【文章內(nèi)容簡介】 有功電流，無功電流流，功率因數(shù)cos。又將切除門限設(shè)為。當(dāng)控制器檢測到當(dāng)前的無功電流小于零時，即得到超前的功率因數(shù)時，發(fā)出指令，切除一電容器組。，則保持不變。以功率因數(shù)作為控制量的控制器通過對電網(wǎng)的電壓、電流進行采樣檢測，分析計算出當(dāng)前的功率因數(shù)值。用當(dāng)前的功率因數(shù)值與設(shè)定的投切門限值進行比較，以確定是投入、切除、還是保持不變。，則不論實際的無功功率值是多少，都保持當(dāng)前的補償狀態(tài)不變。功率因數(shù)值是一個比例值，所以在重負荷時，雖然功率因數(shù)滿足了要求，但電網(wǎng)中的無功功率仍很大。圖24中，負載大于負載，無功也大于，而這時的功率因數(shù)卻是相同的。雖然與的差值大于一個或幾個電容器組的補償量，但卻由于此時的功率因數(shù)滿足要求而不會去投入。 0圖24 相同功率因數(shù)下無功電流與負載的關(guān)系功率因數(shù)控制的另一個問題是輕載下的投切振蕩。圖25說明了輕載時發(fā)生投切振蕩的情況。，是與之對應(yīng)的無功電流，并且較小，要小于一個電容器組的補償量。由于負載很輕，這時的功率因數(shù)較小。按照補償原理應(yīng)投入一個電容器組，用該組電容器的超前電流去進行補，補償?shù)慕Y(jié)果是得到了超前的功率因數(shù)。一旦功率因數(shù)超前，就要立即切除一電容器組，而切除一組功率因數(shù)又不夠，因此形成投切振蕩。 0圖25 功率因數(shù)補償?shù)妮p載振蕩針對功率因數(shù)控制的問題，出現(xiàn)了以系統(tǒng)中的無功功率為被控制對象，即將無功功率作為無功補償?shù)目刂屏?。以無功功率作為投切判據(jù)，由于檢測量與控制目標(biāo)一致，能夠真正實現(xiàn)無功功率缺多少補多少，超多少切多少的目的，既可避免投切振蕩，又可實現(xiàn)電容器組的一次投切到位，避免了反復(fù)試投切對電網(wǎng)和電容器的影響?？刂破鲗﹄娋W(wǎng)的電壓、電流進行采樣檢測，計算出當(dāng)前的無功功率(無功電流)值。若當(dāng)前值大于一個電容器組的補償值，則投入一個電容器組。若當(dāng)前值超前，則切除一個電容器組。本方法補償?shù)慕Y(jié)果是使電網(wǎng)中的無功功率始終保持在一個較低的水平上。圖26所示是無功功率控制的補償效果示意圖。由于本方法的控制對象是無功功率，而無功功率又始終保持在一個較低的水平上。因此，不會出現(xiàn)功率因數(shù)控制方式所出現(xiàn)的重載時功率因數(shù)滿足要求，但無功電流很大，而輕載時又容易產(chǎn)生投切振蕩的問題。，如果控制器的運行環(huán)境對功率因數(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降低。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)無功功率與實際無功功率之差作為無功補償?shù)目刂屏縼磉M行投切。這樣在不同的應(yīng)用環(huán)境下，就只需要改變目標(biāo)功率因數(shù)即可，在必要的情況下需要重新設(shè)置投入門限與切除門限。0圖26 無功功率補償示意圖第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計第 三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 電子式無功功率自動補償控制器電子式無功功率自動補償控制器原理圖如圖31所示。主要具有以下方面的功能和問題。電源定時脈沖無功值運算無功顯示相位顯示cosφ額定調(diào)節(jié)相位檢測電流檢測電平比較投切控制供電系統(tǒng)電容器組過壓保護圖31 電子式無功功率自動補償控制原理圖主要由相位檢測電路和電流檢測電路組成。用于檢測電網(wǎng)中所減少的無功損耗，從而使系統(tǒng)決定無功補償量的大小。相位判別檢測電路：相位差就是電壓超前或滯后電流的差值，在本設(shè)計中我們不但要測量出相位差的大小還要判斷出電壓超前還是滯后了，首先對相位差進行測量。輸入兩路同頻率的正弦波信號，當(dāng)兩路信號的頻率相同時，相角差θ=φ1—φ2是一個與時間無關(guān)的常數(shù),將此兩路正弦波信號經(jīng)過放大整形成兩路占空比為50%的正方波信號ff2，經(jīng)過異或門輸出一個脈沖序列A，與晶振產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖波B進行與操作得到調(diào)制后的波形C，在一定的時間范圍內(nèi)對B、C中脈沖的個數(shù)進行,計數(shù)得Nc、Nb，則其相位差計算公式為θ=180176。Nc/Nb，采用多個周期計數(shù)取平均值的方式以提高測相精度。波形如下圖所示:F1 F2 A B C 圖32 相位檢測波形圖相位極性判別電路:將波形整形電路的兩路輸出方波送入D觸發(fā)器中進行相位極性判別，當(dāng)U0超前U1時，Q端輸出高電平，反之輸出低電平，極性判別的原理圖如33所示。D QCP OUTS“1”U0U1圖33 相位判別電路相位檢測和判別的接線圖如圖34所示：1amp。amp。1amp。1amp。UI觸發(fā)器信 號電壓超前時相 位 差電流超前時相 位 差圖34 相位檢測和判別的接線圖 無功功率單元與電平比較單元將檢測到的無功功率量的大小轉(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。 投切控制部分由電平比較單元產(chǎn)生的投切控制信號通過光電轉(zhuǎn)換后進入單片機或其他控制器，啟動相應(yīng)的時序控制程序，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)動晶閘管和交流接觸器按預(yù)先設(shè)定的程序適時動作，確保安全可靠地對電容器進行投切操作。當(dāng)電網(wǎng)某相電壓、欠壓、欠流及諧波超限或電壓不平穩(wěn)超限時，快速切除補償電容器、以免設(shè)備損壞。電子式無功功率自動補償控制器在實際應(yīng)用中存在不少問題，如容易受外界干擾及灰塵等因素影響出現(xiàn)故障；各部分控制功能因全由電子線路實現(xiàn)，器件多、過程復(fù)雜，難于快速準(zhǔn)確找到故障點；當(dāng)檢測電路無功運算等電路出現(xiàn)故障時，缺少投切保護功能；當(dāng)接觸器或繼電器粘連時，無法及時報警及保護等。 PLC選型及模擬量擴展模塊的選擇設(shè)計本設(shè)計選用西門子s7200CPU226作為控制主機，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 存儲器特性 程序存儲器 在線程序編輯時 非在線程序編輯時 數(shù)據(jù)存儲器 裝備(超級電容) (可選電池) 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100小時/典型值(40176。C時最少70小時) 200天/典型值 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100小時/典型值(40176。C時最少70小時) 200天/典型值 I/O特性 本機數(shù)字量輸入 本機數(shù)字量輸出 本機模擬量輸入 本機模擬量輸出 數(shù)字I/O映象區(qū) 模擬I/O映象區(qū) 允許最大的擴展I/O模塊 允許最大的智能模塊 脈沖捕捉輸入 高速計數(shù)器 總數(shù) 單相計數(shù)器 兩相計數(shù)器 脈沖輸出 24 輸入 16 輸出 無 無 256 (128輸入/128輸出) 64(32輸入/32輸出) 7個模塊 7個模塊 24 6個 6，每個30KHz 4，每個20KHz 2個20KHz(僅限于DC輸出) 24 輸入 16 輸出 無 無 256 (128輸入/128輸出) 64(32輸入/32輸出) 7個模塊 7個模塊 24 6個 6，每個30KHz 4，每個20KHz 2個20KHz(僅限于DC輸出) 常規(guī)特性 定時器總數(shù) 1ms 10ms 100ms 計數(shù)器總數(shù) 內(nèi)部存儲器位掉電保持 時間中斷 邊沿中斷 模擬電位器 布爾量運算執(zhí)行時間 時鐘 卡件選項 256個 4個 16個 236個 256(由超級電容或電池備份) 256(由超級電容或電池備份) 112(存儲在EEPROM) 2個1ms分辨率 4個上升沿和/或4個下降沿 2個8位分辨率 內(nèi)置 存儲卡和電池卡 256個 4個 16個 236個 256(由超級電容或電池備份) 256(由超級電容或電池備份) 112(存儲在EEPROM) 2個1ms分辨率 4個上升沿和/或4個下降沿 2個8位分辨率 內(nèi)置 存儲卡和電池卡 集成的通信功能 圖35 S7200CPU226圖36 CPU226 CN DC/DC/DC端子連線圖用s7200CPU226PLC實現(xiàn)的投切電路結(jié)構(gòu)原理如圖37所示，利用這樣的線路結(jié)構(gòu)，無功補償補償裝置變得條理清晰，易于理解，并且在原自動投切、手動投切的基礎(chǔ)上，利用PLC中CPU內(nèi)部的日歷時鐘可以實現(xiàn)實時自動投切控制。當(dāng)檢測電路或模擬單元出現(xiàn)故障時，可以按實時時間自動投切。如果用戶每天的工作大體一致，那么實測作出功率因數(shù)曲線后，可以不用模擬單元，只用圖中虛線內(nèi)的簡單結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)自動投切。同時可以通過檢測各接觸器的狀態(tài)作出相應(yīng)的保護和報警輸出。 PLC 模擬單元檢測電路過壓保護額定值調(diào)節(jié) S7200 PLC主機 ~ ~ 投切接觸器 自動控制 報警 手 自 手動 各接 實時 觸器 自動 動 動 投切 狀態(tài) 投切