SVQC型變電站無功補償裝置與AVC區(qū)域控制系統(tǒng)接口方案研究

李春東

(遼寧電能發(fā)展股份有限公司，遼寧 沈陽 110179)

我國變電站無功補償與電壓優(yōu)化的控制技術已由人工控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)槲C自動控制方式，但從目前的控制內(nèi)容和應用效果上看，現(xiàn)有控制方式還不是很理想，具體表現(xiàn)在:投切電容器未做到過零控制;電容器采用整組投切方式時常出現(xiàn)過補或欠補;電容器的保護靈敏性和快速性差［1］。SVQC型變電站無功補償與電壓優(yōu)化成套裝置利用智能式過零分合閘斷路器和電容器與串聯(lián)電抗器同步調(diào)容調(diào)抗等新技術，成功解決了目前無功補償裝置存在的運行可靠性低、優(yōu)化性能差、運行不經(jīng)濟的問題。通過對變壓器有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)電容器組進行綜合自動控制，保證母線電壓與無功在設定范圍內(nèi)，達到了降低變壓器、線路損耗、提高電能質(zhì)量的目的［2］。

隨著我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展和智能電網(wǎng)建設的迫切需求，電力負荷增長迅速，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨龐大、復雜。系統(tǒng)無功補償技術領域中，單一的就地補償方式已不能滿足電網(wǎng)發(fā)展建設需求，AVC區(qū)域無功自動電壓控制系統(tǒng)以全網(wǎng)網(wǎng)損盡量小、各節(jié)點電壓合格、變壓器有載調(diào)壓分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)盡量少和補償電容器設備動作最合理為目標，進行全網(wǎng)電壓無功控制，達到全網(wǎng)無功潮流流向最合理的效果。

本文主要結(jié)合SVQC型變電站無功補償與電壓優(yōu)化成套裝置的運行原理和裝置特點，提出SVQC型變電站無功補償、電壓優(yōu)化成套裝置、AVC區(qū)域無功自動電壓控制系統(tǒng)的通信方式和硬接點兩種接口方案。

1 SVQC與AVC區(qū)域無功自動電壓控制系統(tǒng)接口原則

AVC系統(tǒng)的正常運行必須以各個變電站中的電壓無功調(diào)整裝置 (VQC)為支撐［3］，通過調(diào)整無功出力和變壓器分接頭，使全網(wǎng) (含跨區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡線)無功潮流、電壓滿足要求，SVQC作為VQC的更新?lián)Q代產(chǎn)品，在遼寧電網(wǎng)內(nèi)得到了廣泛的應用，兩者結(jié)合必將會為AVC系統(tǒng)的高效運行提供更為有力的支撐。

SVQC作為變電站的控制設備，本身就具有綜自后臺的通信、通過硬節(jié)點上傳重要遙信信號的功能，因此具有兩種方式實現(xiàn)與AVC系統(tǒng)的接口。

2 SVQC與AVC區(qū)域無功自動電壓控制系統(tǒng)接口方案研究

2.1 通信方式

用2個串口 (通信口1、通信口2)與綜自通信，實現(xiàn)與AVC之間的連接。2個串口都采用CDT規(guī)約。

SVQC通信口1作為上行數(shù)據(jù)口，發(fā)送遙信信息;通信口2作為下行數(shù)據(jù)口，接收AVC通過綜自下發(fā)的遙控及綜自校時信息。

2.1.1 通信口1功能

通信口1上傳信息的命令格式及信息字解析見表1和表2。

AVC控制軟件通過對SVQC上傳遙信信息的解析，可獲得電容器投退信息、投入電容器容量、SVQC的工作方式、對控制命令的執(zhí)行情況等。

a.電容器的投退信息及投入的電容器容量按便于控制的原則解析成4檔，根據(jù)過零斷路器的狀態(tài) (分、合)及調(diào)容開關的檔位 (1、2、3檔)聯(lián)合確定。

電容器全切 (0檔)，即過零斷路器斷開 (此時不管調(diào)容開關的檔位處于1或2或3都是0檔，電容器無投入);投入1檔容量 (1檔)，即過零斷路器合閘且調(diào)容開關檔位處于1檔位置;投入2檔容量 (2檔)，即過零斷路器合閘且調(diào)容開關檔位處于2檔位置;投入3檔容量 (3檔)，即過零斷路器合閘且調(diào)容開關檔位處于3檔位置。

表1 遙信命令格式

表2 遙信信息字解析表

此信息不但可確定電容器已投入的容量，還可作為SVQC對命令執(zhí)行情況的反饋信息。

b.AVC可獲得SVQC的工作方式，若SVQC上傳自動遠方有效，說明AVC可下發(fā)控制指令;若SVQC在自動就地、手動或停止方式下，AVC不能控制。

2.1.2 通信口2實現(xiàn)的功能

通信口2接收下行控制信息，包括主站的控制權切換命令、AVC控制軟件通過綜自下發(fā)的遙控命令及綜自的校時命令。

a.控制權切換過程。SVQC有自動就地調(diào)容、調(diào)壓功能，AVC要實現(xiàn)對SVQC的控制，需附加1個控制權的切換過程，即閉鎖和解鎖過程，閉鎖即閉鎖就地調(diào)節(jié)，解鎖即實現(xiàn)就地調(diào)節(jié)。

b.閉鎖過程。當需要AVC控制時，主站需要向SVQC發(fā)送閉鎖命令，由就地控制切換到AVC控制 (閉鎖就地)，當SVQC主機收到閉鎖信息后，將切換到“自動/遠方”控制模式，只接收AVC通過綜自下發(fā)的調(diào)容、調(diào)壓指令，本身不再根據(jù)負荷做判斷 (此工作方式轉(zhuǎn)變可通過通信口1的遙信信息變位上傳)。其命令格式見表3，信息字連續(xù)傳3遍。

表3 遠方閉鎖命令格式

c.解鎖過程。如主站放棄AVC控制，改為SVQC就地控制，可再發(fā)送解鎖命令，SVQC主機接收到解鎖命令后，切換到自動/就地控制模式?？刂破鞲鶕?jù)主變的負荷及運行方式來自動投切電容器和主變調(diào)壓。此時通信口1的遙信自動/就地(42位置)變位，自動/遠方 (41位置)復歸。其命令格式見表4，信息字連續(xù)傳3遍。

表4 遠方解鎖命令格式

d.AVC控制過程。AVC控制軟件要發(fā)出的遙調(diào)控制指令有電容器全切、電容器1檔、電容器2檔、電容器3檔、主變上調(diào)、主變下調(diào)、主變急停。其中電容器的檔位由于不連續(xù)，只能發(fā)送遙控指令，主變的調(diào)檔發(fā)送遙調(diào)指令。

Cdt規(guī)約要求遙控或遙調(diào)設備有各自設備號。

e.AVC控制電容器調(diào)檔過程。調(diào)容過程屬于遙控操作，分為遙控命令、遙控返校、遙控執(zhí)行撤銷命令3步通信過程［4］。

第1步:AVC控制軟件通過綜自發(fā)送遙控選擇命令到SVQC，其命令幀及信息幀格式見表5，信息幀連發(fā)3遍。

第2步:SVQC收到來自AVC的遙控選擇報文后，返回遙控返校報文，其命令幀及信息幀格式見表6，信息幀連發(fā)3遍。

第3步:AVC發(fā)遙控執(zhí)行或遙控撤銷命令，其命令幀及信息幀格式見表7，信息幀連發(fā)3遍。

f.AVC控制調(diào)壓過程。調(diào)壓過程屬于遙調(diào)操作，分為遙調(diào)選擇、遙調(diào)返校、遙調(diào)執(zhí)行/撤銷3步通信過程。

表5 遙控選擇命令幀及信息幀格式

表6 遙控返校命令幀及信息幀格式

表7 遙控執(zhí)行或撤銷命令幀及其信息幀格式

第1步:AVC控制軟件通過綜自發(fā)送遙調(diào)選擇指令到SVQC，見表8，信息幀連發(fā)3遍。

表8 遙調(diào)選擇控制幀及信息幀格式

第2步:SVQC收到來自AVC的遙調(diào)選擇報文后，返回遙調(diào)返校報文，見表9，信息幀連發(fā)3遍。

表9 遙調(diào)返校命令幀及信息幀格式

第3步:AVC發(fā)送遙調(diào)執(zhí)行指令或遙調(diào)撤消指令到SVQC，見表10，信息幀連發(fā)3遍。

表10 遙調(diào)執(zhí)行或撤銷命令幀及其信息幀格式

g.綜自校時。

為了使SVQC的SOE與后臺時鐘一致，增加對時功能，其格式見表11。

表11 綜自對時命令格式

2.2 硬節(jié)點方式

a.AVC與SVQC控制權切換控制。要用到2個硬節(jié)點，通過1個硬節(jié)點來實現(xiàn)閉鎖就地，節(jié)點閉合閉鎖就地時為AVC調(diào)節(jié)，節(jié)點斷開時為SVQC就地調(diào)節(jié)。通過另1個硬節(jié)點監(jiān)測閉鎖就地是否成功，閉鎖就地此節(jié)點閉合，就地節(jié)點斷開。

具體實現(xiàn)過程如下:閉鎖SVQC就地通過合、分閘繼電器來實現(xiàn)，脈沖時間設置為大于800 ms。合閘脈沖為閉鎖，分閘脈沖為解鎖。當SVQC控制器收到閉鎖脈沖后，將切換到“自動/遠方”控制模式，只接收AVC調(diào)容、調(diào)壓指令，本身不再根據(jù)負荷做判斷。當SVQC控制器接收到解鎖脈沖后，將切換到“自動/就地”控制模式，控制器根據(jù)主變的負荷及運行方式來自動投切電容器和主變調(diào)壓。當SVQC閉鎖“自動/就地”后，將返回1個閉合節(jié)點給綜自控制屏。解鎖后，把此節(jié)點斷開。

b.電容器投切信息采集。采集過零開關的位置信息 (分、合)及調(diào)容開關的檔位信息 (1或2或3)，此部分信息可通過前面介紹的上傳遙信或通過YXD端子排上傳的硬節(jié)點，此部分在變電站投運前也已調(diào)試完成。其判別方法同2.1。

c.電容器投切控制指令下發(fā)。AVC控制指令的下發(fā)每段電容器也是通過4個硬節(jié)點來實現(xiàn)，分別通過來自綜合的4個合閘繼電器實現(xiàn)，脈沖時間大于 800 ms，分為 0檔、1檔、2檔、3檔。SVQC控制器根據(jù)接收到的脈沖位置來進行檔位切換，投退過零分合閘斷路器。

d.主變調(diào)檔控制指令下發(fā)。每臺主變的控制通過2個硬節(jié)點來實現(xiàn) (升一檔、降一檔)。

e.SVQC執(zhí)行AVC調(diào)檔指令流程示例。假定原來一、二段電容器都在1檔運行，現(xiàn)改為由AVC控制，主站發(fā)送閉鎖 SVQC自動的指令，SVQC收到后把工作方式改為自動/遠方，并閉合返回節(jié)點。主站收到閉鎖成功的信號后，切換到AVC控制，AVC根據(jù)控制策略決定一段電容器需要調(diào)到2檔，即AVC向主站發(fā)送一段2檔控制指令，控制指令通過主站后臺和變站站綜自到達SVQC主機，SVQC收到一段2檔指令后切掉一段的過零斷路器，放電時間 (可設為3～5 min)到后，把無載調(diào)容切換開關切換到2檔，然后合上過零斷路器，一次調(diào)檔控制完成。如果AVC判斷二段不需投入電容器，則發(fā)送二段0檔指令，SVQC主機收到二段0檔指令后，把二段過零斷路器斷開。如主站要實現(xiàn)SVQC自動控制，即可發(fā)送解鎖指令，SVQC收到后，把工作方式切換到自動就地，并斷開返回節(jié)點。主站可觀察到SVQC工作模式在自動就地。

2.3 兩種接口方式比較

硬節(jié)點方式可靠性高，調(diào)試簡單，但需要節(jié)點較多，通信方式調(diào)試相對費時，且由于綜自涉及廠家較多，更給調(diào)試帶來難度，故在可能的情況下，建議選擇硬節(jié)點方式。

2.4 AVC控制中的注意事項

a.對于電容器，切除后必須間隔一段時間后再投入，如果SVQC調(diào)節(jié)時間未到，則不能調(diào)節(jié)，因此AVC對間間隔可修改，一般至少設置為5 min。

b.對于有載變壓器分接頭，遙控時間間隔也不能太短，一般至少設置為2 min。SVQC不加限制。

3 SVQC就地控制過程

AVC控制軟件退出后，解鎖后的SVQC將根據(jù)采集變電站的主二次電壓、電流，計算出的無功值及采集變電站系統(tǒng)的運行方式來控制電容器的投切及主變的調(diào)檔。

3.1 無功與電壓優(yōu)化控制方案

利用系統(tǒng)的無功限值和電壓限值構(gòu)成“九區(qū)圖”，根據(jù)系統(tǒng)實際運行參數(shù)，判斷所處于“九區(qū)圖”中的位置，自動生成調(diào)容、調(diào)壓的控制策略。

3.2 無功與電壓優(yōu)化控制過程

SVQC首先實時采集變電站的主二次電壓、電流，計算出有用功、無用功、功率。SVQC又采集變電站二次系統(tǒng)的開關位置，根據(jù)主二次及母聯(lián)開關判斷變電站的運行方式是并列運行、解列運行還是單臺運行，據(jù)此計算電容所連入總線的線電壓及補償?shù)目偀o功，根據(jù)其在九區(qū)圖中的位置自動判斷調(diào)容調(diào)壓請求 (投、切電容、升壓、降壓)。當同一請求持續(xù)到所設置的延遲時間后動作［5］。

3.3 調(diào)容請求

a.判斷電容器是否可用。根據(jù)三組電容器的永久保護標志，為閉鎖的電容檔位做標記。

b.判斷是否滿足順序投切和反向投切的時間要求 (可設)。

c.根據(jù)系統(tǒng)的無功值判斷所需電容器的值，在滿足最大補償原則的情況下，做出調(diào)節(jié)電容器檔位的標記。

d.接下來判斷永磁斷路器開關的狀態(tài)，在合閘的情況下，先分閘，再調(diào)節(jié)電容檔位，在分閘的情況下，直接調(diào)節(jié)電容檔位。

e.等待電容器放電時間 (可設)。

f.時間到，合閘。一次投切結(jié)束，標志及計數(shù)器清零［6］。

3.4 調(diào)壓請求

a.判斷是否滿足順序調(diào)節(jié)和反向調(diào)節(jié)的時間要求 (同上)。

b.發(fā)上調(diào)或下調(diào)的指令。

c.連續(xù)12 s監(jiān)測變壓器有載調(diào)壓的情況，有連調(diào)兩檔馬上退出進入4，否則進入5。

d.發(fā)急停指令、報警并做閉鎖標記，調(diào)節(jié)結(jié)束。

e.如無調(diào)節(jié)則做主變調(diào)壓異常記錄，并做閉鎖標記，此次調(diào)節(jié)結(jié)束。若調(diào)節(jié)1檔正確，此次調(diào)節(jié)結(jié)束。

3.5 SVQC主控制器具有的閉鎖功能

a.電容器保護動作跳閘后，閉鎖相應電容器再投入。

b.變壓器過流時，閉鎖主變調(diào)檔。

c.變壓器本體或變壓器有載調(diào)壓分接開關輕瓦斯動作時，閉鎖主變調(diào)檔。

d.變壓器有載調(diào)壓裝置出現(xiàn)連調(diào)故障時，閉鎖主變調(diào)檔。

e.系統(tǒng)電壓低于標稱電壓的80%或高于標稱電壓的120%時，閉鎖所有操作指令。

f.控制對象出現(xiàn)拒動現(xiàn)象時，閉鎖所有操作指令并報警。

g.SVQC自檢異常時，閉鎖所有操作指令并報警。

h.具有2臺及以上并列運行變壓器錯檔保護閉鎖功能。

4 結(jié)束語

SVQC型變電站無功補償、電壓優(yōu)化成套裝置與AVC區(qū)域無功系統(tǒng)的配合使用，顯著減小了運行人員勞動強度和電壓波動幅度，有效提高了全網(wǎng)各節(jié)點電壓合格率。在改善無功平衡狀態(tài)的基礎上，減少變壓器分頭調(diào)節(jié)次數(shù)，提高AVC控制補償精度，對減少網(wǎng)損、產(chǎn)生較好經(jīng)濟效益有益。

［1］杜貴和，王正風，趙 新.電網(wǎng)供電能力評估研究 ［J］.東北電力技術，2011，33(1):8－11.

［2］高 濤，鄧 玲.智能電網(wǎng)及其國內(nèi)外發(fā)展概述［J］.東北電力技術，2012，33(2):5－10.

［3］萬占彪.變電站VQC問題的探討 ［J］.寧夏電力，2008，36(2):31－59.

［4］李正文，馮松起，高 凱.遼寧城市電網(wǎng)智能電壓監(jiān)測系統(tǒng)的設計［J］.東北電力技術，2012，33(2):32－34.

［5］張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術應用研究分析［J］.東北電力技術，2012，33(5):1－3.

［6］GB50227—2008，并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范［S］.