淺談電力設計中無功補償自控方案的應用

摘 要：隨著社會科技的迅速發(fā)展，我國的電力行業(yè)也因此取得了十分顯著的發(fā)展成就。在高新科技的帶動下，電力行業(yè)為了能夠不斷提升自身的核心競爭力，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，開始不斷引用先進的電力設備與技術(shù)，而大型的電力設備的應用卻帶來了新的問題，使電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性堪憂，由此，無功補償自控方案應運而生。本文對典型無功補償自控方案進行了較為相近的說明和介紹，主要包括電子式自動補償控制方案、單片機控制技術(shù)的無功補償方案以及基于PLC控制的無功補償自控方案這三大類別；接下來，又對這些無功補償自控方案加以比較，得出基于PLC控制的無功補償自控方案效果最優(yōu)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：電力設計 無功補償 補償方案

中圖分類號：F407 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0109-01

近幾年來，快速的經(jīng)濟發(fā)展對電力行業(yè)的科技進步提出了更高的要求。在科技創(chuàng)新的驅(qū)動下，許多電力企業(yè)開始大規(guī)模使用異步電動機和變壓器來協(xié)助完成電力系統(tǒng)的運行。目前，大型可控硅裝置已走上應用軌道，而大量存在的沖擊性負荷功率又極大，這就導致了電力系統(tǒng)的因數(shù)降低，同時電壓變得不穩(wěn)定。針對這一情況，可采取功補償自控方案來解決上述問題，提高功率因數(shù)，降低設備損耗，使電壓波動趨于平穩(wěn)，在長距離輸電工作中維持其較高的供電質(zhì)量。

1 典型無功補償自控方案

1.1 電子式自動補償控制方案

電子式自動補償方案已經(jīng)有較長的發(fā)展歷史，這種方案所完成的無功補償工作是由分立元件組合而成的自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。自動控制系統(tǒng)是由相位、電流檢測單元、無功運算、比較單元、投切單元以及電容器設備組裝得來。其中，投切單元所配備的開關(guān)使用了交流接觸器，反應靈活。但這一系統(tǒng)的不足之處也很明顯，由于整體設備的零部件過多，造成其體型笨重，因而在面臨檢修工作時會帶來一定的不便，使得檢修過程更加復雜。同時，龐大的體積也會使安全可靠指數(shù)下降，并嚴重影響其反應速度[1]。在投切的過程當中，會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊力，從而縮短其使用壽命。更為嚴重的是，有些企業(yè)的設備不能完成修復，而只能依靠人工操作來實現(xiàn)控制。

1.2 單片機控制技術(shù)的無功補償方案

此方案主要包括兩種控制技術(shù)，即基于ATmega16單片機控制技術(shù)的無功補償方案及基于ADμc812單片機控制技術(shù)方案。其中，基于ATmega16單片機的控制技術(shù)的系統(tǒng)的組成包括信號調(diào)理模塊、控制補償模塊、液晶顯示模塊以及鍵盤等多個部件組成。部件中的芯片ATmega16是一種結(jié)構(gòu)較強且消耗功率較低的微型控制器。這種控制器的指令集十分先進，且單位時間內(nèi)完成的指令效率極高，其數(shù)據(jù)吞吐率可達1MIPS/MHZ，這樣就有效緩解了系統(tǒng)在功率消耗和速度維持這兩方面的矛盾[2]。與此同時，ATmega16單片機的AVR內(nèi)核中設置的指令集十分全面，擁有32個常用工作寄存器，這些寄存器均與運算邏輯單元進行一次性連接，使得一條指令在一個單位周期內(nèi)完成對兩個獨立寄存器的訪問成為可能。這種結(jié)構(gòu)的合理性在于對提升代碼效率方面作用極大，并能夠達到10倍于普通控制器的數(shù)據(jù)吞吐率。這些優(yōu)勢主要得益于芯片運算能力強和完善的快速檢測、實時補償及配變檢測等實用功能。

AVR對信號的處理流程為：首先對A/D轉(zhuǎn)換器向外輸送的信號進行樣本采集，并將樣本信號實施FFT算法的運算處理，主要是計算功率因數(shù)、電壓及電流等指數(shù)；接下來對電壓情況進行判斷，及時發(fā)現(xiàn)電壓過大或電壓虧欠的問題，避免電流低于零的現(xiàn)象；然后將得出的結(jié)果作為依據(jù)，認真分析，從而對電容器的去留做出判斷；最后要計算出無功功率應獲得補償?shù)念~度，從而發(fā)出投切或輸出等相應指令。

1.3 基于PLC控制的無功補償自控方案

PLC控制技術(shù)是一種新興的以微機技術(shù)為依托的電力控制設備。這一設備以傳統(tǒng)的續(xù)電器及觸器自控系統(tǒng)為基礎框架，其技術(shù)核心在于PLC控制技術(shù)。這一技術(shù)支持下的無功補償自控方案沿襲了原系統(tǒng)的主回路、相角檢測回路、輸出電路及供應電源，而采用PLC控制技術(shù)的部分則主要包括加減法電平轉(zhuǎn)換、延時電路、時鐘脈沖發(fā)生器、可逆計數(shù)器、清零電路以及譯碼器等硬件設備。相角檢測電路的輸出信號不強，因而難以成功驅(qū)動PLC的輸入。因此要對此信號進行放大處理，使其成為PLC能夠識別的信號。按照系統(tǒng)指示，使用PLC軟件進行自動化控制。應注意的是，原有電路中的三極管開關(guān)電路會受到輸出點容量的制約，因此應將其置于中間做為輸出電路使用。

2 無功補償自控方案比較

經(jīng)過上述的一系列分析，可以看出，各類自動補償方案都有其各自的局限性。其中，傳統(tǒng)電子式自動補償控制方案具有較復雜的電路線路，響應速度較差，運行可靠性不夠；而單片機控制下的無功補償方案在面對外界干擾時的防控能力不足，用于中高壓無用功補償領域時缺乏安全保障。另外，變電站的輻射區(qū)域與電壓等級息息相關(guān)，等級越高，輻射的范圍越大，故障的嚴重程度也就越大；最后是基于PLC控制技術(shù)的補償方案，不但組態(tài)快捷便利，又極易擴展，運行中會更加可靠，同時又能最大程度地防止干擾[3]。由于其線路比較簡單，因此在進行檢修時也更加便于操作。因此可以說，基于PLC控制技術(shù)的無功自動補償方案是目前所有補償技術(shù)中的最佳方案。

3 結(jié)論

本文通過對電力設計中無功補償自控方案進行分析，對多種典型無功補償自控方案分別進行了研究和對比，總結(jié)出其各自的優(yōu)點和缺陷。在對這一系列方案進行分析之后，指出基于PLC控制技術(shù)的無功自動補償方案具有最為明顯的優(yōu)勢，理應成為電力企業(yè)的首選方案。

參考文獻

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[2]李新宇，鄧先明，吳響，等.基于VO-DPC的STATCOM究[J].電測與儀表，2010，12（17）：289-290.

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