变电站电压无功综合控制的研究

　1 引言

　　电压是衡量电能质量的重要指标，无功是影响电压质量的重要因素。通过调整系统电压和控制无功潮流的合理平衡来实现电压无功的综合控制，对改善电能质量，降低网络损耗，保证电网稳定、安全和经济运行具有重要的意义L1]。

　　2 电压无功综合控制原理

　　目前，变电站普遍采用有载调压变压器和并联电容器组来调节系统电压u和无功功率Q(功率因数cos~)。在实际应用中，主变分接头主要用于调节电压u，电容器主要用于调节无功功率Q。但分接头档位的升降不仅会改变U，也会对Q产生一定的影响;同样，电容器的投切不仅会改变Q，也会对u产生一定的作用引。

　　主变低压侧母线电压U和主变高压侧无功功率Q的影响趋势。若分接头上调，则u、Q将变大，cos 将变小;若分接头下调，则U、Q将变小，cos 将变大。

　　投切电容器后，U和Q的变化趋势。若投入电容器，Q将变小，u将变大，cos 将变大;若退出电容器，Q将变大，u将变小，cos 将变小。

　　由以上分析可见，若只以母线电压值为判据进行分接头的调节，则忽略了其对无功造成的影响;同样，若只以无功功率(功率因数)为判据进行电容器的投切，则忽略了其对母线电压造成的影响。因此，对系统进行电压无功综合调节，在保证了电压合格的同时，又兼顾了无功平衡，优势十分明显L3J。

　　3 控制策略

　　为了对电压无功进行综合调节，本文根据U、Q的值将系统的运行状态划分为13个区域，△U+为分接头档位上调一档或投电容引起的电压变化量中最大的一个;AU一为分接头档位下调一档或切电容引起的电压变化量中最大的一个;Acos~+为分接头下调_档或投电容引起的功率因数变化量中最大的一个;Acos~-为分接头上调一档或切电容引起的功率因数变化量中最大的一个。

　　4 系统的硬件设计

　　主要由单片机系统、信号测量单元、遥测输入单元、遥控输出单元、显示和键盘输入单元及通讯单元六部分组成。

　　(1)单片机系统。单片机系统是整个控制系统的核心，本设计选用的是PICI8F458型单片机，其内部带有A/D转换模块及CAN通讯模块、具有处理速度快、时钟资源灵活可调、抗干扰性强等优点。

　　(2)电压和电流测量电路。

　　电路由放大、电平提高、钳位、滤波四部分电路组成。利用LM324(LM124)构成同相比例放大电路，将电压按一定比例放大，放大倍数可调。再由其构成同相求和电路，将电路的电压提高了2.048V，这里用稳定电压源提供外部输入电压，可以使电平的提高值更加精确及稳定。两个二极管使输入单片机的电压被钳位在+5.7～ 一0.7V之间。最后在输出端加一电容起滤波作用。通过以上四部分电路，最终实现了将交流电压或电流变为脉动的直流电压的目的，以满足单片机内部单极性 A/D转换器数字化测量的需要。

　　(3)相角测量电路。相角测量电路主要应用LM339器件，分别将变压器高压侧线电压和高压侧相电流波形经比较器变为方波，输入到单片机中，以供单片机测量它们之间的相位差，求出功率因数。

　　电路中在LM339同相输入端与反向输入端之间并联两个二极管。可以使得比较器同相和反相输入端之间的电压差值保持为0.7V，防止了电压值过高对比较器的影响。

　　(4)遥测输入单元。输入单元分为遥测电路与扩展电路两部分，实现64路开关量信号的遥测输入，以采集与变压器、电容器相关的断路器、隔离开关位置、保护动作信号。遥测电路采用光耦合器进行光电隔离，实现了电信号的传送，使得输入与输出绝缘隔离，由于信号单向传输，没有反馈影响，抗干扰性强，响应速度很快。扩展接口采用74LS165芯片，74LS165为8位并行输入，串行输出移位寄存器，利用8个此芯片实现了单片机从8路输入到64路输入的端口扩展。

　　(5)遥控输出单元。共有1O路遥控分、合节点输出，用于操作电容器的断路器、隔离开关以及变压器分接头，从而达到控制一台变压器分接头升降和 8台电容器投切的目的，单片机输出高电平有效。与输入单元相同，本电路也采用光电耦合器实现光电隔离。

　　(6)键盘及显示单元。显示器件为LCMl2864ZK中文液晶显示模块，其液晶屏幕为128×64，可显示四行，每行可显示8个汉字。显示和键盘输入均用串行输入模式。共设置4个按键进行数值设定，其中键1为主控制键，键2、键3为数值调节键，键4为确定键。

　　(7)通讯单元。PIC18F458单片机内置CAN总线控制器通过CAN 总线收发器MCP2551与另一CAN总线的结点设备连接。用于实现单片机和其他设备的通讯。

　　5 系统的软件设计

　　系统的软件部分主要通过单片机进行A/D采样、数值计算、显示、通讯及输入/输出操作并根据电压和功率因数按照控制策略实现电压和无功的综合调节与控制。

　　调节程序根据实时求得的电压及功率因数的值进行电压无功综合调节，使得电力系统在合理的范围内安全运行。程序设有1O路输出控制端口。2个输出端口分别控制步进电机以升降有载变压器的分接头;8个端口控制电容器的投切。当端口输出值为1时，进行投电容操作;当端口输出值为0时，进行切电容操作。由于输出控制端口共有8个，为了便于控制，这里采用映射的方法，定义一个寄存器CCON，先根据投切策略改变CCON的值，再送入对应控制端口。

　　考虑到若反复投切某1个电容器则易对其产生损坏，为减小其概率，本程序采用移位的方式投切电容器，因为有8个电容器，故设定了一个状态寄存器 nnl，以记录每次所投电容器的位置序号，在投入电容器时由其值作为CCON寄存器置位的控制码，之后nnl的值自加1，即可使得下一次投入电容器的序号加1，这样每次投入的电容器便可按顺序变化，当nnl的值大于7时，可使它与07h相与，屏蔽掉高5位，以此方式可达到按顺序投入电容器的目的。按同样原理，定义一个寄存器nn2，记录上次所切除电容器的位置，便可按顺序切除电容器。这样便实现了顺序投切电容器的操作。

　　6 结论

　　采用改进的l3区状态图进行控制，减少了动作次数，有效提高了电压的合格率，保证了电网系统的稳定运行。系统以PIC18F458单片机为核心，根据实时检测到的电压和功率因数的值进行调节，装置结构简单，灵活性强，较好地实现了变电站电压无功综合控制。 信息来源