发明涉及一种基于环流平衡模块的变电站母线电压控制装置及控制方法，属于变压器并列运行装置及分接控制方法的技术领域。
背景技术：
随着我们对电压质量的重视，针对负荷变化频繁的变电站实施自动有载分接头控制，能够有效降低运行人员工作量和提高运行的安全性。而且，变压器的有载分接头控制配合变压器的并列运行还能够增大供电容量、降低变压器损耗以及提高传输效率等。随着基础条件的逐步完善，电网缺乏无功的现象得到一定的改善，且采用更加可靠的有载分接头开关等措施，有载调压及变压器并列有载调节将得到广泛应用，变压器的并列运行范围也将从型号相同的变压器并列发展到不同型号不同容量的变压器、档位不等的分接头开关、且变压器的输入电源点不同的应用范围。
目前国内变电压器并列无论是手动还是自动分接头控制，均存在以下问题：
1、控制分接头控制器的单元由各个综合自动化厂家生产，分接头档位采集控制器由分接头开关制造厂制造，它们型号不统一，功能简单，功能和可靠性均不理想，不能满足高可靠性的运行要求。
2、各综合自动化厂家与各分接头开关制造厂家缺乏有效的配合。
3、不能做到不同型号变压器和分接头档位数不等的变压器的并列，不能做到并列变压器间电流及无功功率的合理分配。
4、即使在相同型号变压器且档位数也相同的情形，由于制造和老化引起的参数的离散性，导致实际中也没有绝对的相同变压器存在。
5、不能做到电源点不同的变压器的并列。
6、手动调压时暂态环流存在的时间较长，操作人员工作强度大。
7、由于可靠性差，影响了有载调压及并列运行在220kv及以上电压等级的应用。
8、不适用于恶劣环境，不可户外就地安装。
技术实现要素：
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于环流平衡模块的变电站母线电压装置及分接控制方法，本发明获取并列变压器之间的循环电流，以控制循环电流最小为目标，以各个分接头位置与循环电流之间的固有联系为控制依据，最终实现变电站母线电压的最优化控制。本发明不但可以在型号相同的变压器并列场合下应用，也可以在不同型号不同容量的变压器并列时应用，既可以在型号相同的分接头开关之间使用，也
可以在不同型号不同档位的分接头开关之间使用。本方法的应用解决了两卷变压器并列运行时有载调压自动控制的难题。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明基于环流平衡模块的变电站母线电压控制装置，包括两个并列的变压器，其特征是：所述装置包括四个逻辑控制模块、两个并列平衡模块、两个辅助电流互感器，其中：
第一逻辑控制模块的循环电流输入端、第一并列平衡模块的电抗分位器输入端以及第一并列平衡模块的负荷电流输入端分别接第一辅助电流互感器二次侧的同名端，第一辅助电流互感器二次侧的异名端接地，第一辅助电流互感器一次侧接第一变压器的负荷侧；
第一逻辑控制模块的循环电流输出端接第一并列平衡模块的循环电流输入端；
第一并列平衡模块的第一负荷电流输出端连接第三逻辑控制模块的负荷电流输入端，第三逻辑控制模块的负荷电流输出端接地；
第二逻辑控制模块的循环电流输入端、第二并列平衡模块的电抗分位器输入端以及第二并列平衡模块的负荷电流输入端分别接第二辅助电流互感器二次侧的同名端，第二辅助电流互感器二次侧的异名端接地，第二辅助电流互感器一次侧接第二变压器的负荷侧；
第二逻辑控制模块的循环电流输出端接第二并列平衡模块的循环电流输入端；
第二并列平衡模块的第一负荷电流输出端连接第四逻辑控制模块的负荷电流输入端，第四逻辑控制模块的负荷电流输出端接地；
第一并列平衡模块的循环电流输出端与第二并列平衡模块的循环电流输出端连接，第一并列平衡模块的平衡电流输出端与第二并列平衡模块的平衡电流输出端连接，第一并列平衡模块的半电流输出端与第二并列平衡模块的半电流输出端连接，第一并列平衡模块的第二负荷电流输出端与第二并列平衡模块的第二负荷电流输出端连接。
所述的基于环流平衡模块的变电站母线电压控制装置，其特征是：所述第一并列平衡模块的循环电流输出端与第二并列平衡模块的循环电流输出端之间还串接独立运行自断模块，所述独立运行自断模块由第一变压器负荷侧断路器的位置接点(52-1a)、第二变压器负荷侧断路器的位置接点(52-2a)和负荷母线的分段断路器的位置接点(24a)依次串接构成，其中第一变压器负荷侧断路器的位置接点(52-1a)与第一并列平衡模块的循环电流输出端连接；第二变压器负荷侧断路器的位置接点(52-2a)与第二并列平衡模块的循环电流输出端连接，所述第一变压器负荷侧断路器的位置接点(52-1a)、第二变压器负荷侧断路器的位置接点(52-2a)和负荷母线的分段断路器的位置接点(24a)都为断路器合闸常闭接点，即当断路器处于合闸位置时，上述接点均为闭合状态。
所述的基于环流平衡模块的变电站母线电压控制装置，其特征是：所述第一并列平衡模块的平衡电流输出端与第二并列平衡模块的平衡电流输出端之间还串接独立运行自短模块，所述独立运行自短模块包括第一变压器负荷侧断路器的位置接点(52-1b)、第二变压器负荷侧断路器的位置接点(52-2b)和负荷母线的分段断路器的位置接点(24b)，第一变压器负荷侧断路器的位置接点(52-1b)、第二变压器负荷侧断路器的位置接点(52-2b)和负荷母线的分段断路器的位置接点(24b)的一端分别接地，另一端分别与第一、第二并列平衡模块的平衡电流输出端连接，所述第一变压器负荷侧断路器的位置接点(52-1b)、第二变压器负荷侧断路器的位置接点(52-2b)和负荷母线的分段断路器的位置接点(24b)都为断路器合闸常开接点，即当断路器处于合闸位置时，上述接点均为打开状态。
所述的基于环流平衡模块的变电站母线电压控制装置，其特征是：所述第一并列平衡模块的半电流输出端与第二并列平衡模块的半电流输出端之间还串接意外退出持闭模块，所述意外退出持闭模块由负荷母线的分段断路器的位置接点(24a)构成，所述负荷母线的分段断路器的位置接点(24a)为断路器合闸常闭接点，即当断路器处于合闸位置时，上述接点为闭合状态。
所述的基于环流平衡模块的变电站母线电压控制装置，其特征是：所述第一并列平衡模块的第二负荷电流输出端与第二并列平衡模块的第二负荷电流输出端之间还串接意外退出持开模块，所述意外退出持开模块由负荷母线的分段断路器的位置接点(24b)构成，所述负荷母线的分段断路器的位置接点(24b)为断路器合闸常开接点，即当断路器处于合闸位置时，上述接点为打开状态。
所述的基于环流平衡模块的变电站母线电压控制装置，其特征是：所述两个并列平衡模块结构相同，其中：第一并列平衡模块包括灵敏度调节器(43s1)、电抗分位器(k3)和两个电流互感器(k1和k2)；
灵敏度调节器的输入端即为第一并列平衡模块的循环电流输入端，与第一逻辑控制模块的循环电流输出端相连接；
电抗分位器的输入端接第一辅助电流互感器的二次侧的同名端，灵敏度调节器的调整端接电抗分位器的可变抽头，电抗分位器的中间固定抽头即为第一并列平衡模块的循环电流输出端，与第二并列平衡模块的循环电流输出端连接；
第一电流互感器的一次侧异名端即第一并列平衡模块的负荷电流输入端，与第一辅助电流互感器二次侧的同名端连接；第一电流互感器的一次侧同名端即第一并列平衡模块的半电流输出端，分别与第二电流互感器的一次侧异名端和第二并列平衡模块的半电流输出端连接；第一电流互感器的二次侧同名端接地；第一电流互感器的二次侧异名端即为第一并列平衡模块的平衡电流输出端，与第二并列平衡模块的平衡电流输出端连接；
第二电流互感器的一次侧同名端即第一并列平衡模块的第一负荷电流输出端，与第三逻辑控制模块的负荷电流输入端连接；第二电流互感器的二次侧同名端接地；第二电流互感器的二次侧异名端即第一并列平衡模块的第二负荷电流输出端，与第二并列平衡模块的第二负荷电流输出端连接。
所述的基于环流平衡模块的变电站母线电压控制装置的分接控制方法，其特征是：两个并列平衡模块的循环电流输出端连接构成循环电流回路、平衡电流输出端连接构成平衡电流回路、半电流输出端连接构成半电流回路、第二负荷电流输出端连接构成第二负荷电流回路；
当两台不同变压器并列运行时，采用辅助电流互感器将变压器的负荷侧电流转化为毫安级别的电流包括负荷电流和循环电流，采用并列平衡模块强制负荷电流相同，并列平衡模块的循环电流回路则为负荷侧电流中除去负荷电流后的其余部分即循环电流提供了回路；
当两台并列变压器中有一台退出运行时，运行变压器的负荷侧电流经两个并列平衡模块的半电流回路和负荷电流回路分离成两个大小相等，相位相同的电流；
由此，运行变压器的逻辑控制模块的线损补偿回路中所用的负荷电流不会因为另外一台变压器的退出运行或不同而变化，也不会产生异常的调压后果。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明适用于多种场合，功能和可靠性高，能满足高可靠性的运行要求。
2、本发明与各综合自动化厂家与各分接头开关制造厂家有效的配合，运用广泛。
3、做到不同型号变压器和分接头档位数不等的变压器的并列，做到并列变压器间电流及无功功率的合理分配。
4、能做到电源点不同的变压器的并列。
5、不需要手动调压，自动化程度高。
6、可靠性高运用于有载调压及并列运行在220kv及以上电压等级。
7、适用于恶劣环境，可户外就地安装。
附图说明
图1是剥离循环电流的核心回路。
图2是环流平衡模块原理示意图。
图3是环流平衡模块实物模型。
图4是环流平衡模块有载调压逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
目前国内变电站变压器并列运行时，大多数情况下分接头无法自动调节，且人工控制时，会有调节速度慢、调节工作量大、无法针对并列运行采取最优的调节策略等缺点。本实用创新型发明针对上述缺点，设计出一种新型的分接头控制方法，此方法利用国内首创的独特电路，通过采集变压器负荷侧电流，从中分离出并列变压器之间的循环电流，将此循环电流和所调节的变压器负荷侧电压为共同的调节依据，最终实现对并列变压器分接头的自动控制的目的。
环流平衡模块通过采集循环电流、负荷电流以及负荷侧电压，以控制负荷中心电压在允许范围内、控制循环电流最小作为基本原则，辅以严格的逻辑，对变电站母线电压进行可靠及准确的控制。
使用环流平衡模块，可以从本质上解决并列变压器分接头的位置差异问题：在变压器并列的情况下，控制器自身的控制逻辑会保证多台变压器的分接头控制的同步性；而如果由于变压器分接头开关的性能差异造成了分接头控制的不同步，那么对于此种情况形成的循环电流，控制系统会根据使循坏电流最小化的原则，将再次对未变化的分接头进行控制，以最终保证并列运行变压器分接头的位置的一致性。
并列变压器中，如果各个变压器的参数一致(容量、特性阻抗等等)，那么在这些变压器并列运行时，其对应的各个分接头的位置一致，就保证了各个变压器之间的循环电流是最小的(理想情况下趋进于零)。然而，在某些情况下，如在某些改造变电站，新安装的变压器和原变压器之间的性能、参数会有所差异。而运行时需要这两台变压器并列，两台变压器的负荷分配应该是和它们的额定容量成正比关系。根据现场变压器的具体参数，以及现场变压器负荷侧ct的变比参数，选择匹配的变比校正参数，就能够适应现场情况。在选择了合适的校正参数后，仍可以使用循环电流法作为两台不同参数的变压器并列的主要和唯一方法，并且在此方法下，即能保证并列变压器不会因为存在循环电流而有过度发热和无功功率损耗的问题，同时也会保证两台变压器之间按照既定的比例分配负荷。
下面将分两部分介绍本发明的主要内容：一是介绍利用特殊电路从现场二次电流中剥离循环电流；二是介绍剥离出循环电流后如何将其作为判据应用在变压器分接头的控制上。
1、剥离循环电流
首先，介绍一个最简单也是在剥离循环电流电路中最核心的一个电流回路。该电流回路如图1所示。该电路所示的是两个电流互感器(实质上也是变压器)，其变比相同，两个电流互感器的二次线圈被人为串联，ct1的二次线圈同名端与ct2的二次线圈非同名端相连，反之亦然。
由此，通过基尔霍夫定律可知，i1’＝i二次,i2’＝i二次，也就是说ct1和ct2的二次电流是完全相同的(电流矢量相同，包括幅值和相位)。又由于ct1和ct2的变比相同，那么两个ct的一次电流亦相同,即i1＝i2。虽然该电路形式简单，但其核心意义是：通过串联两个变比相同的电流互感器的二次线圈，可以强制地使流入两个ct的一次电流相同。当然，如果输入的一次电流不同的话，必然有其它回路从一次电流输入回路中将一次电流分流，以满足流入两个电流互感器的电流完全相同这一条件。这种应用将在下面的说明中应用。
环流平衡模块采集及分离并列变压器循环电流的原理示意图如图2所示。按图中从上至下的顺序，显示了循环电流ic、平衡电流ib、半电流ih以及负荷电流il四条电流回路(各个回路中的电流均为矢量)。
图2所示的回路中，所有电流的都为毫安级的。来自变压器负荷侧的二次电流，需要经过辅助电流互感器转换成毫安级别的电流。图2中以两台变压器并列的情况为例。两台变压器的负荷侧电流分别经过辅助电流互感器fzct1和fzct2转换成毫安级别的电流i1和i2。
从图2中可以看到，从辅助电流互感器的二次侧流出的负荷侧电流i1分离成负荷电流il1和ic1，i2分离成il2和ic2。图中标明了各个电流的流经回路。其中负荷电流的路径由箭头标示，循环电流的路径由末端代黑点的箭头标示。而il1及il2各自的分离过程如下。
观察il1和il2，其分别流入并列平衡模块1(blph1)和并列平衡模块2(blph2)。blph1和blph2各自包含一个电流互感器k1和k4。k1和k4的次级线圈如图1所示的核心电路一样串接，且k1和k4的变比相同，由此可知，由k1和k4为主构成的平衡电流ib回路起到了强制il1和il2相同的作用。
平衡电流回路中，连接有52-1b、52-2b、24b等接点。这些接点均为现场开关的位置接点，且都为常开型接点(当断路器开关处于合位时，该类型接点打开，当断路器开关处于跳位时，该类型接点闭合)。其中52-1b是变压器1的负荷侧断路器的位置接点；52-2b是变压器2的负荷侧断路器的位置接点；24b是负荷母线的分段断路器的位置接点。采集这三副接点，是用来自动识别现场变压器是否并列运行的。当上述断路器中任何一个处于跳位时，即认为现场变压器处于独立运行状态。此时平衡电流回路中的k1和k4的次级线圈将会分别自环，从而平衡电流回路无法起到强制负荷电流相同的作用。直接影响到整个电路，使其无法剥离循环电流(变压器独立运行时是不存在循环电流的)。
当平衡电流回路起到强制负荷电流相同的作用时，循环电流回路则为负荷侧电流中除去负荷电流后的其余部分提供了回路。这个回路中所流的就是循环电流。可以看出，变压器1的循环电流ic1和变压器2的循环电流ic2大小相同，相位相反(实际情况正是如此)。循环电流回路中，包含了电抗分位器k3和k6(k3和k6分别在并列平衡模块1和并列平衡模块2中)，同时k3和k6还分别使用了数字控制开关43s1和43s2对其进行大小调节。k3和k6能将循环电流型号转换成电压信号，然后被逻辑控制模块采集。而43s1和43s2能够调整k3和k6的大小，使循环电流在k3和k6上可以产生多个大小可选的电压，即改变了逻辑控制模块采集到的电压，从而影响到循环电流的灵敏度。灵敏度的用途将在后面有所介绍。
上述内容即为循环电流从负荷侧电流中剥离的过程。不过上述回路仍需要作出改进。可以发现平衡电流ib回路能够完全实现剥离循环电流的目的，并能够自动识别现场并列情况。但整个电路还需要补充其它回路，才能够完全适应现场变压器并列运行的所有情况。分析如下：
首先介绍线路损耗补偿方法在有载调压中的应用。通常的有载调压，都是根据变电站内负荷侧母线的电压波动情况对其进行调整，继而对负荷线路上的电压产生影响。这种调整方法的不足就在于无法根据负荷的变化对负荷电压进行精确调整。负荷线路上的电压是在负荷母线电压的基础上经过线路损耗而得到的，而线路损耗电压的大小是与负荷电流成正比的，因此即使是在相同的负荷母线电压下，负荷线路上的电压也会随着负荷变化而变化的。线损补偿(ldc)法就是考虑了负荷电流对负荷线路电压的影响，将其作为有载调压时的一个考虑因素，把负荷线路上的某一点的电压作为监视可控制的对象，对分接头进行调整。
通过上面的线路补偿的基本介绍，可知负荷电流在有载调压中也是很重要的一个因素之一。下面分析现场变压器并列运行时出现的另外一种情况。当两台变压器并列运行时，如果其中一台变压器因某种原因(比如发生故障后变压器保护动作)退出运行，那么此时将只有另外一台变压器处于运行情况，且承载着之前的两台变压器共同承载的负荷。因此，运行的变压器的负荷电流将变为之前的两倍。如果图2中的电路中只包含平衡电流ib回路，那么此时k1和k4的次级线圈将处于自环状态(因为52-1b或52-2b中的某一个必会闭合)，于是两台变压器的各自负荷电流(一个为原先的两倍，一个为零)必将流入各自的控制器。这时会使得线损补偿方法中计算的线路负荷损耗电压变成原来的两倍，导致逻辑控制模块会将负荷母线电压调整得比正常值要高(高出的电压值正是原来计算的线路损耗电压)，从而使整个负荷电压都变高，这种后果是非常严重的。
解决上述问题的方法就是在图2所示的电路中增加负荷电流il回路以及半电流回路ih。
由电流互感器k2和k5组成的负荷电流回路其实与平衡电流回路基本类似。各个电流互感器的特性完全一致，次级线圈的连接方式也完全一致。唯一不同的是，在负荷电流回路中并没有加入52-1b和52-2b两个接点作为自环接点。由此，在两台变压器处于并列或者独立运行时，负荷电流回路和平衡电流回路的工作状态完全一致，具体内容如同上述对于平衡电流回路的工作状态的分析。然而当两台并列变压器中有一台突然退出运行时，这两个回路将处于不同的工作状态。此时平衡电流回路的电流互感器次级线圈将自环，于是平衡电流回路如同导线，没有分离负荷侧电流的作用。而负荷电流回路因为没有接入变压器负荷断路器的位置接点，所以整个回路不发生变化，仍然会起到分离负荷侧电流相同的作用。这时由于循环电流回路已断开，所以引入了半电流回路，为负荷侧电流提供分离电流的回路。可以看出，运行变压器的负荷侧电流为原来的两倍，此时经半电流回路和负荷电流回路分离成两个大小相等，相位相同的电流，分别流经k2和k5，完成其分离过程。由此，运行变压器的逻辑控制模块的线损补偿回路中所用的负荷电流才不会因为另外一台变压器的退出运行而变化，也就不会产生异常的调压后果。
至此，循环电流的剥离回路形成了完整的原理回路。
2、考虑环流平衡模块的变电站母线电压控制方法
如图3所示，按照图2中剥离循环电流的原理图，构建起一个控制系统的实物模型。该实物模型完成了图2中所示原理的功能，将采自变压器负荷侧的电流分离成负荷电流
整个逻辑控制模块(ljkz)从电力系统中采集的电气量有：负荷电流
通常情况下，有载调压过程中始终以保持
环流平衡模块在并列变压器的分接头控制中扮演重要的作用。在本实用创新性发明中，使用灵敏度调节法来完成环流平衡。原因如下：
实际的变压器并列系统中，循环电流产生的主要原因是并列变压器的分接头档位不同，使得并列变压器的负荷侧电压产生差异，继而成为并列变压器环路中的电压源，形成循环电流。除了这个原因外，变压器之间的变比差异也会造成循环电流(规程要求并列变压器的变比一定要相同，之所以会有差异，是由变压器的个体差异造成的)，这种原因造成的循环电流的情况极少见，形成的循环电流的幅值也较小。
由此可见，在并列变压器的参数选取正确的情况下，分接头之间的差异成为形成循环电流的主要原因。在分接头之间无差异的情况下，是不会产生足以对安全和经济效益产生明显影响的循环电流的。
在实际运行的并列变压器直接，循环电流的一旦存在，其幅值将成离散、成比例的关系出现。这是因为分接头之间的差异是离散的，其形成的电压差也是离散的，且分接头差异不同档位时，形成的各个电压之间的大小成比例关系。当分接头之间的档位差异只有一档时，对应形成的循环电流为基准循环电流。对于同一套并列变压器系统，其基准循环电流是始终不变的。但若使用计算的方法很难确定这个基准循环电流，因为变压器的参数之间存在很大差异。因此，我们使用灵敏度来确定基准循环电流。将灵敏度设置到一个分接头差异时，调整且只调整一个分接头，使该差异消除。
灵敏度的设定范围分为9档，最不灵敏的一档，循环电流的可见值为实际值的50％，最灵敏的一档，循环电流的可见值为实际值的2倍。这样的灵敏度范围，能最够保证上述的调节目的。一旦针对某个系统确定了灵敏度，后续运行中就不需要调整灵敏度。
对于上述所介绍环流平衡模块的内容，可以使用图4中的逻辑框图进行描述。