基于PLC的靜止動態(tài)無功補償系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

周明江，劉永梅

(1.淮北職業(yè)技術(shù)學院 電子信息工程系，安徽 淮北　235000；2.國網(wǎng)濉溪縣供電公司，安徽 淮北　235000)

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基于PLC的靜止動態(tài)無功補償系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

周明江1，劉永梅2

(1.淮北職業(yè)技術(shù)學院 電子信息工程系，安徽 淮北235000；2.國網(wǎng)濉溪縣供電公司，安徽 淮北235000)

摘要：針對農(nóng)村低壓電網(wǎng)功率因數(shù)較低的現(xiàn)狀提出了基于可編程序控制器的低壓系統(tǒng)靜止動態(tài)無功功率補償(SVG)的設(shè)計方案。在補償裝置的投切控制上，采用了功率因數(shù)和無功功率共同控制的方法，避免了單一參數(shù)控制的缺點。對電網(wǎng)沖擊小，抗干擾能力強，精度高, 有響應快，對環(huán)境適應性強等是該補償裝置具有的明顯優(yōu)點，特別適用于目前企業(yè)用戶和農(nóng)村電力用戶進行無功功率補償。

關(guān)鍵詞：無功補償；可編程控制器；SVG

0引言

SVG是靜止無功發(fā)生器的簡稱，它采用了IGBT等全控型器件進行電流控制，能實現(xiàn)動態(tài)的無功補償，響應速度快，而且沒有運動部件，在低壓系統(tǒng)中有很高的實用價值。

1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計概述

并聯(lián)于電網(wǎng)中的基于PLC的靜態(tài)無功補償系統(tǒng)(SVG)，可以看作一個無功電流源，且其值可調(diào)，它根據(jù)系統(tǒng)的負荷特點能輸出感性電流，從而補償用戶所需感性無功功率。

SVG對無功功率控制的核心部件是IGBT，通過橋式電路，并聯(lián)在電網(wǎng)上，PLC根據(jù)測量所得用戶無功功率實時調(diào)節(jié)電橋交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，也可以控制交流側(cè)電流的幅值、相位，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)進行動態(tài)無功補償?shù)哪康摹Ｆ湎到y(tǒng)組成如圖1-1所示。

圖1-1　系統(tǒng)原理框圖

1.2控制系統(tǒng)核心器件的選型

PLCS7-200的CPU模塊226，模擬量擴展模塊選用EM235。

1.3檢測電路設(shè)計

1.3.1概述

將電壓互感器和電流互感器接到變壓器二次側(cè)的電路中。電壓互感器和電流互感器的二次側(cè)輸出接到過零比較器中，過零比較器對波形進行處理，通過過零比較器將電路中的正弦波變成方波，然后輸出到PLC當中，用PLC函數(shù)進行計算，計算出電網(wǎng)中的功率因數(shù)cosφ和sinφ。與此同時，電壓變送器和電流變送器也接到變壓器二次側(cè)，把檢測到的信號輸入到PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換之后輸入到PLC當中，由此計算出電網(wǎng)中的電壓和電流。根據(jù)公式Q=U×Isinφ計算出需要補償?shù)臒o功功率。

身處于福建教案漩渦中心的艾儒略，是繼利瑪竇之后，最為著名的耶穌會傳教士，他在福建傳教事業(yè)的成功不僅應當歸功于耶穌會的“合儒”政策和其過人的學識及宗教獻身精神，更應當功于福建官員和大量底層知識分子和教徒的支持[注]艾儒略在閩交往的人物達到200多人。林金水：《艾儒略與福建士大夫交游表》，《中外關(guān)系史論叢》1996年第5輯，第182—203頁。。

1.3.2相位檢測電路設(shè)計

1.3.2.1設(shè)計測量相位的方案

主要由相位檢測電路和電流檢測電路組成。用于檢測電網(wǎng)中所減少的無功損耗，從而使系統(tǒng)決定無功補償量的大小。

1.3.2.2相位判別檢測電路

相位差就是電壓超前或滯后電流的差值，在本設(shè)計中我們不但要測量出相位差的大小還要判斷出電壓超前還是滯后，首先對相位差進行測量。

取自現(xiàn)場的電壓、電流信號，它們的頻率相同，相角差θ=φ1—φ2反應了功率因數(shù)的大小，將此電壓和電流的正弦波信號變換為方波信號，經(jīng)過異或門運算后，再和晶振產(chǎn)生的基準方波信號A與運算得到脈沖信號B。用計數(shù)器對基準方波信號A、B中脈沖的個數(shù)計數(shù)，得到結(jié)果為Na、Nb，則其相位差計算公式為θ=180°·Nb/Na。

1.3.2.3相位極性判別電路設(shè)計

1.3.2.4過零比較器

過零比較器用的芯片是μA741。過零比較器的作用是將電壓互感器和電流互感器測量的正弦波變成方波。

1.3.3電壓模擬量檢測電路的設(shè)計

電壓變送器是電壓模擬量檢測用時的重要器件，電壓互感器的信號不能直接送到后續(xù)電路，必須由電壓變送器進行必要轉(zhuǎn)換。電壓變送器選用PAS公司的JTU1-C51-500P1O1。真有效值交流電壓變送器是一種利用電磁感應(互感)原理將被測交流電壓采集，進行TRMS(真有效值 True RMS)運算后，將原邊電壓轉(zhuǎn)換成與原邊電壓成比例輸出的直流電流或直流電壓信號的測量模塊。

1.3.4電流模擬量檢測電路的設(shè)計

PLC計算無功功率必須依賴電流的精確測量，電流變送器是選用PAS公司的HJID-C31-1000P1O1。交流電流變送器是一種利用霍爾效應、開環(huán)測量原理將被測電流轉(zhuǎn)換成與原邊電流成比例輸出的直流電流或電壓的測量模塊，原副邊之間高度絕緣。

1.4PLC控制電路設(shè)計

PLC的的I/O電路圖見圖1-2。

圖1-2　PLC的I/O接線原理圖

1.4.1主電路設(shè)計

SVG主電路圖如圖1-3，主電路中主要的器件就是功率單元，由控制電路PLC發(fā)出指令，然后送給功率單元的開關(guān)IGBT，開關(guān)IGBT導通之后，根據(jù)輸入的電壓，輸出相位相反的電壓,經(jīng)過串聯(lián)的電抗器，送回到電路中去。

圖1-3　SVG主電路圖

2軟件設(shè)計

主程序流程圖如圖2-1所示，子程序流程圖不再贅述。

圖2-1　主程序流程圖

3結(jié)束語

可靠性高、操作容易的SVG，滿足低壓配電用戶提高功率因數(shù)的迫切需要。新型全控型的IGBT是本設(shè)計主電路的核心器件，采用高可靠性的、能耐受惡劣環(huán)境的PLC控制無功補償功率的產(chǎn)生，基本滿足了各方面的要求。

參考文獻：

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[3]廖常初.PLC編程及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

責任編輯：陳靜

收稿日期：2016-04-25

基金項目：本文系現(xiàn)代電子技術(shù)實訓(實驗)中心(編號： 2013sxzx033)、省特色專業(yè)“汽車電子技術(shù)專業(yè)”(編號：2013tszy060)和安徽省高等學校省級質(zhì)量工程項目“卓越汽車電子工程師人才教育培養(yǎng)計劃”(編號：2015zjjh051)階段性研究成果。

作者簡介：1.周明江(1980-)，男，安徽淮北人，工程師，碩士，研究方向為計算機工程、計算機控制方面教學與研究；2.劉永梅(1976-)，女，安徽淮北人，工程師，研究領(lǐng)域為電子電氣工程技術(shù)。

中圖分類號：TP202

文獻標識碼：A

文章編號：1671-8275(2016)04-0127-02