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| 试论高压无功补偿的智能控制 | ||
| 2007-11-4 6:33:00 来源：中国自动化网 网友评论 条 点击查看 | ||
摘要: 近几年，随着水泥大型化装备的成熟，新型干法生产线趋于规模效应，单条水泥生产线已从日产2500t、5000t、8000t直至10000t。最新电力自动化成果已逐项应用于水泥工厂，但无功补偿在电网中一直是技术比较落后的环节，如何提升补偿设备的技术水准，提高补偿效果是我们值得研究的课题。本文就高压补偿的控制手段作些初浅的探讨。 1．人工控制手段存在的问题 目前，在许多工矿企业集中补偿大多采用手动投切电容器的方式控制补偿容量。这种控制方式使高压补偿普遍出现下述问题： 其一；投切依据失准。 人工投切的主要判据是使功率因数表的偏离情况，当功率因数小于供电部门规定的标准数值（如0.85）时，值班人员就投切电容器组。由于功率因数只反映了无功与有功的比值关系，而并不反映实际所缺少或多余的无功容量。因而必然使由此进行的投切控制失当。 因此，值班人员往往要靠反复的操作，配合负载变化了解，才能摸索出投切何组电容器的经验。实际上靠功率因数作控制判据，永远无法保证投入的准确性。 其二；给电压优化带来的问题。 在供电网的管理中，电压合格率是更为关键的要素，电压大小关系到整个电网的安全及用电设备的正常运行。但是主要靠功率因数作判据的人工控制，较难处理补偿与电压之间的动态关系。投切补偿电容必然引起电网电压的波动，尤其是如何在电网电压不稳的状态下，进行电容器的投切是人工控制极难把握的。既要补偿效果好，又不致影响电网电压的稳定，往往是人工控制无法解决的两难，控制不好时，甚至导致电压过高、过低危害供用电设备。 其三；补偿精度不高。 由于众所周知的原因，靠人工控制投切，在操作时，从观察功率因数的变化，到了解负荷变化，再选择各组电容器容量，最终采用安全手段投切电容器，操作人员的判断与实际情况必然存在较大时差。出现该投未投，该切未切。因此人工操作投切，费时费力，补偿容量都只能采用大组的方法，一般都是上千乏（kVar）一组，无法实现小组投切，如此必然使投切容量过大，同样影响补偿精度，另外，由于高压操作的危险性，同样使操作人员尽量减少投切的操作频度，客观上极难做到投切随时。 传统的人工控制补偿手段由于存在上述问题，显然已无法满足电网安全，设备高效，经济效益优化的现代化企业管理要求。尤其是各地对企业用电功率因数与电压合格率提高标准后，人工控制手段的落后更为明显。 2．智能控制的基本功能要求 随着现代控制理论的发展与计算机技术的成熟在高压无功补偿控制手段上实现智能化、自动化成为可能。同时应用单片机技术对高压无功补偿进行智能控制必须具备下述功能： 其一；实现电压优先。在计算补偿容量的同时，能测量出电网电压是否超标。在电压过低时，即使无功不缺亦投电容器，直至电压合格，在电压超限时，无功不足亦不投电容器。同时必须保证投电容器不至电压超高，切电容器时不至电压超低。这就要求控制具有预测功能，即在投电容器时，能预算出投切容量可能引起的电压变化值。 其二；控制判据可靠正确。补偿的投切不应再靠读功率因数，而应通过计算无功功率从而了解实际所需无功。由此判断投与切电容器组。确保需投则投，需切则切。 其三；控制反应时差小。要求对补偿容量的确定能迅速及时，既必须正确的测算出电网系统所缺的无功，及电压的状况，又必须正确地测算该投切电容器组及由此引起的电压变化结果，从而决定优先投切的电容器组。一般其反应时间不应超出2分钟为宜。 其四；补偿精度高。当电网需补偿时，应能满足需要多少补多少，尽可能地减少过补偿原则。这就要求控制手段能比人工控制大幅增功。控制幅度（组数）一般而言，组数愈多，容量等级愈多，控制幅度就愈大，智能控制必须能满足对多组（小组）补偿容量地控制要求，一般最基本要能实现4-8档分组控制。最少分组能到几百千乏。 其五；实时记录与通信。智能控制必须使无功补偿能配合变电站自动化准确地记录和反映补偿装置的运行情况，在实现自动控制的同时能配合上级电网的管理，遥控投切电容器组。这就要求DCS系统的通信接口及具备相应的功能模块。 3．模糊控制理论及其应用 模糊控制理论为我们即时地做出上述投切决策提供了可能。目前国内开发的GWK-Z型高压无功电压自动综合调节装置，较成功地实现了上述功能目标。它由高压真空开关、高压电容器组、电抗器、避雷器、隔离开关和一些附属设备组成，有高可靠性的控制器按照模糊控制决策进行电压无功综合控制。电容器组由高压真空开关来投切。当控制器测到的无功电流值超过整定值时，控制器根据需投电容器组的级数，给出控制信号，自动投入高压真空开关，将电容器组投入运行。当负载无功电流值低于整定值时，控制器通过检测负荷侧电压的高低自动调节变压器分接头，以实现稳定负荷电压的作用。以上工作状态完全自动进行 在控制高压电容器组进行补偿时，实现了下述功能： 1）电压优先: 按电压求自动投切电容器，使母线电压始终处于规定范围。 A: 电压超高定值时，切除电容器组： B：电压超低定值时，在保证不过补前提下投电容器组。 2）无功自动补偿：依无功大小自动投切电容器组，使系统始终处于无功损耗最小状态。电容器分组最多可达7组。 A无功欠补投电容器组： B无功过补切电容器组： 3）运行记录和电压监测功能：自动或随时调出内存，查看或打印电压合格率，电容器累计投运时间，电压超上、下限时间，最低、最高电压值及出现时间，电容器动作次数等当月和上月的统计表。 4）远距通讯功能：遥信、遥测、遥控。 5）自我保护功能。 A: 当电容器电流超过值的1.1倍切除电容器闭锁投切且报警，并有线路压降补偿设计 B：自动发出各动作控制指令之前，首先探询动作后可能出现的所有超限定值，减少动作次数 C：当电容器控制回路继保动作、拒动和控制器失电等状况时，控制器输出声光报警信号，并显示故障部位和闭锁出口 D：手动退出自投状态：当手动操作时，控制器自动闭锁，退出自动控制。 4．高压无功补偿智能控制的应用效果。 目前在全国工矿企业已有不少单位已应用自动控制装置，我国的水泥生产行业亦已有不少企业投运了该类设备，从运行情况看，基本上运行正常，效果良好。由于目前智能投切的设备，因成本问题大部分还是采用了真空开关，因此投切频率一直是该新技术推广的敏感问题，直接涉及应用成本。由于水泥行业的总降负荷变化周期较长（一般以日计），没有像冶金等行业那样的瞬时变化。因此采用真空开关较适宜，既不至大幅增加投资，又能满足随时投切。因此目前投运的智能控制装置都有较好的工况与效果。目前秦岭水泥股份有限公司及河北金牛水泥股份有限公司、浙江三元水泥股份有限公司等单位投运的装置都运行正常，功率因数都在0.95以上，电网电压合格率亦能很好达到。从效果看水泥行业推广该技术能解决以往人工控制无法处理的诸多问题，大大提升了供电设备的技术水准。 |
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