【正文】 （ 24） 對(duì)比 以上兩 個(gè)交流計(jì)算方法，在 VQC 裝置的交流采樣設(shè)計(jì)程序時(shí)，積分法可以適用于主變高壓側(cè)的無(wú)功功率的計(jì)算，也適用于中壓側(cè)母線電壓的計(jì)算。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 QSKMFUTAFV 1FV 2SRDC 圖 電容器主接線圖 基于 PLC控制的外部接線原理圖 由于 S7300PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各模塊之間可進(jìn)行廣泛組合與擴(kuò)展?？芍苯佑糜隍?qū)動(dòng)接觸器、小型電 動(dòng) 機(jī)等。軟件可調(diào)用各功能模塊 ， 正是由于 程序設(shè)計(jì) 具有模塊化與 功能化的 特點(diǎn)，所以能 使程序 組織的更加合理且 功能 比較 獨(dú)立， 方便 于 軟件 程序的修改 與 調(diào)試， 同時(shí)也使 程序代碼的重復(fù) 次數(shù)減少了 ， 大大的節(jié)約 程序 所北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 需占用的 存儲(chǔ)空間。對(duì)于連接在 10KV側(cè)的每段母線上的電容器組，可通過(guò)判斷斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)與投切狀態(tài)是否一致來(lái)分析工作狀態(tài)是否正常。 首先給第一種和第二種電容器設(shè)定一個(gè)順序表格 ， 把 表的深度 定義 為電容器的總 數(shù)， 低壓側(cè)的 電容器 組被按順序從 1 到 8 標(biāo)號(hào) ， 其次這些電容器被使用時(shí)也會(huì) 被標(biāo)號(hào)，以便于系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)，但是 電容器 被投切的時(shí)間早晚需要根據(jù)電容器所處的狀態(tài)有一定必然的聯(lián)系 ，所以需要先判斷出電容器的運(yùn)行狀態(tài)以及編號(hào)來(lái)進(jìn)行投切操作。 電容器 在 控制 軟件上 被 分為三 種 類 別 ： 第一種是 已 被 投入 系統(tǒng)當(dāng)中正在運(yùn)行的電容器；第二種是準(zhǔn)備被投系統(tǒng)當(dāng)中 的電容器；第三種是 不 能被系統(tǒng)控 制 的電容器。系統(tǒng)兩臺(tái)變壓器有母聯(lián)閉合和母聯(lián)斷開(kāi)兩種運(yùn)行方式，其中母聯(lián)閉合是比較常用的，且兩者為互為備用的關(guān)系。 主程序模塊初始化功能模塊開(kāi)關(guān)量處理模塊電容器循環(huán)投切隊(duì)列生成模塊系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)讀取模塊控制主程序模塊輔助處理模塊 圖 軟件功能模塊 由前面敘述可知，本裝置的控制對(duì)象為 兩臺(tái)有載調(diào)壓變壓器 和八組電容器 ， 由于兩者之間 的相似性 ，所以在它們的 軟件處理上 也具有相似性。模塊每個(gè)輸入點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài) ，輸入開(kāi)關(guān)閉合即有輸入電壓時(shí)，二極管亮。 電容器接線方案 電容器支路中安裝有隔離開(kāi)關(guān) QS 方便安全， 斷路器 QF 來(lái)控制電容器的投切， 熔斷器 FU過(guò)流速斷保護(hù)， 電流互感器 TA 測(cè)量電流，電抗器 SR 限制涌流、抑制諧波，避雷器 FV1 與 FV2 防止過(guò)壓，放電線圈 DC 使電容器斷電時(shí)將其 電壓在 5S 左右降至50V，當(dāng)再次投入電容器是減少了涌流的產(chǎn)生 .。 假設(shè)直流分量等于零，而其他諧波分量的非正弦周期電壓、電流的表達(dá)式為： ????????1212nnnnIIUU （ 21） 在現(xiàn)實(shí)生活中，進(jìn)行電力系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)， n值一般在 13 至 19 次，能夠反映出高次諧波分量對(duì)系統(tǒng)測(cè)量的影響。但是為了使計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)便計(jì)算，需將模擬信號(hào)x(t)離散化，得： ????102 )(1 Nk kxNX （ 2） 公式中（ 2） N 為一個(gè)周期中采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)（采樣周期是 T/N）； x(k)表示在第 K個(gè)點(diǎn)處的瞬時(shí)采樣數(shù)值。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 濾波電路濾波電路A / D轉(zhuǎn)換C P U中壓側(cè) PT低壓側(cè) PT濾波電路高壓側(cè) PT濾波電路高壓側(cè) CT 圖 交流采樣原理圖 由于電磁感應(yīng)的干擾，所以需要安裝濾波電路，消除不必要的干擾。 （ 2） 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器在可變程控制器 中的主要 作用是 用于存放 各種各樣的系統(tǒng)程序、操作人員編制的 程序和 許多系統(tǒng) 工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。 內(nèi)部配有的存儲(chǔ)器 可 以直接在里面進(jìn)行 編程 操作 ， 在此存儲(chǔ)器內(nèi)部可以執(zhí)行多種運(yùn)算操作指令，例如豐富的 邏輯運(yùn)算、 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捻樞蚩刂疲约安僮鞫〞r(shí) 計(jì)數(shù) 的指令系統(tǒng) 和 各種各式的 算術(shù)運(yùn)算等 。 在 實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)生活 中 maxqU? 可有多次試驗(yàn)總結(jié)公式得出 ， 一旦設(shè)定值的大小被確定，那么電壓無(wú)功控制裝置需要一直使用此數(shù)值 。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 相比其他運(yùn)行情況，考慮到 運(yùn)行點(diǎn) 在 30 這個(gè)防振 小區(qū) 運(yùn)行時(shí) ，電壓 大小比 正常 情況下稍大一些 ； 而當(dāng) 運(yùn)行點(diǎn)在 70 防振 小區(qū) 運(yùn)行 時(shí)，電壓 值堪比 正常 值稍小一些 。 ⑤ 運(yùn)用九區(qū)圖控制變電站時(shí)，有 時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)電壓 不平穩(wěn)運(yùn)行的情況。 九區(qū)圖控制策略其他缺陷 由上文分析可知在利用 九區(qū)圖控制策略 控制變電站時(shí)，由于電壓和無(wú)功的值 是 基于理想的情況 考慮的 ， 而在實(shí)際生活當(dāng)中電力系統(tǒng)的電壓和無(wú)功是隨著電力負(fù)荷的變化而變化的，因此還存在如下現(xiàn)象 ： ① 電壓和無(wú)功隨著春夏秋冬四季的變換 ， 用戶負(fù)荷的高 峰期與低谷期的不同而變化的，而這九區(qū)圖中是很難控制的。 若 主變高壓側(cè) 分接頭已 被 調(diào)至最高檔 位，或者是另外一種情況即主變高壓側(cè) 分接頭檔位因已經(jīng)達(dá)到 最大調(diào)節(jié)次數(shù)而 使系統(tǒng)發(fā)出 閉鎖 信號(hào) ， 此時(shí)電壓無(wú)功控制裝置就會(huì) 執(zhí)行強(qiáng)切電容 器組的 動(dòng)作，這又使系統(tǒng) 運(yùn)行點(diǎn) 回到原位置 ； 電壓無(wú)功控制 再按 三 區(qū)的策略投電容， 由于如此頻繁的投切電容，系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象。 相比較情況下若是沒(méi) 有 找到 其他 更好的控制方法 ， 運(yùn)行點(diǎn)在 這些區(qū)域 運(yùn)行時(shí)害的 只能采用調(diào)檔措施。 若系統(tǒng)運(yùn)行在六區(qū)可選用降低變壓器檔位位置而達(dá)到生涯的目的，當(dāng)系統(tǒng)電壓被提高的同時(shí)電力系統(tǒng)的無(wú)功功率的大小也將會(huì)受到嚴(yán)重的影響 ，因此 系統(tǒng)運(yùn)行 可能 進(jìn) 入七 區(qū) ， 而不可能直接 目標(biāo)區(qū)域 。 投 電 容 切 電 容圖 給出了九 區(qū)圖各區(qū)域 控制策略示意 。 5 區(qū)：電網(wǎng) 無(wú)功功率 已經(jīng)滿足系統(tǒng)要求 ， 但是電網(wǎng) 電壓 已經(jīng) 越下限， 我們需要 降 變壓器 檔 位 升壓至電壓 在 合格 的范圍之內(nèi) ；特殊情況當(dāng) 變壓器分接頭已被調(diào)到最低位置時(shí)，而系統(tǒng)電壓值還是在下限區(qū)域，那么需要增加系統(tǒng)無(wú)功即投入與母線并聯(lián)電容器組。 為 了避免在投切電容時(shí)開(kāi)關(guān)頻繁操作， 那么在設(shè)定無(wú)功功率限定值時(shí)， 當(dāng)投入切除一組電容器所引起的無(wú)功功率變化量應(yīng)滿足最大值與最小值限定值之差。 控制策略是變電站電壓無(wú)功調(diào)節(jié)的基本準(zhǔn)則 。 變電站 電壓無(wú)功綜合控制 的 實(shí)現(xiàn)方法 電力系統(tǒng)利用輸電線路和變壓器傳送電能時(shí)，將會(huì)有電壓 損耗和 功率 損耗 產(chǎn)生 。對(duì)于變電站電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)控制裝置包括硬件裝置 的 設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 由于關(guān)聯(lián)分散控制裝置相對(duì)于分散控制其所需的 投資成本 大北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 大的多于后者 ， 所以說(shuō)是我國(guó)變電站的 分散控制仍然 是 主要 的 控制方式。 這是由于隨著 日益飛速發(fā)展的 電力電子技術(shù) ，各式各樣 電力電子 控制 裝置在電力系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò) 、工業(yè) 生產(chǎn) 、交通 運(yùn)行以 及 普通 家庭中 被 日益廣泛 的應(yīng)用 。 本文就目前變電站常用的調(diào)節(jié)有載變壓器的分接頭與投切補(bǔ)償電容器的方法做了簡(jiǎn)介，并設(shè)計(jì)了基本的控制方案。為了提高控制可靠性，需要硬件控制與軟件控制相結(jié)合，于此本文編制了相應(yīng)的軟件控制流程圖。 因此在變電站中 合理的位置安裝 電壓、無(wú)功綜合控制器， 可以 根據(jù) 電力系統(tǒng) 運(yùn)行情況 對(duì) 本 變電 站的電壓和無(wú)功 進(jìn)行自動(dòng)控制 ，以保證 用戶生產(chǎn)生活 的 電壓 在規(guī)定 的合理 范圍 區(qū)域，同時(shí)使變電站高壓側(cè)母線 進(jìn) 線功率因數(shù) 有效提高 。 綜合分析可知它們的控制方法有： 個(gè) 自分 別調(diào)節(jié) 控制方式 ，綜合 起來(lái) 調(diào)節(jié) 控制的方式， 區(qū)域集中 起來(lái)控制模式， 分層 相互 協(xié)調(diào)控制模式 等 。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 變電站電壓無(wú)功綜合 控制原理 電壓無(wú)功控制 的基本 原理 變電站電壓 的大小受多種因素的影響，電壓大小的 調(diào)節(jié) 可通過(guò)調(diào)節(jié)主變高壓側(cè)的 分接頭進(jìn)行 控制，由于無(wú)功功率的大小也會(huì)影響電壓的偏移，所以 在對(duì)電力系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行 無(wú)功補(bǔ)償時(shí) ， 將會(huì) 影響到電壓的 質(zhì)量 。在 對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的同 時(shí)，無(wú)功功率 也會(huì)隨著 發(fā)生改變；在無(wú)功功率調(diào)節(jié)時(shí)，電壓 也 可發(fā)生 變化。 因此電壓無(wú)功控制策略除了要滿足合格的電壓質(zhì)量和無(wú)功平衡，并且還需盡量減少控制裝置的調(diào)節(jié)次數(shù)，同時(shí)還得保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn) 行。 根據(jù) 電壓無(wú)功 控制 的 要求，應(yīng)將主變 壓器 低壓側(cè)母線電壓控制在規(guī)定的電壓 限 定值范圍之內(nèi) ，確保電壓 質(zhì)量符合要求 ； 與此 同時(shí) 我們還需盡量把電力系統(tǒng) 無(wú)功功率或 電網(wǎng)功率因數(shù)控制在 合格的限定值之內(nèi) ；若 電壓和 無(wú)功功率 沒(méi)有運(yùn)行在目標(biāo)區(qū)域范圍內(nèi)即兩者 同時(shí)滿足要求 時(shí) ， 我們需要 優(yōu)先保證 電網(wǎng) 電壓 質(zhì)量 合格。 8 區(qū)： 在此區(qū)域 電壓越上限 不在 合格范圍之內(nèi) ， 系統(tǒng) 無(wú)功功率越下限，先切除并聯(lián)電容器組； 另外當(dāng)經(jīng)過(guò)上述調(diào)節(jié)后，電壓仍然不合格，那么需要調(diào)節(jié)變壓器分接頭來(lái)操作完成目標(biāo)電壓要求。 無(wú) 電 容 可 切 ， 升 檔 降 壓 在 最 低 檔 ， 強(qiáng) 投 電 容 無(wú) 電 容 可 投 ， 降 檔 升 壓功 率 因 數(shù) 上 限 功 率 因 數(shù) 下 限圖 九區(qū)圖各 區(qū)域控制策略 由于變電站負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性不能被九區(qū)圖控制策略 區(qū)分，對(duì) 恒定阻抗負(fù)荷和 恒定功率負(fù)荷 是 通用的。 8765 43219SLQHQ HULU01 ?Q8765 43219LQ HQ HULUminuQ?1S2S minuQ? (a) 恒定阻抗負(fù)荷模型 (b) 恒定功率負(fù)荷模 型 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 8765 43219LQ HQHULUba)( HPF )( LPFm inqU? m inqU? （ c） 振蕩動(dòng)作示意 圖 九區(qū)圖不合理動(dòng)作示意 如圖 （ b）所示， 0?LQ ， minuU? 為調(diào)節(jié) 一個(gè) 檔 位 分接頭 時(shí) 所引起的 電網(wǎng) 無(wú)功功率最小變化量， 選取恒定功率模型的負(fù)荷作為 變電站負(fù)荷。 若是 被控對(duì)象運(yùn)行 進(jìn)入到 相鄰的 區(qū)域 ，被其區(qū)域的控制策略所 控制 的時(shí)候 ， 此時(shí) 又 會(huì) 使 電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況 回到 原先所在的控制 區(qū)域 內(nèi) 。 由于主變高壓側(cè)調(diào)檔對(duì)系統(tǒng)無(wú)功功率沒(méi)有那么大影響， 在電壓無(wú)功功率控制 的 模式下，因此運(yùn)行點(diǎn)可能進(jìn)入不了 九 區(qū)而是又進(jìn)入 qU? 小區(qū)，從而產(chǎn)生振蕩動(dòng)作現(xiàn)象。 由電壓無(wú)功的關(guān)系曲線可知， 電壓超出最小值時(shí)，無(wú)功功率曲線是由波谷轉(zhuǎn)到波峰的情況 ， 此時(shí)無(wú)功功率也會(huì)超出最大值 。因此有大量的電壓無(wú)功控制 裝置在 傳統(tǒng)的九區(qū)圖中增加了 兩 個(gè)防振小區(qū) 。 對(duì)于 在 70 防振 小區(qū) 采取主變高壓側(cè)分接頭 降 低 檔 位 升壓 的控制方法 ，對(duì)于 VQC模式， 無(wú)論變電站的負(fù)荷時(shí) 恒定阻抗 模型或是 恒定功率模型， 當(dāng)九區(qū)圖中的無(wú)功功率設(shè)定的下限值小于或者等于零時(shí)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施 降檔 調(diào)壓措施，就會(huì)使電網(wǎng)的 容性無(wú)功 比例增大繼而系統(tǒng)的 無(wú)功 平衡被破壞 ， 所以被控對(duì)象有可能先進(jìn)入 7 區(qū)， 在這個(gè)區(qū)域執(zhí)行切除電容控制策略之后進(jìn)入目標(biāo) 區(qū)域九區(qū)，然而這影響了運(yùn)行點(diǎn)直接進(jìn)入九區(qū)。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 3 綜合控制裝置 的 硬件 設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 本控制裝置 的 控制對(duì)象是 110KV 變電站，其一次側(cè)主電路設(shè)計(jì)如圖 所示。按照以上定義， PLC 是一種工業(yè)用計(jì)算機(jī)，因此必須有很強(qiáng)的抗干擾能力，這是與一般微機(jī)系統(tǒng)不同的。 （ 4） 編程設(shè)備 編程 設(shè)備 在 PLC 的外部裝置中有及其重要的功能 ， 用戶程序 利用 此設(shè)備 可以 更好的進(jìn)行 輸入、檢查、修改、調(diào)試， 并且 可 以對(duì) 可變程控制器的實(shí)時(shí)工作情況進(jìn)行 在線監(jiān)視。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 （ 2） 由于交流采樣能很好反映交流電壓、電流的原波形，所以在諧波分析的場(chǎng)合，需用交流采樣。由于兩瓦計(jì)法是根據(jù)系統(tǒng)的對(duì)稱三相電流之和為零的情況計(jì)算的，所以在不對(duì)稱的情況下，計(jì)算出的結(jié)果會(huì)有一定偏差。由于變電站中多含有奇次諧波，為了了解電容器的投切對(duì)諧波的影響，所以低壓側(cè)母線的電壓可采用傅里葉算法，計(jì)算出各奇次諧波分量。 （ 1） 電源模塊 （ PS） 選取 PS307 電源模塊是西門子公司為 S7300 PLC 專配的 24V DC 電源，具有防短路和開(kāi)路保護(hù)的特點(diǎn)，而且還具有可靠地隔離特性，可用作負(fù)載電源。 （ 5） 模擬量輸入模塊 SM331 SM 331 有多種規(guī)格