智能調(diào)容調(diào)壓變壓器控制系統(tǒng)研究

梁 東 檀 政 張曉毅 王國(guó)亭 王 穎

（1.冀北電力有限公司，北京100053；2.國(guó)網(wǎng)冀北電力科學(xué)研究院，北京100032；3.國(guó)網(wǎng)冀北節(jié)能服務(wù)有限公司，北京100032；4.平高集團(tuán)有限公司，河南平頂山467000）

1 概述

1.1 項(xiàng)目研究背景

配電臺(tái)區(qū)是配電室/所到用戶一公里內(nèi)的主要設(shè)備，而10 kV配電變壓器是配電臺(tái)區(qū)的核心設(shè)備，長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的配電變壓器一直不具備自動(dòng)調(diào)整功能，使大部分臺(tái)區(qū)存在大馬拉小車、小馬拉大車現(xiàn)象，常常造成變壓器空載損耗大，供電“低電壓”現(xiàn)象，不能滿足用戶的用電需求，極端情況下會(huì)造成配網(wǎng)設(shè)備、用戶電氣設(shè)備燒毀等事故發(fā)生。智能調(diào)容調(diào)壓變壓器是能夠降低空載損耗、保證供電電壓質(zhì)量的新型配電變壓器，是發(fā)展智能電網(wǎng)的升級(jí)換代產(chǎn)品，它的出現(xiàn)極大地降低了變壓器的空載損耗，提升了電網(wǎng)供電質(zhì)量。

由于縣域配電臺(tái)區(qū)大部分在偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村、山區(qū)及海島等地區(qū)，通信環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境極不發(fā)達(dá)，智能調(diào)容調(diào)壓變壓器的數(shù)據(jù)通信問(wèn)題越來(lái)越突出，研發(fā)一套智能調(diào)容調(diào)壓變壓器的控制系統(tǒng)迫在眉睫。隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種無(wú)線通信方式也不斷涌現(xiàn)出來(lái)，無(wú)線2G技術(shù)也從實(shí)驗(yàn)室研究、小范圍內(nèi)試用到正式商用，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的完善，技術(shù)先進(jìn)、通信可靠。用無(wú)線2G通信技術(shù)去解決智能調(diào)容調(diào)壓變壓器的遠(yuǎn)程控制問(wèn)題可能是一個(gè)極好的方案。

1.2 項(xiàng)目研究的意義

配電變壓器是供電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，在工業(yè)、化工、農(nóng)業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、群眾生活等方面有著廣泛的應(yīng)用，隨著國(guó)家節(jié)能減排考核指標(biāo)的不斷提高及全球?qū)μ寂欧胖笜?biāo)的重視，新型智能調(diào)容調(diào)壓變壓器需求日趨增大。該課題通過(guò)無(wú)線2G通信技術(shù)和智能調(diào)容調(diào)壓變壓器的融合，完美地實(shí)現(xiàn)了變壓器的遠(yuǎn)程控制，降低了變壓器的空載損耗，同時(shí)也滿足變壓器升級(jí)換代的要求，還極大地迎合了智能電網(wǎng)、國(guó)家發(fā)改委、能源局對(duì)配網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)化率的要求，意義重大，應(yīng)用前景廣闊。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 智能調(diào)容調(diào)壓變壓器

智能調(diào)容調(diào)壓變壓器是一種新型配電變壓器，由于其內(nèi)部安裝一套有載調(diào)容調(diào)壓開關(guān)，所以具備自動(dòng)調(diào)容調(diào)壓功能。

2.1.1 用途及特點(diǎn)

（1）適用于負(fù)荷隨一定規(guī)律變化大的用戶、存在低電壓?jiǎn)栴}的供電區(qū)域。

（2）具有自動(dòng)調(diào)容功能，節(jié)約能源；具有自動(dòng)調(diào)壓功能，消除“低電壓”問(wèn)題、有載自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備自動(dòng)化。

2.1.2 工作原理

（1）調(diào)容原理：調(diào)容變壓器兩種容量的輸出主要依靠調(diào)容轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)動(dòng)作進(jìn)行觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換，從而改變高、低壓繞組的接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩種容量分別為大容量（額定容量）、小容量（額定容量的1/3）[1]。

具體如下：在大容量方式時(shí)，高壓繞組為三角形（D）接線，低壓繞組為并聯(lián)聯(lián)接（Ⅱ、Ⅲ段并聯(lián)后與Ⅰ段串聯(lián)），接線組別為Dynl1；在小容量方式時(shí)，高壓繞組為星形（Y）接線，低壓繞組為串聯(lián)聯(lián)接（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ串聯(lián)），接線組別為Yyn0，如圖1所示。

低溫冷害也是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣象災(zāi)害之一，該災(zāi)害主要指的是在氣候條件較冷的情況下，氣溫驟降，然后給農(nóng)作物的生長(zhǎng)帶來(lái)巨大影響，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失。冷凍災(zāi)害也屬于低溫冷害的范疇，也是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)影響的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。無(wú)論是作物種植業(yè)還是畜牧業(yè)的發(fā)展，都需要正常氣候溫度的支持，種植業(yè)以及畜牧業(yè)受到凍害的侵?jǐn)_時(shí)會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物和牲畜的死亡，并且凍害發(fā)生一般具有很強(qiáng)的規(guī)律性、地域性及突發(fā)性。

圖1 調(diào)容原理示意圖

（2）調(diào)壓原理：有載調(diào)容變壓器通過(guò)智能控制器對(duì)調(diào)容調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)變壓器輸出電壓的調(diào)整過(guò)程。

工作原理如下：智能控制器通過(guò)監(jiān)測(cè)變壓器低壓側(cè)的電壓大小，根據(jù)整定值控制調(diào)壓機(jī)構(gòu)，完成變壓器內(nèi)部高壓線圈的匝數(shù)變化，在不需要停電的狀態(tài)下，完成變壓器電壓的調(diào)節(jié)過(guò)程。

2.2 無(wú)線2G模塊

F2X14系列IP MODEM是一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)終端，該產(chǎn)品采用高性能的工業(yè)級(jí)32位通信處理器和工業(yè)級(jí)無(wú)線模塊，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，同時(shí)提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接連接串口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能；低功耗設(shè)計(jì)，最低功耗小于1 mA；提供5路I/O，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出、脈沖輸出、模擬量輸入、脈沖計(jì)數(shù)等功能[2]。

2.2.1 參數(shù)配置

在對(duì)IP MODEM進(jìn)行配置前，需要通過(guò)出廠配置的RS232串口線或RS232-485轉(zhuǎn)換線把IP MODEM和用于配置的PC連接，用戶只需要有串口通信的程序就可以配置IP MODEM的所有參數(shù)，或者直接由用戶的單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置；可以運(yùn)行IP Modem Configure。

串口參數(shù)默認(rèn)是COM1、115200，并且串口已經(jīng)打開；如連接IP MODEM的實(shí)際串口參數(shù)不相符，需在此項(xiàng)配置中選擇正確的值，同時(shí)打開串口。串口參數(shù)設(shè)置欄內(nèi)的右邊按鈕若顯示為“關(guān)閉串口”，表明串口已經(jīng)打開，否則需打開串口。串口打開時(shí)，在輸出信息欄內(nèi)會(huì)給出提示信息：串口（COM）已打開，請(qǐng)重新上電設(shè)備，正在等待設(shè)備上電后進(jìn)入配置狀態(tài)[3]。

參數(shù)配置軟件使IP MODEM進(jìn)入配置狀態(tài)后會(huì)自動(dòng)載入設(shè)備中的當(dāng)前配置參數(shù)，并顯示在右邊的“IP MODEM設(shè)備參數(shù)配置”中，至此可以開始配置IP MODEM中所有配置參數(shù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)環(huán)境測(cè)試

Server：模擬實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)中心，在Server上運(yùn)行Server Demo軟件，假設(shè)Server的IP地址為222.76.128.204，DEMO軟件監(jiān)聽(tīng)在5001端口。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)架對(duì)計(jì)算機(jī)后臺(tái)軟件、變壓器控制器微處理程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 計(jì)算機(jī)后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)后臺(tái)軟件主要使用微軟公司可視化程序VB6.0編寫。通過(guò)構(gòu)思優(yōu)化、版本升級(jí)，該后臺(tái)軟件具有人機(jī)對(duì)話功能優(yōu)良、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，極大地滿足了用戶的現(xiàn)場(chǎng)使用需求?？刂平缑嫒鐖D2所示。

圖2 控制界面

3.2 控制器微處理器程序設(shè)計(jì)

微處理程序我們使用匯編語(yǔ)言編寫，程序共分以下幾部分：初始化部分、電量采樣部分、計(jì)算部分、I/O控制處理部分、串口中斷部分、遙控/遙調(diào)/遙測(cè)部分。

串口中斷程序設(shè)計(jì)：判斷無(wú)線2G模塊發(fā)出的信號(hào)是：

讀數(shù)據(jù)命令？

是，則串口輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；

是設(shè)定命令？

如果是的話，將設(shè)定值保存至EROM中；

是控制命令？

如果是的話，將輸出對(duì)應(yīng)的控制數(shù)據(jù)，中斷返回。

3.3 系統(tǒng)集成及調(diào)試

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)調(diào)試，智能調(diào)容調(diào)壓變壓器各種參數(shù)提取正常，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，控制命令執(zhí)行順利，控制準(zhǔn)確，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該智能調(diào)容調(diào)壓變壓器的控制系統(tǒng)是基于無(wú)線2G數(shù)據(jù)通信的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效地解決了變壓器遠(yuǎn)程控制的難題，為配網(wǎng)自動(dòng)化應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)良的開端，發(fā)展前景廣闊。

[1]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]倪云峰.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[3]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京：高等教育出版社，2008.

[4]張紅軍，王虹.Visual Basic 6.0中文版高級(jí)應(yīng)用與開發(fā)指南[M].北京：人民郵電出版社，2001.