【正文】 F2 A B C 圖 相位檢測波形圖 相位極性判別電路 通過對 波形 進(jìn)行一系列的 整形 的 之后，對 兩路輸出方波送入 D 觸發(fā)器 隨后便對其 相位極性 進(jìn)行 判別， 如若 U0超前 U1 時(shí)， Q 端輸出高電平，反之 則 輸出低電平 。 將此兩路正弦波 的 信號 再 經(jīng)過放大整形成 正方波信號 兩路占空比為 百分之五十 的 f f2， 通過 異或門輸出一個(gè)產(chǎn)生 脈沖序列 a， 這時(shí)它 與晶振 之間 基準(zhǔn)脈沖波 b 進(jìn)行調(diào)制后的 得到 波形 c。 4 同上 （ 3） 電網(wǎng)狀態(tài) 的 LED 顯示： 分別顯示當(dāng)前電壓、當(dāng)前電流、當(dāng)前功率因數(shù) 值； （ 4） 3 個(gè)按鈕： 對于 切換 位置的改變實(shí)施動(dòng)態(tài)的 顯示， V 顯示的是此刻的電壓值， 同樣的 I 顯示的是此刻的 電流值， φ 為當(dāng)前功率因 數(shù)的顯示 ； （ 5） 2 個(gè)按鈕：將 LED 顯示切換到預(yù)設(shè)功率因子狀態(tài)，分別預(yù)設(shè)功率因 數(shù)上限值 和下限值； （ 6） 2 個(gè)按鈕： 用于設(shè)定功率因 數(shù) 的操作鍵， “ +” 代表 功率因子加 “ ” ，“ —” 代表 功率因子減 “ ” ； （ 7） 2 個(gè)按鈕 ： 這些按鈕是用來方便對 cos? 設(shè)置 的操作鍵， “ +” 為 增 加“ ” ， 而 “ —” 為 相應(yīng)的減少 “ ”。 根據(jù)設(shè)計(jì)的功能需要它大體需要有以下幾個(gè)功能： 對當(dāng)前電流電壓及功率因 數(shù) 的顯示 對當(dāng)前 系統(tǒng) 投切 的 狀態(tài) 進(jìn)行 顯示。 由 向量圖如（ c）所示 的是 I 的相位 反而 超前于 U 的相位 ，這 樣我們把它 稱為過補(bǔ)償。如果 我們要彌補(bǔ)之間的差別的話，采取的措施便是加 裝電容元件，使 感性的無功和容性的無功 相互抵消， 從而達(dá)到 I的 矢量 和 U矢量之間 想差的角度 縮小 ， 詳細(xì)的如圖 。 電流存在于 電感元件 中，往往在其 作功時(shí)， I要 滯后于 U為 90176。一種是 有功電流Ia 另外一種是 無功電流 Ir， 這樣以來的話， 線路中的電壓損失 可以表達(dá)為： ? ? U QXPRXIRIU llra ??????? 33 式中： P—有功功率， kW Q—無功功率， kvar U—額定電壓， kV R—線路總電阻， Ω Xl—線路感抗， Ω 由此可見 ，功率因數(shù)提高以后能夠降低線路上傳輸?shù)臒o功功率 Q，若保持有功功率不變， 則 R、 Xl均為定值， 相應(yīng)的 無功功率 Q 減小， 達(dá)到 電壓損失降低，從而提高了電壓質(zhì)量。 如果能夠在 長距離輸電時(shí)用以 提高輸電 線路 穩(wěn)定性和能力 的大小 以及 對于 平衡三相負(fù)載的 P 和 Q， 這樣便可以 提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。 無功補(bǔ)償?shù)淖饔? 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 11 頁，共 40 頁 其作用最 主要 就是提高 cos? ，以便 從 減少 設(shè)備的投資及大小。 由于要 滿足用電的要求，所以 供電線路和變壓器的容量就需要增加。 非正弦電路的功率因數(shù)： P=UI 1cos? Q=UI 1sin? S=UI 此時(shí)非正弦電路功率因數(shù)為： 11 c os?? IIUIP ?? 式中： 1cos? —基波功率因數(shù) 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 10 頁，共 40 頁 1I —基波電流 I—總電流 由 以上的公式我們可以分析出 ： 功率因數(shù) 是 通過具有 基波 形式的 I 進(jìn)行 相移和 其 波形 產(chǎn)生 畸變 的原由來 決定的。它的值是有功功率與視在功率之比。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 9 頁，共 40 頁 總而言之 無功補(bǔ)償裝置 的 選擇要 考慮的因素非常多，要結(jié)合理論還是實(shí)際綜合的參考， 并且要 最終的目的要達(dá)到綠色節(jié)能的效果最佳 。 配電變壓器低壓補(bǔ)償 對于配電變壓器的低壓 補(bǔ)償容量 可以 按 照 ～ 器額定容量取值并且計(jì)算。為了防范于未然也 可 以 安裝固定 的補(bǔ)償裝置 用來 確定補(bǔ)償容量。根據(jù)這個(gè)原則我們可以 選擇電容器 ，其 最大 的過電壓能力 很強(qiáng) ， 并且 可以 承受短路 電流沖擊的 能力、 勵(lì)磁 涌流， 還有在 運(yùn)行 維護(hù) 環(huán)境和電容器 時(shí)候，必然會消耗 的有功 功率 損耗等 一些原因 。 其中 多點(diǎn)補(bǔ)償 可以采取的方式分為 分支線分段 聯(lián)合 補(bǔ)償 的 方式 。 同時(shí)向其他的設(shè)備進(jìn)行 無功 的 輸送 時(shí)候 ， 也要盡可能的 配電線路的無功負(fù)荷 的 調(diào)壓需要 ，這樣才能形成一個(gè)穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng) 。 變電站 10kV 母線集中補(bǔ)償 有關(guān)之前我們描述到的內(nèi)容，在這里要涉及到 補(bǔ)償容量的確定， 在 110 kV及以下變電站集中補(bǔ)償?shù)娜萘堪粗髯內(nèi)萘康? 10%～ 30% 配備。而一般 用戶 就可以根據(jù) 分散補(bǔ)償?shù)脑瓌t 進(jìn)行 ， 二者互補(bǔ)最終可以達(dá)到 無功功率的分級補(bǔ)償 平衡 無功功率的 補(bǔ)償方法 有 ：集中補(bǔ)償 以及 集中與分散 相組合 補(bǔ)償 。當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)提高到 時(shí)，可供 18000kW 的有功功率。 由此可見我們可以講 電容器 組合而成 稱為無功補(bǔ)償 的 裝置 ， 其 作用和原理如圖 所示。 同一電路中 ，存在這這樣一種動(dòng)態(tài)的平衡。的電功率成為感性無功功率 容性無功：電流矢量超前于電壓矢量 90176。 無功功率 并不是能夠 滿足 所有 設(shè)備的 需要， 因此我們在 電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充 來彌補(bǔ)這一不足 ， 這樣可以確保用電設(shè)備 對無功功率的需 求 。 在我們熟知的 變壓器 也是一種消耗 無功功率 的設(shè)備 ， 這樣的話會使其的 一次線圈 中建立并維持 磁場， 并且 二次線圈 中 感應(yīng)出電壓。 然而 無功功率 的意義則比較表象的 ，它 不像其他電能一樣 對外作功， 但 是 也是可以將電能的形式進(jìn)行一個(gè)轉(zhuǎn)變 。 這樣的話假使電力系統(tǒng) 中的 Q 供不應(yīng)求 的話 ， 我們使用的 設(shè)備就 不能夠 建立正常的電磁場，這些用電設(shè)備 都是因?yàn)闊o功 功率的缺少導(dǎo)致的 ， 使其不能在正常狀態(tài)下工作 ，從而影響 整個(gè)系統(tǒng) 的正常運(yùn)行 和端電壓的下降 。相位的超前和滯后，也通過外電路轉(zhuǎn)換成 電平 的 信號 。 電力系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償是根據(jù)系統(tǒng)中電流和電壓之間的相位差確定的，當(dāng)電流相位超前電壓相位時(shí)，表示系統(tǒng)是容性，應(yīng)通過投入電感器對系統(tǒng)中的 容性無功進(jìn)行吸收；當(dāng)電流 的 相 位 與 電壓相位 相比較，存在落后時(shí)， 此時(shí)的電力 系統(tǒng)是 顯 感性， 這時(shí) 電容器 投入 系統(tǒng) 并且提供 無功 功率方可 。 目前， 絕大多數(shù)生產(chǎn)設(shè)備的 廠家， 其產(chǎn)品的質(zhì)量 都可以滿足通信以及模塊化的要求。根據(jù) 系統(tǒng)的電力 分布 以及具備的能 力大小 情況，而推敲 本次 設(shè)計(jì) 的 方案，主要 攻克的方面是通信系統(tǒng) 的選擇 和分析 。通過 智能化 的控制，降低電網(wǎng)無功功率，提高功率因數(shù)的目的。 綜上所述，科技水平進(jìn)步的同時(shí)我們 有必要 進(jìn)行 新型的、 異于 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 模塊 的 自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端設(shè)備研發(fā) ，以適 用于 中低壓配電網(wǎng)的特點(diǎn) 滿足其自動(dòng)化 需求 。 兩種方案主要應(yīng)用在： 在我們現(xiàn)今的電力 系統(tǒng)的 遠(yuǎn)方的終端裝置 的 功能上 更加注重?cái)?shù)據(jù)的模擬及采集 ， 并 且 在 中低壓配電網(wǎng) 相聯(lián)系的 開關(guān)房、 具有 開閉 開閉功能的 配電房 及其他 自動(dòng)化 的 種類 ， 這些往往 動(dòng)作 更加 頻繁，更 加 注重 數(shù)據(jù)的模擬以及采集的 功能。 并且我們可以看到遠(yuǎn)方 終端控制單元 可以 進(jìn)行數(shù)據(jù)量的自動(dòng)收集。 通過了解我們可以發(fā)現(xiàn) 當(dāng) U 一定的情況下 ， 由于 對負(fù)載 傳送一些 有功功率 P 時(shí) ， 由于 cosφ 它的值反而會降 低 ， 所以此時(shí)系統(tǒng)的 輸電線路 中存在的 電流 則越 大。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在額定工作狀態(tài)下發(fā)出的有功功率 為 ： P= UIcosφ 當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù) cosφ=1 時(shí) ， PN=SN 其容量得到了充分利用。據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 電力系統(tǒng)的無功功率損耗最多可達(dá)總發(fā)電容量的 20%~30%。 但 隨著供電量的增加 ， 系統(tǒng)線損也將增大。其相關(guān)的 視在功率 公式為 SN=UN IN。 而且 ， 與發(fā)電機(jī) 相關(guān) 配套的原動(dòng)機(jī)及變壓器等設(shè)備也不能充分利用。 相關(guān) 設(shè)計(jì)方案 的研究 傳統(tǒng)的智能控制方案 在實(shí)現(xiàn)智能化時(shí)代之前的 配 電 網(wǎng) 的 自動(dòng)化系統(tǒng)主要由主 基 站 和 遠(yuǎn)方終南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 2 頁，共 40 頁 端單元（ 我們通常稱作為 RTU）、 能夠?qū)?遠(yuǎn)方 的六氟化硫進(jìn)行控制 、 系統(tǒng)中線路 裝設(shè)的 傳 感器 以及相應(yīng)的 真空開關(guān)、 能夠?qū)崿F(xiàn) 通信 信號 等 幾 個(gè) 重要的成分 組 合而 成。這種類型 的遠(yuǎn)方終端設(shè)備 直接使用 數(shù)模的 轉(zhuǎn)換 技術(shù)，用來 對 需要采集的對象（例如 交流電量 等） 進(jìn)行采集 和 計(jì)算， 并且可以達(dá)到智能化不需要其設(shè) 備也可進(jìn)行 ，但 是唯一 需要 的則是 快速的數(shù)字處理 以及配合 單元進(jìn)行 工作 ， 這樣便可 以對 我們所采集到的 數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合 的分析和歸類 。 在使用 同一套簡單 的 硬件 時(shí)候 ，只 需 設(shè)置 一下初步步驟 ，就 能夠 滿足不同 層面 、不同 制式 的要求。 本文針對目前無功補(bǔ)償控制 裝置 及相關(guān) 知識 進(jìn)行了深入的研究，在此基礎(chǔ)上，采用 三菱 公司生產(chǎn)的 Fx 系列 進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)。 確定通信方案。 了解 PLC的能力 是否具有 規(guī)范化以及智能動(dòng)態(tài)化 ，是否 輕靈簡便 、 合理的對 模擬量的 輸入 和 輸出點(diǎn)、測量 數(shù)據(jù)以及 調(diào)節(jié) 控制 的 轉(zhuǎn)換 系統(tǒng) 的統(tǒng)籌整合 。 本設(shè)計(jì)的總體方案 本次設(shè)計(jì) 主要 為無功補(bǔ)償 裝置 的控制系統(tǒng)。 當(dāng) U 和 I 之間 的相位 偏差產(chǎn)生變換時(shí) ， 轉(zhuǎn)換而成的 脈沖 也 隨之變化， 其數(shù)目 可以 利用 模塊來進(jìn)行 計(jì)數(shù) 從而對 脈沖進(jìn)行 統(tǒng)計(jì) 。 系統(tǒng) 整體的框架圖如 圖 ： 圖 無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)的框架圖 電壓互感器 相位檢測的電路 Fx2N4AD 模塊 PLC 的 CPU 模塊 復(fù)合開關(guān) 復(fù)合開關(guān) 復(fù)合開關(guān) 電容器組 電容器組 電容器組 投切控制電路 編程器 顯示器 電流互感器 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 5 頁，共 40 頁 第 2 章 無功補(bǔ)償?shù)脑? 無功補(bǔ)償?shù)?基本 概念 在通常的情況里 ， 我們使用的 設(shè)備不 僅僅要耗去從 電源 產(chǎn)生的 有功功率 P，與此 同時(shí)還要 耗去 電源 中產(chǎn)生的 無功功率 Q。這種電能是將 能 量轉(zhuǎn) 為 的 能量 形式存在的（例如 機(jī)械能、熱能 等等 ）的電功率。無功功率不是無用功率，它的用處很大。 由此可見 ，無功功率的重要性是關(guān)系著 電動(dòng)機(jī) 的運(yùn)轉(zhuǎn) ， 以及 變壓器 的正常工作 ， 還有 交流接觸器吸合作用 。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 6 頁，共 40 頁 無功的分類 感性無功： I 矢量滯后于 U 矢量 90176。 諧波無功：與電源頻率不相等的無功 功率 。因此能量 就達(dá)到了一種平衡 ， 簡而言之就是動(dòng)態(tài)的 無功功率 感性負(fù)載 ，可 以從 輸出的無功功率 電容裝置 中 達(dá)到平衡 補(bǔ)償。例如一臺 20200kVA 的變壓器，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)為 時(shí)，可供 12020kW 的有功 負(fù)荷 。如果要 進(jìn)行 集中 補(bǔ)償 的話 ， 可以根據(jù)變配電站的情況進(jìn)行。 這樣可以 靈活 簡便 的運(yùn)用感性的無功 ， 易 于 調(diào)控 ， 并且可以 降低 一切相關(guān)的 損耗。 收集相關(guān)的知識之后，結(jié)合實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)要確定 容量和投切方式 除以上幾個(gè)特點(diǎn)之外 還需 考慮 這些原因 ， 自身 不僅僅要充分 滿足主變壓器的 功率耗損 。 配電 10kV 線路分散補(bǔ)償 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 8 頁，共 40 頁 線路的分散補(bǔ)償我們可以 通過在電桿上 裝設(shè) 一定組別的 電容器 用來 進(jìn)行 單點(diǎn)或多點(diǎn) 不同方式的 補(bǔ)償 。 通過對現(xiàn)今農(nóng)村狀況的分析發(fā)現(xiàn) ，農(nóng) 村電網(wǎng)的 補(bǔ)償點(diǎn)不 能太多 ， 而且我們也發(fā)現(xiàn)在對其 控制方式 設(shè)計(jì)的時(shí) 候，應(yīng)當(dāng)遵循越 簡 單以及 保護(hù)方式 越可靠的原材方可。如果要實(shí)現(xiàn) 最小無功負(fù)荷 平均無功負(fù)荷的 2/3并且在同一線路時(shí) ， 那么就應(yīng)該要求其產(chǎn)生的 無功不倒送 。 在對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，要注意會產(chǎn)生高次諧波，用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，應(yīng)先進(jìn)行諧波測試與分析，以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施， 最大程度的 防止諧波危害發(fā)生。通過以上原則來確定的話，可以在很大程度上防止此類事情的發(fā)生 實(shí)現(xiàn)無功就地平衡。這種 方式的 感性和阻性負(fù)載的 U 和 I 的 之 間的 相量存在著一些的相位 偏 差