基于变电站的自动化分布式控制系统研究原则

基于变电站的自动化分布式控制系统研究原则

蔚言聪

杭州和利时自动化有限公司   浙江省   杭州市   310018

摘要：为提高变电站控制系统运行的质量与效率，减少变电站高速运行过程中产生的损耗，降低变电站控制的出错率，开展基于变电站的自动化分布式控制系统研究。设计系统的硬件设备，为系统的高效运行提供稳定的硬件环境；在此基础上，设计自动化分布式控制系统内ＶＱＣ的控制策略；对变电站电压与无功进行就地控制后，设计变电站自动化分布式控制系统内的微机保护算法，实现变电站自动化分布式纵联保护控制目标。

关键词：变电站；自动化；分布式；控制系统；研究原则

1变电站自动化分布式控制系统硬件设计

变电站自动化分布式控制系统的硬件运行环境至关重要。本文采用Ｓ５８５０－２４Ｔ１６Ｂ１６口Ｌ３型号交换机，该型号交换机属于一款高性能的第三层级以太网路由交换机，支持完整的Ｌ３路由协议，具有较高的性能优势。交换机规格参数见表１。

表１交换机规格参数

按照表１所示的规格参数，对自动化分布式控制系统进行设置，凭借其多样化的部署选项，为变电站控制系统实现高速网络奠定良好基础。变电站控制系统的光纤收发器采用迷你非管理型光纤收发器，支持自动ＭＤＩ／ＭＤＩＸ功能，ＬＥＤ指示以太网和光纤链路状态概览，即插即用，支持１Ｕ１２插槽机箱和单机使用。光纤收发器的规格参数设置见表２。

表２光纤收发器规格参数

按照表２所示的规格参数，设置光纤收发器，集成系统的更新技术与现有设备，使光纤收发器能在变电站中的任何地方使用。

2变电站自动化分布式控制系统软件设计

2.1变电站电压和无功的就地控制

变电站电压和无功的就地控制对自动化分布式控制系统的运行起到了关键作用。本文设计的变电站电压和无功就地控制主要通过系统自动化调节主变分接头与投切电容器组的方式完成。首先，对变电站的运行工况作出客观分析，根据变电站运行工况特征，设计自动化分布式控制系统内ＶＱＣ的控制策略。在系统内，将控制策略划分为多个不同的区域，以电容器优先模式为主，实施分布式自动控制调节策略。基于ＶＱＣ控制策略，给定分布式自动控制参数，监测变电站电压与无功功率的动态变化。若变电站电压超出给定参数上限，则系统自动化下调变电站分接头，切除电容器。若变电站电压与无功均超出给定参数上限，则系统自动投入电容器，上调分接头。若变电站电压未超出给定参数上限，无功超出给定参数上限，则系统采用自动化强投电容器模式，使变电站中压侧电压达到正常状态。

2.2变电站自动化分布式控制微机保护算法设计

在变电站电压和无功就地控制的基础上，对变电站自动化分布式控制系统内的微机保护算法进行设计，全方位提高变电站间隔层设备运行的安全性与可靠性。由于变电站内部接线方式存在一定的差异性，导致其运行过程中，各侧电流也存在明显差异。在系统自动化分布式控制时，需通过微机保护算法进行故障计算，进而对变电站各测点流量作出变比与角度补偿。

3系统测试

在本文提出的自动化分布式控制系统投入实际变电站工程使用前，需对系统的可行性及各项性能的运行效果作出客观测试，确认系统能达到预期的自动化分布式控制工作要求后，方可投入实际使用。基于此，开展了如下所示的系统测试。步骤１：基于Ｓ５８５０－２４Ｔ１６Ｂ１６口Ｌ３型号交换机和迷你非管理型光纤收发器设计硬件模块。步骤２：客观分析变电站的运行工况，了解变电站电压和无功功率的动态变化情况。步骤３：基于分布式自动控制的理念，将控制策略划分为多个区域，并采用电容器优先的模式进行控制。步骤４：计算系统自动化分布式控制的平衡系数ＫＳ。步骤５：结合控制参数监测变电站动态变化情况，根据判断结果实施精准控制。

3.1测试准备

按照基于变电站的自动化分布式控制系统的运行要求，搭建适用于该系统运行的测试环境。系统测试环境配置见表３。

表３系统测试环境配置

选取某地区Ｒ变电站内的变压器作为此次测试的研究目标，利用本文提出的分布式控制系统，对Ｒ变电站进行全方位、多维度的控制，检验系统控制效果，判断提出的控制系统是否可行。

3.2结果分析

将本文设计的变电站自动化分布式控制系统与文献系统进行对比测试，分析两种控制系统的运行结果。选取变电站变压器损耗作为此次测试的性能评价指标，其计算公式为：

式中，ΔＱ为变电站变压器综合损耗；Ｐ０为变压器空载损耗；Ｋ为变压器负载波动损耗系数；β为负载系数；Ｐｋ为变压器额定负载损耗；Ｋｒ为变压器无功经济当量；Ｑｋ为变压器额定负载漏磁功率。ΔＱ越小，说明变电站内变压器的运行工况越好，综合功率损耗越低，系统自动化分布式控制性能越好，反之同理。利用ＭＡＴＬＡＢ模拟分析软件，模拟上述两个控制系统的运行全过程。为了避免系统测试结果存在偶然性，进行了６次测试。由图１的测试对比结果可看出，本文设计的自动化分布式控制系统的变电站变压器综合损耗始终小于文献系统，最大不超过３ｋｖａｒ，表明本文设计的系统具有较高的可行性及应用效果，能有效地减小变电站内设备的综合损耗。

图１变电站变压器综合损耗对比结果

4结语

变电站在电力系统中的主要作用为电压变换与分配、电能汇集，是配电网线路实现紧密连接的重要枢纽。在当前大容量发电机组、超高压电网投入及推行的背景下，变电站稳定的运行状态受到了干扰，存在一定的不确定性。此时，需采用合理的变电站控制系统对其进行全面控制，使变电站电压保持稳定，同时提升供电质量与安全。

参考文献

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