专利名称：一种可进行配电监测的有载调容变综合控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型关于电力系统供、配电技术领域，特别关于一种可进行配电 监测的有载调容变综合控制器。
背景技术：
目前我国农网配电变压器损耗还相当严重，用电负荷季节性强，造成不 必要的大量电力资源浪费。常用的一种调容方式是进行无载调容。如申请号
为87212290，公开号为CN82712290U，名称为"无载调容变压器"的实用新 型专利申请就公开了一种无载调容变压器，在用电负荷大时采用变压器的大 容量部分，在用电负荷小时采用小容量部分。这种调容方式的缺点是需要断 电来切换。
另一种调容方式为有载调容。这种调容需要有载调容开关的配合。由于 特殊的设计，有载调容开关可以在不断电的情况下实现变压器容量的切换。 此时需要有控制器配合该调容开关完成对变压器容量的控制。然而，目前能 够适用于电力系统的有载调容配电变压器的控制器鲜有报道，还处在研究开 发阶段。这些控制器由于自身的硬件条件以及软件功能的限制，只能提供很 基础的功能，对于实时数据的保存、调容的可靠性以及对变压器的兼容性等 都没有进行相关的支持，不利于电力系统长期可靠地运转，也不利于及时获 得故障原因以排除故障。
此外，为了实现对电网数据的实时监测，现有技术中往往需要为变压器 额外配置一台配电监测仪，以完成配电数据的釆集、分析、存储等功能，配 电监测仪由于需要大容量的存储以及大量的运算分析，硬件成本较高。
申请号为200710011281.0，公开号为CN 101090034A，名称为"变压器有 载调容调压开关"的发明专利申请作为本实用新型的相关技术合并与此。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可进行配电监测的有载调容变综合控制 器，使变压器在不断电的情况下根据用户负载容量的变化自动进行调容动作。 该控制器具备大容量的存储器、功能强大的硬件处理器以完成大量配电数据
的处理和存储，并采用嵌入式数据库SQLite使存储的配电数据能够供用户检 索，因此，该控制器还兼具配电监测仪的功能。
为实现以上目的，本实用新型提供一种可进行配电监测的有载调容变综 合控制器，其特征在于，所述控制器包括实时数据采集单元，连接所述变 压器，实时釆集变压器低压侧的电压和电流数据；实时负载生成单元，连接 所述实时数据釆集单元，根据实时采集的电压和电流数据生成实时负载；负 载比较单元，与所述实时负载生成单元连接，将所述实时负载与预设的调档 定值进行比较，生成比较结果；自动调容控制单元，连接所述负载比较单元 以及变压器的有载调容开关，如果实时负载大于调档定值，则控制所述有载 调容开关将变压器的容量切换到高档位，反之，则控制所述有载调容开关将 变压器的容量切换到低档位；配电数据生成单元，连接所述实时数据采集单 元，对所采集的电压、电流数据进行分析统计，生成配电监测数据。
本实用新型可进行配电监测的有载调容变综合控制器，可根据用户所带 负荷大小自动进行检测判断，并通过有载调容开关，在变压器不停电的状态 下，对变压器两种容量进行自动切换，实现对运行过程中变压器容量大小自 动调节，使配电变压器空载损耗大大降低，节能降损效益巨大。
并且，由于具备大容量的存储器、功能强大的硬件设备以及嵌入式数据 库SQLite，该控制器还可以对采集的配电数据进行实时统计分析、存储、远程 发送等功能，并提供用户进行数据检索的接口。由于该控制器能够同时实现 有载调容控制以及配电监测的功能，采用本实用新型的控制器，将不再需要 额外购买和安装配电监测仪，节约了投资成本，而且经过处理的配电监测数 据还能够通过有线或无线网络发给远端服务器，使配电网工作人员及时了解电力网的运行状况，并为故障分析提供了依据。
图1为本实施例控制器的功能框图2a为图1中自动调容控制单元104的功能框图2b为图1中配电数据生成单元105的功能框图。
图3为本实施例另 一较佳实施方式的控制器功能框图4为本实施例又一较佳实施方式的控制器功能框图5为图4中数据记录单元405的细化功能框图6为采用本实施例的控制器进行调容的详细流程图7为本实施例控制器的电路原理图8为本实施例CPU电路图9为本实施例存储器控制电路原理图10为本实施例模拟量采集电路图11为本实施例遥信输入控制电路图12为本实施例输出控制电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施 方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性 实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
本实施例可进行配电监测的有载调容变综合控制器，是对大容量有载调 容配电变压器的各种运行参数的监视、测量与控制的智能终端，是配电自动 化系统中的一部分。主要用于在不需要停电的状态下，完成变压器容量安全、 可靠地调节过程，使大容量有载调容变压器在始终满足负荷需求的情况下以 经济方式运行。
本实施例的控制器实时检测用户负荷情况，通过监测变压器低压侧的电 压、电流判断当前负荷大小，根据调档定值以及当前的开关状态判定是否符合容量切换的条件，满足切换条件则发出相应调节控制命令给有载调容开关， 有载调容开关根据控制指令可靠开合动作，完成变压器内部高、低压线圈的 星、角变换和串、并联转换，在不需要停电的状态下，完成变压器容量调节 过程。
并且由于其强大的分析处理能力，该控制器不仅能够进行有载调容，还 能兼具配电监测仪的功能，对采集的电压、电流数据进行统计分析处理、生 成配电监测数据存储于本地，并通过有线或无线方式传给远端服务器。因此， 本实施例的控制器既能进行有载调容还兼具配电监测仪的功能，省去了单独 配置配电监测仪的成本。
图l为本实施例控制器的功能框图。如图所示，本实施例的控制器10与变 压器20以及有载调容开关30连接。该控制器包括实时数据采集单元IOI,连 接变压器20，实时采集变压器20低压侧的电压和电流数据；实时负载生成单 元102，连接所述实时数据采集单元IOI，根据实时釆集的电压和电流数据生 成实时负载；负载比较单元103，与所述实时负载生成单元102连接，将所述 实时负载与预设的调档定值进行比较，生成比较结果；自动调容控制单元104， 连接所述负载比较单元以及变压器的有载调容开关，如果实时负载大于调档 定值，则控制所述有载调容开关将变压器的容量切换到高档位，反之，则控 制所述有载调容开关将变压器的容量切换到低档位；配电数据生成单元105， 连接所述实时数据采集单元，对所采集的电压、电流数据进行分析统计，生 成配电监测数据。
图2a为图l中自动调容控制单元104的功能框图。如图所示，自动调容控 制单元104包括遥信接收单元201，连接所述有载调容开关，获取所述有载 调容开关所处的档位状态；切换决策单元202，连接所述遥信接收单元和所述 负载比较单元，如果实时负载大于调档定值且所述有载调容开关处于低档位， 则控制所述有载调容开关将变压器的容量切换到高档位；如果实时负载小于 调档定值且所述有载调容开关处于高档位，则控制所述有载调容开关将变压器的容量切换到低档位。
图2b为图l中配电数据生成单元105的功能框图。如图所示，配电数据生 成单元105包括电能计量单元203，根据采集的实时电压、电流数据，生成 有功电量及无功电量；负载分析单元204，对釆集的实时电压、电流数据进行 分析，生成负载统计信息。
实时数据采集单元IOI，实时采集变压器低压侧的三相电压、三相电流。 实时负载生成单元102，根据釆集的基本电压电流参数获得单相有功/无功功 率、功率因数、零序电流等负载参数，并可以根据用户需求绘制各参数运行 曲线。电能计量单元203，根据采集的基本电压、电流参数生成分相/总有功电 量、无功电量，并可以根据用户需求绘制有功和无功电量曲线。
负载分析单元204所生成的负载统计信息包括(a)各相电流/电压/功率因
数/有功的最大值、最小值及发生时刻，统计平均功率因数值；(b)电流不平衡
率最大值及发生时间，统计平均电流不平衡率；(c)配变负载率最大值及最小
值及发生时间，统计其平均负载率；(d)统计各相电压的越下限/越上限累计时
间及电压合格率；(e)统计三相电流、三相电压2 13次谐波含有率及谐波总畸
变率；(f)统计断相事件起止时刻，统计断相次数及断相累计时间；(g)统计运
行时间/停电时间。由于以上的负载统计在现有的配电监测仪中已经实现，此 处不再对其具体的统计原理进行描述。
图3为本实施例另一较佳实施方式的控制器功能框图。如图所示，本实施 例的控制器增加了对变压器的异常检测和保护功能。图3的控制器在图2的控 制器基础上增加了相序检测保护单元301，连接所述变压器和所述自动调容 控制单元，当变压器的三相电压相序出现异常时，禁止所述有载调容开关对 所述变压器的档位进行切换，即关闭控制器输出的闭锁操作。负载检测保护 单元302，连接所述实时数据采集单元，当电压或电流不满足额定值范围时， 禁止所述有载调容开关对所述变压器的档位进行切换。负载检测保护单元302 所完成的保护包括过电压保护、欠电压保护、失压保护、过电流保护等，而且电压额定值以及电流额定值都在一可调范围之内。启动控制单元303，连 接所述变压器和所述自动调容控制单元，当检测到变压器重启时，控制所述 有载调容开关将变压器切换至高档位。这样做的目的也是为了满足变压器启 动时高容量的需要。
图4为本实施例又一较佳实施方式的控制器功能框图。如图所示，为了使 调容开关的切换更好地体现实际负载的情况，在满足开关切换的条件后延时 一段时间，如果在这段时间内仍一直满足切换条件则进行切换，否则不进行 切换。图4的控制器还包括延时调档单元401，连接所述自动调容控制单元， 当满足档位切换的条件时启动预设的定时器，如果在到达预设吋间内仍一直 满足档位切换的条件则进行档位切换，否则保持原档位；延时设置单元402， 连接所述延时调档单元，用于根据所述变压器类型设置延时的长度。
图4的控制器还包括调档定值单元403，连接所述负载比较单元103，根据 所述变压器的类型，设置调档定值。本实施例的延时设置单元402以及调档定 值单元403都是为了适应不同的变压器类型而设置，以兼容不同类型的变压 器。特别是对于S9、 Sll全系列调容配电变压器具有广泛适用性。仅需用户在 "参数设置"菜单中简单更改设置，判断逻辑即能自动识别进行控制。
图4的控制器由于具备大容量的存储器，不仅能够存储配电监测数据，还 能够实时记录所有控制逻辑运行中相关操作事件，如变压器的负载变化、调 容开关的切换以及控制器和变压器的故障等信息，为后来的事故分析提供依 据。该控制器包括数据记录单元405，记录所述控制器运行时获取和生成的 数据，并提供对外数据检索接口，本实施例的控制器采用嵌入式数据库SQLite 来实现数据检索的功能；数据传输单元406，将所述获取和生成的数据通过有 线或无线方式传输给远端的服务器，这些输出接口可以包括RS485、 USB、 RJ45网络口。
图5为图4中数据记录单元405的细化功能框图。如图5所示，该数据记录 单元405进一步包括配电数据记录单元501，连接所述配电数据生成单元105，记录生成的配电数据；开关动作记录单元502，连接所述自动调容控制单元， 实时记录所述有载调容开关的切换动作信息；故障信息记录单元503，实时记 录所述变压器、所述有载调容幵关以及所述控制器的运行故障信息。
再次参考图4。本实施例的控制器不仅可以支持自动调容，还可以支持手 动调容。如图4所示，该控制还可以包括工作模式选择单元407，提供用户 选择进行手动调档或自动调档；工作模式执行单元408，连接所述工作模式选 择单元和所述自动调容控制单元，如果选择手动调档，则禁止所述自动调容 控制单元对所述有载调容开关的切换进行控制；如果选择自动调档，则允许 所述自动调容控制单元对所述有载调容开关的切换进行控制。
此外，图l、图3和图4的控制器还可以包括温度传感器，实时感测所述 控制器的温度；温度调节控制单元，连接所述温度传感器，当感测的温度不 满足预定范围时，发出温度调节指令；温度调节器件，接收所述温度调节指 令，对控制器的温度进行调节，提高控制器主要元器件的工作可靠性。
图6为采用本实施例的控制器进行调容的详细流程图。如图所示
步骤S601，控制器上电自检。如果未出错，进入步骤S603;如果出错， 进入步骤S602。
步骤S602，自检出错，控制器闭锁，并记录错误。
步骤S603，根据用户选择来进行手动调容或自动调容。如果选择"手动" 则进入步骤S604;如果选择"自动"则进入步骤S605。
步骤S604，执行手动调容。操作模式设置为手动时，手动指示灯亮，允 许使用升、降按键控制档位的升降转换。
步骤S605，继续判断变压器的相序是否正常。该步骤根据A、 B、 C三相 电压的过零点顺序做出判断，对变压器本体和调容开关及电机起到保护作用。 如果相序正常则进入步骤S607;否则进入步骤S606。
步骤S606，如若电压相序异常则闭锁调节容量动作出口，点亮闭锁指示 灯，在事件记录中记录出错信息，自动调容模式退出。用户可根据事件记录中记录的信息分析故障，待解决问题后可在"参数设置"菜单中设置"自动 调容"模式，即可将闭锁的控制器重新复位，继续执行自动调容逻辑。
步骤S607，如果相序正常，则实时采集变压器低压侧电压、电流数据， 生成实时负载。
步骤S608，根据采集的三相电压、电流，生成配电数据存储，并可采用 嵌入式数据库SQLite供用户进行数据检索。
步骤S609，判断实时负载是否大于调档定值，该调档定值可以是系统中 预存的默认值。也可以由步骤S610来根据不同的变压器类型进行设置。如果 负载大于调档定值则进入步骤S611，否则进入步骤S612。
步骤S610，根据变压器的型号来设置调档定值。
步骤S611，继续判断调容开关是否处于低档位。如果否则进入步骤S613; 如果是则进入步骤S604。
步骤S612，继续判断调容开关是否处于高档位。如果否则进入步骤S613; 如果是则进入步骤S614。
步骤S613，保持开关状态。
步骤S614，判断在一段预定的延时内是否一直满足开关切换的条件。 步骤S615，根据变压器的型号设置延时长度。
步骤S616，如果满足开关切换的条件，则切换开关的档位。即当实时 负载大于调档定值，在一段预定的时间内一直大于调档定值，且开关处于低 档位，则将开关切换至高档位；当实时负载小于调档定值，在一段预定的时 间内一直小于调档定值，且开关处于高档位，则将开关切换至低档位。
步骤S617，记录开关动作。
此外，还有以下一些控制过程在该流程图中没有标示出。主要包括(a) 启动自动回高档位控制当检测到设备启动或控制系统来电，该控制器将控 制变压器档位回到最高档位，变压器调容开关从高档位起动，以满足设备启 动运行需要。在档位检测失败时，禁止向上或向下转换动作。(b)在自动投切模式下，控制器在执行逻辑过程中如检测到故障状态，点亮告警指示灯，在 事件记录中记录出错信息，自动调容模式退出。
图7为本实施例控制器的电路原理图。本实施例大容量有载调容配电变压 器智能控制器硬件系统是由电源系统、电压电流互感器(与模拟量采集电路 连接，图中未示)、专用高智能模拟量采集芯片、实时时钟、数据存储器、 液晶显示器、1/〇接口 (输入和输出)和数据通讯接口 (RS485、 RJ45、 USB) 等组成。硬件平台采用美国Atmel公司的32位ARM嵌入式AT91RM9200芯片， 软件支持编译环境为嵌入式Linux2.4.19内核版本。各路模拟信号通过互感器等 信号处理电路后，进入智能芯片进行计算和分析处理，结果保存在数据存储 器中，随时向外部接口提供信息和进行数据交换。本实施例的控制器具有严 格的吋序性，并且可在工作环境恶劣、电磁环境复杂的环境长期安全、可靠、 稳定运行。
图8-图ll为本实施例的详细电路图。其中，图8为本实施例CPU电路图。 图9为本实施例存储器控制电路原理图。图10为本实施例模拟量采集电路图。 图ll为本实施例遥信输入控制电路图。图12为本实施例输出控制电路图。
以上所述的具体实施方式
，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实 施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神 和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求1、一种可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其特征在于，所述控制器包括实时数据采集单元，连接所述变压器，实时采集变压器低压侧的电压和电流数据；实时负载生成单元，连接所述实时数据采集单元，根据实时采集的电压和电流数据生成实时负载；负载比较单元，连接所述实时负载生成单元，将所述实时负载与预设的调档定值进行比较，生成比较结果；自动调容控制单元，连接所述负载比较单元以及变压器的有载调容开关，如果实时负载大于调档定值，则控制所述有载调容开关将变压器的容量切换到高档位，反之，则控制所述有载调容开关将变压器的容量切换到低档位；配电数据生成单元，连接所述实时数据采集单元，对所采集的电压、电流数据进行分析统计，生成配电监测数据。
2、 根据权利要求l所述的可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其 特征在于，所述自动调容控制单元包括遥信接收单元，连接所述有载调容开关，获取所述有载调容开关所处的 档位状态；切换决策单元，连接所述遥信接收单元和所述负载比较单元，如果实时 负载大于调档定值且所述有载调容开关处于低档位，则控制所述有载调容开 关将变压器的容量切换到高档位；如果实时负载小于调档定值且所述有载调 容开关处于高档位，则控制所述有载调容开关将变压器的容量切换到低档位。
3、 根据权利要求2所述的可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其 特征在于，所述配电数据生成单元包括电能计量单元，根据采集的实时电压、电流数据，生成有功电量及无功负载分析单元，对采集的实时电压、电流数据进行分析，生成负载统计 信息。
4、 根据权利要求2所述的可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其特征在于，所述控制器还包括相序监测保护单元，连接所述变压器和所述自动调容控制单元，当变压 器的三相电压相序出现异常时，禁止所述有载调容开关对所述变压器的档位进行切换；负载监测保护单元，连接所述实时数据采集单元，当电压或电流不满足 额定值范围时，禁止所述有载调容开关对所述变压器的档位进行切换；启动控制单元，连接所述变压器和所述自动调容控制单元，当检测到变 压器重启时，控制所述有载调容开关将变压器切换至高档位。
5、 根据权利要求l所述的可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其 特征在于，所述控制器还包括温度传感器，实时感测所述控制器的温度；温度调节控制单元，连接所述温度传感器，当感测的温度不满足预定范 围时，发出温度调节指令；温度调节器件，接收所述温度调节指令，对控制器的温度进行调节。
6、 根据权利要求l所述的可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其 特征在于，所述控制器还包括延时调档单元，连接所述自动调容控制单元，当满足档位切换的条件时 启动预设的定时器，如果到达预设时间内仍一直满足档位切换的条件则进行 档位切换，否则保持原档位；延时设置单元，连接所述延时调档单元，用于根据所述变压器类型设置 延时的长度。
7、 根据权利要求l所述的可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其 特征在于，所述控制器还包括调档定值单元，连接所述负载比较单元，根据所述变压器的类型，设置 所述调档定值。
8、 根据权利要求l所述的可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其特征在于，所述控制器还包括-工作模式选择单元，提供用户选择进行手动调档或自动调档； 工作模式执行单元，连接所述工作模式选择单元和所述自动调容控制单 元，如果选择手动调档，则禁止所述自动调容控制单元对所述有载调容开关 的切换进行控制；如果选择自动调档，则允许所述自动调容控制单元对所述 有载调容开关的切换进行控制。
9、 根据权利要求l-8中任意一项权利要求所述的可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其特征在于，所述控制器还包括数据记录单元，记录所述控制器运行时获取和生成的数据，并提供对外 数据检索接口；数据传输单元，将所述获取和生成的数据通过有线或无线方式传输给远 端的服务器。
10、 根据权利要求9所述的可进行配电监测的有载调容变综合控制器，其 特征在于，所述运行数据记录单元还包括配电数据记录单元，连接所述配电数据生成单元，记录生成的配电数据； 幵关动作记录单元，连接所述自动调容控制单元，实时记录所述有载调容开关的切换动作信息；故障信息记录单元，实时记录所述变压器、所述有载调容开关以及所述控制器的运行故障信息。
专利摘要本实用新型提供一种可进行配电监测的有载调容变综合控制器。所述控制器包括实时数据采集单元，连接变压器，实时采集变压器低压侧的电压和电流数据；实时负载生成单元，连接实时数据采集单元，根据实时采集的电压和电流数据生成实时负载；负载比较单元，与实时负载生成单元连接，将实时负载与预设的调档定值进行比较，生成比较结果；自动调容控制单元，连接负载比较单元以及变压器的有载调容开关，如果实时负载大于调档定值，则控制有载调容开关将变压器的容量切换到高档位，反之，则控制有载调容开关将变压器的容量切换到低档位；配电数据生成单元，连接实时数据采集单元，对所采集的电压、电流数据进行分析统计，生成配电监测数据。
文档编号H01F27/42GK201242932SQ20082010880
公开日2009年5月20日 申请日期2008年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者孙军平, 盛万兴, 范闻博 申请人:中国电力科学研究院;北京电研华源电力技术有限公司