【正文】 能力，使電網(wǎng)的供電質(zhì)量惡化，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電事故。由于無(wú)功功率同有功功率 同等重要 ，是保證電能質(zhì)量不可 或缺 的一部分。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無(wú)功功率，大多數(shù)負(fù)載 同樣也需要消耗無(wú)功功率。 (2)穩(wěn)定用 電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓 。 SVG 是利用可關(guān)斷大功率電力電子器件 (如 IGBT) 組成自換 相橋式電路 , 通過(guò)調(diào)節(jié)電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位或者直接控制其交流側(cè)電流 , 使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流 , 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹ｏ柡碗娍蛊髋c同步調(diào)相機(jī)相比，具有靜止型的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快，但因其鐵心需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問(wèn)題，所以未能占據(jù)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的主流。因此， SVC 一般專指使用晶閘管的靜補(bǔ)裝置。其分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。 與 SVC相比， SVG 具有以下 5個(gè)優(yōu)點(diǎn) : ①調(diào)節(jié)速度快。而 SVC系統(tǒng)，由于所能提供的最大電流受其并聯(lián)電抗器的阻抗特性限制，因而隨著電壓的降低而減小 。 SVG 在采取多重化技術(shù)、多電平技術(shù)或 PWM 技術(shù)等措施 后，可大大減少補(bǔ)償電流中的諧波含量 。 文 主要研究?jī)?nèi)容 該設(shè)計(jì) 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。 SVG 首先通過(guò)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(guò)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。同時(shí)可以通過(guò)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。根據(jù)被采集信號(hào)的不同，數(shù)據(jù)采集可分為直流采樣和交流采樣兩大類。交流采樣的應(yīng)用范圍非常廣泛，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，其算法也有很多種，按照其模型函數(shù)的不同，大致可分為正弦模 型算法、非正弦模型算法。半周期積分算法的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度雖然要半個(gè)周期，但它的運(yùn)算量非常小，只涉及加減運(yùn)算，可以用非常簡(jiǎn)單的硬件實(shí)現(xiàn)。 非正弦模型算法主要有 :有效值算法、均方根算法、傅立葉及改進(jìn)的傅立葉算法、最小二乘算法、卡爾曼濾波算法、小波變換算法等。傅立葉及改進(jìn)的傅立葉算法是目前應(yīng)用最多的算法，可以一次算出信號(hào)中所用諧波，應(yīng)用方便，己經(jīng)在電力系統(tǒng)測(cè)量中得到了長(zhǎng)久的應(yīng)用 。電動(dòng)機(jī)和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率稱為感性無(wú)功功率。將電容器和電感并聯(lián)在同一電路中，電感吸收能量時(shí)，電容器釋放能量 。因此把由電容器組成的裝置稱為無(wú)功補(bǔ)償裝置。例如一臺(tái) 1000千伏安的變壓器，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)為 ，可供 700千瓦的有功負(fù)荷 。 由電壓損耗計(jì)算公式 U XPRU C）（??? 可知，采用無(wú)功補(bǔ)償措施后，因電力網(wǎng)無(wú)功功率的減少，降低了電力網(wǎng)中的電壓 損耗，提高了用戶處的電壓質(zhì)量。由圖 22(b)的相量圖可知，并聯(lián)電容器后電壓 U和電流 I的 相位差 變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了，此時(shí)供電電流 I的相位滯后于電壓 U， 這種情況稱為欠補(bǔ)償。有 功功率 P與無(wú)功功率 Q還有視在功率 S之間存在下述關(guān)系，即 22 QPS ?? ?cosSP? 因此，功率因數(shù)還可以表示成下列形式 UI3PSPcos ??? 式中： U———— 線電壓（ KV）； I———— 線電流（ A）。 S R C L .U .I RL.? (b)向量圖 (欠補(bǔ)償 ) (a)電路 .U RL.? .I RL.? 第二章 電網(wǎng)參數(shù)測(cè)量算法與無(wú)功補(bǔ)償研究 9 在控制器的控制規(guī)律上又可以分為功率因數(shù)控制和無(wú)功功率 (無(wú)功電流 )控制。參照?qǐng)D 23，假設(shè)補(bǔ)償前的參數(shù)是有功電流 p1i ，無(wú)功電流 q1i ，總電流 1i ，功率因數(shù) cos1? 。 當(dāng)控制器 檢測(cè)到當(dāng)前的無(wú)功電流小于零時(shí)，即得到超前的功率因數(shù)時(shí)，發(fā)出指令，切除一電容器組。當(dāng)控制器檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)值介于 ，則不論實(shí)際的無(wú)功功率值是多少，都保持當(dāng)前的補(bǔ)償狀態(tài)不變。雖然 q1i 與 q2i 的差值大于一個(gè)或幾個(gè)電容器組的補(bǔ)償量，但卻由于此時(shí)的功率因數(shù)滿足要求而不會(huì)去投入。由于負(fù)載很輕，這時(shí)的功率因數(shù)較小。以無(wú)功功率作為投切判據(jù)，由于檢測(cè)量與控制目標(biāo)一致，能夠真正實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率缺多少補(bǔ)多少，超多少切多 少的目的，既可避免投切振蕩，又可實(shí)現(xiàn)電容器組的一次投切到位，避免了反復(fù)試投切對(duì)電網(wǎng)和電容器的影響。 本方法補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是使電網(wǎng)中的無(wú)功功率始終保持在一個(gè)較低的水平上。 以無(wú)功功率為控制量的無(wú)功補(bǔ)償是建立在目標(biāo)功率因數(shù)為 ，如果控制器的運(yùn)行環(huán)境對(duì)功率因數(shù)的要求并不高的話，就需要重新設(shè)置投入門限與切除門限，將其設(shè)定為較大的值，這樣不僅重新設(shè)定比較麻煩，而且將投入 /切除門限增大后，投切精度與靈敏度就會(huì)降低。主要具有以下方面的功能和問(wèn)題。 輸入兩路同頻率的正弦波信號(hào)，當(dāng)兩路信號(hào)的頻率相同時(shí)，相角差 θ=φ1 — φ2 是一個(gè)與時(shí)間無(wú)關(guān)的常數(shù) ,將此兩路正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整形成兩路占空比為 50%的正方波信號(hào) f f2，經(jīng)過(guò)異或門輸出一個(gè)脈沖序列 A，與晶振產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖波 B 進(jìn)行與操作得到調(diào)制后的波形 C，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì) B、 C中脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行 ,計(jì)數(shù)得 Nc、 Nb，則其相位差計(jì)算公式為 θ=180176。 相位檢測(cè)和判別的接線圖如圖 34 所示： 圖 34 相位檢測(cè)和判別的接線圖 D Q CP OUT S “1” U0 U1 圖 33 相位判別電路 1 amp。 U I 觸發(fā)器 信 號(hào) 電壓超前時(shí) 相 位 差 電流超前時(shí) 相 位 差 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 無(wú)功功率單元與電平比較單元 將檢測(cè)到的無(wú)功功率量的大小轉(zhuǎn)換為電壓值或電流值，該值與設(shè)定的參考值比較發(fā)出投入或切除電容器的控制信號(hào)。 PLC選型 及模擬量擴(kuò)展模塊的選擇設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì) 選用 西門子 s7200CPU226 作為控制主機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)和性能如下所示 : 表 31 西門子 s7200CPU226技術(shù)參數(shù) 描述 CPU 226 DC/DC/DC CPU 226 AC/DC/繼電器 物理特性 尺寸 (W X H X D) 重量 功耗 196 x 80 x 62 mm 550 g 11 W 196 x 80 x 62 mm 660 g 17 W 存儲(chǔ)器特性 程序存儲(chǔ)器 在線程序編輯時(shí) 非在線程序編輯時(shí) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 裝備 (超級(jí)電容 ) (可選電池 ) 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100 小時(shí) /典型值 (40176。 如果用戶每天的工作大體一致，那么實(shí)測(cè)作出功率因數(shù)曲線后，可以不用模擬單 元，只用圖中虛線內(nèi)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切。才能使可編程器接收這些數(shù)據(jù)。有的系統(tǒng)用外加輸入量程子模塊來(lái)解決，可使得同一模擬量模塊適應(yīng)不同的輸入范圍。 PLC 模擬單元 檢測(cè)電路 過(guò)壓保護(hù) 額定值調(diào)節(jié) S7200 PLC 主機(jī) ~ 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 18 其中， 1） —用帶屏蔽的雙絞線； 2） — 入端的輸入阻抗； 3） — 輸入端連接電流信號(hào)時(shí)，將v+端和 I+端短接； 4） — 如果外部信號(hào)源有噪聲或紋波干擾，則可以在輸入端連接一個(gè)濾波電容，其容量為： ~。如果電磁干擾嚴(yán)重，則可以將各通道的 “SLD” 端與模塊上的“GND” 、 “FG” 端相連接，然后再與 PLC 的機(jī)架接地端連接在一起。 當(dāng)用戶程序需對(duì)模擬量輸入進(jìn)行處理 時(shí)，由于經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量此時(shí)還存放在該模塊的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，因此，首先必須使用 “FROM” 指令將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)字量讀入到 PLC的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)字量讀入到 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器中，然后才能在用戶程序中使用該數(shù)據(jù)寄存器作為操作數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量輸入的處理。20mA ① CH1 CH4 ② 接地 接地 ③ ④ 250 500 500 250 500 500 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 自動(dòng)投切程序設(shè)計(jì) 進(jìn)行編程時(shí)根據(jù)不同的情況所需要的不同功能，把程序分為三個(gè)部分。軟件開發(fā)的第一步是需求分析，需求分析階段需要與相關(guān)專業(yè)人士充分溝通，對(duì)現(xiàn)行業(yè)務(wù)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，并在了解了調(diào)查的業(yè)務(wù)，明確了業(yè)務(wù)功能的基礎(chǔ)上，書寫需求分析報(bào)告。程序流程圖如圖 41。 (3)電容器的控制 投切模塊，該模塊的主要任務(wù)是在自動(dòng)投切模式下，根據(jù)計(jì)算所得的無(wú)功功率對(duì)電容器組的投切進(jìn)行控制。 P， Q檢測(cè)電路如圖 42所示。顯示一幅 圖像 時(shí)，將每屏上要顯示的數(shù)據(jù)分為兩部分，包括固定的部分和變化的部分。如果頁(yè)面為參數(shù)設(shè)置畫面，當(dāng)一幅畫面的顯示處理完畢后，還需要將修改的參數(shù)位進(jìn)行閃爍等處理。 二、欠壓保護(hù) 動(dòng)作條件 : 在自動(dòng)控制狀態(tài)下 ； 電壓 ? 設(shè)定上限 UL 時(shí) ； 延時(shí)時(shí)間 Td (設(shè)定參數(shù) )后，檢測(cè)電壓仍欠壓則每隔 秒切除一組電容器 ； 無(wú)動(dòng)作回差 :欠壓不能有回差，也就是一旦電壓升到剛剛高于欠壓值就要開始正常投。它由幾個(gè)電平臺(tái)階合成階梯波以逼近正弦輸出電壓，這種逆變器由于輸出電壓電平數(shù)的增加，使得輸出波形具有更好的諧波頻譜，并且每個(gè)開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力較小，不需要均壓電路，可避免大 dv/dt 所導(dǎo)致的各種問(wèn)題。而 SVG 具有快速的無(wú)功功率調(diào)節(jié)能力，可以維持負(fù)荷側(cè)電壓，提高負(fù)荷側(cè)供電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。 ◆ 抑制電壓波動(dòng)和閃變 電壓波動(dòng)和閃變主要是負(fù)荷的急劇變化引起的。目前，抑制電壓波動(dòng)和閃變的最佳方案是采用 SVG。 本裝置 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) : GB/T 37972021 電控設(shè)備第二部分，裝有電子器件的電控設(shè)備； GB/T 半導(dǎo)體變流器 基本要求的規(guī)定； GB/T 半導(dǎo)體變流器 應(yīng)用條列； GB/T 半導(dǎo)體變流器 變壓器和電抗器； GB 42081993 外殼防護(hù)等級(jí) （ IP代碼）； GB/T 145491993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波； GB 39062021 ～ 交流金屬封閉式開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備； GB/T 調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)； GB 198589 交流高壓隔離開關(guān)和接地開關(guān)； DL/T 4041997 戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)條件； GB/T 148082021 交流高壓接觸器和基于接觸器的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器； GB/T 110221999 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求。 SVG 系統(tǒng)可以快速精確地進(jìn)行容性及感性無(wú)功補(bǔ)償，使 SVG 在穩(wěn)定母線電壓，提高功率因數(shù)的同時(shí)，徹底、方便地解決了無(wú)功倒送問(wèn)題。 安裝 SVG 系統(tǒng)可以完美地解決上述問(wèn)題，保持母線電壓平穩(wěn)，無(wú)諧波干擾。 6． 提升機(jī)等重工業(yè)負(fù) 荷 第五章 實(shí)驗(yàn)與總結(jié) 30 提升機(jī)等其他重工業(yè)負(fù)載在工作中會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生如下影響； ◆ 引起電網(wǎng)電壓降及電壓波動(dòng) ◆ 功率因數(shù)低 ◆ 傳動(dòng)裝置會(huì)產(chǎn)生有害高次諧波 安裝 SVG 可以完美地解決上述問(wèn)題 SVG 技術(shù)優(yōu)勢(shì) SVG 是目前最為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，基于電壓源型逆變器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍。 SVG 可在極短的時(shí)間之內(nèi)完成從額定容性無(wú)功功率到額定感性無(wú)功功率的相互轉(zhuǎn)換，這種無(wú)可比擬的響應(yīng)速度完全可以勝任對(duì)沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償。 （ 3）運(yùn)行范圍更寬 SVG 能夠在額定感性到額定容性的范圍內(nèi)工作，所以比 SVC 的運(yùn)行范圍寬很多。 （ 6）占地面積小 由于無(wú)需高壓大容量的電容器和電抗器做儲(chǔ)能元件， SVG 的占地面積通常只有相同容量 SVC 的 50%。 （ 2）功率單元 ◆ SVG 的核心主電路，用以實(shí)現(xiàn)功率變換， 如圖 51所示。 （ 4）控制柜 ◆ 柜式結(jié)構(gòu)，用于對(duì) SVG 及其輔助設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。 （ 6）一體化工作站 ◆ 提供友好的全中文 WINDOWS 監(jiān)控和操作界面。 總 而言 之，提高我國(guó)電力系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)水平，加強(qiáng)電能治理還是電力行業(yè)一項(xiàng)重要