[发明专利]基于三维区图策略控制变压器运行的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统变压器控制技术领域，特别涉及一种基于三维区图策略控制变压器运行的装置及方法。

背景技术

随着电力工业的快速发展，电网规模不断扩大，电力负荷迅速增长，导致社会对供电质量以及可靠性要求不断提高，电力系统的电压是衡量电能质量的一项重要指标，如果电压波动过大，不仅会影响电气设备的效率和寿命，甚至还会引起电压崩溃而造成大面积停电的严重事故；变压器是电力系统中一种重要的电力设备，其不仅总台数多于发电设备，而且总容量也远远大于发电机的总容量以及电动机的总容量，这也直接导致其损耗占到整个电力系统总电能损耗的30％左右，因此变压器的运行状况将直接影响到电力系统的运行经济性，而低功率因数更影响线路及变压器的经济运行，对于节能降耗、提高电力设备的供电能力极为不利，为了保证电网的平稳经济运行，在改善电能质量、提高功率因数、降低能量损耗的同时，必须对变压器的运行方式进行优化。

常见的平面区图法主要包括九区图法及其改进及五区图法，所述的9区图法是变电站电压综合控制的基本方法，是典型的电压、功率因数双参数控制策略，它根据固定的电压和功率因数的上下限将电压-无功平面分成9个区域，如图1所示，图中纵坐标为变压器低压侧电压U，横坐标为变压器高压侧功率因数U_H为电压上限，U_L为电压下限，为功率因数下限，为功率因数上限，它们分别将纵、横坐标分为三段：对于纵坐标，高于U_H，电压超上限，低于U_L，电压超下限；对于横坐标，高于功率因数高于上限，低于功率因数低于下限，9区图的控制目标就是使电压和功率因数均控制在上、下限之间，也即9区的范围，如果出现电压和功率因数不能同时满足要求的情况，则优先保证电压合格。

除传统9区图外，许多研究人员对传统九区图进行了一些改进研究，现常用的一些改进区图法有11区图法、15区图法和17区图法等；

所述的11区图法的平面区域图如图2所示，它基本上类似于传统九图法，只是在原2区和6区各增加了一个子区以防止设备振荡、频繁操作的现象，根据该控制策略，当运行状态位于8区时，按传统9区图法控制策略，应先调整变压器分接头升压，若变压器分接头已调至最高档时，则投电容器；此时运行状态将位于9区或20区，从而无需再进行调节；若变压器的分接头不是位于最高档，则运行状态在变压器分接头升档后进行20区，然后按先升变压器分接头档位，再切除电容进行调节，使运行状态先进入2区，然后再到达9区，由此可见，该控制策略可以有效地消除设备的振荡、频繁操作；

15区图法的平面区域图如图3所示，其与传统九区图的区别在于在电压的上、下限之间增加了两条虚线，图3中的虚线表示临界参数，虚线之间表示电压合格区，虚线两侧表示电压死区，所述的临界参数可以根据需要进行设置，与传统九区图相比，15区图增加了6个控制区，控制范围更加精确，设备操作次数也相对减少；

17区图法的平面区域图如图4所示，17区图法的控制策略采用自动整定时，自适应于系统的接线方式，此时，根据系统的要求，可以分为五种方式进行：只考虑电压、只考虑无功、电压优先、无功优先和综合考虑，不同的区域需要采用不同的控制策略，一般而言，变电站首要考虑的是电压优先，然后再考虑无功。

5区图的控制理论是一种控制对象与传统九区图完全不同的电压无功综合控制(VQC)原理，它是基于动作效果预算的、以操作优劣距离为判据、面向VQC装置实施操作动作的原理，如图5所示。

任何一种VQC装置根据操作动作性质的不同，可以将其动作分为5类：

●不动作；

●升变压器档位；

●降变压器档位；

●投入电容器；

●切除电容器；

根据所给的控制目标，同时考虑闭锁约束条件，寻找所述5种操作动作中最优的一个作为最终的执行操作，因而形成了直接以装置动作为控制对象，面向操作动作的控制思想，因此，五区图的控制策略的控制精度、控制效果要比九区图控制策略好些；

将所述的5种操作在U-Q所形成的平面上对当前工作状态所处位置进行矢量化，可以得到如图6所示的矢量图。

前面所述的均为考虑电压-功率因数(无功)平面的双参数控制策略，但在变电站的实际运行中，还有一个重要的参数——变压器的运行状况没有考虑在内，因此，可能会出现一系列的问题，如：

(1)某个变电站中有多台变压器，在电压和功率因数都满足条件的时候，不知选择何种运行方式以使变电站的运行方式最优；