一種基于多監(jiān)測傳感器融合的變壓器風冷控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于多監(jiān)測傳感器融合的變壓器風冷控制系統(tǒng)，包括在線監(jiān)測傳感器陣列、數(shù)據(jù)采集器、上位機處理系統(tǒng)和風冷系統(tǒng)控制傳動機構，所述上位機處理系統(tǒng)根據(jù)變壓器狀態(tài)向量，對變壓器設備狀態(tài)進行分析，確定風冷系統(tǒng)的運行方式，將相應的控制邏輯直接輸出至風冷系統(tǒng)控制傳動機構，控制相應的風冷設備進行動作。本發(fā)明能夠更全面分析變壓器運行狀態(tài)，保護變壓器運行安全，同時大幅提升風冷系統(tǒng)運行效率及效果。
【專利說明】—種基于多監(jiān)測傳感器融合的變壓器風冷控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力設備監(jiān)測與控制領域，尤其涉及一種基于多監(jiān)測傳感器融合的變壓器風冷控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]智能電網(wǎng)建設中，電力設備本體及附件的智能化是基礎和重點。變壓器風冷系統(tǒng)是交流變電站系統(tǒng)重要的輔助設備之一，其穩(wěn)定運行關系到整個系統(tǒng)的安全運行。變壓器風冷系統(tǒng)智能化改造在整個變壓器智能化升級中占據(jù)重要的地位。目前變壓器風冷系統(tǒng)(強油循環(huán)及風機的控制系統(tǒng))一般采用工作、輔助、備用及停止四種工作方式，當運行的風機故障時，投入備用風冷，而當主變油溫達到55°C或者主變負荷超過閾值，投入輔助風冷，現(xiàn)有控制策略是一種基于模擬量的簡單邏輯判斷方式，難以滿足變壓器智能化建設的具體要求。
[0003]目前，現(xiàn)有技術中尚無成熟的變壓器風冷智能控制裝置可供應用，不能滿足智能電網(wǎng)建設的迫切需求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于多監(jiān)測傳感器融合的變壓器風冷控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方法予以實現(xiàn):
[0005]一種基于多監(jiān)測傳感器融合的變壓器風冷控制系統(tǒng)，包括在線監(jiān)測傳感器陣列、數(shù)據(jù)采集器、上位機處理系統(tǒng)和風冷系統(tǒng)控制傳動機構，其中，
[0006]所述傳感器陣列用于對變壓器的多個狀態(tài)量進行在線監(jiān)測，得到變壓器狀態(tài)向量;
[0007]所述數(shù)據(jù)采集器將所述傳感器陣列獲得的變壓器狀態(tài)向量以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)議MODEBUS協(xié)議經數(shù)據(jù)總線傳送至上位機處理系統(tǒng)；
[0008]所述上位機處理系統(tǒng)根據(jù)變壓器狀態(tài)向量，對變壓器設備狀態(tài)進行分析，確定風冷系統(tǒng)的運行方式，將相應的控制邏輯直接輸出至風冷系統(tǒng)控制傳動機構，控制相應的風冷設備進行動作；
[0009]其中，所述對變壓器設備狀態(tài)進行分析包括:
[0010]a)變壓器內部平均油溫計算:利用上、中、下層油溫傳感器，經平均后獲得設備內部平均油溫值；
[0011]b)變壓器繞組熱點溫度計算:建立變壓器的等效熱路模型，計算得到熱點溫度的估算值；
[0012]c)負荷率計算:監(jiān)測設備電壓、電流，將實際負荷與額定負荷進行計算，獲得設備負荷率；
[0013]d)風冷系統(tǒng)中控制邏輯量的閾值設定，所述控制邏輯量包括所述平均油溫、熱點溫度和負荷率。[0014]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:能夠更全面分析變壓器運行狀態(tài)，保護變壓器運行安全，同時大幅提升風冷系統(tǒng)運行效率及效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]參照下面的說明，結合附圖，可以對本發(fā)明有最佳的理解。在附圖中，相同的部分可由相同的標號表不。
[0016]圖1為本發(fā)明的設計原理圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結構圖；
[0018]圖3-1至圖3-3為本發(fā)明基于變壓器平均油溫計算熱點溫度的熱路模型；
[0019]圖4為本發(fā)明對變壓器強油風冷控制邏輯；
[0020]圖5為本發(fā)明對變壓器風冷控制邏輯。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及示例性實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的示例性實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的適用范圍。
[0022]圖1為本發(fā)明的設計原理框圖。在線監(jiān)測傳感器陣列獲取變壓器設備的多個狀態(tài)信息，根據(jù)這些狀態(tài)信息，基于融合算法獲得設備內部狀態(tài)，依據(jù)設備內部狀態(tài)確定風冷系統(tǒng)優(yōu)化運行方式，并控制相應的風冷設備進行動作。
[0023](I)變壓器狀態(tài)信息
[0024]利用傳感器陣列對變壓器各狀態(tài)量進行在線監(jiān)測，得到油溫、繞組光纖測溫、油流速、油中水分、凝露溫度、油位、電壓及電流等狀態(tài)信息。具體而言，獲取監(jiān)測信號的方式為:將不同類型傳感器組成“陣列”，傳感器陣列獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集器以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)議MODEBUS協(xié)議經數(shù)據(jù)總線傳送至上位機處理系統(tǒng)。監(jiān)測數(shù)據(jù)主要用于綜合判斷變壓器的內部運行狀態(tài)，以供制定變壓器風冷系統(tǒng)的控制邏輯。具體地，傳感器陣列監(jiān)測的多個不同類型的狀態(tài)信息可以構成變壓器的工作狀態(tài)空間，每一個監(jiān)測樣本即為該狀態(tài)空間中的一個向量。該監(jiān)測樣本表征了變壓器在其工作狀態(tài)空間的中一個即時狀態(tài)，可以用于確定風冷系統(tǒng)的初始運行方式，例如初始投入啟動的風冷設備組數(shù)和作為輔助的風冷設備組數(shù)。
[0025]狀態(tài)信息經上位機處理系統(tǒng)分析處理后，確定風冷系統(tǒng)的運行方式，將相應的控制邏輯直接輸出至風冷系統(tǒng)控制傳動機構，其系統(tǒng)構成如圖2所示。
[0026](2)變壓器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集
[0027]數(shù)據(jù)采集器具體包括模擬前端和數(shù)字端兩部分組成。在一個特定實施例中，模擬前端由信號調理電路和20MHz采樣率的高速AD組成。數(shù)字端由FPGA和CPU (ARM)組成。FPGA通過串行總線接收AD數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA通過并行總線與CPU交換數(shù)據(jù)，接收CPU的配置參數(shù)、發(fā)送顯示數(shù)據(jù)給CPU5CPU主要負責實現(xiàn)用戶接口(顯示、鍵盤)及各種通信接口(USB、LAN等)。20MHz采樣率AD與FPGA通過串行數(shù)據(jù)線接口，使用XILINX Virtex_5\6實現(xiàn)高數(shù)數(shù)據(jù)傳輸，CPU使用工業(yè)級的ATMEL AT91SAM9G45。
[0028](3)變壓器狀態(tài)信息分析
[0029]分別采用如下方法對變壓器設備狀態(tài)進行分析:[0030]a)變壓器內部平均油溫計算:由于變壓器結構復雜，運行時會產生大量電磁干擾和噪聲，依靠傳統(tǒng)熱電傳感器很難測量到準確的變壓器內部油溫值。本發(fā)明利用上、中、下層油溫傳感器，經平均后獲得設備內部平均油溫值，此方法較傳統(tǒng)技術利用設備頂層油溫更為符合設備的實際運行工況。
[0031]b)變壓器繞組熱點溫度計算:根據(jù)變壓器發(fā)熱和散熱理論，結合設備絕緣結構，
基于平均油溫熱路模型，建立變壓器的等效熱路模型，如圖3-1至圖3-3所示。圖中(a)為
熱點和熱油區(qū)熱路模型；(b)為底層油溫和熱油區(qū)域熱路模型；(c)為底層油溫熱路模型。
模型(c)中求出的節(jié)點溫度值可視作是模型(b)的環(huán)境溫度，依此類推，可最終得到熱點溫
度的估算值。三個熱路中的總熱源q = qfe+qCu視為相同，是變壓器施加的總負載；(a)、(b)
中的熱電容Chs_toil、Ch()il_Mil分別代表變壓器內油與鐵心及繞組的總熱電容，(C)中熱電容
CnroilS變壓器油的熱電容；ehs、θ —及Qnroil*別為環(huán)境溫度、底層油溫以及繞組熱點區(qū)
域溫度?；谏鲜龆x和圖中描述，假設變壓器內外傳熱均勻，可列出如下表達式:
[0032]
【權利要求】
1.一種基于多監(jiān)測傳感器融合的變壓器風冷控制系統(tǒng)，包括在線監(jiān)測傳感器陣列、數(shù)據(jù)采集器、上位機處理系統(tǒng)和風冷系統(tǒng)控制傳動機構，其中， 所述傳感器陣列用于對變壓器的多個狀態(tài)量進行在線監(jiān)測，得到變壓器狀態(tài)向量； 所述數(shù)據(jù)采集器將所述傳感器陣列獲得的變壓器狀態(tài)向量以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)議MODEBUS協(xié)議經數(shù)據(jù)總線傳送至上位機處理系統(tǒng)； 所述上位機處理系統(tǒng)根據(jù)變壓器狀態(tài)向量，對變壓器設備狀態(tài)進行分析，確定風冷系統(tǒng)的運行方式，將相應的控制邏輯直接輸出至風冷系統(tǒng)控制傳動機構，控制相應的風冷設備進行動作； 其中，所述對變壓器設備狀態(tài)進行分析包括: a)變壓器內部平均油溫計算:利用上、中、下層油溫傳感器，經平均后獲得設備內部平均油溫值； b)變壓器繞組熱點溫度計算:建立變壓器的等效熱路模型，計算得到熱點溫度的估算值； c)負荷率計算:監(jiān)測變壓器設備電壓、電流，將實際負荷與額定負荷進行計算，獲得設備負荷率； d)風冷系統(tǒng)中控制 邏輯量的閾值設定，所述控制邏輯量包括所述平均油溫、熱點溫度和負荷率。
2.根據(jù)權利要求1所述的變壓器風冷控制系統(tǒng)，其中，所述等效熱路模型包括三個熱路模型:(a)熱點和熱油區(qū)熱路模型；(b)底層油溫和熱油區(qū)域熱路模型；和(C)底層油溫熱路模型，利用如下表達式表示:
3.根據(jù)權利要求1所述的變壓器風冷控制系統(tǒng)，其中，所述多個狀態(tài)量包括油溫、繞組光纖測溫、油流速、油中水分、凝露溫度、油位、電壓及電流。
4.根據(jù)權利要求1所述的變壓器風冷控制系統(tǒng)，其中，所述閾值的設定通過兩個方式實現(xiàn):(i)根據(jù)經驗公式進行人工設定；或(ii)在預定時間周期內對控制變量的估算結果進行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計值進行設定。
5.根據(jù)權利要求1所述的變壓器風冷控制系統(tǒng)，其中，優(yōu)選地，所述閾值設為兩級，一級閾值取為所述控制邏輯量的統(tǒng)計平均值與3倍方差之和，二級閾值取為所述控制邏輯量的統(tǒng)計平均值與6倍方差之和。
6.根據(jù)權利要求1所述的變壓器風冷控制系統(tǒng)，其中，所述風冷系統(tǒng)的風冷方式包括強油循環(huán)風冷和風機風冷，分別對應不同電壓等級和容量的變壓器。
7.根據(jù)權利要求6所述的變壓器風冷控制系統(tǒng)，其中，所述控制邏輯為:如果當前熱點溫度估算值超過一級閾值，則在當前啟動的潛油泵或風機組數(shù)的基礎上增加一組相應的潛油泵或風機；進一步地，如果油溫或負荷率超過二級閾值，則繼續(xù)投入一組輔助潛油泵或風機。
8.根據(jù)權利要 求1所述的變壓器風冷控制系統(tǒng)，其中，上位機處理系統(tǒng)還包括圖形界面顯示單元，以圖形界面來顯示監(jiān)測對象的運行情況。
【文檔編號】G05B19/042GK103808361SQ201310476464
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年10月13日 優(yōu)先權日:2013年10月13日
【發(fā)明者】董明, 任明, 鄧彥國, 楊寧, 王鴻杰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院, 西安交通大學, 遼寧省電力有限公司電力科學研究院