基于PLC的变压器经济运行控制系统研究.pdf

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1、第3 0卷，总第 1 7 6 期 2 0 1 2 年 1 1 月，第 6 期 节 能 技 术 EN ERG Y CO NS ER VAT I ON T E CHNOL OGY Vo 1 3 0，S u mNo 1 7 6 No v e mbe r 2 01 2，No 6 基于 P L C的变压器经济运行控制系统研究 焦玉成，陈海霞，陈瑞(1 三江学院 电气与 自动化工程 学院，江苏 南京2 1 0 0 1 2；2 南京华瑞杰 自动化设备有限公 司，江苏 南京2 1 0 0 0 0)摘 要：变压器在最佳 负载率时，其效率最高。文 中提 出的变电控制模型，控制 系统根据终端 负荷变化，实时控制 变

2、压器投入容量，使其尽 可能运行在 最佳 负荷 率，最大限度地 降低 变压器的 电 能损耗。关键词：变压器；P L C；经济运行；节能 中图分类号：T M4 1 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2 6 3 3 9(2 0 1 2)0 6 0 4 9 3 0 3 Re s e a r c h o n Tr a ns f o r m e r Ec o no m i c Op e r a t i o n Co nt r o l S y s t e m Ba s e d o n PLC J I AO Y uc h e n g ，CHE N Ha i x i a ，C HEN R u i (1 C

3、o l l e g e o f E l e c t ri c a l a n d A u t o ma t i o n E n g i n e e ri n g，S a i a n g U n i v e r s i t y，N a n j i n g 2 1 0 0 1 2，C h i n a；2 N a n j i n g H u a R u i j i e A u t o m a t i o n E q u i p m e n t C o ，L t d ，N a n j i n g 2 1 0 0 0 0，C h i n a)Abs t r a c t：Th e h i g h e s

4、t e f f i c i e n c y o f t h e t r a n s f o r me r i s no t i n f u l l l o a d，bu t i n o pt i ma l l o a d r a t eI n t h i s a r t i c l e，t h e c o nt r o l s y s t e m c a n r e a l t i me c o n t r o l t r a ns f o r me r i n p u t c a pa c i t y a c c o r d i n g t o t h e t e r mi n a l l

5、o a d c h a ng e s Th e t r a n s t b rm e r r u n s i n t he o p t i ma l l o a d r a t e S O t h a t i t c a n mi ni mi z e t h e t r a n s f o rm e r p o we r l o s s Ke y wo r d s：t r a n s f o rm e r；PLC；e c o n o mi c o p e r a t i o n；e n e r g y s a v i n g 0 引言 在电力系统运行 中，从发电，供电一直到用 电，需要经过 3

6、5次的变压过程，变压器要产生有功功 率损耗和无功功率损耗，电能损耗 占总 的发 电量的 1 0 左 右。减少变压器损耗 的方法有两种，一是更换或采 用高效变压器，二是采用技术措施使变压器运行在 经济状态。文献 2 采用 的是高效节能变压器降低 损耗，文献 3 的液压变压器则是要求每个变压器 需要一个液压控 制系统对其控制，文献 4 提 出了 收稿 日期2 0 1 2 0 30 8 修订稿 日期2 0 1 2 0 60 2 作者简介：焦玉成(1 9 7 9)，女，硕士，讲师，研究方向为电力系 统及其 自动化、电工等。选择最优的终端负载模式容量变压器。文献 5 提 到变压器的经济运行，是利用现有设

7、备条件，选择最 佳运行方式，合理调整负载。文献 6 认为经济运 行方式就是在某一负荷 的情况下，使变压器综合功 率损耗最小，经济效益最佳 的一种运行方式。本文 即在文献 6 所提出控制方法的基础 上，考虑 P L C 及工业用触摸屏 的稳定性，提出的控制 系统。其一 次投入，可以在 2 3年收回。1 变压器经济运行基础 1 1 变压 器 损耗 变压器的损耗主要有铁损和铜损两部分。当变 压器空载时，变压器的损耗即空载损耗 P，几乎等于 铁损 P 。在 电源、电压和频率不变的情况下，无论 空载还是有载，变压器 的铁损几乎不变。4 93 当变压器有载时，除了有固定的铁损外，还有铜 损 P 其大小与负

8、载电流平方成正 比。负荷变化会 引起变压器 出现“大马拉小 车”或者是变压器 出现 超载的现象。无论是“大马拉小车”还是变压器超 载都会加大变压器 的负载损耗，只有在负荷变化 的 时候，投入相对应的变压器容量，改变变压器的运行 台数，才能降低变压器的损耗，保证变压器 的效率。1 2 变压器经济运行理论分析 图1 控制系统榧罔 ()单台变压器经济负 数。为 3 系统硬件设计=爰 c-3 运 确 定 式 中JB 变压器的有功经济负载系数；P 变压器的空载损耗；PK 一 变压器的短路损耗。在功率经济负载 系数条件下，变压器有功功率 损耗率最低(即效率最鬲)。考虑到变压器运行时 无功在系统 r f 1

9、 传输所引起 的有功损耗，最佳负荷率 修正为=(P ，+C J Q)(P K+c J Q K)(2)式巾 C 一一 尤功经济 量，取 0 1 0 1 5。m最佳负荷牢 的公式可以看 出，变压器的最高 效率并不“现任满载 时，一般在 5 0 左右，但我们 具体在选择变 容量时，要根据负载情况和最佳 负荷率，选择合理的变压器，使变压器处于最佳经济 状态，达到节电 目的。(2)临界负载与变压 播运行台数 变压器容量相、参数相同时，变压器运行台数 的选择，她公 l=(3)一 一 厂 s =S、(+1)(3)K 式中 一一 台数；变压器的额定容量；SN -“一一f、，台 与(N+1)台的经济运行方 式的

10、临界负载 2 建立控 制系统 基于变压器的损耗，变压器的效率和负载系数，研究及设计 一种变压器实时控制系统对电力系统的 节约能源是非常必要的。系统设计经过对电网系统 负载的电 与电流信 号进行实时采集，模拟量输入。然后控制系统对采集到 的电压、电流信号进行处理 运算，接着 1 控制系统控制数字量输 出用于调节变 压器的投切量。图 l为控制系统框 图。4 9 4 厂 I 运算处理l I _|J 拟选H j i台参数相似 的变压器并列运行，给负 载提供电能，罔 2为变H 器并列运行示意 图。实 际 的电网系统【f I，负载为 变负载。变压器的投入量 由接触器控制，当控制系统的输 模块有输 出信 号

11、 时，接触器线圈得电，串联在主回路中的常开触点闭 合，将变压器投入运行；反之，常开触点断开，变压器 退出运行。根据负载变化而实 时控制变压器投 入 量，可使变 电系统 负荷率 尽量 为最佳 负荷率 J 8 。临界负载 与变 器运行台数可根据公式(3)具体运 算，降低变压器的损耗，达到节能的日的。图 2 变 器并列 运行不 意图 3 2控制系统硬件 可编程序控制 器(P L C)技术 经过几 十年 的发 展，已经相 当成熟 本控制 系统使 用三菱 Q 0 0 J 系列 C P U，Q P L C的离散输入(Q x 4 os 1)来实现 遥信、用 P L C的离散输出点(Q Y 2 2)来实现遥控

12、、用 P L C的模拟采样输人(A I)来实现遥测、用 P L C的 通信功能(R S 2 3 2)来 实现和主机 的通信，P L C与各 个智能设备站采用 C CL i n k通讯。控制 系统实时 采集负载的电压、电流、功率等数据，进行有功、无功 损耗、负载系数的计算分析判断，选择变压器经济运 行方式，并根据变压器运行方式的变化 自动地投切 变压器。3 3 采集系统的设计 系统只需检测负载功率与变压器投人容量，采 集系统采用易实现的直流采样方案。在采集模拟量 之前，先利用互感器将负载的大电流大 电压采集过 来，后变换器将 交流转化成直流，然后再使 用 A D 转换元件将直流量表示成数字量。能

13、设备站之 间的交换信 号(定位完成，定位开始等 等)使用远程输入 R X和远程输出R Y进行通信 加 。5 系统节能效果分析 某 区根据实际负载选取 三台 S C B 9型 6 3 k V、1 0 0 0 k V A 干式变压器台并列运行，根据公式(3)可 算出当0 S 6 4 4 k V A时，投入一台变压器为经济 运行方式；当 6 4 4 k V A S1 1 1 5 k V A时，投入二 台 变压 器 为 经 济 运 行 方 式；当 1 1 1 5 k V A S 1 5 7 7 k V AH，投人三 台变压器为经济运行方式。节约电量计算 公式 4 软件编程与通讯 式中 AA节A z约=

14、的AA综A-h G X D e v e l o p e r 可进行程序的在线更改、监控及 A 节约的有功功率；调试，可异地读写 P L C程序。所以，控制系统可以 A。节约的无功功率；根据电网遥测、遥控等要求不断更新。卜无功经济 当量 k W k v a r，取 0 0 5 软件 系统设计了三种控制方式：负载实时控制 方式、周期控制方式、应急手动控制模式，不同的运 行模式之间可根据需要相互转换。部分程序流程图 见 图 3。图3 程序流程图 人机界面用于运行控制、模式设置、负荷电参量 反馈、负载率实时曲线、变压器运行状态等。主站(控制中心)和智能设备站(人机界面)、远 程设备站等之间通过循环传送

15、进行通信。主站和智 0 0 7。相 关 资 料 查 取，变 压 器 的 空 载 损 耗 为 1 7 2 k W，短路损 耗为 8 3 k w，已知变压器 的功率 因子为 0 6，一年有 8 7 6 0 h。具体算法可参照文献 1 1 。根据计算，三台 1 0 0 0 k V A干式变压器并列 运行，并采用经济控制方式与直接用一 台3 0 0 0 k V A 干式变压器运行，每年可节约有功电量3 3 4 8 5 k Wh，无功 电量 2 5 1 1 4 k v a r h，产生 的经 济效益 可达 到 1 8 2 0 1 年。6 结束语 系统通过对负载实时数据采集、计算、分析，以 此来控制变压器

16、的运行台数具有很好的实用性。首 先，通过实时采集控制，进行计算，准确性高、适用性 强。其次，该系统通过投切变压器的运行方式，不但 实现容易，操作简单，而且能够有效地降低变压器的 损耗。还可以与触摸屏人机界 面交互控制，实现人 性化、智能化操作。由于 P L C模块 的可扩展性，实际的运行系统也 可以在原来 的基础上不断的完善。如将采集系统采 用交流采集，亦可以实时监控电能质量。参考文献 1 胡景生 变压器经济运行 M 北京：中国电力出版 社，1 9 9 9 2 MA S A A K I T A K A G I；H I R O MI Y A MA M O T O；K E N J I YAMAJ

17、I An Ev a l u a t i o n o f Amo r p h o u s T r a n s for me r s Us i n g t h e L o a d C u r v e P a t t e rn Mo d e l f o r a P o l e T r a n s f o r me r J E l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g i n J a p a n E I S C I，2 0 0 9，1 6 9(3)(下转第 5 0 3页)4 95 1 8 杨绪强，潘毅，封银平，等 十水硫酸钠低共熔混合 物储热的实验研究 J 太阳能

18、学报，1 9 8 2，1 3(2)：2 1 2 2 1 5 1 9 阎立诚，丁益民，孙宇光 N a：S O 1 0 H：O系储热 材料研究 J 上海科技大学学报，1 9 9 1，1 4(4)：9 91 0 1 2 O 程玉蓉 用于建筑节能的相变蓄热材料热性能研 究 D 浙江：浙江大学，2 0 0 6 2 1 皮启铎 十水硫酸钠熔化热的差动热分析 J 太 阳能学报，1 9 9 2，1 3(3)：3 0 3 3 0 7 2 2 冯海燕，刘晓地，葛艳蕊，等 水合盐的几种脱水过 程探讨 J 无机化学学报，2 0 0 0，1 6(1)：8 9 9 6 2 3 黄金，柯秀芳 相变材料 N a：S O 1

19、O H 2 O的脱水过 程及相分离分析 J 材料导报，2 0 0 8(1)：2 4 2 6 2 4 He r r i c k C S Me l t f r e e z ec y c l e l i f et e s t i n g o f G l a u b e r s a l t i n a r o l l i n g c y l i n d e r h e a t s t o r e J S o l a r E n e r g y，1 9 8 2，2 8(2)：9 91 0 4 2 5 胡启柱，阮德水，梁上启，等 十水硫酸钠：纸浆体 系低温贮能的初步研究 J 华 中师院学报，1 9 8 3

20、，2(2)：4 0 4 7 2 6 孙鑫泉，龚钰秋，徐宝庆 十水硫酸钠体系潜热蓄 热材料的研究 J 杭州大学学报，1 9 9 0，1 1(2)：1 9 52 0 0 2 7 Ma r k s S B A n i n v e s t i g a t i o n o f t h e t h e r ma l e n e r gy s t o r a g e c a p a c i t y o f Gl a u b e r s s a l t wi t h r e s p e c t t o t h e rm a l c y c l i n g J S o l a r E n e r g y，1 9

21、 8 0，2 5(5)：2 5 52 5 8 2 8 Ma r k s S B T h e e f f e c t o f c r y s t a l s i z e o n the t h e r m a l e n e r gy s t o r a g e c a p a c i t y of t h i c k e n e d G l a u b e r s al t J S o l a r E n-e r gy，1 9 8 3，3 0(1)：4 5 4 9 (上接第4 9 5页)3 T r i e r H u n g H o K y o u n g K w a n A h n；S a

22、v i n g E n e r gy C o n t r o l o f C y l i n d e r Driv e Us i n g Hy d r a u l i c T r a n s f o rm e r C o mb i n e d w i t h A n A s s i s t e d Hy d r a u l i c C i r c u i t J I C C A SS I C E I n t e r n a t i o n a l J o i n t C o n f e r e n c e(I C C A SS I C E 2 0 0 9)，2 0 0 9 I C C A S

23、S I C E v 3 4 高木雅昭，山本博巳，山地意治，M a s a s k i T a k a g i，H i r o m i Y a ma m o t o，K e n j i Y a m a j i 需要家 负荷，夕一 二 基 L 最逋容量送定手法c：土为丁乇，L 7 7，叉变压器 俩 J 鼋氖学会输文菇：B，雷力 工才、，L，一部门菇，2 0 0 9，1 5 胡景生 变压器经济运行节电计算方法 J 节能技 术，2 O 0 1，1 9 8 3(2)：4 4 4 6 6 魏胜宏 并列运行变压器经济运行方式的 自动控制 J 节能技术，2 0 0 1，1 9(3)：3 9 4 0 7 曲鸿春

24、，咸 日常，赵爱丽 变压器经济运行技术的最 新研究 J 电网与清洁能源，2 0 0 9，2 5(1)8 李华荣，刘玉梅 变压器最佳运行状态的分析 J 纯碱工业，2 0 0 4 9 宋伯生主编 P L C编程理论、算法及技巧 M 北京：机械工业 出版社，2 0 0 5 1 0 MI T S U B I S HI Q S e r i e s C CL i n k n e t w o r k s y s t e m r e f-e r e n c e ma n u al(t h e m a i n s t a t i o n，l o c al s t i o n)1 1 丁涛 变压器经济运行控制系统开发 D 郑州：郑 州大学电气工程学院，2 0 04 1 2 方大干 变压器速查速算手册 M 北京：中国水 利水 电出版社，2 0 0 7：7 8 8 3 t(t(一 穗 j 习1 j 50 3