110KV 变电站本科设计论文正文.docx
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110KV变电站本科设计论文正文
本科毕业设计(论文)
110KV变电站
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
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除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期:
年月日
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日期:
年月日
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日期:
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注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘 要
随着科技的不断进步与发展,用户对电能质量的要求越来越高,而电压偏移的大小直接影响电能的质量。
在电力系统中,变电站占有重要地位,因为电力系统中很多操作运行是在变电站内完成,所以选取合理地电压无功控制策略对变电站的稳定运行是非常必要的。
本文就目前变电站常用的调节有载变压器的分接头与投切补偿电容器的方法做了简介,并设计了基本的控制方案。
首先简单的介绍了基于九区图控制策略的变电站电压无功综合控制设计以及有关于九区图控制策略的不足之处,为了改善其不足之处本文提出通过增加两个防振小区的改进九区图控制策略,与传统九区图控制策略相比而言,前者等待运行点出防振小区,虽然牺牲了无功指标却保证了电压质量的合格,而且避免产生震荡的动作现象。
变电站电压无功综合控制器以有很强的抗干扰能力,易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的S7-300PLC作为主控单元,根据开关量采集电路和模拟量采集电路获取所需参数进行电压无功控制。
为了提高控制可靠性,需要硬件控制与软件控制相结合,于此本文编制了相应的软件控制流程图。
关键词:
变电站;电压;无功功率;九区图控制策略;可编程控制器
Abstract
Withthecontinuousadvancementanddevelopmentoftechnologyuser requirements for power quality and higher,andthevoltageoffsetdirecteffectonthequalityofelectricity.Inthepowersystem,thesubstationoccupiesanimportantposition,becausemanyofthepowersystemoperationandrunningiscompletedwithinthesubstation,itisnecessarytochooseareasonablevoltageandreactivepowercontrolstrategyforstableoperationofthesubstation.
Inthispaper,commonlyusedsubstationtransformerloadtapandcompensationcapacitorswitchingmethodofadjustingtodoabriefintroduction,anddesignsthebasiccontrolscheme.First,abriefintroductionontheNinthRegionPlotcontrolofvoltageandreactivepowerintegratedcontrolstrategydesign,andataboutnine-zonediagramcontrolpolicyshortcomings.Inordertoimproveitsshortcomingsbyaddingtwovibration-proofpaperspresentsanimprovedcellnine-zonediagramcontrolstrategy.Withthetraditionalnine-zonediagramcontrolstrategycompared,theformerwaitingtorunpointouttheanti-vibrationarea,althoughattheexpenseofreactiveindicatorswastoensurethatthequalifiedvoltagequality,andavoidthephenomenonofshockaction.VoltageandReactivePowerIntegratedcontrollerhasastronganti-jammingcapability,easywithindustrialsystemsasawhole,toexpanditscapabilitiesS7-300PLCasthemasterunit,accordingtodigitalacquisitioncircuitsandanalogacquisitioncircuitacquirestheparametersrequiredvoltageandreactivepowercontrol.Inordertoimprovecontrolreliability,requireshardwarecontrolandsoftwarecontrolcombination,thisarticledevelopedacorrespondingsoftwarecontrolflowchart.
KeyWords:
Substations;voltage;reactivepower;nine-areacontrolstrategy;theprogrammablecontroller
目 录
1绪论
1.1选题背景和意义
在电力系统中电压是衡量电能质量好坏一个及其重要的指标,电压大小是否稳定不仅关系到电力系统本身运行的安全,而且还影响到生活中千千万万的用户。
如果电压偏移过大不仅严重影响了用户的正常生活与工业生产,还有可能使电力系统网络损耗增大,严重的情况下将会危害到电力系统稳定运行。
这几年来,随着我国科技发展不断进步,国民经济的国民生产总值的不断得到增长,所以说咱们国家电力工业水平也有了突飞猛进地的发展与进步。
于此同时人们也开始广泛关注电力系统网络中的电压无功综合控制问题。
这是由于随着日益飞速发展的电力电子技术,各式各样电力电子控制装置在电力系统网络、工业生产、交通运行以及普通家庭中被日益广泛的应用。
又由于大多数电力电子装置具有较低的功率因数,所以它们在工作的过程中所消耗的无功功率在电网所输送的电能中将会占有很大的一部分的比例。
在经过多次实际研究结果得出如下重要的结论,电力系统无功功率不足或无功功率分布不合理是影响电网电压质量下降的主要原因,所以合理地调节无功功率的补偿与分布的问题是改善电压质量重要手段之一。
因此在变电站中合理的位置安装电压、无功综合控制器,可以根据电力系统运行情况对本变电站的电压和无功进行自动控制,以保证用户生产生活的电压在规定的合理范围区域,同时使变电站高压侧母线进线功率因数有效提高。
在日常的生产生活中,无人操作监控的变电站的越来越多,所以要想改善电能质量并且能有效提高社会劳动生产率进行电压无功自动控制已经成为不可缺少的手段。
1.2国内外研究现状
目前传统的九区图控制理论被广泛应用于社会生产和实际生活当中,在电压-无功坐标平面内分别设置俩这的最大值与最小值可将运行区域划分为九个不同运行情况的区域,且各个运行区域需要各自对应的控制策略,我们可以根据实际检测到电压值与无功功率值判断出运行点所在的运行区域,然后选取正确的控制方法来调试运行点。
由于我国人多地广,各个地区自身发展情况参差不齐,所以各地变电站的技术不尽相同,要想实现对全国各地电力系统进行集中优化一起控制相当困难。
综合以上实际情况可考虑对全国的变电站采用并联分散控制的方法,由此来满足各地自身电力系统网络安全、稳定、经济的运行。
由于关联分散控制装置相对于分散控制其所需的投资成本大大的多于后者,所以说是我国变电站的分散控制仍然是主要的控制方式。
因此,当前我国面临的重大问题是如何将全面电力系统进行集中优化控制,而且这也是我国未来在变电站自动化建设上所需要解决的中大问题。
走出国门纵观国外各国发展情况来看,它们在各自的电力系统也都采用电压无功控制的方法,但它们各自有各自的控制方法。
综合分析可知它们的控制方法有:
个自分别调节控制方式,综合起来调节控制的方式,区域集中起来控制模式,分层相互协调控制模式等。
为了使电力系统网络中电压和无功调节控制方法相互协调,当前电力系统变电站电压无功综合控制总的发展形势是:
首要考虑电力运行安全性和经济性,再次我们要向分层集中综合优化控制模式方式的方向前进发展。
将整个电力系统按不同的电压等级进行分解就是所谓的分层,由上级与下级调度来负责控制“界面”电压、无功综合协调控制:
将电力系统按不同的区域划分就是所谓的集中,根据本区自身电网无功电源的大小和自身调节能力的强弱可进行每个调度的优化协调控制;所谓的综合控制是指针对不同的无功补偿设备还有各种调压设备,根据它们各自的功效以及控制特征进行合理的协调的控制使用。
1.3本文主要工作
本文主要工作是根据九区图控制策略对变电站的电压和无功进行综合控制设计,经过各控制手段的分析比较,采用调节有载变压器分接头和投切电容器相互结合对变电站进行综合控制是比较常用的合理的方法。
因为采用传统的九区图对变电站电压无功进行综合控制时,由于基本的九区图中电压无功被设为定值,但是又由于实际电压无功的波动性,运用传统的九区图控制不能达到很好控制效果,所以我们需要提出一些改进的方法以便于提高控制效果,即提出在传统九区图的基础上通过增加两个防振小区的改进方法。
对于变电站电压、无功综合自动控制装置包括硬件装置的设计和软件设计。
硬件装置选用可编程控制器S7-300PLC为主控单元,设计交流电压、电流模拟信号采集电路和一些开关量采集电路以便于获取适合的参数,对于交流参数的采集需要选取合适交流采样算法以获得比较准确的电压、电流值。
于此同时,还需要编制相应软件的控制流程图。
2变电站电压无功综合控制原理
2.1电压无功控制的基本原理
变电站电压的大小受多种因素的影响,电压大小的调节可通过调节主变高压侧的分接头进行控制,由于无功功率的大小也会影响电压的偏移,所以在对电力系统的无功功率进行无功补偿时,将会影响到电压的质量。
在变电站的低压侧的每段母线上都连接有电容器组,所以可以通过投入或者切除每个电容器组来进行电压无功调节。
在社会生产实际当中,我们可通过调节有载变压器的分接头改变变压器的变比实现对变电站低压侧的电压进行调节,通过此次变压器调档不仅改变了电压的高低,而且也对电力系统的无功功率起到一定的调节作用。
为了改善电网的无功功率时,需要投入或者切除变电站低压侧母线上的电容器组,电网负荷的无功功率也将得到有效的改变,所以由于无功功率引起的电压降将会得到改善。
以上叙述可知,只要把两中调节手段相互结合起来,才能使变电站电压符合用户生产所需求,且无功也达到平衡的要求。
2.2变电站电压无功综合控制的实现方法
电力系统利用输电线路和变压器传送电能时,将会有电压损耗和功率损耗产生。
由于有电压损耗的产生,所以我们可同构调节有载调压变压器的分接头来改变低压侧电压值。
虽然电力系统的无功功率的大小可通过投切电容器组来调节,但是在调节无功的同时也会影响到电压的质量。
在对电压进行调节的同时,无功功率也会随着发生改变;在无功功率调节时,电压也可发生变化。
当在负荷发生变化时,电力系统的电压和无功功率也都将会发生相应的改变。
变电站通过调节有载变压器的分接头调压和投切电容器组是相互影响,相互调节的综合控制手段。
2.3九区图控制策略
在电力系统中,电压无功综合控制装置被广泛应用于变电站中,由于有载变压器分接头和并联电容器组是其主要的控制对象,保证主变压器的低压侧电压质量合格且尽可能的使进线功率提高是其主要的控制的目,故实际中一般选择变压器低压侧电压和高压侧进线处无功功率作为状态变量。
根据运行点处状态变量的实际值,变电站的运行状态被划分为九个不同的运行区域,定义为“九区图”,如图2.1所示。
控制策略是变电站电压无功调节的基本准则。
由于电压无功综合控制系统是一个具有相互影响双参数调节系统,因此合理地分配两者的工作关系是电力系统稳定运行首要条件。
在电力系统中,变电站扮演者重要角色,其电压的大小受电力系统无功分布的影响,反之系统无功也受电压偏移的影响。
因此电压无功控制策略除了要满足合格的电压质量和无功平衡,并且还需尽量减少控制装置的调节次数,同时还得保证系统能够稳定运行。
为了达到电压无功控制的要求,先前的电压无功控制设备大都使用基于九区图的控制方案,控制设备按照电网电压、无功功率、时间、有载调压变压器的分接头档位与并联电容器组投入切除状态等多种因素进行全面判定,按照实时数据判定目前的运行区域,再按照一定的控制规则,运用闭环控制变电站内电容器组的投切和有载调压变压器分接头的调动,为了使运行点进入到正常的工作区间,需使用最佳的控制顺序与较少的动作次数,使电压质量合格且无功功率大约为0(
尽量接近于1)图2.1是九区图示意。
图2.1九区图
2.3.1九区图基本原理
由图2.1可知在一个平面内纵轴为电压轴,横轴为无功功率轴,根据生产社会生要求,电压无功需要设定上下限值,防止两者过大偏移影响正常生活。
其中电压取主变压器低压侧母线电压,无功取主变压器高压侧母线无功功率,有四个上下限值构成了九区图,同理无功功率也可用高压侧的功率因数代替。
若是电力系统的无功功率越过横轴无功功率下限值表示无功过剩,那么变电站只能向电网传送无功;而当无功功率超过设定最大限定值时表示系统无功不满足需求。
为了避免在投切电容时开关频繁操作,那么在设定无功功率限定值时,当投入切除一组电容器所引起的无功功率变化量应满足最大值与最小值限定值之差。
一般情况下要求无功功率值应小于等于零。
说明:
图2.1九区图中,
、
、
、
分别表示电压最大值、电压最小值、无功最大值、无功最小值。
根据电压无功控制的要求,应将主变压器低压侧母线电压控制在规定的电压限定值范围之内,确保电压质量符合要求;与此同时我们还需尽量把电力系统无功功率或电网功率因数控制在合格的限定值之内;若电压和无功功率没有运行在目标区域范围内即两者同时满足要求时,我们需要优先保证电网电压质量合格。
以下是九区图每个运行区域具体的调控策略:
1区:
无功功率满足要求,但是电压过大越过上限值,应先升变压器档位降压直至系统电压在合格的范围之内;当把变压器分接头调至最高档位时,而此时系统电压没有被调至合格范围内,那么需要较少无功功率也就是适当地切除与母线并联电容器组。
2区:
电网电压值已越上限整定值,且系统无功功率也不在合格的范围之内,我们需要先调档降低电压值直至电压在合格的区域范围之内;若分接头档位已上调至最高档,而电压仍高于上限,则强切电容。
3区:
电力系统电压已经在合格范围之内,但是系统的无功功率不满足要求越上限值,我们需要向电网投入并联电容器组直至满足系统所需;若无电容器组可投,那么维持。
4区:
电压越下限,无功功率越上限,先投入并联电容器组使无功功率合格;若无电容可投或电容器组投完后而电压仍低于下限,则再降档升压至电压合格。
5区:
电网无功功率已经满足系统要求,但是电网电压已经越下限,我们需要降变压器档位升压至电压在合格的范围之内;特殊情况当变压器分接头已被调到最低位置时,而系统电压值还是在下限区域,那么需要增加系统无功即投入与母线并联电容器组。
6区:
运行点电压越下限不在目标区域内,且系统无功功率越下限也不再目标区域,需要先降变压器档位升压直至电压合格;若分接头档位已调至最低档,而电压仍低于下限,则强投电容。
7区:
在此区域电压质量合格,但是电网无功功率不合格越下限,需要切除并联电容器组;若无电容器组可切,则维持。
8区:
在此区域电压越上限不在合格范围之内,系统无功功率越下限,先切除并联电容器组;另外当经过上述调节后,电压仍然不合格,那么需要调节变压器分接头来操作完成目标电压要求。
9区:
变电站电压无功控制的目标区域,电压无功控制装置不动作。
由于系统负荷大小的不稳定性,在电力系统并常利用逆调压原则进行调压。
在社会生产生活中当到用电高峰时传输线路上也将会产生的较大电压损耗,我们可以通过升高中枢点电压来补偿传输线路上的电压降落。
同理,在低谷负荷时候适当降低运行电压,将电压下限值降低。
图2.2给出了九区图各区域控制策略示意。
图2.2九区图各区域控制策略
由于变电站负荷的电压静态特性不能被九区图控制策略区分,对恒定阻抗负荷和恒定功率负荷是通用的。
在变电站安装电压无功控制装置进行监控不仅有效的提高了主变低压侧母线电压质量,而且实现了系统无功功率的就地平衡,降低了电网的功率损耗,提高了变电站的功率因数,且能够满足变电站的稳定运行的基本要求。
2.3.2九区图不合理动作分析
由图2.1就可知变电站低压侧电压和高压侧无功功
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