淺談PLC技術在無功功率補償控制系統中的重要性

摘 要：通過可編程序的控制器PLC對無功功率實現補償，不僅可以使電子式的自動補償控制裝置所存在的線路復雜、可靠性不高等問題得到解決，而且在對系統結構進行簡化的同時提高了可靠性，并且方便了對功率因素進行實時調整。文章主要通過對應用于無功功率補償

引言

長時間以來，無功功率的自動補償控制器在自動投切的過程中一直依靠電子線路對投切控制器進行控制來實現，但由于電子線路的可靠性不高且對電源電壓與工作環境都有著較高的要求，所以盡管其價格低廉，但依舊無法在實際的生產過程中進行長期使用，進而導致了現在自動補償的操作大多數依舊靠人工投切為主要方式。隨著可編程的控制器技術不斷發展，目前PLC正在向著廉價的方向邁進，而且通過光電隔離等多類新技術，使其可靠性與抗干擾能力得到了很大程度的提升。此外，由于其模擬量單元的性能穩定、價格低廉，這在很大程度上為在無功功率的自動補償控制設備中應用PLC技術提供了保障。

1 無功功率補償控制器

一般而言，傳統電子式的無功功率的自動補償控制裝置其工作原理較為復雜，如圖1所示。此類設備往往由無功功率的轉換單元、投切控制設備、過電壓保護設備以及檢測功率的因素值單元等部件所構成[1]。

1.1 無功功率轉換單元

此部件的作用只要是把已經檢測到大小的無功功率量轉變為電流值或電壓值，并將該值和已經設定的參考數值進行比較后發出，對電容器控制的信號進行切除或投入[2]。

1.2 投切控制

在傳統電子式的無功功率的自動補償控制裝置中，投切控制指的是將單元與電瓶比較后所誕生的投切控制的信號經由光電轉換再進入到其它的控制設備或單片機內，對與時序相對應的控制程序進行啟動，同時控制設備根據之前對程序規定的步驟，向接觸器與晶閘管發出通斷的指令。由于此類指令被進行了光電隔離與功率放大處理，所以能夠驅動交流接觸設備與晶閘管根據事先對程序的設定進行實時動作，進而確保電容器的投切操作能夠安全可靠的進行[3]。

1.3 過電壓保護

對于過電壓保護部件而言，其作用在于如果電網中某相電壓出現欠壓、過壓、電壓不平衡超過限制、諧波超過限制或欠流等情況時，能夠補償電容器進行快速的切除，從而保證設備免受損壞。

需要注意的是，因為電子線路容易受到外界干擾等因素的影響，在長期運行后容易導致故障產生，而且由于其不同部分控制的功能都需要通過電子的線路來進行，存在過程復雜和器件多等現象，所以當故障產生時，在短時間內很難尋找出發生故障的部位。當無功運算和檢測電路等電路問題產生時，難以對功率的自動補償控制裝置及時進行有效保護，而且如果繼電器或接觸器出現粘連情況時，系統也將無法進行有效的報警。

2 在投切電路中，PLC的工作原理

由于傳統電子式的無功功率的自動補償控制裝置自動化程度不高，所以PLC技術被進入到其投切的電路中。通過PLC技術所實現投切電路的結構較為簡單，如圖2所示?；诖祟惥€路的結構，無功功率的補償設備其條理變得清晰和容易理解，而且在原先的手動投切與自動投切基礎上，經由PLC設備內部CPU的時鐘日歷能夠對自動投切的實時控制進行實現。如果模擬單元或檢查電路發展了故障現象，也可以根據實時的時間作出自動投切。此外，倘若每天用戶的工作基本不變，那么在對功率因素的曲線作出實測后，就可以不需要使用模擬單元，因依靠圖中PLC的主機部分就能使自動投切得到實現，同時還能夠檢測到不同的接觸器狀態并對其進行相應的報警輸出與保護。

3 電路系統中自動切換程序的設計與選擇原則

在使用了PLC技術的無功功率的自動補償裝置中，電路系統內自動切換的程序設計和選擇原則，是在設計過程中所必須關注的問題。

3.1 程序設計

在對PLC進行編程的過程中，可以根據不同情況下所使用的不同功能進行分類，通常程序設計可以分為實時自動的投切流程（圖3）、手動投切的程序流程（圖4）和自動切換的程序流程（圖5）等三類。

3.2 選擇原則

除了程序設計以外，選擇原則同樣至關重要。由于電容器組中的投切能夠通過自動或手動的方式進行實現，所以其具體的補償方式需要求負載對象所決定。對于補償的低壓幾門無功且長期穩定與投切次數不高的成組高壓電容器而言，應該使用手動投切；而對于因輕載或補償過程中電壓較高而容易損壞設備的電容器組，則應該使自動投切。此外，如果高壓與低壓補償的效果一樣，那么應以低壓的自動補償設備為宜。

4 系統可靠性的處理

對于使用了PLC技術的無功功率的自動補償系統來說，此類系統通常由上位機的無線數據傳輸模塊、計算機、各類傳感器、天線等設備和下位機的PLC構成。由于上位機提供了優異的人機交互界面，下位機能夠直接參加現場控制，并且通過各類傳感設施實時采集數據和發出控制指令，實現下位機與上位機之間能夠及時通過無線數據的傳輸設備進行數據傳輸，從而達到了工作人員可以對全網內的設備進行管理和監控的目的。值得注意的是，在此系統中，硬件與軟件的可靠性極為重要。

4.1 硬件方面

盡管PLC自身對干擾有著較強的抵抗能力，但為了防止其輸出的接點不被大電流的接觸器啟動時的電流損壞，一般需要通過中間的光耦或繼電器進行隔離。為了系統在不同狀況中都能夠得到正常使用，在硬件的工作流程設計是就必須注意不同狀況中的關系（圖6）。

圖6 硬件可靠性處理的流程圖

4.2軟件方面

為了保證系統的可靠性得到提升，在中間的處理過程中通常使用軟件方法進行實現，不僅使系統得到了簡化，而且還是系統的故障率得到了降低。例如，在對過壓保護線路的故障進行設定與檢測的過程中，可以統括完善的編制軟件，避免系統中出現誤動作的現象，進而能夠防止故障的擴大。此外，如果發現系統或PLC出現故障，軟件還能夠為了防止誤動作的產生而停止系統的輸出。

5 結束語

綜上所述，和傳統電子式的無功功率的自動補償控制裝置相比，以PLC當做自動補償的控制設備不僅是成本得到了大范圍的降低，而且還極大程度的提升了系統的可靠性。所以，將PLC當作無功功率的自動補償的控制設備，其實用價值有著極大的潛力。

參考文獻

[1]殷紅松.《可編程序控制器》一體化教學應注意的幾個問題[J]. 現代技能開發，2008.

[2]張進峰，歐姆龍.CP1H可編程序控制器實訓平臺的開發及應用[J].蘇州市職業大學學報，2008.

[3]陳懷忠，劉健，韓承江. 基于PLC的新型變電站電壓無功補償裝置的研制[J].機電工程技術，2008.