高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制仿真研究

姜楠

摘要：近年來(lái)，隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)供電的質(zhì)量以及電能的需求也越來(lái)越高。變電站內(nèi)的高壓開(kāi)關(guān)柜作為電力系統(tǒng)重要電氣設(shè)備，承擔(dān)著關(guān)合及斷開(kāi)高壓變電站電力線路、保護(hù)電力系統(tǒng)安全的雙重作用，對(duì)高壓變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有特別重要的作用。近年來(lái)，在高壓變電站開(kāi)關(guān)柜長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，由于開(kāi)關(guān)柜觸頭接觸位置過(guò)熱已發(fā)生過(guò)多起開(kāi)關(guān)柜溫度過(guò)熱事故，由此產(chǎn)生的火災(zāi)以及大面積停電情況不在少數(shù)。因此，如何實(shí)時(shí)在線控制高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)觸頭溫度成為電力系統(tǒng)需要解決的難點(diǎn)問(wèn)題之一。

關(guān)鍵詞：高壓變電站;開(kāi)關(guān)柜;溫度實(shí)時(shí)控制;仿真研究

引言

對(duì)高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度的實(shí)時(shí)控制，能夠有效保證高壓變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)開(kāi)關(guān)柜溫度的實(shí)時(shí)控制，需要對(duì)采集的開(kāi)關(guān)柜溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，改變負(fù)載電壓的有效值，完成對(duì)開(kāi)關(guān)柜溫度的實(shí)時(shí)控制。傳統(tǒng)方法研究了高壓變電站開(kāi)關(guān)柜階段性溫度變化特性，獲取時(shí)間最優(yōu)控制機(jī)制，但忽略了改變負(fù)載電壓的有效值，導(dǎo)致控制精度偏低。提出基于差分進(jìn)化的高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制方法。將所檢測(cè)的高壓變電站開(kāi)關(guān)柜對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入控制器中，計(jì)算出該電壓信號(hào)相應(yīng)的溫度值，對(duì)采集的開(kāi)關(guān)柜溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，改變負(fù)載電壓的有效值，針對(duì)開(kāi)關(guān)柜溫度控制超調(diào)情況，建立多目標(biāo)優(yōu)化控制模型，利用差分進(jìn)化算法對(duì)該多目標(biāo)優(yōu)化控制模型進(jìn)行求解，通過(guò)開(kāi)關(guān)柜溫度控制器參數(shù)的在線調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法控制精度較高。

1概述

高壓變電站溫度控制具有非線性、多擾動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)溫度要求較高，采用傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)有效控制，例提出一種基于自適應(yīng)逆控制的高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度在線控制方法。該方法將反饋控制器與可自適應(yīng)調(diào)整的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器相結(jié)合，共同作用于高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制過(guò)程中，能滿足高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制的自適應(yīng)性和未確定性要求。該方法動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較優(yōu)，但存在高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度控制穩(wěn)態(tài)誤差大的問(wèn)題采用模糊控制技術(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合應(yīng)用于高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制的方法，組建了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合的高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度智能控制模型，并給出了開(kāi)關(guān)柜溫度控制的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。該方法具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，但存在控制精度較差的問(wèn)題?；跁r(shí)間最優(yōu)的高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制方法。首先研究了高壓變電站開(kāi)關(guān)柜階段性溫度變化特性，提出微分PID控制與Bang-Bang控制相融合的方法，以時(shí)間最優(yōu)控制機(jī)制對(duì)高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。該方法控制精度較高，但存在成本過(guò)高的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種基于差分進(jìn)化的高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法為實(shí)現(xiàn)高壓變電站的無(wú)人值守提供了優(yōu)越的技術(shù)保障。

2高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制方法

2.1高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度控制模型的建立

首先將所檢測(cè)的高壓變電站開(kāi)關(guān)柜對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入控制器中，在控制器中計(jì)算出該電壓信號(hào)相應(yīng)的溫度值，采用算術(shù)平均濾波和一階遞推濾波相結(jié)合的方式對(duì)采集的開(kāi)關(guān)柜溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，通過(guò)控制高壓變電站開(kāi)關(guān)柜觸頭晶閘管在控制周期內(nèi)的觸發(fā)角或是導(dǎo)通角，改變負(fù)載電壓的有效值實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜溫度控制，具體過(guò)程如下所述：由于高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度采樣精度，A/D轉(zhuǎn)換精度的限制，以及高壓電網(wǎng)線路干擾的多方面影響，服務(wù)器接受到變電站開(kāi)關(guān)柜溫度信號(hào)后需要進(jìn)行數(shù)字濾波處理，采用算術(shù)平均濾波和一階遞推濾波相結(jié)合的方式對(duì)開(kāi)關(guān)柜溫度信號(hào)進(jìn)行濾波處理.

2.2開(kāi)關(guān)柜溫度控制器參數(shù)的在線優(yōu)化

在進(jìn)行高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制過(guò)程中，針對(duì)3.1節(jié)可能出現(xiàn)的開(kāi)關(guān)柜溫度控制超調(diào)情況，建立了以開(kāi)關(guān)柜溫度控制偏差、偏差變化率和調(diào)節(jié)時(shí)間為目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化控制模型，利用差分進(jìn)化算法對(duì)該多目標(biāo)優(yōu)化控制模型進(jìn)行求解，通過(guò)開(kāi)關(guān)柜溫度控制器參數(shù)的在線調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制。

3變電站開(kāi)關(guān)柜常見(jiàn)問(wèn)題解決措施分析

3.1提高變電站開(kāi)關(guān)柜絕緣性能

從上面闡述內(nèi)容中能夠明確變電站絕緣等級(jí)差主要是由于開(kāi)關(guān)柜的生產(chǎn)不過(guò)關(guān)、存在偷工減料情況。由此，要想提高變電站開(kāi)關(guān)柜絕緣性能就要從設(shè)備的生產(chǎn)方面入手，這是解決這一問(wèn)題的根本。在變電站開(kāi)關(guān)柜生產(chǎn)過(guò)程中要將其主材料選為阻燃絕緣材料，這一材料具有較好的絕緣作用，但是在絕緣材料選擇方面禁止選用酚醛樹(shù)脂和聚碳酸脂等材料，這些材料的絕緣性能較差，一旦將其作為開(kāi)關(guān)柜主材料容易增加絕緣事件的發(fā)生幾率。除此之外在生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中要嚴(yán)格把控間隙的距離，避免出現(xiàn)過(guò)大或者過(guò)小情況，以免造成開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行短路。另外還需要通過(guò)不同方面綜合檢修處理降低絕緣安全事故的發(fā)生幾率。

3.2提高變電站開(kāi)關(guān)柜防爆、防護(hù)能力

從根本上提高變電站開(kāi)關(guān)柜防爆、防護(hù)能力是控制安全事故發(fā)生的關(guān)鍵。首先，在開(kāi)關(guān)柜安裝過(guò)程中要格外注意三處泄壓通道，要保證其處于完全通暢狀態(tài)，同時(shí)在變電站開(kāi)關(guān)柜日常檢修工作過(guò)程中也要將這一部分作為重點(diǎn)，確保只要開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行其泄壓通道就要順暢，避免出現(xiàn)柜內(nèi)高壓難以排泄的情況出現(xiàn)。其次，在開(kāi)關(guān)柜安裝過(guò)程中要嚴(yán)格按照要求裝卸鐵螺絲和塑料螺絲，確保每一顆螺絲的安裝位置均正確，降低柜內(nèi)短路情況出現(xiàn)的概率，避免柜內(nèi)出現(xiàn)瞬間高壓情況。最后，在變電站開(kāi)關(guān)柜生產(chǎn)過(guò)程中，在開(kāi)關(guān)柜表面及頂部可以留有小孔，但是要減少小孔的數(shù)量，其中將重要的開(kāi)關(guān)分合指示觀察孔、開(kāi)關(guān)小室觀察孔、測(cè)溫孔等留出來(lái)即可，這能夠從根本上提高開(kāi)關(guān)柜的防爆、防護(hù)能力。

3.3電壓處理

變電站開(kāi)關(guān)柜在進(jìn)行電壓處理方面，以原件電壓互感器的選擇最為關(guān)鍵，通常其主要選擇為在線電壓無(wú)顯示飽和的即可，這能夠從根本上避免開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)電壓互感器飽和過(guò)電壓情況，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)短路及安全事故等。另外，變電站開(kāi)關(guān)柜在日常工作中還容易受小動(dòng)物的影響造成電壓不穩(wěn)、短路等情況，在開(kāi)關(guān)柜的引線選擇方面要以特殊絕緣材料為主并將引線完全封閉包裝，防止因小動(dòng)物影響造成電壓不穩(wěn)、短路。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)高壓變壓站內(nèi)部環(huán)境對(duì)溫度的要求，提出一種基于差分進(jìn)化的高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制方法，通過(guò)采用算術(shù)平均濾波和一階遞推濾波相結(jié)合的方式對(duì)采集的開(kāi)關(guān)柜溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，針對(duì)開(kāi)關(guān)柜溫度控制超調(diào)情況，建立了以開(kāi)關(guān)柜溫度控制偏差、偏差變化率和調(diào)節(jié)時(shí)間為目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化控制模型，實(shí)現(xiàn)高壓變電站開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法控制響應(yīng)性較優(yōu)。

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