变压器经济运行自动投切装置设计及试验

徐启阳 ,陈琳

摘要：经济的发展推动了我国综合国力的提升，当前，供电系统是设备运行完成生产任务的动力，变压器作为供配电系统的主要设备之一，其承担着电能功率的传递和变压任务。统计表明，变压器在实际应用中其自身耗能占据总耗能的6%左右。也就是说，变压器具有极大的节能空间。目前，虽然在生产中已经采用了高效节能的变压器，但是就其运行方式而言可存在极大的改进，保证其处于经济运行的状态。因此，根据供电系统的工况对变压器经济运行方式进行自动投切尤为重要。本文重点对变压器经济运行方式的自动投切策略及装置进行设计，并对其经济运行效果进行验证。希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发，详情如下。

关键词：变压器；经济运行；自动投切；装置；设计；试验

引言

现代电力系统中大容量异步电机的广泛接入和系统电压稳定裕度的降低使得电力系统抗干扰能力减弱，极有可能导致稳态-暂态电压不稳定和电压骤降等问题出现。解决电压稳定问题最经济有效的方法就是利用无功补偿装置。电压稳定控制方法的核心思想是：在稳态运行条件下使用反应较慢的无功补偿装置进行电压控制，如电容器组和有载调压变压器等；在短时大干扰期间保持无功补偿装置快速响应。

1变压器自动投切装置的设计

保证变压器根据负载的变化投切至最佳经济运行区间为节能运行的主要措施之一。但是，在实际实施过程中，采用人工投切方式不仅效率低下，而且存在误动作的问题。因此，设计一款自动投切装置实现变压器根据负载变化的自动投切功能，对变压器运行的安全性和节能性具有重要意义。结合实际应用需求，变压器自动投切装置需采集变压器的电压、电流等参数信号换算得出实时负载情况；然后，对比变压器的运行状态、断路器状态等开关量进行采集，并结合第一步所获取的负载情况判断变压器投入和切除的条件，并得出相应的控制指令。变压器自动投切装置所采用的核心处理为DSP，具体型号为DSP2812控制器，该控制器对应的主频为96MHz；该装置采用AD7607数据采集芯片对变压器电压、电流及断路器的状态进行采集；采用RS485通信芯片实现控制器与上位机的通信。该自动投切装置上位机显示器采用以单片机为CPU的LCD液晶显示屏，通过显示器可实时掌握变压器运行的实时电压值、电流值及负载情况；同时，显示器可对变压器及自动投切装置的动作、故障、运行、通信等运行状态进行显示。

2变压器经济运行自动投切策略

2.1基于最小二乘法和有源滤波器投切的高压侧谐波阻抗估计

随着变流器负荷接入电网的数量和容量的不断增多，电力系统电力电子化程度正在明显增强，电网的电能质量环境也在不断恶化。为准确分析、评估电网及用户的电能质量及用电环境，需对客户接入电网节点的谐波电压和谐波电流进行准确测量，然后根据谐波电压和谐波电流计算出谐波阻抗。但高压系统谐波电压测量面临的主要问题是电容式电压互感器无法满足谐波电压测量的要求，进而导致高压侧谐波阻抗直接测量和估计面临较大困难。高压侧谐波电压受互感器测量影响很大，在高压侧互感器频谱特征未知的前提下间接计算谐波阻抗。

2.2主动配电网中考虑条件风险价值的智能软开关的规划方法

在可再生分布式电源、智能技术、电力电子技术的融合促进作用下，配电网从被动配电模式逐步过渡到具备多类型分布式电源、积极主动控制与管理、可灵活调节运行拓扑的主动配电模式，其目的是提升高比例分布式能源的接纳能力。高比例可再生分布式能源(Distributed  Generation,  DG)的强易变性和波动性导致配电网运行节点电压越限、支路功率过载，继而实际运行将面临新的经济风险、安全风险问题。应对配电网运行经济、安全问题的传统运行策略主要为网络重构。网络重构旨在通过闭/合开关状态优化配电网的拓扑结构，从而改善电能质量、实现负荷均衡，但是传统断路器式联络开关的响应具有时限性以及多频次闭/合会减少设备寿命。因此，基于这些缺陷，配电网中智能软开关解决高比例可再生分布式能源带来的经济、安全问题更具有优势。考虑到智能软开关具有高额的投资与运行费用，SOP合理的安装位置和容量是在实际配电网中得以积极应用的先决条件。智能软开关是一种替代配电网中联络开关的新型电力电子设备，具有快速、实时、灵活的转供功率能力。高比例可再生分布式能源出力很难预测，不确定性因素下的规划模型需要兼顾运行经济性和系统安全风险。考虑条件风险价值和网络重构的SOP三层规划模型有效地发挥新型设备在配电网中的作用，降低SOP的投资运行成本，从而提高了配电网的运行经济性且兼顾了系统运行安全性。有载调压变压器、投切电容器组、需求响应、网络重构和SOP实时潮流的控制能够有效应对多重随机性叠加的复杂运行场景，规划模型中网络重构通过改变开关状态来满足系统安全与经济运行，以及改善系统潮流分布，从而降低了SOP高额投资运行成本。一方面，DG渗透率为75%时，SOP规划后系统经济性和CVaR值最佳另一方面，牺牲一定程度的SOP投资运行成本能够应对DG出力的不确定性造成的安全风险问题，从而促进DG接入到配电网中的渗透率。

2.3考虑多种无功补偿装置协同优化的电压控制方法

近年来，基于无功补偿的电压控制方法受到了广泛的关注。现有文献的相关研究可分为两类。第一类是就地无功补偿。将快速无功补偿装置接入到重负荷配电所，并与电容器组和有载调压变压器相配合。考虑多种无功补偿装置协同优化的电压控制策略。以最大化无功补偿容量裕度、最小化电压调节精度、最小化电容器组投切次数、最小化有载调压变压器抽头切换次数、最小化系统功率损耗和最小化系统电压偏差为目标函数，建立了多目标电压控制模型。然后引入多目标权重系数计算方法，并基于WCA算法进行模型求解。

结语

本文重点完成了变压器投切装置的自动化设计和切换策略的优化.基于DSP控制为核心和数据采集芯片对变压器的运行状态及断路器状态进行采集，实现自动投切功能。将传统的投切点采用模糊决策法和时段控制法将投切点优化为投切区间，不仅减少了变压器的投切数量，还能够达到节约的效果。

参考文献

[1]吴绪成，盛戈皞，王闻，等.配电站经济运行方式下备用变压器自动投切原理及影响分析[J].电力自动化设备，2010（4）：70-74；79.

[2]刘子胥，安桂舫.电力变压器高压自动投切控制系统的应用研究[J].天津纺织工学院学报，1997（2）：51-54.

[3]勾松波.新型自动投切无功补偿方式的应用[J].高电压技术，2008，34（3）：622-624.

[4]胡臻，崔挺，呙虎，等．考虑电网动态特性的无功补偿配置方案[J]．电力系统及其自动化学报，2019，31(10)：45-51．