专利名称：通用一控多无功补偿成套系统的制作方法
技术领域：
通用一控多无功补偿成套系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种应用于电力系统的无功补偿成套系统，特别是一种既能用 于数字化变电站，又能用于非数字化变电站的一控多无功补偿成套系统。
背景技术：
[0002]随着电力系统的发展，数字化变电站代替传统变电站的技术也日益成熟，电力 系统中传统的无功补偿成套系统包括无功补偿控制器、无功补偿装置、主变压器以及母 联开关等。对于66kV以下的中低压电网系统，由于电子互感器成本远高于常规互感器， 因此常规互感器仍会较长期的使用。另外，在变电站中均按母线单独装设无功补偿装 置，在母线并列运行时各台无功补偿需进行协调控制，以达到最佳补偿效果。目前的无 功补偿一般为一控一方式，并列运行问题不能很好解决，更不能实现一台控制器控制多 台无功补偿装置的功能。[0003]目前我国电力系统的发展处于由传统变电站逐渐向数字化变电站转化的过程， 很多变电站在建设时仍采用传统方式，但是升级为数字化变电站是必然趋势，这样在变 电站升级时一定会有大量设备被淘汰，升级成本很大。目前还没有一种既能用于传统变 电站，又能用于数字化变电站的无功补偿成套系统。实用新型内容[0004]本实用新型需要解决的技术问题是提供一种既能用于传统变电站，又能用于数 字化变电站的无功补偿成套系统，以大大降低变电站建设或改造时的成本。[0005]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是[0006]通用一控多无功补偿成套系统，包括无功补偿装置、主变压器、母联开关、多 功能合并单元、无功补偿就地智能单元以及一台无功补偿主控制器，所述无功补偿主控 制器和多功能合并单元之间通过网络接口或串口进行信息交互，多功能合并单元和就地 智能单元之间通过光纤进行信息交互；无功补偿装置连接在无功补偿就地智能单元一 侧。其中，所述无功补偿装置根据系统需求设置为1-n台，无功补偿就地智能单元设置 为1-n台，多功能合并单元设置为1-n台。所述多功能合并单元将常规互感器输出的母线 电压、主变压器各侧电流信号转换为IEC-61850标准的数字采样值信号、将母联开关状 态、主变压器档位等信号转换为IEC-61850标准的GOOSE信号经以太网或串口传输给主 控制器；并可接收无功补偿主控制器传输的GOOSE信号对主变压器有载开关进行调节。[0007]本实用新型所述多功能合并单元的改进在于多功能合并单元包括主控制模 块、模拟量输入模块、A/D转换模块、开关量输入模块、开关量输出模块、以太网模 块、显示及人机交互模块以及信息传输网口 /光口、对时接口、串口，各模块间通过数 据总线进行信息传输；所述模拟量输入模块输出的模拟信号经A/D转换模块转换后输出 给主控制模块，经主控制模块处理后成为61850标准格式的采样值经以太网模块从指定 的信息传输网口/光口输出；所述开关量输入模块输出的开关量信号经主控制模块处理后通过以太网模块从指定的信息传输网口 /光口输出；对时接口、串口的输出端连接主 控制模块，开关量输出模块根据主控制模块的指令进行开关量信号输出；显示及人机交 互模块用于对多功能合并单元内的数据进行显示，并进行参数设定等人机对话功能，使 其使用更加灵活方便。[0008]本实用新型的改进在于所述就地智能单元通过光纤直接连接控制器或者通过 光纤经多功能合并单元连接主控制器。当就地智能单元较多，主控制器的接口不能满足 通讯需求时，利用多功能合并单元的以太网交换机功能，扩展接入的网口 /光口数量； 如不使用多功能合并单元，系统则通过加装交换机来实现就地智能单元与主控制器之间 的信息交换。[0009]本实用新型所述无功补偿装置的改进在于无功补偿装置为分组投切电容器 组、调压型无功补偿装置、磁控电抗器型动态无功补偿装置、晶间管串联电抗器型无功 补偿装置或静止无功发生器中的任意一种。[0010]本实用新型应用于数字化变电站的一种系统结构为不使用多功能合并单元， 变电站内原有的母联开关智能单元、主变压器智能终端以及母线合并单元通过光纤或网 口与无功补偿主控制器连接。无功补偿主控制器以MMS通信方式与变电站自动化系统 通信；通过SMV报文和GOOSE报文的方式接收无功补偿系统需要的母线电压、主变压 器各侧电流数据和母线的母联状态、主变压器档位信号；通过SMV报文和GOOSE报文 的方式接收无功补偿就地智能单元采集的无功补偿装置电压、电流的模拟量采样信号、 无功补偿装置档位信号和报警信号；通过GOOSE报文的方式控制无功补偿就地智能单元 的运行方式及无功出力的调节。[0011]本实用新型应用于非数字化变电站的一种系统结构为多功能合并单元直接连 接变电站内原有的常规互感器、母联开关以及主变压器有载开关。所述无功补偿主控制 器以常规的通信规约与变电站综合自动化系统通信；无功补偿主控制器与多功能合并单 元通信，通过多功能合并单元采集无功补偿系统需要的母线电压、主变压器各侧电流数 据和母联状态、主变压器档位信号；以GOOSE报文的形式通过多功能合并单元调节主变 压器有载开关；以SMV报文和GOOSE报文的方式采集无功补偿就地智能单元的无功补 偿装置电流电压和档位及报警信号；通过GOOSE报文的方式控制无功补偿就地智能单元 的运行方式及无功出力的调节。[0012]本实用新型应用于低压侧采用常规互感器的数字化变电站的一种系统结构为 无功补偿主控制器通过GOOSE网络与变电站内原有的母联开关智能单元和主变压器智能 终端连接，以GOOSE报文的方式接收母联状态、主变压器档位信号，以SMV报文的方 式接收主变压器高压侧电流采样值；多功能合并单元直接与低压母线和主变压器低压侧 常规互感器连接，无功补偿主控制器通过多功能合并单元采集无功补偿系统需要的低压 侧母线电压、主变压器低压侧电流数据；通过SMV报文和GOOSE报文的方式接收就地 智能单元采集的无功补偿装置电压、电流的模拟量采样信号、无功补偿档位信号和报警 信号；通过GOOSE报文的方式控制无功补偿就地智能单元的运行方式及无功出力的调 节。[0013]由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是[0014]本实用新型使用一台无功补偿主控制器，能够实现多台无功补偿装置的协调控制，且通过使用多功能合并单元成功实现了传统变电站和数字化变电站的通用性。特别 适用于今后将升级为数字化变电站的传统变电站使用。[0015]本实用新型用于传统变电站时，通过加装多功能合并单元将常规互感器输出的 母线电压、主变压器各侧电流信号转换为IEC-61850标准的数字采样值信号、将母联开 关状态、主变压器档位等信号转换为IEC-61850标准的GOOSE信号经网口或串口传输给 主控制器和就地智能单元，用于测量系统电压和计算无功功率和力率、判别母线并列运 行方式，来实现一台无功补偿主控制器对多台无功补偿的协调控制。[0016]当升级为数字化变电站或直接用于数字化变电站时，多功能合并单元不再使用 其模拟量、开关量采集功能，仅做为以太网交换机使用，无功补偿主控制器和就地智能 单元直接通过以太网与各母线合并单元、主变压器智能终端、母联开关智能单元连接， 用于获取母线电压、主变压器电流采样值和母联开关状态、主变压器档位，实现测量系 统电压和无功功率及力率、判别母线并列运行方式，来实现各台无功补偿装置的协调控 制。[0017]采用本实用新型在传统变电站升级为数字化变电站时，仅需去除多功能合并单 元的模拟量、开关量采集功能，而不需更换无功补偿控制系统和进行现场改造，可为用 户节省投资，减少无功补偿装置退出运行的时间，保障了电力系统的安全运行。
[0018]图1为本实用新型应用于数字化变电站控制系统的结构图；[0019]图2为本实用新型应用于非数字化变电站控制系统的结构图；[0020]图3为本实用新型应用于低压侧为常规互感器的数字化变电站控制系统的结构 图；[0021]图4为本实用新型所述多功能合并单元的结构示意图。
具体实施方式
[0022]
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明[0023]通用一控多无功补偿成套系统中包括交换机、多功能合并单元、无功补偿装 置、就地智能单元、母联开关以及一台无功补偿主控制器。由无功补偿主控制器、多功 能合并单元以及就地智能单元构成成套装置的控制系统，采集系统中的各信号并自动跟 踪调节无功补偿的运行情况。[0024]多功能合并单元如图4所示，包括主控制模块、模拟量输入模块、A/D转换模 块、开关量输入模块、开关量输出模块、以太网模块、显示及人机交互模块以及信息传 输网口 /光口、对时接口、串口，各模块间通过数据总线进行信息传输；所述模拟量输 入模块输出的模拟信号经A/D转换模块转换后输出给主控制模块，经主控制模块处理后 成为61850标准格式的采样值经以太网模块从指定的信息传输网口 /光口输出；所述开关 量输入模块输出的开关量信号经主控制模块处理后通过以太网模块从指定的信息传输网 口/光口输出；对时接口、串口的输出端连接主控制模块，开关量输出模块根据主控制 模块的指令进行开关量信号输出；显示及人机交互模块用于对多功能合并单元内的数据 进行显示，并进行参数设定等人机对话功能，使其使用更加灵活方便。[0025]当然本实用新型中所述的无功补偿装置调节方式可以是分组投切电容器组、调 压型无功补偿装置、磁控电抗器型动态无功补偿装置、晶间管串联电抗器型动态无功补 偿装置、静止无功发生器等形式。[0026]实施例1[0027]应用于数字化变电站的通用一控多无功补偿控制系统中，无功补偿主控制器与 就地智能单元之间的连接关系如图1所示。数字化变电站中原有的母线合并单元、主变 压器智能终端、母联开关智能单元经交换机连接到无功补偿主控制器，实现将母线合并 单元输出的母线电压、主变压器智能终端元输出的电流采样值数据和母联开关智能单元 输出的母联状态、主变压器智能终端输出的主变压器档位GOOSE数据传输到无功补偿主 控制器。[0028]无功补偿主控制器安装在变电站的二次控制室内，经交换机与无功补偿就地智 能单元连接，将母线电压、主变压器各侧电流采样值信号传输给各就地智能单元，并接 收各就地智能单元发送的无功补偿装置电压、电流等SMV数据，以及无功补偿装置档位 (对于调压型)、分组开关状态(对于分组投切电容器型)、报警信号等GOOSE数据；无 功补偿主控制器通过各母联开关分合状态判断各无功补偿装置是否为并列运行，如处于 并列运行状态时，由主控制器对并列的无功补偿装置进行协调控制；如果处于分列运行 状态时，就由各就地智能单元对各自的无功补偿装置进行自动跟踪控制调节；并经网络 或光纤与变电站自动化系统进行信息交互，同时完成各无功补偿装置参数设定、信息存 储及其它人机对话等功能。[0029]无功补偿就地智能单元安装于无功补偿装置本体附近，对无功补偿装置进行自 动跟踪控制。并以SMV报文和GOOSE报文的形式通过光纤交换机与无功补偿主控制器 进行数据通讯。[0030]当系统内的就地智能单元较少时，可以不用交换机，无功补偿就地智能单元、 母线合并单元、主变压器智能终端以及母联开关智能单元直接通过光纤与主控制器连 接。[0031]实施例2[0032]应用于非数字化变电站的通用一控多无功补偿控制系统中，无功补偿主控制器 与就地智能单元之间的连接关系如图2所示。与实施例1的区别在于，控制系统中采用 多功能合并单元代替母线合并单元、主变压器智能终端和母联开关智能单元，多功能合 并单元直接与变电站内原有的常规互感器、主变压器有载开关以及母联开关连接，常规 互感器输出的模拟信号和母联状态、主变压器档位信号经多功能合并单元处理后通过网 络或串口传输给无功补偿主控制器。[0033]无功补偿主控制器安装在变电站的二次控制室内，经多功能合并单元接收各段 母线电压、主变压器各侧电流采样值信号和母联开关状态、主变压器档位信号；并多 功能合并单元通过光纤与各就地智能单元连接，将母线电压、主变压器各侧电流采样值 信号传输给各就地智能单元，并接收各就地智能单元发送的无功补偿装置电压、电流等 SMV数据，以及无功补偿装置档位(对于调压型)、分组开关状态(对于分组投切电容器 型)报警信号等GOOSE数据；无功补偿主控制器通过各母联开关分合状态判断各无功补 偿装置是否为并列运行，如处于并列运行状态时，由主控制器对并列的无功补偿装置进行协调控制；如果处于分列运行状态时，就由各就地智能单元对各自的无功补偿装置进 行自动跟踪控制调节；并经网口或串口与变电站自动化系统进行信息交互，同时完成各 无功补偿装置参数设定、信息存储及其它人机对话等功能。[0034]多功能合并单元将母线电压互感器输出的母线电压、主变压器各侧电流互感器 输出的电流模拟信号转换为IEC-61850格式的采样值数据，将母联开关状态、主变压器 档位转换为IEC-61850格式的GOOSE数据，上述数据通过光纤以太网或串口发送给主控 制器。且多功能合并单元具有以太网交换机功能。[0035]无功补偿就地智能单元安装于无功补偿本体附近对无功补偿装置进行自动跟踪 控制，并以SMV报文和GOOSE报文的形式通过光纤经多功能合并单元与无功补偿主控 制器进行数据通讯。[0036]实施例3[0037]应用于低压侧采用常规互感器的数字化变电站中，无功补偿主控制器与就地智 能单元之间的连接关系如图3所示。与实施例2的区别在于无功补偿主控制器通过 GOOSE网络与变电站内原有的母联开关智能单元和主变压器智能终端连接，以GOOSE 报文的方式接收母联状态、主变压器档位信号，以SMV报文的方式接收主变压器高压侧 电流采样值；多功能合并单元直接与低压母线及主变压器低压侧常规互感器连接，无功 补偿主控制器通过多功能合并单元采集无功补偿系统需要的母线电压、主变压器低压侧 电流数据；通过SMV报文和GOOSE报文的方式接收就地智能单元采集的无功补偿装置 电压、电流的模拟量采样信号、无功补偿档位信号和报警信号；通过GOOSE报文的方式 控制无功补偿就地智能单元的运行方式及无功出力的调节。[0038]本实用新型应用于传统的非数字化变电站向数字化变电站改造时，只需去除多 功能合并单元的模拟量、开关量采集功能，仅做为以太网交换机使用，将无功补偿主控 制器与母线合并单元、主变压器智能终端、母联开关智能单元连接，接收其输出的数字 采样值信号，无需更换无功补偿控制系统中的其他设备即可完成改造，减少了无功补偿 装置退出运行的时间，保证了电力系统的安全运行。
权利要求1.通用一控多无功补偿成套系统，包括主变压器、母联开关、无功补偿装置以及一 台无功补偿主控制器，其特征在于系统还包括多功能合并单元以及无功补偿就地智 能单元，所述无功补偿主控制器和多功能合并单元之间通过网络接口或串口进行信息交 互，无功补偿主控制器和无功补偿就地智能单元之间通过光纤进行信息交互；无功补偿 装置连接在无功补偿就地智能单元一侧。
2.根据权利要求1所述的通用一控多无功补偿成套系统，其特征在于所述多功能 合并单元包括主控制模块、模拟量输入模块、A/D转换模块、开关量输入模块、开关量 输出模块、以太网模块、显示及人机交互模块以及信息传输网口 /光口、对时接口、串 口，各模块间通过数据总线进行信息传输。
3.根据权利要求1所述的通用一控多无功补偿成套系统，其特征在于主控制器与 就地智能单元和线路智能终端之间设置有交换机。
4.根据权利要求1所述的通用一控多无功补偿成套系统，其特征在于所述无功补 偿装置为分组投切电容器组、调压型无功补偿装置、磁控电抗器型动态无功补偿装置、 晶闸管串联电抗器型无功补偿装置或静止无功发生器中的任意一种。
专利摘要本实用新型公开了一种通用一控多无功补偿成套系统，既能应用于数字化变电站，又能应用于常规的非数字化变电站，满足一台主控制器控制管理多台无功补偿装置的能力。包括无功补偿主控制器、多功能合并单元、无功补偿就地智能单元、主变压器以及母联开关。本实用新型基于变电站通信网络和系统协议IEC-61850标准进行设计，通过不同的接口配置实现了传统变电站和数字化变电站的通用性，在常规变电站升级为数字化变电站时，可大幅节约改造成本，减少无功补偿装置退出运行的时间，保障电力系统的安全运行。
文档编号H02J13/00GK201813166SQ201020515160
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者吴洪伟, 张旭辉, 李瑞桂, 王苏 申请人:河北旭辉电气股份有限公司