控制器发送解列完成信息，至此，iii、iv段完成解列。

如图7所示，故障恢复过程和检修实施例：

(1)故障恢复：场景为iv、v段由4#供电，4#跳闸保护iv、v段失电。

k14联络开关检测到ⅳ段停电，k14联络开关向台区群主控制器汇报，台区群主控制器向k14联络开关发送并列，k14联络开关闭合并列，ⅳ段恢复供电。台区群主控制器再向4#台区变压器发送投运，4#台区变压器投入，并列运行，台区群主控制器向k14联络开关发送解列请求，进行解列即可。v段恢复过程同上。

(2)检修：场景为ii段、iii段并列由2#供电，现在要停运2#检修。检修方式可分为ii段停电检修和ii段不停电检修。

台区群主控制器向3#台区变压器发送投运，3#台区变压器进行投运，台区群主控制器向2#台区变压器发送停运，2#台区变压器脱网停运，若ii段停电检修，则直接检修，若ii段不停电检修，则通过台区群主控制器向k23联络开关发出解列，k23联络开关解列，进行检修即可。

本发明结构设计合理，能够实时调控台变运行台数，对台区变压器群组成的配网进行自动网络重组，优化配网结构，提高运行效率，减少轻载损耗，提高配网安全运行能力，具有较强的实用性。

本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。