[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

权利要求书

1.一种基于三维区图策略控制变压器运行的装置，包括电流互感器、电压互感器、通道选择器、整流器、单片机、数据存储器、数据缓冲器、键盘显示芯片，其特征在于：还包括第一锁存器和第二锁存器，其连接关系如下：整流器的输出端连接第一锁存器的输入端，第一锁存器的输出端连接单片机的输入端，单片机的输入输出端连接第二锁存器的输入输出端，第二锁存器的第一输出端连接数据存储器的输入端，第二锁存器的第二输出端连接数据缓冲器的输入端，第二锁存器的第三输出端连接键盘显示芯片的输入端。

2.一种基于三维区图策略控制变压器运行的方法，其特征在于：采用权利要求1所述的基于三维区图策略控制变压器运行的装置，对电力系统中的变压器A和变压器B进行控制，包括以下步骤：

步骤1：采集电力系统中的三相电压数据和三相电流数据；

步骤2：对步骤1采集到的三相电压数据和三相电流数据进行整流，并采用分时传送法将上述数据送入锁存器；所述的分时传送法，方法如下：

将初始采集到的一组三相电压数据直接送入锁存器中锁存，一个周期后将采集的实时电流数据送入锁存器中锁存，再一个周期，将功率数据送入锁存器，在功率数据进入锁存器的同时将上述三组数据同时输出锁存器；

锁存器中的电压数据与经过两个周期后的实时电压数据并不相等，需要对其进行补偿，补偿公式如下：

dudt=ΔuΔt=uN-u0tN-t0---(1)]]>

式中，Δu表示电压在两个周期的变化量，Δt表示2个周期，u_N表示当前电压，u₀表示锁存器中锁存的电压值，t_N表示当前时刻，t₀表示之前锁存电压的时刻；

锁存器中的电流数据与经过一个周期后的实时电流数据并不相等，需要对其进行补偿，对电流进行补偿的公式如下：

didt=ΔiΔt′=iN-i0iN′-t0′]]>

式中，Δi表示电流在一个周期的变化量，Δt′表示1个周期，i_N表示当前电流，i₀表示锁存器中锁存的电流值，t′_N表示当前时刻，t′₀表示之前锁存电流的时刻；

步骤3：将步骤2处理过的数据送入单片机的A/D转换器中，将模拟信号转换成数字信号，并在单片机中构造三维区图；

所述的三维区图是指：由三相电压U、无功功率因数及变电站负荷S三个坐标轴组成的三维区图；

所述的三维区图的命名规则为：①各层内的编号顺序同于传统九区图的编号顺序；②S轴的编号顺序根据临界负载功率沿S轴正向由小到大排列，当S轴被分为N段时，位于最下层的序号为1，最上层的序号为N，所述的临界负载是指使变压器切换运行方式的负载值；

三维区图中各区域的编号由两位数组成：第一位数表示该区域位于S轴的第几层，第二位数表示该区域位于该层中某区域的位置；由此将最低层的9个区域编号为11～19，中间层的9个区域编号为21～29，最上层的9个区域编号为31～39；

所述的构造三维区图，其方法如下：

步骤3-1：以三相电压、无功功率因数及变电站负荷三个参数构造三维坐标系；

步骤3-2：确定临界负载功率极限值，方法为：临界负载的值根据变压器本身的名牌参数确定，即已知目标变电站中变压器型号，即可确定临界负载的值；

步骤3-3：确定三相电压极限值，包括两种方式：

第一种方式为：电压的上限值设定为电压合格范围的最大正偏移值或上限值设定为略低于最大偏移值2％的数值；电压的下限值设定为电压合格范围的最大负偏移值或设定为略高于最大负偏移值2％的数值；

第二种方式为：将一个时间段划分为若干个子段，按子段分别设置电压的极限值，所述的一个时间段包括1天、1周、1个月；

采用逆调压方法对所述第一种方式及所述第二种方式确定的三相电压极限值进行修正，所述的逆调压方法是：在负荷达到高峰时升高中枢点电压，在负荷达到低谷时降低中枢点电压；优化逆调压的补偿效果，方法为：高峰负荷时使电压偏向上限运行，并提高电压的下限值；在低谷负荷时使电压偏向下限运行，并降低电压的上限值；

步骤3-4：确定无功功率因数极限值，包括两种方式：

第一种方式：按恒定值设定无功功率因数的极限值，方法为：

根据变电站对功率因数的要求设定其极限值，其设定遵循下述规则之一：第一种规则：设定功率的上限值为1，下限值为0.9；第二种规则为：设置无功的下限值为0，上限值为单组电容器的1.3倍；

第二种方式：按曲线设定无功功率的极限值，方法为：将一个时间段划分为若干个子段，按子段分别设置无功功率因数的极限值，所述的一个时间段包括1天、1周、1个月；

采用逆调压方法对上述两种方式进行修正，方法与步骤3-3相同；

步骤4：通过电压、无功功率因数及变电站负荷在三维区图中形成的点的位置，判断变压器的运行状态，并对变压器进行调节，包括三维区图法及三维区图投影法两种方法，所述的三位区图法过程如下：设定为低临界负载，为高临界负载；

若所述的点落入11区，说明电压超下限，功率因数超上限，负载功率低于对变压器进行调节：优先升变压器分接头，后再切除电容器，同时变压器A独立运行；

若所述的点落入12区，说明电压合格，功率因数超上限，负载功率低于对变压器进行调节：切除电容器，同时变压器A独立运行；

若所述的点落入13区，说明电压超上限，功率因数超上限，负载功率低于对变压器进行调节：优先切除电容器，后再降变压器分接头，同时变压器A独立运行；

若所述的点落入14区，说明电压超上限，功率因数合格，负载功率低于对变压器进行调节：降变压器分接头，同时变压器A独立运行；

若所述的点落入15区，说明电压超上限，功率因数超下限，负载功率低于应执行：优先降变压器分接头，后再投入电容器，同时变压器A独立运行；

若所述的点落入16区，说明电压合格，功率因数超下限，负载功率低于对变压器进行调节：投入电容器，同时变压器A独立运行；

若所述的点落入17区，说明电压超下限，功率因数超下限，负载功率低于对变压器进行调节：优先投入电容器，后再升变压器分接头，同时变压器A独立运行；

若所述的点落入18区，说明电压超下限，功率因数合格，负载功率低于对变压器进行调节：升变压器分接头，同时变压器A独立运行；

若所述的点落入19区，说明电压合格，功率因数合格，负载功率低于对变压器进行调节：保持变压器分接头位置以及电容器投切状态不变，同时变压器A独立运行；

若所述的点落入21区，说明电压超下限，功率因数超上限，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：优先升变压器分接头，后再切除电容器，同时变压器B独立运行；

若所述的点落入22区，说明电压合格，功率因数超上限，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：切除电容器，同时变压器B独立运行；

若所述的点落入23区，说明电压超上限，功率因数超上限，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：优先切除电容器，后再降变压器分接头，同时变压器B独立运行；

若所述的点落入24区，说明电压超上限，功率因数合格，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：降变压器分接头，同时变压器B独立运行；

若所述的点落入25区，说明电压超上限，功率因数超下限，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：优先降变压器分接头，后再投入电容器，同时变压器B独立运行；

若所述的点落入26区，说明电压合格，功率因数超下限，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：投入电容器，同时变压器B独立运行；

若所述的点落入27区，说明电压超下限，功率因数超下限，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：优先投入电容器，后再升变压器分接头，同时变压器B独立运行；

若所述的点落入28区，说明电压超下限，功率因数合格，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：升变压器分接头，同时变压器B独立运行；

若所述的点落入29区，说明电压合格，功率因数合格，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：保持变压器分接头位置以及电容器投切状态不变，同时变压器B独立运行；

若所述的点落入31区，说明电压超下限，功率因数超上限，负载功率高于对变压器进行调节：优先升变压器分接头，后再切除电容器，同时变压器AB并列运行；

若所述的点落入32区，说明电压合格，功率因数超上限，负载功率高于对变压器进行调节：切除电容器，同时变压器AB并列运行；

若所述的点落入33区，说明电压超上限，功率因数超上限，负载功率高于对变压器进行调节：优先切除电容器，后再降变压器分接头，同时变压器AB并列运行；

若所述的点落入34区，说明电压超上限，功率因数合格，负载功率高于对变压器进行调节：降变压器分接头，同时变压器AB并列运行；

若所述的点落入35区，说明电压超上限，功率因数超下限，负载功率高于对变压器进行调节：优先降变压器分接头，后再投入电容器，同时变压器AB并列运行；

若所述的点落入36区，说明电压合格，功率因数超下限，负载功率高于对变压器进行调节：投入电容器，同时变压器AB并列运行；

若所述的点落入37区，说明电压超下限，功率因数超下限，负载功率高于对变压器进行调节：优先投入电容器，后再升变压器分接头，同时变压器AB并列运行；

若所述的点落入38区，说明电压超下限，功率因数合格，负载功率高于对变压器进行调节：升变压器分接头，同时变压器AB并列运行；

若所述的点落入38区，说明电压合格，功率因数合格，负载功率高于对变压器进行调节：保持变压器分接头位置以及电容器投切状态不变，同时变压器AB并列运行；

所述的三维区图投影法，过程如下：

在步骤3建立的三维区图基础上，省略电压、无功功率因数及变电站负荷三个参数中的一个，可以得到另两个参数形成的平面投影：

向平面进行投影时，U_L表示低临界电压，U_H为高临界电压，当电压处于U_L与U_H之间，以90度角度进行向下垂直的投影，得到二维九区图形状的投影，当电压U不在这一范围时，投影角度α会随U变化，以α角度进行投影，所述投影角度α按如下公式计算：

tanα=U-(UH-UL)U]]>

经投影后形成的二维区图，其命名规则为：垂直向下形成的投影区域，由3个数字表示，用斜线分隔，三个数字分别为沿三维立体图纵轴排列的3个子空间的代号；

通过电压、无功功率因数在二维区图中形成的点的位置，判断变压器的运行状态，并对变压器进行调节，方法为：

若所述的点落入15/16/17区，说明功率因数超下限，负载功率低于对变压器进行调节：投入电容器，变压器A独立运行；

若所述的点落入14/18/19区，说明功率因数合格，负载功率低于对变压器进行调节：保持现有电容器投切状态，变压器A独立运行；

若所述的点落入11/12/13区，说明功率因数超上限，负载功率低于对变压器进行调节：切除电容器，变压器A独立运行；

若所述的点落入25/26/27区，说明功率因数超下限，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：投入电容器，变压器B独立运行；

若所述的点落入24/28/29区，说明功率因数合格，负载功率界于与之间，对变压器进行调节：保持现有电容器投切状态，变压器B独立运行；

若所述的点落入35/36/37区，说明功率因数超下限，负载功率高于对变压器进行调节：投入电容器，变压器AB独立运行；

若所述的点落入34/38/39区，说明功率因数合格，负载功率高于，对变压器进行调节：保持现有电容器投切状态，变压器AB独立运行；

若所述的点落入31/32/33区，说明功率因数超上限，负载功率高于对变压器进行调节：切除电容器，变压器AB独立运行。