变电站电压无功控制系统的设计

科技信息。电力与能源ｏ

ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ

２００９年第”期

变电站电压无功控制系统的设计

田延娟１－２王芳２张波２

（１．山东大学山东济南２５００１４；２．山东电子职业技术学院电子系山东济南２５００１４）

【摘妻】电网无功合理控制是实现电网经济运行的重要手段之一，如何实现电网无功合理分布一直是电网远行实践中的难题。本文在充分总结变电站电压无功综合控制原理的基础上，应用微机设计开发了一套变电站电压无功综合控制系统，使电压无功分布得到优化。趋于合理。有效降低调度人员工作强度。

【关键词】无功控制；优化；无功补偿；电网【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｒｅａｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｉｎ

Ｐｏｗｅｒ

Ｎｅｔｗｏｒｋ

ｉｓ８１１

ｉｍｐｏｒｔａｎｔ

ｍｅｔｈｏｄｏｆ

ｒｅａｌｉｚｉｎｇ鲥ｄ

ｅｃｏｎｏｍｉｃ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｈｏｗ

ｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅ

ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆ

ｒｅａｃｔｉｖｅ

ｐｏｗｅｒ画ｄ

ｒｅｍａｉｎｓ

ａ

ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｒｏｂｌｅｍ

ｉｎ

ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｍｙａｒｔｉｃｌｅｉｓｕｓｉｎｇ

ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ

ｔｏ

ｄｅｓｉｇｎｔｈｅ

ｓｙｓｔｅｍ

ｏｆｒｅａｃｔｉｖｅ

ｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｏｎ

ｂａｓｅ

ｏｆｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇｆｕｌｌｙ

ｔｈｅ

ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ

ｏｆ

ｒｅａｃｔｉｖｅ

ｖｏｌｔａｇｅ

ｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｎ

ｏｒｄｅｒ

ｔｏ

ｏｐｔｉｍｉｚｅ

ｔｈｅｖｏｌｔａｇｅ

ｒｅａｃｔｉｖｅ

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｍａｋｅｉｔｍｏｒｅ

ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅ

ｉｎｔｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅ

ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒｓ．

［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］Ｒｅａｃｔｉｖｅ

ｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌ；Ｏｐｔｉｍｉｚｅ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ

ｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ＇Ｐｏｗｅｒｓｎｄ

电能是现代社会的主要能源，它在国民经济和人民生活中起着极０区：电压无功合格，稳定工作区，不调节。

其重要的作用．现代社会中，电能是从电力系统得到的。电雎是衡量电１区：电压不合格，无功合格，首先降压，若不能降压，则强切电能质晕的一个重要指标，电压偏移过大时，会影响［农业乍产产品的容。

质量和产量，影响用电设备的寿命和效率，甚至危及电力系统运行的２区：电压、无功均不合格，首先降压，若不能降压，则强切电容。稳定性，引起“电压崩溃”，造成大面积停电。系统的无功与电压是密切３区：电压合格，缺无功，投电容。

相荚的，不合理的无功分配还会造成系统电压不合格，从而影响电能４区：电压、无功均不合格，先投电容，若电压仍低，则升压。质量。所以，电力系统采用ｒ各种可能的手段．以进行系统无功和电压５区：电压低于下限，无功基本平衡，首先升压，菪不能升压，则强的调整。对提高供电质量。保证系统安全、町靠和经济运行均有着重要

投电容。

的意义

６区：电压低于下限，首先升压，若不能升压，则强投电容。１．ＶＱＣ的原理

７区：无功过剩，切除电容。

目前，变电站电压无功控制及其装置研制已成为高等学校、科研８区：电压高，无功过剩，首先切电容，若电压仍高，则降压。

院所和高新技术企业的热门研究与开发课题。

在确定调整策略时，若发牛电压越限时变压器分接头己处于极限并有不少电压无功自动控制系统投入，实际运行。在提高供电电位置，则牺牲功率因数合格率，强行投入或切除部分电容器组，保证电压质量和负荷功率冈数方面发挥了重要作用。研究与开发的重点集中压合格。

在控制策略研究、电容器投切方式、电压无功控制功能与其它控制功２．系统架构

能的综合、软件功能设计与人机界面等几个方面。

本产品控制丰板采用３２位ＲＩＳＣ架构的ＡＲＭｌＯ微控制器。该处目前地区电网的变电站一般采用的无功补偿控制方法一般是人理器具有极高的性能．主频高达５２０ＭＨｚ。本丰板是嵌入式结构．板形工调节和ＶＱＣ控制调节。人工调节即变电站值班人员根据本站母线接ｎ极其紧凑，功耗极低。整板功耗就可以控制在５Ｗ以内。本主板具电雎运行情况．进行人工投切本站的并联补偿电容器或者调节变压器有ＰＣＩ０４接ｕ并且支持标准的ＰＣＩ０４扩展板矗。并且具有丰富的接分接头进行补偿．这种方式存在及时性差、难以优化的缺点。

口资源。集成３路工业级串ｕ、一路１００Ｍ以太网接口，可以方便的连实现了变电站综合自动化的变电站。一般采用电压无功综合控制接各种工业控制模块。ＵＳＢ主接口２路、ＵＳＢ设备接口ｌ路、１路装置ｆ、ｒＱＣ）进行无功综合控制。

ＡＣ９７音频、１路ＬＣＤ及触摸屏等接口。板载ＶＧＡ接口，分辨率可达

由于电压、无功功率、功率因数是紧密联系的，根据系统的运行情８００

ｘ

６００．可以直接连接电脑娃示器。配以ＵＳＢ鼠标和键盘，即可连

况．在保证电压合格的情况下．从系统角度计算出每个变电站应该补接成为一台具有极低功耗的工业控制计算机。大容量的存储空间。偿的容量和合适的主变分接头位置，这样町以实现全网的无功损耗最６４Ｍ的ＲＡＭ，２５６Ｍ的ＮａｎｄＦＩａｓｈ，可满足客户对大量数据的存储。小。但是，一方面电网凋度自动化系统不具备这样的ｉｆＩ算能力和防调２．１数据采集数据的采集订，分为硬接点采集和网络数据传输。控制能力。另一方面，变电站的并联补偿电容还不能根据系统要求实数据采集分为模拟最采集和开关两采集。

现无级平滑的调节无功，只能是分组投切。所以实际运行的变电站电模拟量采集板设计有１２Ｂｉｔ分辨率的加转换器，提供了１６路

压无功自动控制系统都是采用分区控制的原则。其中比较著名的是单端或８路双端的模拟输入通道，能够满足高压侧和低压侧的需求。

。“九区域图”控制原则。即：根据本变电站所运行在九区域罔（见图（（１一开关量采集板采用基于ＥＰＭ５７０的Ｉ／Ｏ量输入输出板（只能采集１））上的位置来进行运行状态的划分和控制策略的制定，进行综合定值１０８路）．该板町提供６４路光电隔离的开关量的输入采集和４４路开关计算后，根据计算定值自动给出控制措施，满足本变电站内部电压要量的输出接口，配合继电器板构成控制量输出回路，用以执行电容器的求和无功功率的合理分布。由图ｌ—ｌ确定的控制策略是：

投切命令。

。。

Ｑ下限／

２．２

ＧＵＩ显示器采用６．４寸大屏幕触摸屏，可以方便显示各主要

检测慑，并根据需要控制参数的修改设定。分辨率呵达６４０＊４８０。为本８

１

／

／

２

‘Ｔ

Ｔｐ踞

控制器提供了良好的人机交互环境。

２．３主站通信支持三路串口和一个ｌＯＯＭ网１３，内置多种常用１

，

／。

的电力通信规约，比如ＣＤＴ规约、ＤＮＰ３．０规约、ＩＥＣｌＯＩ规约、ＩＥＣｌ０４唑量／

规约等。兼容串ｕ和ＴＣＰ／ＩＰ两种通信规整。提供主动和被动两种通信６、，ｏ／３１＿

Ｉ

Ｕ下限

方式。主动方式即本系统主动向上位机发出数据请求．当上位机收到６上限

？

５

ｌ

４

请求后下发数据帧。被动方式即由上位机主动下份数据帧，本系统被１

动接受。用户可以根据实际情况在系统设置中进行相应的修改。

．ｏ

２．４开发语言

标准Ｃ＋＋．ＭＦＣ类库田１—１九区域圈编译上具：ｖｉｓｕａｌ

ｓｔｕｄｉｏ．ｎｅｔ２００８

（下转第２９３页）

万　

方数据

科技僖■ｏ环保论坛ｏ２００９年第２７明

初始微生物浓度，而并不仅仅与投加的ＴＣＳ浓度有关。

因此。可知真正影响微生物代谢的因素是初始化学解偶联剂浓度（Ｇ）和初始微生物浓度（）（ｏ）的比值．并非ｃＩ一项。在Ｙｅ的研究中，观

面观察并未发现其对微生物有毒性。

３．讨论

３．１对化学解偶联刺的评价

由于ＴｃＳ可降低剩余污泥的产量，其优点是显而易见的：极大程度上降低了处理处置剩余污泥的成本；不需对现有污水处理工艺做大的改进，仅需增设投药装置即可；促进了污水处理厂的运行效率等。同时，也会引起其他经济、环境和运行费用的问题。诸如：增加氧气消耗。影响营养物质的去除，降低活性污泥的脱水性能。这些都是值得注意的问题。

３．２沉降性能

测到的污泥产量随Ｃ戊值的增加而减少。

２．２

ＴＣＳ对ＣＯＤ去除的影响

表２列出ｒ三种条件下活性污泥的ＣＯＤ去除率。添加１０ｍ明的ＴＣＳ影响ｒ有机物的去除。当ＴＣＳ添加剂达到一定浓度。可能改变了微生物活性从而影响了对有机物的消耗。１℃Ｓ能明显的减少污泥的产量，但会影响出水水质。根据Ｃｈｅｎ等人的研究，在连续的活性污泥法流程中。能引起污泥产鼍降低的７ｒｃＳ起始浓度为０．４ｍ＃。当７ｒＣＳ的浓度到达０．８一ｌｍｇａ。污泥增长率町减小约４０％。在此浓度下，ＣＯＤ去除率并未受到影响”Ｊ。

２．３７ｒｃＳ对微生物的影响

全过程中对每个样品进行四次消耗溶解氧（么ＤＯ）的测定。在摇床振荡之前测定第一次；振荡过程巾每大进行一次，共两天；振荡结束后立即测定第四次，测定结果见图ｌ。

Ｌｏｗ和Ｃｈａｓｅ发现了当引入代Ｓ后，会使微生物的动态数量发生

了变化。这样会改变微生物体沉降性能，诸如表面化学的变化。没有良好的沉降性能就无法保证高质量的出水。

４．结论

４．１当解偶联剂ＴＣＳ达到１０ｒｉｇａ时剩余污泥的产量达到７７％．无论是在中性还是在碱性环境中均有显著效果：

４．２剩余污泥的产量不仅取决于解偶联剂的投加浓度．还与污泥初始浓度有着密切的关系，二者的比值越大，污泥产量越低；

４．３虽然投加解偶联剂ＴＣＳ可以明显降低剩余污泥产量。但对ＣＯＤ的去除有一定程度的负面影响；

４．４从溶解氧消耗方面看代Ｓ最初可以使微生物的代谢剧烈增

加，但到了后期和对照组差别并不明显。说明ＴＣＳ对微生物活性并没

有毒性。Ｇ

【参考文献】

［Ｉ］Ｈｏｒａｎ，ＮＪ．１９９０．Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ［２］Ｌｏｗ

Ｅ

ｗａｓｔｅｗａＷｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ

ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｗｉｌｅｙ。Ｃｈｉｃｈｃ＊ｔｅｒ．

ｏｆ

ｅｘｃ０９８

Ｗ，ＣｈａｓｅＨ

Ａ．１９９９．Ｒｅｄｕｃｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ｌ１９一ｌ１３２．

ｂｉｏｍａｓｓ

ｄｕｒｉｎｇ

图１振荡过程中消耗的溶解氧变化情况

从图１可知，添加ＴＣＳ后，起初显著的影响了微生物活性。其溶解氧较低，说明最初ＴＣＳ对微生物的活性有抑制作用。但经过２４ｈ的培养，加药组的微生物活性大为增加。如此高得溶解氧消耗说明很剧烈得能量代谢，叮以减少污泥的增长。振荡快结束时，二者差别并不明显。测定ＳＯＵＲ是为ｒ确定ＴＣＳ对活性污泥的影响程度，根据溶解氧变化通过图表法计算出对照组和ＴＣＳ组的ＳＯＵＲ，分别为１２０．３５

ｍｇＯＪｇＶＳＳｈ，２００．１８

ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ

ｔｒｅａｔⅡ”ｎｔ．ＷａｍｒＲｅｓｅａｒｃｈ，３３（５）：ｌ

Ｔ，Ｈｏｕｔｅｎｂｉｄｏ＃ｃＭ

［３］ＷｅｉＹ，Ｒｅｎｚｅ

Ｒ，ｅｔ以．２００３．Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ

ｏｆ％ｃⅧｓｌｕｄｇｅ

ａｎｄ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｏｒ

ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ

ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｗａｔｅｒ

Ｒｅｓｅａｒｃｈ．３７：４４５３—４４６７．

【４］ＨｅｎｚｅＭ．，ＨａｒｒｅｍｏｅｓＰ．，ＡｒｖｉｎＥ．２０００．Ｗ聃ｔｅｗ址口ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ

ｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．３“ｅｄｉｔｉｏｎ．

作者简介：￥，１－（１９８２－－）。女，助教，硕士研究生，研宛方向为环境工程。

［责任编辑：汤静】

ｍＳＷＳＶＳＳｈ。由此可以推断，在初始浓度为１０ｍｓ，

ｌ时，化学解偶联剂ＴＣＳ可以促进微生物的活性，但从溶解氧消耗方

（上接第２８２页）３．模块划分

ＶＱＣ系统包括以下几大功能模块：通讯模块、规约模块、数据库模块、算法模块、采集与控制模块、数据定时清除模块，ＧＵＩ模块。

３．１通讯模块主要负责与变电站后台机的通讯，进行数据的传输。通讯方式包括ＴＣＰ／ＩＰ通信和ＲＳ２３２串几通讯，数据主要包括上行

信息（遥测、遥信淀值信息）和下行信息（电容断路器位置及判别运行

方式的断路器位置，远程操作命令及故障清除命令，定值的远程设定）以及电压、电流数据。

３．２规约模块包括ｍｏｄｕｂｓ规约、ＣＤＴ规约、ＩＥＣｌ０１规约、ＩＥＣｌ０４规约。用于通讯的数据封装。规约支持的功能，细化出来。３．３数据库模块用于数据的存储，主要存储的数据有补偿参数、实时数据（硬接点采集或软件获取）、通过算法计算后的计算结果（有功、无功、功率因数）。

３．４算法模块应用电压无功模糊识别判据，根据当前电压、电流值计算有功无功分量、功率因数等量，并得出控制信号用于控制电容器的投切和变压器档位的调节。进行计算所需要的参数低压母线的电压无功功率因素．如果母联是闭合的，合起来计算。如果分开．则需要独立计算。一般不考虑中压侧母联。

３．５采集模块两种获取现场数据的方式，一种是通过采集板采集１６路电压、电流量和１２８路开关状态量；一种是通过网络或串口从变电站后台机要数据。

３．６ＧＵＩ模块界面部分分为开机欢迎界面、功能选着界面和各功能子界面（运行实况、补偿设定、历史曲线、系统设定、故障信息、数据处理、手自动切换、使用帮助、恢复出厂设置、系统退出）。

４．结语

采用变电站综合自动化系统的先进技术，能达到减员增效、减少或避免误操作、误判断、缩短事故处理时间、提高供电质量和供电可靠性，并提高了整个电力系统的自动化水平。本文仅对变电站综合自动化系统作了粗浅的分析和研究，随着计算机技术、电力技术、自动控制等技术的迅猛发展，变电站综合自动化系统的技术水平将会得到进一

主界面

步提高，功能将会更趋合理和完善，以不断满足电力的发展需求。ｅ

【参考文献】

［１】吴希再．电力工程【Ｍ１．华中科技大学出版社．２００５．

［２］戴晓亮．无功补偿技术在配电网中的应用．电网技术．１９９９．２３●６）．

［３］邓飞凤．变电站电压无功自动控制系统的分析［ｆ１．江西电力．２００４．

［责任编辑：张新雷】

万方数据