基于PLC的静止动态无功补偿系统的设计与实现

2016-08-11周明江刘永梅

淮北职业技术学院学报 2016年4期

关键词：可编程控制器无功补偿

周明江，刘永梅

(1.淮北职业技术学院电子信息工程系，安徽淮北　235000；2.国网濉溪县供电公司，安徽淮北　235000)

基于PLC的静止动态无功补偿系统的设计与实现

周明江1，刘永梅2

(1.淮北职业技术学院电子信息工程系，安徽淮北235000；2.国网濉溪县供电公司，安徽淮北235000)

摘要：针对农村低压电网功率因数较低的现状提出了基于可编程序控制器的低压系统静止动态无功功率补偿(SVG)的设计方案。在补偿装置的投切控制上，采用了功率因数和无功功率共同控制的方法，避免了单一参数控制的缺点。对电网冲击小，抗干扰能力强，精度高, 有响应快，对环境适应性强等是该补偿装置具有的明显优点，特别适用于目前企业用户和农村电力用户进行无功功率补偿。

关键词：无功补偿；可编程控制器；SVG

0引言

SVG是静止无功发生器的简称，它采用了IGBT等全控型器件进行电流控制，能实现动态的无功补偿，响应速度快，而且没有运动部件，在低压系统中有很高的实用价值。

1控制系统硬件设计

1.1控制系统硬件设计概述

并联于电网中的基于PLC的静态无功补偿系统(SVG)，可以看作一个无功电流源，且其值可调，它根据系统的负荷特点能输出感性电流，从而补偿用户所需感性无功功率。

SVG对无功功率控制的核心部件是IGBT，通过桥式电路，并联在电网上，PLC根据测量所得用户无功功率实时调节电桥交流侧输出电压的幅值和相位，也可以控制交流侧电流的幅值、相位，从而实现对系统进行动态无功补偿的目的。其系统组成如图1-1所示。

图1-1　系统原理框图

1.2控制系统核心器件的选型

PLCS7-200的CPU模块226，模拟量扩展模块选用EM235。

1.3检测电路设计

1.3.1概述

将电压互感器和电流互感器接到变压器二次侧的电路中。电压互感器和电流互感器的二次侧输出接到过零比较器中，过零比较器对波形进行处理，通过过零比较器将电路中的正弦波变成方波，然后输出到PLC当中，用PLC函数进行计算，计算出电网中的功率因数cosφ和sinφ。与此同时，电压变送器和电流变送器也接到变压器二次侧，把检测到的信号输入到PLC的A/D转换模块，转换之后输入到PLC当中，由此计算出电网中的电压和电流。根据公式Q=U×Isinφ计算出需要补偿的无功功率。

身处于福建教案漩涡中心的艾儒略，是继利玛窦之后，最为著名的耶稣会传教士，他在福建传教事业的成功不仅应当归功于耶稣会的“合儒”政策和其过人的学识及宗教献身精神，更应当功于福建官员和大量底层知识分子和教徒的支持[注]艾儒略在闽交往的人物达到200多人。林金水：《艾儒略与福建士大夫交游表》，《中外关系史论丛》1996年第5辑，第182—203页。。

1.3.2相位检测电路设计

1.3.2.1设计测量相位的方案

主要由相位检测电路和电流检测电路组成。用于检测电网中所减少的无功损耗，从而使系统决定无功补偿量的大小。

1.3.2.2相位判别检测电路

相位差就是电压超前或滞后电流的差值，在本设计中我们不但要测量出相位差的大小还要判断出电压超前还是滞后，首先对相位差进行测量。

取自现场的电压、电流信号，它们的频率相同，相角差θ=φ1—φ2反应了功率因数的大小，将此电压和电流的正弦波信号变换为方波信号，经过异或门运算后，再和晶振产生的基准方波信号A与运算得到脉冲信号B。用计数器对基准方波信号A、B中脉冲的个数计数，得到结果为Na、Nb，则其相位差计算公式为θ=180°·Nb/Na。

1.3.2.3相位极性判别电路设计

1.3.2.4过零比较器

过零比较器用的芯片是μA741。过零比较器的作用是将电压互感器和电流互感器测量的正弦波变成方波。

1.3.3电压模拟量检测电路的设计

电压变送器是电压模拟量检测用时的重要器件，电压互感器的信号不能直接送到后续电路，必须由电压变送器进行必要转换。电压变送器选用PAS公司的JTU1-C51-500P1O1。真有效值交流电压变送器是一种利用电磁感应(互感)原理将被测交流电压采集，进行TRMS(真有效值 True RMS)运算后，将原边电压转换成与原边电压成比例输出的直流电流或直流电压信号的测量模块。

1.3.4电流模拟量检测电路的设计

PLC计算无功功率必须依赖电流的精确测量，电流变送器是选用PAS公司的HJID-C31-1000P1O1。交流电流变送器是一种利用霍尔效应、开环测量原理将被测电流转换成与原边电流成比例输出的直流电流或电压的测量模块，原副边之间高度绝缘。

1.4PLC控制电路设计

PLC的的I/O电路图见图1-2。