【正文】 要想 實(shí)現(xiàn)電容器循環(huán)投切 操作可以 運(yùn)用 可編程控制器 提供的表操作指令來 完成 。裝置軟件需要根據(jù)斷路器的開合狀態(tài)判斷系統(tǒng)的運(yùn)行方式以做出相應(yīng)的處理。同時(shí) 模塊化的設(shè)計(jì) 也適應(yīng)于各功能模塊內(nèi)部， 以此實(shí)現(xiàn)將各種功能的 模塊化 。 （ 4）數(shù)字量輸出模塊 SM322 S7300 PLC 的 數(shù) 字 量輸出模塊 SM322 將 S7300 內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部 信號(hào)電平，同時(shí)有隔離放大作用。 如圖 所示 。所以第 n 次諧波分量的有功功率和無功功率的計(jì)算公式是： 22InRnRnInnInInRnRnnIUIUQIUIUP???? （ 22） 公式（ 22）中， RnU 、 InU 分別為系統(tǒng)電壓的第 n 次諧波分量的實(shí)部模值和虛部的模值； RnI 、 InI 代表系統(tǒng)電流的第 n次諧波分量的實(shí)部模值和虛部模值。由此可得交流電壓、電流的有效 值的計(jì)算公式為： ???? 10 2 )(1 NK kuNU （ 3） ???? 10 2 )(1 Nk kiNI （ 4） 根據(jù)公式（ 3）（ 4），可以計(jì)算線電壓和相電流，以 A相為例的計(jì)算公式： 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 ???? 10 2 )(1 Nk ABAB kuNU (5) ?? )(1 2 kiNI AA （ 6） 則將其有功功率定義為： ? ?? ??? Ttt Ttt u id tp d tTP 00 001 （ 7） 將 P 離散化后可得： ???? 10 )()(1 Nk kikuNP （ 8） 根據(jù)三瓦計(jì)法測(cè)量可知三相有功功率的表達(dá)式為： ? ? ??? Ttt CCBBAAph dtiuiuiuTP 00 )(13 (9) 將（ 9）其離散化之后可得： ? ???? ??? 103 )()()()()()(1 Nk CCBBAAph kikukikukikuNP (10) 若是采用兩瓦計(jì)法測(cè)量，則其有功功率的有效值計(jì)算公式為： ? ? ?? Ttt CCBAABph dtiuiuTP 00 )(13 (11) 將式（ 11）離散化后可得： 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 ? ???? ?? 103 )()()()(1 Nk CCBAABph kikukikuNP (12) 根據(jù)有功功率和無功功率的定義可知，通過余弦和正弦的轉(zhuǎn)換定理，把電流的相位移相 90 度之后帶入有功功率的計(jì)算公式，可得： ? ? ?????? ?????? Ttt CCBBAAph TtiuTtiuTtiuTQ 00 )4()4()4(13 (13) 離散化后得： ??? ?????? ?????? 103 )4()()4()()4()(1 Nk CCBBAAph NkikuNkikuNkikuNQ （ 14） 通過兩瓦計(jì)法測(cè)得系統(tǒng)的無功功率為： ? ? ?????? ???? Ttt CCBAABph TtiuTtiuTQ 00 )4()4(13 (15) 離散化后得： ??? ?????? ???? 103 )4()()4()(1 Nk CCBAABph NkikuNkikuNQ (16) 由公式（ 13）（ 14）（ 15）（ 16）可知電壓比電流少采樣 1/4周期，因?yàn)殡娏?、電壓采樣時(shí)間不同，所以會(huì)使系統(tǒng)的無功功率的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生偏差。如圖 所示，此電路可以濾除高頻信號(hào)。 （ 3） I/O 單元 輸入 /輸出接口電路是用來連接 PLC 主機(jī)與外部設(shè)備。在實(shí)際社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)過程中有多種多樣的控制量和被控制量，即可分為 數(shù)字量和模擬量 ， 這些參數(shù)可通過此可編程 控制 器 來控制，以便于 各種類型的生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程 簡(jiǎn)單 順利進(jìn)行 。因?yàn)榇嗽O(shè)定值的大小與低壓側(cè) 投 入北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 切 除一 組電容 器時(shí)系統(tǒng)電壓最大變化量是否相等 ， 所以在對(duì)變電站進(jìn)行控制時(shí)有 可能會(huì)出現(xiàn) 因最大實(shí)際值大于設(shè)定值時(shí)造成系統(tǒng)在進(jìn)行無功調(diào)節(jié)時(shí)誤投切電容器。 電壓無功控制裝置的 廠家 在選擇 30 小區(qū)和 70 小區(qū) 的 調(diào)節(jié)控制方法時(shí)，提出如下策略：首先將系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)至合適的值域內(nèi) ； 其次調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功功率的大小 ， 由于條件的限制無功功率值很難達(dá)到理想的控制狀態(tài) 。 由以上情況可知 ， 我們需要對(duì)傳統(tǒng)的九區(qū)圖控制方法進(jìn)行改進(jìn)， 為此本文設(shè)計(jì)了 增加 兩 個(gè)仿振小區(qū)的改進(jìn)九區(qū)圖控制 策略。又 由于調(diào) 節(jié)主變高壓側(cè)分接頭與低壓側(cè) 投切電容 器兩者 對(duì)變電站 進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)功 率 時(shí)是相互影響的 ， 所以當(dāng)這兩種控制方式都起到控制作用時(shí)，變電站的工作者很難做出抉擇使用哪類控制方法。 。 除此之外當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)在 九區(qū)圖的某些區(qū)域 運(yùn)行時(shí)，變電站被控制的時(shí)候 主變高壓側(cè)的分接頭和 低壓側(cè)電容器的 投切開關(guān)還可能出現(xiàn)頻繁操作，系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩 。當(dāng)運(yùn)行點(diǎn) 不合理動(dòng)作示意區(qū)域的 S 小區(qū)中時(shí) ， 調(diào)節(jié)變壓器分接頭 降檔 有 可能會(huì)使 系統(tǒng) 無功功率越下限 值 ， 此時(shí) 運(yùn)行點(diǎn) 或許 進(jìn)入 七 區(qū)或 六 區(qū)。 無 電 容 可 投 ， 維 持 無 電 容 可 切 ， 維 持 無 功 功 率 下 限 無 功 功 率 上 限 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 6 區(qū)： 運(yùn)行點(diǎn) 電壓越下限 不在目標(biāo)區(qū)域內(nèi) ， 且系統(tǒng) 無功功率越下限 也不再目標(biāo)區(qū)域 ， 需要先 降 變壓器 檔 位 升壓 直 至電壓合格；若分接頭檔位已調(diào)至最低檔，而電壓仍低于下限，則強(qiáng)投電容。一般情況下要求無功功率值應(yīng)小于等于零。 由于 電壓無功綜合控制系統(tǒng)是一個(gè)具有相互影響雙參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此合理地分配兩者的工作 關(guān)系 是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行首要北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 條件 。 由于有 電壓損耗 的產(chǎn)生 ， 所以我們可同構(gòu)調(diào)節(jié) 有載調(diào)壓變壓器的分接頭 來 改變 低壓側(cè)電壓值 。硬件裝置選用可編程控制器 S7300 PLC 為主控單元，設(shè)計(jì)交流電壓、電流模擬信號(hào)采集電路和一些開關(guān)量采集電路以便于獲取適合的參數(shù)，對(duì)于交流參數(shù)的采集需要選取合適交流采樣算法以獲得比較準(zhǔn)確的電壓、電流值。因此， 當(dāng)前我國面臨的重大問題是 如何 將 全 面電力 系統(tǒng) 進(jìn)行 集中優(yōu)化控制 ，而且這也 是我國未來 在 變電站自動(dòng)化建設(shè)上所需要解決的 中大 問題。 又由于 大多數(shù)電力電子裝置 具有較低 的功率因數(shù)， 所以 它們 在工作的過程中 所消耗的無功功率在電 網(wǎng)所輸送的電 能 中 將會(huì) 占有很大的 一部分的 比例。 首先簡(jiǎn)單的 介紹了 基于 九區(qū)圖控制策略 的變電站電壓無功綜合控制設(shè)計(jì) 以及 有關(guān)于九區(qū)圖控制策略 的不足之處， 為了改善其不足之處本文提出通過增加兩個(gè)防振小區(qū)的改進(jìn)九區(qū)圖控制策略 ， 與 傳統(tǒng)九區(qū)圖控制策略相比而言，前者等待運(yùn)行點(diǎn)出防振小區(qū)，雖然犧牲了無功指標(biāo)卻保證了電壓質(zhì)量的合格，而且避免產(chǎn)生震蕩的動(dòng)作現(xiàn)象。 變電站電壓無功綜合控制器以有很強(qiáng)的抗干擾能力，易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的 S7300PLC作為主控單元，根據(jù)開關(guān)量采集電路和模擬量采集電路獲取所需參數(shù)進(jìn)行電壓無功控制。 在 經(jīng)過多次 實(shí)際 研究 結(jié)果得出如下重要的結(jié)論 ， 電力系統(tǒng)無功功率不足或無功功率分布不合理是影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量下降的主要原因 ，所以 合理地調(diào)節(jié)無功功率的補(bǔ)償與分布的問題是改善 電壓 質(zhì)量重要手段之一 。 走出國門縱觀 國外 各國發(fā)展 情況來看， 它們?cè)?各 自的電力系統(tǒng) 也都采用 電壓無功控制 的方法 ， 但 它們各自有各自的控制方法 。于此同時(shí)，還需要編制相應(yīng)軟件的控制流程圖。 雖然電力系統(tǒng)的無功功率的大小可通過投切電容器組來調(diào)節(jié)，但是在調(diào)節(jié)無功的同時(shí)也會(huì)影響到電壓的質(zhì)量 。 在電力系統(tǒng)中，變電站扮演者重要角色，其電壓的大小受電力系統(tǒng)無功分布的影響，反之系統(tǒng)無功也受電壓偏移的影響。 說明： 圖 九區(qū)圖中， HU 、 LU 、 HQ 、 LQ 分別表示電壓最大值、電壓最小值、無功最大值、無功最小值。 7 區(qū)： 在此區(qū)域 電壓 質(zhì)量 合格， 但是電網(wǎng) 無功功率 不合格 越下限， 需要 切除并聯(lián)電容器組；若無電容器組可切，則維持。 切 電 容 降 檔 降 壓 投 電 容 同理可分析當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)在四 區(qū) 時(shí)可以 采用的輔助 控制 策略 即 降檔升壓，在 電壓被 提高的同時(shí) 也 會(huì)使 電力系統(tǒng) 感性無功功率數(shù)值增大，因此 該 運(yùn)行點(diǎn)將進(jìn)入 三 區(qū) 工作 。所謂“振蕩動(dòng)作” 它 是指在 對(duì)變壓器的分接頭進(jìn)行 調(diào)檔 的時(shí)候 和投切電容 組的 時(shí) 候 ， 此時(shí) 運(yùn)行點(diǎn) 不能直接進(jìn)入 合格的 理想的目標(biāo) 區(qū)域 內(nèi) ， 而是進(jìn)入 到被控對(duì)象運(yùn)行 的臨近范圍區(qū)域，又 或者是 保持在原運(yùn)行位置 所在 的 區(qū)域 。 ② 投電容后運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入 二 區(qū) 假如主變分接頭有充裕的檔位可以上調(diào) ，則 電壓無功控制就可以 執(zhí)行升檔動(dòng)作， 因此電壓值就會(huì)降低 ， 但是 功率因數(shù)不 會(huì)發(fā)生 變 化 ， 但是電力系統(tǒng)的 無功功率 的數(shù)值減小但是它的 性質(zhì)不 會(huì)發(fā)生 變 化 。 ② 通過測(cè)量變電站的實(shí)際電壓值和無功功率 值 且 基于 使用九區(qū)圖的控制方法， 如果電力系統(tǒng)的電壓和無功功率不超出設(shè)定的最大值與最下值，我們只需調(diào)節(jié)主變高壓側(cè)分接頭即可 。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 改進(jìn)九區(qū)圖控制策略 從 圖 （ c）中 對(duì)兩個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的情況分析可以看出，由電壓無功控制裝置調(diào)節(jié)的結(jié)果可知，控制不合理將會(huì)引起系統(tǒng)頻繁振蕩。 在變電站負(fù)荷 為 恒定的阻抗模型時(shí)，運(yùn)行 點(diǎn) 在 30 防振 小區(qū) 進(jìn)行 升檔降壓 ， 升高主變高壓側(cè)分接頭的檔位使電力系統(tǒng)感性無功功率降低，這對(duì)于 對(duì)于 變電站 電壓無功 控制策略，提高了電網(wǎng) 無功 的質(zhì)量 ， 系統(tǒng) 運(yùn)行點(diǎn) 才 有可能進(jìn)入 目標(biāo)區(qū)域 ， 相比之下運(yùn)行點(diǎn)比較容易進(jìn)入 3 區(qū) ， 由此可以對(duì) 3 區(qū)的 運(yùn)行點(diǎn)在低壓側(cè) 投 入 電容 器 進(jìn)入 目標(biāo)區(qū)域；當(dāng)變電站的負(fù)荷位 恒定功率模型 時(shí) ， 提 升 主變高壓側(cè)分接頭的 檔 位時(shí)，電力系統(tǒng)的 感性無功值總會(huì) 增大， 系統(tǒng) 無功 嚴(yán)重不平衡 ， 此時(shí) 運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入 3 區(qū) 的可能性比較大 。 另外，當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)落在 30（或 70）小區(qū)中接近電壓 HBU （或 LBU ）和無功邊界處 的時(shí)，由于投入（或切除） 1 組電容產(chǎn)生的實(shí)際電壓變化量不超過 maxqU? ，因此投切電容后運(yùn)行點(diǎn)很可能直接進(jìn)入 9 區(qū)，因此 30（或 70）小區(qū)的劃分相對(duì)較為保守。可 編程控制器及外圍設(shè)備，都易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充原理設(shè)計(jì)。為了提高抗干擾能力，一般的輸入輸出接口均有光電隔離裝置，應(yīng)用最廣泛的室友發(fā)光二極管和光電二極管組成的光電隔離器。 UiR 1C 1R 2C 2 U 0 圖 低通濾波電路 模擬量采集分為交流采樣與 直流采樣，相對(duì)于直流采樣，交流采樣有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 實(shí)時(shí)性好。 根據(jù)定義計(jì)算系統(tǒng)的 三相功率，三表計(jì)法既適用于對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，也適用于不對(duì)稱的運(yùn)行狀態(tài)以及三相負(fù)荷不平衡、含有諧波的運(yùn)行狀態(tài)。 由此通過公式（ 22）可以得到三表計(jì)法下的系統(tǒng)第 n次諧波分量的有功功率和無功功率的計(jì)算公式是： 2)()()(2)()()(33C I nC R nC R nC I nBRnBRnB I nA I nARnARnA I nphC I nC I nC R nC R nB I nB I nBRnBRnA I nA I nARnARnphIUIUI B I nUIUIUIUQIUIUIUIUIUIUP???????????? （ 23） 把各次諧波分量綜合考慮可以得出系統(tǒng)總的有功功率和無功功率的計(jì)算公式得： 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 ????????133133nphnphnphnphPP