摘 要: 本文针对变电站无功补偿控制和有载调压控制的现状, 提出了电压调节、无功补偿分别控制相互配合的设计思想, 以可编程计算机控制器(PCC) 和电量变送器、输入输出控制模块等组件为基础, 应用先进的控制技术和数据处理技术, 采用面向对象的设计思想, 以无功功率缺额为主控参量、以电容器投切前后电压变化趋势为参考、协调母线电压的控制方式, 成功开发了具有高可靠性的无功补偿控制装置, 为无功补偿控制装置的开发提出了一种新的开发思路。
关键词: 无功补偿; 控制; PCC
1 前言
考虑到目前补偿控制装置和补偿方式的特殊性及高可靠性的要求, 在目前现有的产品存在缺陷的情况下, 本文提出一种采用新的控制方式的装置。
2 一种新的无功补偿控制装置
2.1 设计思想
针对目前对无功控制装置的要求, 在对变电站运行方式进行了充分调研的基础上,提出变电站无功补偿和电压调节应分别考虑的思想, 电压调整依靠有载调压变压器的电压控制调节器来完成,控制参数主要考虑低压母线电压和变压器分接头的位置。无功控制装置完成电容器投切控制, 主要控制参数是系统的无功缺额, 电压参数只作为限制量,在无功控制装置中, 考虑电压调节器故障或变压器分接头到达极限档位时, 并预测电容器投切后的电压变化量限制电容器的投切控制。同时在无功控制装置中充分考虑现场要求, 增加纪录、通讯、显示等功能。
本装置采用对110kV 变电站中的电压、无功分开调节、协调运行的控制方式, 不但可以使控制设备故障的危险分散, 使控制过程简化, 而且便于实现优化的智能控制算法, 能够满足现行系统对无功补偿控制装置的要求, 并且可大大提高控制设备的可靠性。
2. 2 硬件
该装置核心硬件采用B&R 公司2000 系列可编程计算机控制器[2] (Programmble
Computer Controller 简称PCC ) 实现,B&R PCC 是PLC 的新一代替代产品, 不仅具有PLC 的可靠性, 同时具有计算机的数据运算能力, 该产品采用灵巧的模块化结构, 系统组态简单方便,并具有先进的现场总线通讯系统, 通过CAN , ProfiBus, RIO , ETHERNET等可组成各种网络,并带有各种标准接口, 是一种完美的自动控制设备, 完全可以满足和实现无功补偿自动控制装置的要求。
实时参数分别采集变压器高压侧电压、电流、无功功率和低压侧电压, 由电量变送器实现对各种工频电量进行变换, 再通过高速A /D 采集单元进行数字转换后输入中央控制单元, 中央控制单元综合现场各种运行状态, 进行运算、快速分析和智能决策, 最后通过继电器隔离放大后进行控制。见图1。
图1 系统接线和无功补偿控制模块图
考虑到补偿装置运行的灵活性, 在控制装置中, 设置就地手动控制和自动控制闭锁的软压板切换功能, 并具有状态数据显示功能和数据通讯功能, 装置的整定具有良好的人机界面, 要求操作简单、使用方便。为了便于查看电容器的投切情况, 还要求可存储30天以上的动作纪录。
2.3 软件
B&R 公司2000 系列可编程计算机控制器安装有实时多任务操作系统, 采用PL2000高级语言进行模块化编程, 由于PCC 具有计算机的分析运算能力, 可实现各种优化控制功能, 为实现各种智能化控制算法提供了良好的开发基础。
电容器的投切控制以系统无功功率缺额为主、预测电容器投切后电压变化趋势、协调母线电压的控制方式, 确定电容器组的投切。在电容器投切前, 应先判定变电站的运行方式, 合理地投切电容器。
为了保证补偿装置运行的可靠性, 在控制装置中, 设置投切时段控制、闭锁控制、故障报警等功能。
图2 PCC 无功补偿控制装置主流程
图3 电容器投切控制流程
3 实现功能
3.1 监测显示功能
实时监测显示电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数, 以及装置实时运行、动作状态。
3.2 控制功能
按照系统无功功率需求与投切后电压预测相结合的整定原则, 根据监测的主接线运行方式, 自动控制分别安装在两段母线上的电容器组投切。动作延时、动作时间间隔可任意设置。
3.3 定值整定
可通过控制面板或远方通讯方式在线修改整定值, 在修改过程中不影响装置运行。
3.4 闭锁功能
具有无压无流闭锁、过电压闭锁、运行方式判断、投切时间分段控制等故障诊断与闭锁功能; 当保护或其他方式投切电容器时, 具有自动闭锁和自动解除闭锁功能。
3.5 运行方式自适应功能
当变电站主接线运行方式发生变化时,自动适应运行方式投切电容器组。
3.6 手动闭锁功能
当手动操作电容器切除时, 具有自动闭锁功能。
3.7 通讯功能
具有多种数据通讯方式, 与多种网络进行通讯, 可作为变电站综合控制系统的现地单元。
3.8 时间控制功能
可设置四个动作时间段, 装置只能在给定时段内投入电容器组, 切除不受此控制。
4 运行情况
采用PCC的WPK21 型无功补偿控制装置, 于2000年6月安装试运行。在试运行期间, 该装置经历了更换保护、主变切换、母线失压等多种运行方式变换, 能够自动适应变电站运行方式的变化和无功的变化, 自动准确的投切补偿电容器, 提高了电容器的运行时间及利用率, 性能稳定可靠, 功能达到了变电站无功补偿自动投切的控制要求。
作者：郭怀德1, 薛军2, 周海鹏3, 唐晓娜1, 陈莅1
(1.西北电力职工培训中心, 陕西西安710032
2.西北电力试验研究院, 陕西西安710054 3.石嘴山供电局, 宁夏753000)