【導(dǎo)讀】直接影響電能的質(zhì)量。在電力系統(tǒng)中，變電站占有重要地位，因為電力系統(tǒng)中很多操作。介，并設(shè)計了基本的控制方案。首先簡單的介紹了基于九區(qū)圖控制策略的變電站電壓無。震蕩的動作現(xiàn)象。變電站電壓無功綜合控制器以有很強的抗干擾能力，易于與工業(yè)系統(tǒng)。擬量采集電路獲取所需參數(shù)進(jìn)行電壓無功控制。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。

　　

【正文】 （ 18） 將公式（ 18）離散化可得： ???? 10 )2s in ()(2 NkRn NnkkxNX ? ???? 10 )2s in ()(2 NkIn NnkkxNX ? (19) 由公式（ 18）（ 19）得，第 n次諧波的有 效值表達(dá)式為： 222 InRnn XXX ?? （ 20） 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 所以根據(jù)公式（ 19）（ 20），將 )(tu 、 )(ti 帶入可得到電壓、電流的第 n次諧波分量的模值和有效值的計算公式。由上述分析可知傅里葉計算法可有效濾除諧波。 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)實生活中，進(jìn)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。所以第 n 次諧波分量的有功功率和無功功率的計算公式是： 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次諧波分量的實部模值和虛部模值。 由此通過公式（ 22）可以得到三表計法下的系統(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算公式得： 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 ????????133133nphnphnphnphPP （ 24） 對比 以上兩 個交流計算方法，在 VQC 裝置的交流采樣設(shè)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。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。 控制裝置設(shè)計 變壓器檔位調(diào)整控制電路 通過控制電動機的正反轉(zhuǎn)來進(jìn)行變壓器檔位調(diào)節(jié)， 控制原理如圖 所示。 圖中元件說明： QS：隔離開關(guān) QF：斷路器 SB1：手動升壓按鈕 SB2：手動降壓按鈕 SB3：停止控制按鈕 SQ0~SQ5：限位開關(guān) KM1(KM2)：交流接觸器 KA：中間繼電器 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 FRMKM 1KM 2QSQFFU FR KA SQ 0 SQ 1SB 2 SB 1SQ 2 SQ 4KM 1KM 1SB 1SB 2 SQ 3 SQ 5KM 2KAKM 2SB 3L 25L 26A C 3 8 0圖 位調(diào)整控制操動機構(gòu)電氣原理圖 從圖 中可知，當(dāng)按下 SB1 后， KM1 得電 ，其常開觸點閉合，電機 正 轉(zhuǎn)。 由于KM1 常開觸點自保持 作用 ， 電機保持啟動，當(dāng) 限位開關(guān)動作 時 ，自保持 線路斷開 ，KM1 線圈 失電，電機停 止 轉(zhuǎn) 動 ； 同理，可操作 SB2； SB3 被 按下 后， KA 線圈 得 電，其常閉觸點 KA 打開 ，控制回路 失 電， 停止調(diào)檔 。 遙控裝置 安裝 于 L2 L26 處， 延時合理即能 實現(xiàn)對主變檔位 位置的調(diào)整。 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(hù)， 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(dāng)再次投入電容器是減少了涌流的產(chǎn)生 .。 如圖 所示 。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(shè)計，各模塊之間可進(jìn)行廣泛組合與擴(kuò)展。 （ 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(hù)的特點，而且還具有可靠地隔離特性，可用作負(fù)載電源。 （ 2） 中央處理單元 （ CPU） S7300 PLC 有多種不同性能的 CPU模塊，以滿足用戶不同的需求。每個 CPU都有一個編程用的 RS485 接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場總線接口。選取 CPU3152DP 是具有中到大容量程序存儲器和大規(guī)模 I/O 配置 CPU，且響應(yīng)速度比較快。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 （ 3）數(shù)字量輸入模塊 SM321 S7300 PLC 的數(shù)字量輸入模塊 SM321 選用直流 32 點輸入模塊。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。 （ 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)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部 信號電平，同時有隔離放大作用。可直接用于驅(qū)動接觸器、小型電 動 機等。 （ 5） 模擬量輸入模塊 SM331 SM 331 有多種規(guī)格型號，根據(jù) 控制 裝置所需應(yīng)選取 8 個 通道的 12 位模擬量輸入模塊，電壓與電流信號可通過 SM331 各個通道輸入 ， 可 根據(jù)模擬參數(shù)量的大小來選擇量程 ， 且模塊的 分辨率 多種多樣 ， 轉(zhuǎn)換時間的長短與 分辨率 直接相關(guān)。模擬量轉(zhuǎn)換是按順序執(zhí)行的 被依次輪流轉(zhuǎn)換 。 基于 PLC 控制的外部接線原理圖，見附錄 A 。由于三相電路的對稱性，對于高壓側(cè)的電壓、電流信號 各 采集其中兩相 （即 1U 、 2U 和 1I 、 2I ） 作為無功功率的控制判據(jù)，取低壓側(cè)的兩相電壓信號 （ 3U 、 4U ）作為電壓的控制判據(jù)。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 4 控制裝置軟件設(shè)計 主程序設(shè)計 軟件采用模塊化設(shè)計， 主程序是軟件的重要管理者，可以將各種功能不同的模塊組織一塊 以便于調(diào)試與維護(hù)，如圖 所 示。 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。同時 模塊化的設(shè)計 也適應(yīng)于各功能模塊內(nèi)部， 以此實現(xiàn)將各種功能的 模塊化 。軟件可調(diào)用各功能模塊 ， 正是由于 程序設(shè)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(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（論文） 29 需占用的 存儲空間。 其有限的存儲空間，對于 S7300 PLC 來說還是非常有必要的 。 軟件執(zhí)行 的總流程圖如圖 所示： 開始首次上電 ？全部初始化 部分初始化系統(tǒng)運行方式識別確定 ？ 閉鎖自動控制信號通訊獲得模擬量12Y NNY 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 通訊成功 ？模擬量 、 開關(guān)量參數(shù)校驗參數(shù)相符 ？閉鎖自動控制信號的輸出 、 報警運行區(qū)域判別保護(hù)閉鎖信號檢驗自動執(zhí)行控制策略 ?執(zhí)行控制策略閉鎖自動控制信號的輸出 、 報警給出相關(guān)信息12NYYNNY 圖 裝置軟件執(zhí)行的總流程圖 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 各子程序功能模塊的實現(xiàn) （ 1） 初始化功能模塊 初始化 主要完成對時鐘的啟動與設(shè)置，以及對各存儲單元的初始化等。 S7300 PLC 可通過自身內(nèi)部不同的寄存器來設(shè)定各種通信數(shù)據(jù)輸出與接收的條件。在執(zhí)行程序開始運行的第一個周期時初始化功能程序運行 一次。 （ 2） 開關(guān)量的處理模塊 由于外界信號的干擾，所以在采集開關(guān)量時需要安裝有濾波電路，設(shè)置充足的軟件濾波時間。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。裝置軟件需要根據(jù)斷路器的開合狀態(tài)判斷系統(tǒng)的運行方式以做出相應(yīng)的處理。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。當(dāng)軟件檢測到系統(tǒng)不正常工作狀態(tài)時，將發(fā)出報警或閉鎖信號。若是檢測到電容器保護(hù)信號時，那么應(yīng)及時切除已損壞的電容器。同樣，當(dāng)軟件檢 測到禁調(diào)變壓器分接頭時，應(yīng)對變壓器發(fā)出閉鎖信號。 （ 3） 電容器循環(huán)投切生成模塊 為了使 每一個 電容器 都 得到 利用，延長它們的平均 使用 年限 ， 所以需要 循環(huán)投切電容器組， 即先投先切以及先切先投的原則 。 在電容器組形成的隊列中，按照時間順序進(jìn)行投切。 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。 要想 實現(xiàn)電容器循環(huán)投切 操作可以 運用 可編程控制器 提供的表操作指令來 完成 。 首先給第一種和第二種電容器設(shè)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(biāo)號 ， 其次這些電容器被使用時也會 被標(biāo)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(jìn)行投切操作。 （ 4）系統(tǒng)運行參數(shù)的讀取 根據(jù) 電壓互感器和電流互感器 的輸入 讀取參數(shù)儀表 ，計算 出 系統(tǒng)的 各個 運行 的數(shù)，如 系統(tǒng)的某相電壓、電流還有系統(tǒng)總的無功功率和有功功率等 ， 在存儲單元中能夠 連續(xù)的存儲 這些數(shù)據(jù) 。 （ 5）控制 模塊 軟件 流程圖 控 制主程序是軟件的核心部分， 各區(qū)流 程圖如下所示。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 開始U 越上限Q 不越限閉鎖調(diào)壓 最高檔 延時到升檔 、 時間歸零分接頭不動 延時后切電容進(jìn)入 2 區(qū)結(jié)束NYNYNYYN 圖 1 區(qū)流程圖 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 開始U 越下限Q 不越限閉鎖調(diào)壓 最低檔 延時到升檔 、 時間歸零分接頭不動 延時后切電容進(jìn)入 3 區(qū)結(jié)束NYNYNYYN 圖 2 區(qū)流程圖 開始U 不越限Q 越下限電容器保護(hù)閉鎖 延時到切電容時間清零電容器不動作進(jìn)入 4 區(qū)結(jié)束NYNYYNY 圖 3 區(qū)流程圖 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 開始U 不越限Q 越上限電容器保護(hù)閉鎖 延時到切電容時間清零電容器不動作進(jìn)入 5 區(qū)結(jié)束NYNYYNY 圖 4 區(qū)流程圖 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 開始U 越上