【正文】 （ 24） 對比 以上兩 個交流計算方法，在 VQC 裝置的交流采樣設計程序時，積分法可以適用于主變高壓側(cè)的無功功率的計算，也適用于中壓側(cè)母線電壓的計算。 北華大學畢業(yè)設計（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)設計，各模塊之間可進行廣泛組合與擴展。可直接用于驅(qū)動接觸器、小型電 動 機等。軟件可調(diào)用各功能模塊 ， 正是由于 程序設計 具有模塊化與 功能化的 特點，所以能 使程序 組織的更加合理且 功能 比較 獨立， 方便 于 軟件 程序的修改 與 調(diào)試， 同時也使 程序代碼的重復 次數(shù)減少了 ， 大大的節(jié)約 程序 所北華大學畢業(yè)設計（論文） 29 需占用的 存儲空間。對于連接在 10KV側(cè)的每段母線上的電容器組，可通過判斷斷路器開關(guān)狀態(tài)與投切狀態(tài)是否一致來分析工作狀態(tài)是否正常。 首先給第一種和第二種電容器設定一個順序表格 ， 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 標號 ， 其次這些電容器被使用時也會 被標號，以便于系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)，但是 電容器 被投切的時間早晚需要根據(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行狀態(tài)以及編號來進行投切操作。 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)當中正在運行的電容器；第二種是準備被投系統(tǒng)當中 的電容器；第三種是 不 能被系統(tǒng)控 制 的電容器。系統(tǒng)兩臺變壓器有母聯(lián)閉合和母聯(lián)斷開兩種運行方式，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關(guān)量處理模塊電容器循環(huán)投切隊列生成模塊系統(tǒng)運行參數(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，本裝置的控制對象為 兩臺有載調(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。模塊每個輸入點有一個綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài) ，輸入開關(guān)閉合即有輸入電壓時，二極管亮。 電容器接線方案 電容器支路中安裝有隔離開關(guān) QS 方便安全， 斷路器 QF 來控制電容器的投切， 熔斷器 FU過流速斷保護， 電流互感器 TA 測量電流，電抗器 SR 限制涌流、抑制諧波，避雷器 FV1 與 FV2 防止過壓，放電線圈 DC 使電容器斷電時將其 電壓在 5S 左右降至50V，當再次投入電容器是減少了涌流的產(chǎn)生 .。 假設直流分量等于零，而其他諧波分量的非正弦周期電壓、電流的表達式為： ????????1212nnnnIIUU （ 21） 在現(xiàn)實生活中，進行電力系統(tǒng)的計算時， n值一般在 13 至 19 次，能夠反映出高次諧波分量對系統(tǒng)測量的影響。但是為了使計算機簡便計算，需將模擬信號x(t)離散化，得： ????102 )(1 Nk kxNX （ 2） 公式中（ 2） N 為一個周期中采樣點的個數(shù)（采樣周期是 T/N）； x(k)表示在第 K個點處的瞬時采樣數(shù)值。 北華大學畢業(yè)設計（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 由于電磁感應的干擾，所以需要安裝濾波電路，消除不必要的干擾。 （ 2） 存儲器 存儲器在可變程控制器 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)部配有的存儲器 可 以直接在里面進行 編程 操作 ， 在此存儲器內(nèi)部可以執(zhí)行多種運算操作指令，例如豐富的 邏輯運算、 嚴謹?shù)捻樞蚩刂?，以及操作定時 計數(shù) 的指令系統(tǒng) 和 各種各式的 算術(shù)運算等 。 在 實際工業(yè)生產(chǎn)生活 中 maxqU? 可有多次試驗總結(jié)公式得出 ， 一旦設定值的大小被確定，那么電壓無功控制裝置需要一直使用此數(shù)值 。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 12 相比其他運行情況，考慮到 運行點 在 30 這個防振 小區(qū) 運行時 ，電壓 大小比 正常 情況下稍大一些 ； 而當 運行點在 70 防振 小區(qū) 運行 時，電壓 值堪比 正常 值稍小一些 。 ⑤ 運用九區(qū)圖控制變電站時，有 時候可能會出現(xiàn)電壓 不平穩(wěn)運行的情況。 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，由于電壓和無功的值 是 基于理想的情況 考慮的 ， 而在實際生活當中電力系統(tǒng)的電壓和無功是隨著電力負荷的變化而變化的，因此還存在如下現(xiàn)象 ： ① 電壓和無功隨著春夏秋冬四季的變換 ， 用戶負荷的高 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)達到 最大調(diào)節(jié)次數(shù)而 使系統(tǒng)發(fā)出 閉鎖 信號 ， 此時電壓無功控制裝置就會 執(zhí)行強切電容 器組的 動作，這又使系統(tǒng) 運行點 回到原位置 ； 電壓無功控制 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)將會產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象。 相比較情況下若是沒 有 找到 其他 更好的控制方法 ， 運行點在 這些區(qū)域 運行時害的 只能采用調(diào)檔措施。 若系統(tǒng)運行在六區(qū)可選用降低變壓器檔位位置而達到生涯的目的，當系統(tǒng)電壓被提高的同時電力系統(tǒng)的無功功率的大小也將會受到嚴重的影響 ，因此 系統(tǒng)運行 可能 進 入七 區(qū) ， 而不可能直接 目標區(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 變壓器分接頭已被調(diào)到最低位置時，而系統(tǒng)電壓值還是在下限區(qū)域，那么需要增加系統(tǒng)無功即投入與母線并聯(lián)電容器組。 為 了避免在投切電容時開關(guān)頻繁操作， 那么在設定無功功率限定值時， 當投入切除一組電容器所引起的無功功率變化量應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功調(diào)節(jié)的基本準則 。 變電站 電壓無功綜合控制 的 實現(xiàn)方法 電力系統(tǒng)利用輸電線路和變壓器傳送電能時，將會有電壓 損耗和 功率 損耗 產(chǎn)生 。對于變電站電壓、無功綜合自動控制裝置包括硬件裝置 的 設計和軟件設計。 由于關(guān)聯(lián)分散控制裝置相對于分散控制其所需的 投資成本 大北華大學畢業(yè)設計（論文） 2 大的多于后者 ， 所以說是我國變電站的 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 、工業(yè) 生產(chǎn) 、交通 運行以 及 普通 家庭中 被 日益廣泛 的應用 。 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償電容器的方法做了簡介，并設計了基本的控制方案。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、無功綜合控制器， 可以 根據(jù) 電力系統(tǒng) 運行情況 對 本 變電 站的電壓和無功 進行自動控制 ，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，同時使變電站高壓側(cè)母線 進 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 自分 別調(diào)節(jié) 控制方式 ，綜合 起來 調(diào)節(jié) 控制的方式， 區(qū)域集中 起來控制模式， 分層 相互 協(xié)調(diào)控制模式 等 。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 3 2 變電站電壓無功綜合 控制原理 電壓無功控制 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) 可通過調(diào)節(jié)主變高壓側(cè)的 分接頭進行 控制，由于無功功率的大小也會影響電壓的偏移，所以 在對電力系統(tǒng)的無功功率進行 無功補償時 ， 將會 影響到電壓的 質(zhì)量 。在 對電壓進行調(diào)節(jié)的同 時，無功功率 也會隨著 發(fā)生改變；在無功功率調(diào)節(jié)時，電壓 也 可發(fā)生 變化。 因此電壓無功控制策略除了要滿足合格的電壓質(zhì)量和無功平衡，并且還需盡量減少控制裝置的調(diào)節(jié)次數(shù)，同時還得保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運 行。 根據(jù) 電壓無功 控制 的 要求，應將主變 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 我們還需盡量把電力系統(tǒng) 無功功率或 電網(wǎng)功率因數(shù)控制在 合格的限定值之內(nèi) ；若 電壓和 無功功率 沒有運行在目標區(qū)域范圍內(nèi)即兩者 同時滿足要求 時 ， 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) 無功功率越下限，先切除并聯(lián)電容器組； 另外當經(jīng)過上述調(diào)節(jié)后，電壓仍然不合格，那么需要調(diào)節(jié)變壓器分接頭來操作完成目標電壓要求。 無 電 容 可 切 ， 升 檔 降 壓 在 最 低 檔 ， 強 投 電 容 無 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 由于變電站負荷的電壓靜態(tài)特性不能被九區(qū)圖控制策略 區(qū)分，對 恒定阻抗負荷和 恒定功率負荷 是 通用的。 8765 43219SLQHQ HULU01 ?Q8765 43219LQ HQ HULUminuQ?1S2S minuQ? (a) 恒定阻抗負荷模型 (b) 恒定功率負荷模 型 北華大學畢業(yè)設計（論文） 8 8765 43219LQ HQHULUba)( HPF )( LPFm inqU? m inqU? （ c） 振蕩動作示意 圖 九區(qū)圖不合理動作示意 如圖 （ b）所示， 0?LQ ， minuU? 為調(diào)節(jié) 一個 檔 位 分接頭 時 所引起的 電網(wǎng) 無功功率最小變化量， 選取恒定功率模型的負荷作為 變電站負荷。 若是 被控對象運行 進入到 相鄰的 區(qū)域 ，被其區(qū)域的控制策略所 控制 的時候 ， 此時 又 會 使 電力系統(tǒng)運行狀況 回到 原先所在的控制 區(qū)域 內(nèi) 。 由于主變高壓側(cè)調(diào)檔對系統(tǒng)無功功率沒有那么大影響， 在電壓無功功率控制 的 模式下，因此運行點可能進入不了 九 區(qū)而是又進入 qU? 小區(qū)，從而產(chǎn)生振蕩動作現(xiàn)象。 由電壓無功的關(guān)系曲線可知， 電壓超出最小值時，無功功率曲線是由波谷轉(zhuǎn)到波峰的情況 ， 此時無功功率也會超出最大值 。因此有大量的電壓無功控制 裝置在 傳統(tǒng)的九區(qū)圖中增加了 兩 個防振小區(qū) 。 對于 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 ，對于 VQC模式， 無論變電站的負荷時 恒定阻抗 模型或是 恒定功率模型， 當九區(qū)圖中的無功功率設定的下限值小于或者等于零時，對系統(tǒng)實施 降檔 調(diào)壓措施，就會使電網(wǎng)的 容性無功 比例增大繼而系統(tǒng)的 無功 平衡被破壞 ， 所以被控對象有可能先進入 7 區(qū)， 在這個區(qū)域執(zhí)行切除電容控制策略之后進入目標 區(qū)域九區(qū)，然而這影響了運行點直接進入九區(qū)。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 14 3 綜合控制裝置 的 硬件 設計 控制系統(tǒng)主電路設計 本控制裝置 的 控制對象是 110KV 變電站，其一次側(cè)主電路設計如圖 所示。按照以上定義， PLC 是一種工業(yè)用計算機，因此必須有很強的抗干擾能力，這是與一般微機系統(tǒng)不同的。 （ 4） 編程設備 編程 設備 在 PLC 的外部裝置中有及其重要的功能 ， 用戶程序 利用 此設備 可以 更好的進行 輸入、檢查、修改、調(diào)試， 并且 可 以對 可變程控制器的實時工作情況進行 在線監(jiān)視。 北華大學畢業(yè)設計（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合，需用交流采樣。由于兩瓦計法是根據(jù)系統(tǒng)的對稱三相電流之和為零的情況計算的，所以在不對稱的情況下，計算出的結(jié)果會有一定偏差。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，具有防短路和開路保護的特點，而且還具有可靠地隔離特性，可用作負載電源。 （ 5） 模擬量輸入模塊 SM331 SM 331 有多種規(guī)格