专利名称：电压无功综合控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压无功综合控制装置，尤其是一种对有载调压变压器分接开关的调整和并联电容器组/电抗器组的投切进行综合自动控制，并对变电站进行电能质量管理的电压无功综合控制装置。
背景技术：
变电站电压无功控制已成为保证电压质量和无功平衡、提高电网可靠性和经济性必不可少的措施。变电站电压无功综合控制装置在我国各级变电站已广泛投入使用，随着近几年我国电力系统自动化水平的迅速提高，尤其是变电站自动化的发展已突破传统使用大量电缆组成复杂的二次控制回路，取而代之的是通讯网，将变电站间隔层与变电站层连接起来，使各间隔层的控制终端能够资源共享。而作为变电站自动化系统重要组成部分的电压无功综合控制也随之出现多种实现方式。自动化系统后台机软件电压无功控制VQC；自动化系统网络电压无功控制VQC；自带I/O系统的独立电压无功控制VQC。
另外从电压无功控制的今后发展方向看，这种局部最优的就地分散控制方法将被全网最优的电压无功集中控制所取代。根据目前调度和变电站自动化的发展水平来看，集中控制的实现方式有两种1)根据调度所得到的各变电站的有关数据，实时运行电压无功优化控制软件，根据计算结果，以绝对指令的方式通过调度的遥控、遥调功能对变电站具体的电容器或变压器分接头进行操作；2)利用变电站现有的电压无功控制装置，通过与调度的通讯，根据调度的电压无功优化软件得出的各变电站电压无功上下限，再由电压无功控制装置根据变电站的运行方式和运行状态进行控制。
与第一种方式相比，第二种方式由于可以实现分散和集中的解耦控制，提高了系统的可靠性。因此对在集中控制方式下作为智能终端的变电站电压无功控制装置提出了更高的要求。
电压无功控制装置的一个主要功能是保证电压的合格，随着电能质量的提出以及电能质量各项指标的标准化，今后必然要求对电能质量的各项指标进行监测和管理，作为用户公共连接点的10kV母线的电能质量就尤其重要，利用现有电压无功控制装置的资源，增加10kV母线电能质量的监测和管理，为运行部门对10kV母线电能质量的管理提供依据。
近几年城网改造的发展，特别是在城区靠近负荷中心新建的220kV、110kV负荷站，出现了四台主变，10kV八段母线的主接线方式，同一母线的无功补偿设备既有电容器又有电抗器，由于受变电站主变、电容器配置的增多和变电站的运行方式的复杂化，使原有的只能控制3台主变、4段母线的24组电容器装置的软件和硬件已不能适应变电站的发展，不能满足生产实际的需要，而亟待加以进一步改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种电压无功综合控制装置，能够实现同时控制4台变压器调压机构、8段母线上的24组电容器、16组电抗器的电压无功综合控制，提高系统的可靠性，并实现对电能质量的各项指标进行监测和管理。
为了实现上述目的本发明提供了一种电压无功综合控制装置，它包括系统管理模块、数据采集模块、输入/输出模块及通讯模块；所述的系统管理模块包括系统管理计算机，所述的系统管理计算机通过其显示接口连接有显示设备，并通过其打印接口连接有打印设备；所述的系统管理计算机通过其内部系统总线连接通讯模块；所述的通讯模块包括智能通讯卡、以太网卡及调制解调器，所述的智能通讯卡、以太网卡连接在系统总线上，所述的调制解调器通过串行接口连接到系统总线上；所述的智能通讯卡连接有串行总线；所述的输入/输出模块包括开入量采集模块及开出量输出模块，所述的开入量采集模块及开出量输出模块分别连接在串行总线上；所述的数据采集模块包括模拟量采集模块，所述的模拟量采集模块连接在串行总线上。
所述的数据采集模块采用14位高速MAX125A/D转换芯片和专用数据处理TMS320F206DSP芯片。所述的通讯模块内置多种规约转换器和标准的串行通讯接口。
本发明采用高性能的工业控制机及分布式智能模块和数字信号处理技术，其所需要采集的开入量、模拟量、控制的开出量均由智能模块独立完成，智能模块与工控机通过内部总线相连接，由电压无功控制系统软件进行统一管理，完成电压无功综合控制功能。本发明提出了新的电压无功综合控制装置的软硬件体系结构，其按照分布式智能模块化结构研制的装置，可以灵活实现目前变电站电压无功控制所常见的电压无功控制VQC控制方式，即独立自带I/O系统的电压无功控制VQC方式；变电站自动化系统后台机软件电压无功控制VQC方式；变电站自动化系统网络电压无功控制VQC方式。本发明能同时控制四台变压器调压机构、8段母线上的24组电容器、16组电抗器的电压无功综合控制设备，实现分散和集中的解耦控制，提高了系统的可靠性。可以通过与调度的直接通讯或借助与变电站自动化系统的通讯，实现区域网电压无功优化控制智能终端的功能；并且在本装置中嵌入10kV母线电能质量监测和管理功能，可以对电能质量的各项指标进行监测和管理。其控制策略先进，保护闭锁能力强，显示、报表及记录齐全，具有测量准确、抗干扰能力强、运行稳定及人机界面友好的特点。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明
图1为本发明电压无功综合控制装置的硬件系统构成示意图；图2为本发明电压无功综合控制装置的软件系统总体构成示意图；图3为本发明电压无功综合控制装置的电压无功限值区间划分示意图；图4为本发明电压无功综合控制装置的电压无功控制软件流程图；图5为本发明电压无功综合控制装置的电能质量管理界面。
具体实施例方式
如图1所示，为本发明的硬件系统构成示意图。一种电压无功综合控制装置，采用高性能的工业控制机作为控制的核心，整个系统按分散智能模块化结构设计。装置所需要采集的开入量、模拟量、控制的开出量均由智能模块独立完成，智能模块与工控机通过内部总线相连接，由电压无功控制系统软件进行统一管理，完成电压无功综合控制功能。其主要模块有智能数据采集模块3、智能通讯模块2、智能输入/输出模块4、系统管理模块1。系统管理模块1与其他模块通过内部总线相连。系统管理模块1包括系统管理计算机10，系统管理计算机10通过其显示接口12连接有显示设备11，并通过其打印接口14连接有打印设备15；系统管理计算机10通过其内部系统总线13连接通讯模块2；通讯模块2包括智能通讯卡20、以太网卡21及调制解调器22，智能通讯卡20、以太网卡21连接在系统总线13上，调制解调器22通过串行接口23连接到系统总线13上；智能通讯卡20连接有串行总线24；输入/输出模块4包括开入量采集模块40及开出量输出模块41，开入量采集模块40及开出量输出模块41分别连接在串行总线24上；数据采集模块3包括两个模拟量采集模块30，模拟量采集模块30均连接在串行总线24上。
1、数据采集模块3硬件采用14位高速MAX125A/D转换芯片和专用数据处理TMS320F206DSP芯片；谐波的测量采用多周期加窗傅立叶变换算法；电压波动和闪变采用IEC推荐电压波动闪变仪数字检测算法。从而保证电气量测量和电能质量指标计算的精确度。
2、输入/输出模块4开入开出信号与系统采用两级光耦隔离、在软件上采用去抖动技术和口令加密技术，提高装置开入量的抗干扰能力和防止开出误动作；受控对象的保护动作闭锁、防连调闭锁均由该模块独立完成，采用软件和硬件双重闭锁，提高装置的可靠性；可按照变电站的实际规模和今后的扩容，增加相应的输入/输出模块，无须对软硬件进行改动，提高了装置的兼容性。
3、智能通讯模块2数据采集模块、输入输出模块与系统管理软件模块的联系是通过嵌入在工控机中的智能通讯模块来完成的；内置多种规约转换器和标准的串行通讯接口，使装置能与变电站自动化系统共享模拟量、开人开出量，以自动化网络电压无功控制VQC方式运行，可以解决由多套测量系统测量量不一致而造成电压无功控制VQC拒动的现象，同时也可以降低工程成本和调试维护量。
4、系统管理模块1系统管理软件是基于Windows、SQL数据库平台上开发的，主要由人机交互界面、通信管理、电压无功控制、电能质量管理、报表和记录查寻等组成。人机交互界面采用INTOUCH工业控制组态软件，为运行人员提供变电站运行中常用的数据显示、变压器分接头、电容器开关监控单元的操作、装置的现场参数设置等；通信管理主要通过以态网卡或Modem与远方进行通信，可对装置进行集中管理和远方维护，也可以使装置作为区域网电压无功优化控制的智能执行终端；电压无功控制所要的信息均来自实时数据库，按照改进的九区图和最优的控制策略，完成电压无功的综合控制，同时电压无功控制也可以以单一的应用模块嵌入到变电站自动化系统后台机中，以后台机软件电压无功控制VQC方式运行；电能质量管理是对10kV母线的电能质量指标进行统计和管理，目前主要考核的指标是频率、电压合格率、谐波、三相不平衡、电压波动和闪变；报表和记录查询可为上级管理部门的管理提供依据，可统计装置投入运行后所产生的经济效益，同时通过对各种动作以及故障的记录，方便考核装置的性能和进一步改善提高装置的性能。
如图2所示，为本发明的软件系统总体构成示意图。本发明的装置的软件与硬件系统相对应，采用模块化结构。
1、其中电压无功控制是核心，通过对变电站的运行状态进行采样、计算和判断，并得出当前属于何种工况，是否需要调节，应选择何种调节控制策略等。需要调节时，则经过一定的延时后，发出调节命令。
其调节原理及策略如图3所示，图中ΔUC为投切一组电容器引起母线电压的变化量，ΔQT为升降一挡分接开关引起进线无功的变化量。1区、F区先投C，当C全部投入(含C故障、检修停用时)后，电压仍低于电压下限值时，发强行升压指令；2A区发投C指令。电容器投完仍在该区，则维持；2C区如还有电容器未投，则先降压再投电容器，或维持不动；3、4区发降压指令。当有载调压开关处于下极限位置时，发强切C指令；5区、E区发切C指令。当C全部切除后，电压仍高于电压上限值时，发强行降压指令；6B区发切C指令。若电容器全切完仍在该区，则维持；6D区如还有电容器未切，则先升压，再切电容器，或维持不动；7、8区发升压指令，当有载调压开关处于上极限位置时，发强投C指令。
2、电能质量的监测和管理主要通过DSP对10kV电压的各项电能质量指标进行检测，通过通信上传到电能质量管理模块进行统一的管理，并以图表和表格的形式提供给运行管理人员，以供参考。电能质量管理界面如图5所示。
如图4所示，为电压无功控制软件流程图。开始后，系统进行初始化，然后人机对话和处理，根据断路器的位置判断变压器和母线的运行方式，之后从数据采集模块中中读取与电压无功控制相关的模拟量，接着进行逻辑判断，决定是否采取调压措施，如果采取措施，则发令并且反馈，然后继续人机对话和处理，如果不采取措施，则直接继续人机对话和处理，如果同时有通讯请求，则进入中断进行通讯处理，处理完毕并返回。
本发明采用高性能的工业控制机及分布式智能模块和数字信号处理技术，其所需要采集的开入量、模拟量、控制的开出量均由智能模块独立完成，智能模块与工控机通过内部总线相连接，由电压无功控制系统软件进行统一管理，完成电压无功综合控制功能。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种电压无功综合控制装置，其特征在于，它包括系统管理模块、数据采集模块、输入/输出模块及通讯模块；所述的系统管理模块包括系统管理计算机，所述的系统管理计算机通过其显示接口连接有显示设备，并通过其打印接口连接有打印设备；所述的系统管理计算机通过其内部系统总线连接通讯模块；所述的通讯模块包括智能通讯卡、以太网卡及调制解调器，所述的智能通讯卡、以太网卡连接在系统总线上，所述的调制解调器通过串行接口连接到系统总线上；所述的智能通讯卡连接有串行总线；所述的输入/输出模块包括开入量采集模块及开出量输出模块，所述的开入量采集模块及开出量输出模块分别连接在串行总线上；所述的数据采集模块包括模拟量采集模块，所述的模拟量采集模块连接在串行总线上。
2.根据权利要求1所述的电压无功综合控制装置，其特征在于所述的数据采集模块采用14位高速MAX125A/D转换芯片和专用数据处理TMS320F206DSP芯片。
3.根据权利要求1或2所述的电压无功综合控制装置，其特征在于所述的通讯模块内置规约转换器和标准的串行通讯接口。
全文摘要
本发明涉及一种电压无功综合控制装置，它包括系统管理模块、数据采集模块、输入/输出模块及通讯模块；系统管理模块包括系统管理计算机，系统管理计算机连接有显示设备及打印设备；系统管理计算机通过其内部系统总线连接通讯模块；通讯模块包括智能通讯卡、以太网卡及调制解调器，智能通讯卡连接有串行总线并通过串行总线连接输入/输出模块及数据采集模块；输入/输出模块包括开入量采集模块及开出量输出模块；数据采集模块包括模拟量采集模块。本发明能够实现同时控制4台变压器调压机构、8段母线上的24组电容器、16组电抗器的电压无功综合控制，提高了系统的可靠性，并实现对电能质量的各项指标进行监测和管理。
文档编号G05F1/70GK1797262SQ200410101768
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月22日 优先权日2004年12月22日
发明者杨仁刚, 冯小明, 王江波, 张枞生, 牛焕娜 申请人:中国农业大学