【正文】 改善區(qū)域電網(wǎng)供電質(zhì)量的最有效的方法。 應(yīng)用領(lǐng)域 本 裝置系統(tǒng) （ SVG） 可以 廣泛應(yīng)用于石油化工 、冶金、電力、煤炭、電氣化鐵路、風(fēng)電廠以及其他具有或者靠近沖擊性負(fù)荷和大容量電動(dòng)機(jī)的工業(yè)領(lǐng)域，可以在節(jié)能降耗、提高電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性、提高電網(wǎng)功率因數(shù)、改善電能質(zhì)量等方面，發(fā)揮重要作用。 ◆ 抑制三相不平衡 配電網(wǎng)中存在著大量的三相不平衡負(fù)載，典型的如電力機(jī)車牽引負(fù)荷和交流電弧爐等。負(fù)荷的急劇變化會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷電流產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的劇烈波動(dòng)，劇烈波動(dòng)的電流使系統(tǒng)電壓損耗快速變化 ，從而引起受電端電網(wǎng)電壓閃變。 ◆ 補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，降低線損，節(jié)能降耗 電力系統(tǒng)中 的大量負(fù)荷，如異步電動(dòng)機(jī)、電弧爐、軋機(jī)以及大容量的整流設(shè)備等，在運(yùn)行中需要大量的無(wú)功；同時(shí)，輸配電網(wǎng)絡(luò)中的變壓器、線路阻抗等也會(huì)產(chǎn)生一定的無(wú)功，導(dǎo)致系統(tǒng)功率因數(shù)降低。因此這種逆變器可稱為 “ 完美無(wú)諧波 ” 變流器。 三、零電流保護(hù) 動(dòng)作條件 : 在自動(dòng)控制狀態(tài)下 ； 電流為 零時(shí)； 每隔 秒切除一組電容器。顯示處理模塊的程序框圖如圖 43 所示。因此顯示處理模塊就分為固定數(shù)據(jù)的輸入和變化數(shù)據(jù)的輸入兩個(gè)部分。 圖 42 P， Q檢測(cè)電路 電壓互感器所選型號(hào)為： JSJW10。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 23 圖 41 系統(tǒng)軟件模塊流程圖 信號(hào)采集模塊 電網(wǎng)參數(shù)計(jì)算模塊 顯示處理模塊 自動(dòng)投切判斷模塊 電容器切除模塊 開始 顯示 模塊 控制投切模塊 系統(tǒng)初始化 ,從存儲(chǔ)器中讀出原始參數(shù) 鍵盤模塊 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 信號(hào)采集模塊 信號(hào)采集模塊的主要任務(wù)是依次采樣電網(wǎng)的電壓和電流信號(hào)。檢測(cè)模塊隨時(shí)采集用電系統(tǒng)的相角信息，然后和給定參數(shù)進(jìn)行比較，如果不滿足要求，及時(shí)投入或切除補(bǔ)償電容器，保證用電系統(tǒng)的功率因數(shù)滿足設(shè)定要求。需求分析報(bào)告作為系統(tǒng)進(jìn)一步分析與設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，為下一步的總體設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。 實(shí)時(shí)自動(dòng)投切流程 Y N N 圖 39 實(shí)時(shí) 自動(dòng)投切程序流程圖 手動(dòng)投切自動(dòng)流程 Y N 圖 310 手動(dòng)投切程序流程圖 報(bào)警輸出 有 無(wú) 繼電器粘粘 根據(jù) cosφ 曲線編制投切程序 報(bào)警輸出 有無(wú)繼電器粘粘 手 動(dòng) 投 切 到 額定值 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 自動(dòng)切換程序流程 圖 311 自動(dòng)切換程序流程圖 切一組 投一組 超過額定值一定時(shí)間？ 低于額定值一定時(shí)間？ 延時(shí) 延時(shí) 報(bào)警輸出 檢測(cè)信號(hào) 有無(wú)繼電器粘粘故障？ 檢測(cè)、過壓、線路故障？ cosφ =額定？ 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 投切方式的選擇原則 電容器組投切可采用手動(dòng)方式或自動(dòng)方式，具體由補(bǔ)償?shù)呢?fù)載對(duì)象來(lái)決定。 PLC 的 CPU與模擬量輸入之間用 “FROM” 和 “TO” 指令傳送數(shù)據(jù)或控制字等 。 PLC 的 CPU 與模擬量輸入模塊之間的數(shù)據(jù)通信方式：部分 PLC 的 I/O映像區(qū)中有專門的模擬量 I/O 映像區(qū)，允許連接的模擬量輸入通道最多 32 個(gè)，這些模擬量輸入經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量先存放在該模塊的緩沖寄存器內(nèi)。 圖 38 模擬量輸入端接線圖 當(dāng)輸入的模擬量是電壓信號(hào)時(shí)，將電壓信號(hào)分別連接到 “V+” 和 “COM” 端；當(dāng)輸入的模擬量是電流信號(hào)時(shí)，將電流信號(hào)分別連接到 “I+” 和 “COM” 端，并且用導(dǎo)線將該通道的 “V+” 和 “I+” 端連接起來(lái)。 模擬量輸入接口模塊的主要技術(shù)性能有： （ 1） 輸入通道數(shù)： 4 路、 6路、 8路等； （ 2） 輸入信號(hào)：電壓輸入 0～ +5V， 電流信號(hào) 4～ 20mA； （ 3） A/D 轉(zhuǎn)換位數(shù)： 8位、 10 位、 12位或 14 位（均為二進(jìn)制）； （ 4） 轉(zhuǎn)換精度： %～ %； （ 5） 線性度（滿量程）： +%（環(huán)境溫度 +25℃ ）； （ 6） 轉(zhuǎn)換時(shí)間：小于 50ms。模擬量輸入模塊就是用來(lái)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC所能接收的數(shù)字信號(hào) 6模擬量輸入模塊的功能就是進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，一般都是將模擬量輸入的采樣值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，然后再把輸入 通道號(hào)及其它信號(hào)一起送到系統(tǒng)的內(nèi)部總線上。同時(shí)可以通過檢測(cè)各接觸器的狀態(tài)作出相應(yīng)的保護(hù)和報(bào)警輸出。C時(shí)最少 70小時(shí) ) 200天 /典型值 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100小時(shí) /典型值 (40176。 投切控制部分 由電平比較單元產(chǎn)生的投切控制信號(hào)通過光電轉(zhuǎn)換后進(jìn)入單片機(jī)或其他控制器，啟動(dòng)相應(yīng)的時(shí)序控制程序，控制器按照規(guī)定的程序步驟，發(fā)出晶閘管通斷指令和接觸器通斷指令，該指令通過功率放大和光電隔離后，驅(qū)動(dòng)晶閘管和交流接觸器按預(yù)先設(shè)定的程序適時(shí)動(dòng)作，確保安全可靠地對(duì)電容器進(jìn)行投切操作。 amp。 圖 31 電子式無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制原理圖 檢測(cè)功率因素值的檢測(cè)單元 主要由相位檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路組成。因此該系統(tǒng)中增加一參數(shù) :目標(biāo)功率因數(shù)，將目標(biāo)無(wú)功功率與實(shí)際無(wú)功功率之差作為無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂屏縼?lái)進(jìn)行投切。圖 26所示是無(wú)功功率控制的補(bǔ)償效果示意圖。 控制器對(duì)電網(wǎng)的電壓、電流進(jìn)行采樣檢測(cè)，計(jì)算出當(dāng)前的無(wú)功功率 (無(wú)功電流 )值。按照補(bǔ)償原理應(yīng)投入一個(gè)電容器組，用該組電容器的超前電流 ci 去進(jìn)行補(bǔ)，補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是得到了超前的功率因數(shù)。 圖 24 相同功率因數(shù)下無(wú)功電流與負(fù)載的關(guān)系 功率因數(shù)控制的另一個(gè)問題是輕載下的投切振蕩。功率因數(shù)值是一個(gè)比例值，所以在重負(fù)荷時(shí)，雖然功率因數(shù)滿足了要求，但電網(wǎng)中的無(wú)功功率仍很 大。當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)值介于 ，則保持不變。將 cos? =，當(dāng)控制器檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)值小于 ，發(fā)出指令，投入一電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。下面介紹無(wú)功補(bǔ)償由 功率因數(shù)控制和無(wú)功功率 (無(wú)功電流 )控 制兩種控制方式的特點(diǎn)。 可見在電壓、電流一定的情況下，提高 cos? 可增大輸出的有功功率。 第二章 電網(wǎng)參數(shù)測(cè)量算法與無(wú)功補(bǔ)償研究 8 圖 22 并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的電路和向量圖 若電容 C的容量過大，使得供電電流 I的相位超前于電壓 U，這種情況稱為 過補(bǔ)償，其相量圖如圖 22(c)所示。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，包括異步電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看做電阻 R與電感 L串聯(lián)的電路，設(shè) L22 XRRcos ??? 式中 0L LX ?? cos? 必被定義為電力網(wǎng)的功率因數(shù)，其物理意義是供給線路的有功功率 P占 線路視在功率 S的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)提高到 ，可供 900千瓦的有功功 率。無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔煤驮砣鐖D 21所示。而電感放出能量時(shí)，電容器吸收能量。接在交流電網(wǎng)中的電容器，在一個(gè)周期內(nèi)上半周的充電功率與下半周的 放電功率相等，這種充電功率叫做容性無(wú)功功率。小波變換算法因其在時(shí)頻域都具有較好的分辨 率，在電力系統(tǒng)測(cè)量中有很好的研究?jī)r(jià)值。其中，有效值算法的計(jì)算精度與采樣點(diǎn)數(shù) N和采樣的同步度有關(guān)，在系統(tǒng)允許的前提下，可以增加采樣點(diǎn)數(shù)來(lái)提高運(yùn)算精第二章 電網(wǎng)參數(shù)測(cè)量算法與無(wú)功補(bǔ)償研究 6 度。另外它有一定的濾除高頻分量的能力，因?yàn)榀B加在基波成分上的幅度不大的高頻分量在半周期積分中其對(duì)稱的正負(fù)半周期相互抵消，剩余未被抵消的部分所占的比重就減少了。 正弦模型算法主要有 :最大值算法、單點(diǎn)算法、半周期積分算法、兩點(diǎn)算法、導(dǎo)數(shù)算法和快速三點(diǎn)算法。直流采樣是把交流電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為 05V的直流電壓，這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單，便于濾波，但投資較大，維護(hù)復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)采集，因而在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。 負(fù)載ADC 模塊PWM產(chǎn)生器仿真接口PLC S 7 200PC 機(jī)JATG控制電源V15?V5??電壓電流檢測(cè)電路se功率單元圖 11 PLC實(shí)現(xiàn)的投切電路原理圖 第二章 電網(wǎng)參數(shù)測(cè)量算法與無(wú)功補(bǔ)償研究 5 第 二 章 電網(wǎng)參數(shù)測(cè)量算法與無(wú)功補(bǔ)償研究 電網(wǎng)參數(shù)的測(cè)量是 無(wú)功補(bǔ)償 設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，準(zhǔn)確、快速測(cè)量是高壓 無(wú)功補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、保證電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行具有十分重要的意義。 第一章 緒論 4 用 PLC實(shí)現(xiàn)的投切電路結(jié)構(gòu)及原理 用 PLC 實(shí)現(xiàn)的投切電路結(jié)構(gòu)原理如圖 1所示，利用這樣的線路結(jié)構(gòu)，無(wú)功補(bǔ)償補(bǔ)償裝置變得條理清晰，易于理解，并且在原自動(dòng)投切、手動(dòng)投切的基礎(chǔ)上，利用 PLC 中 CPU內(nèi)部的日歷時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)投切控制。功率單元采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu) , 多個(gè)兩電平 H 橋電路串聯(lián)起來(lái) , 以達(dá)到電壓疊加的目的。 以單片機(jī)為主控單元的電壓無(wú)功 控制系統(tǒng)得到很大發(fā)展 , 但單片機(jī)抗干擾能力較差 , 在中、高壓無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域的可靠性不易保證。 ③可以在從感性到容性的整個(gè)范圍中進(jìn)行連續(xù)的無(wú)功調(diào)節(jié) 。 SVC 內(nèi)部的電力電子開關(guān)元件多為晶閘管，晶閘管導(dǎo)通期間處于失控狀態(tài)，使 SVC 每步補(bǔ)償時(shí)間間隔至少約為工頻的半個(gè)周期，而 SVG采用 GTO作為開關(guān)元件， GTO 可在 時(shí)間左右關(guān)斷，因而其補(bǔ)償速度更快 。 電壓型橋式電路，其直流側(cè)采用電容作為儲(chǔ)能元件，交流側(cè)通過串聯(lián)電 抗器并入電網(wǎng) 。 SVC 是利用晶閘管作為固態(tài)開關(guān)來(lái)控制接入系統(tǒng)的電抗器和電容器的容量，從而改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。 1977年美國(guó) GE 公司首次在實(shí)際電力系統(tǒng)中運(yùn)行了使用晶閘管的靜補(bǔ)裝置， 1978 年美國(guó)西屋公司制造的使用晶閘管的靜補(bǔ)裝置投入實(shí)際運(yùn)行。 SVG 是無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾l(fā)展方向 , 從本質(zhì)上講 , SVG 可以等效為大小可以連續(xù)調(diào)節(jié)的電容或電抗器 , 是當(dāng)前技術(shù)條件下最為理想的無(wú)功補(bǔ)償形式。 常用補(bǔ)償?shù)姆椒?:一種是集中補(bǔ)償 (補(bǔ)償電容集中安裝于變電所或配電室 , 便于集中管理 )； 一種是集中與分散補(bǔ)償相結(jié)合補(bǔ)償電容一部分安裝于變電所；另一部分安裝于感性負(fù)載較大的部門或車間，這種是設(shè)備補(bǔ)償。在長(zhǎng)距離輸電 網(wǎng) 中合適的地點(diǎn) 就地安裝動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置 能夠 改善輸電 網(wǎng)絡(luò) 的穩(wěn)定性，提高輸電能力。顯然，這些無(wú)功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長(zhǎng)距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。所以在電力系統(tǒng)中進(jìn)行無(wú)功功率 補(bǔ)償 必不可少 ，這對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行有著很重要的意義。 據(jù)報(bào)道，我國(guó)平均每年因?yàn)闊o(wú)功分量過大造成的線損高達(dá) 15%左右，折算成線損電量約為 1200 億千瓦時(shí)。而大多數(shù)電力電子 設(shè)備 的功率因數(shù)很低，它們所消耗的無(wú)功功率在電力系統(tǒng)所輸送的電量中占有很大的比例。 SVG 首先通過充電電阻對(duì)直流側(cè)電容充電至預(yù)定值 , 之后充電接觸器閉合以短接充電電阻 , 充電過程結(jié)束 , 補(bǔ)償裝置并入電網(wǎng)開始工作；并網(wǎng)一段時(shí)后 , 將固定電容器投入 , 主控制器根據(jù)母線側(cè)電壓、電流信號(hào)計(jì)算得出需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流 , 并生成逆變器所需的 IGBT 驅(qū)動(dòng)信號(hào) , 控制逆變器產(chǎn)生與無(wú)功電流幅值相 等、相位相反的補(bǔ)償電流 , 從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無(wú)功的目的。 本文介紹的無(wú)功補(bǔ)償裝置 整個(gè)系統(tǒng)利用 PLC技術(shù)、 IGBT技術(shù)、鏈?zhǔn)侥孀兤骷夹g(shù)等來(lái)完成。 同意學(xué)校保留并向有關(guān)管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 作者簽名： 簽字日期： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 版權(quán)使用授權(quán)書 本 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 作者完全了解 學(xué)校 有關(guān)保留、使用論文的規(guī)定。因此在電網(wǎng)中裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置成為滿足電網(wǎng)無(wú)功需求的必要手段。 SVG由連接電抗器、逆變器組成 , 每相電路通過 IGBT 變流模塊級(jí)聯(lián) , 經(jīng)過連接電抗器直接接入 10KV 電網(wǎng)。同時(shí)電力網(wǎng)中的無(wú)功問題也已 慢慢受到 人們的 高度重視 ，這是由于隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛。無(wú)功功率如果不能就地補(bǔ)償，用戶負(fù)荷所需要的無(wú)功功率全靠發(fā)、配電設(shè)備長(zhǎng)距離提供，就會(huì)使配電、輸電和發(fā)電設(shè)施不能充分發(fā)揮作用，降低 發(fā)、輸電的能