【正文】 致 謝 33 致 謝 值此論文完成之際，謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師 顧桂芬老師 致以最誠摯的敬意和感謝。 總結(jié)與展望 第五章 實(shí)驗(yàn)與總結(jié) 32 SVG 以高可靠性、易 操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足用戶對提高配電電網(wǎng)的功率因數(shù)的迫切需要。 （ 5） 全數(shù)字化控制系統(tǒng) ◆ 實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)所需的無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤與補(bǔ)償。 ACBi c aic bic c+輸 入 A輸 入 B輸 入 C 圖 51 功率單元原理圖 （ 3）輸出電抗器 ◆ 用于將 SVG 與電網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)能量的緩沖。 第五章 實(shí)驗(yàn)與總結(jié) 31 （ 1）輸入變壓器 ◆ 將電網(wǎng)電壓變?yōu)檫m合功率單元工作的電壓。 （ 4）補(bǔ)償功能多樣化 本 裝置系統(tǒng) SVG 不僅具有快速補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率的目的，還能夠根據(jù)用戶實(shí)際需要，對負(fù)荷諧波電流、負(fù)序電流等電能質(zhì)量問題進(jìn)行綜合補(bǔ)償。 SVC 受到響應(yīng)速度的限制，其抑制電壓閃變的能力不會(huì)隨補(bǔ)償容量的增加而增加。從技術(shù)上講， SVG 較傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置有如下優(yōu)勢： （ 1）響應(yīng)速度更快 SVG 響應(yīng)時(shí)間： ≤10ms 。 目前世界各國解決這一問題的唯一途徑就是在鐵路沿線適當(dāng)位置安裝 SVG 系統(tǒng)，通過 SVG的分相快速補(bǔ)償功能來平衡三相電網(wǎng)，并提高功率因數(shù)。 3．電弧爐 電弧爐做為非線性及無 規(guī)律負(fù)荷接入電網(wǎng)，將會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生一系列不良影響，其中主要是： ◆ 導(dǎo)致電網(wǎng)嚴(yán)重三相不平衡，產(chǎn)生負(fù)序電流 ◆ 產(chǎn)生高次諧波，其中普遍存在如 4 次偶次諧波與 7 次等奇次諧波共存的狀況，使電壓畸變更趨復(fù)雜化 ◆ 存在嚴(yán)重能夠的電壓閃變 ◆ 功率因數(shù)低 4．軋機(jī) 軋機(jī)及其他工業(yè)對稱負(fù)載在工作中所產(chǎn)生的無功沖擊會(huì)對電網(wǎng)造成如下影響 ◆ 引起電網(wǎng)電壓降及電壓波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)使電氣設(shè)備不能正常工作，降低了生產(chǎn)效率。 1．遠(yuǎn)距離輸電 ◆ 穩(wěn)定弱系統(tǒng)電壓 ◆ 減少傳輸損耗 ◆ 增加傳輸能力，使現(xiàn)有電網(wǎng)發(fā)揮最大效率 ◆ 提高瞬變穩(wěn)態(tài)極限 ◆ 增加小干擾下的阻尼 ◆ 增強(qiáng)電壓控制及穩(wěn)定性 ◆ 緩沖功率振蕩 第五章 實(shí)驗(yàn)與總結(jié) 29 安裝 SVG 系統(tǒng)也 為我國目前正在進(jìn)行的并網(wǎng)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。同時(shí)，線路、變壓器等輸配電設(shè)備三相阻抗的不平衡也會(huì)導(dǎo)致電壓不平衡問題的產(chǎn)生。引起電壓閃變的典型負(fù)荷有電弧爐、軋鋼機(jī)、電力機(jī)車等。 對電力系統(tǒng)而言，負(fù)荷的低功率因數(shù)會(huì)增加供電線路的能量損耗和電壓降落，降低了電壓質(zhì)量。 主要功能 ◆ 提高 線路輸電穩(wěn)定性 在長距離輸電線路上安裝 SVG 裝置，不但可以在正常運(yùn)行狀態(tài)下補(bǔ)償線路的無功損耗，抬高線路電壓，提高有效輸電容量，而且可以在系統(tǒng)故障情況下提供及時(shí)的無功調(diào)節(jié)，阻尼系統(tǒng)振蕩，提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 27 第 五 章 實(shí)驗(yàn) 與總結(jié) 實(shí)驗(yàn) 原理 本裝置系統(tǒng)（ SVG） 的基本原理是利用可關(guān)斷大功率電力電子器件（如 IGBT）組成自換相橋式電路，經(jīng)過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹? P， Q 計(jì)算 Bu Au Ci Bi Ai 電流互感器 同步 ? Cu ? Q 電 壓 互感器 5V 10Kv 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 開始 閃動(dòng)標(biāo)志是否為 1 將命令寫入命令緩沖區(qū) 將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 顯示動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù) 顯示完畢否 參數(shù)設(shè)置頁面否 置位閃爍標(biāo)志 結(jié)束 進(jìn)入閃動(dòng)位處理程序 Y Y N Y N N 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 圖 43顯示處理模塊程序框圖 保護(hù)模塊 一、過壓保護(hù) 動(dòng)作條件 ： 在自動(dòng)控制狀態(tài)下 ；。把每屏要顯示數(shù)據(jù)的固定部分做成表格的形式存放到程序存儲(chǔ)器中。 電流互感器所選型號(hào)為： LFZJ10。該模塊的執(zhí)行主要由AD 轉(zhuǎn)換中斷和定時(shí)器 2的定時(shí)中斷來完成的。 (1)信號(hào)采集模塊，信號(hào)采集模塊的主要任務(wù)是采集電網(wǎng)的電壓，電流信號(hào)。 通過與用戶的反復(fù)交流和對具體業(yè)務(wù)的充分調(diào)研，在全面而真實(shí)地掌握系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，用軟件工程方法進(jìn)行需求分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出了新系統(tǒng) 的邏輯模型，并制定了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和開發(fā)目標(biāo)，明確了系統(tǒng)的功能要求。對于補(bǔ)償?shù)蛪夯緹o功及常年穩(wěn)定和投切次數(shù)少的高壓電容器組，宜采用手動(dòng)投切；為避免過補(bǔ)償或輕載時(shí)電壓過高，易造成設(shè)備損壞的，宜采用自動(dòng)投切 。 V+ I+ COM SLD V+ I+ COM SLD 0 ~ 177。在輸入采用階段， PLC 的 CPU 就從模擬量輸入模塊的數(shù)據(jù)緩沖寄存器內(nèi)將這些數(shù)字依次地讀入到模擬量輸入映像區(qū)中（即IR0001~IR0032）。 信號(hào)源與輸入端之間采用帶屏蔽的雙絞線連接，屏蔽線連接到該通道的 “SLD” 。 可以看出，位數(shù)越多，其分辨率越高對于有較高分辨率要求的模擬量 。 模擬量輸入模塊有各種不同的類型，例如： 0～ 10V、 5～ +5V、 4～ 20mA 等各種范圍的模塊。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 ~ 投切接觸器 自動(dòng)控制 報(bào)警 手 自 手動(dòng) 各接 實(shí)時(shí) 觸器 自動(dòng) 動(dòng) 動(dòng) 投切 狀態(tài) 投切 圖 37 PLC實(shí)現(xiàn)的投切電路結(jié)構(gòu)原理圖 模擬量輸入接口模塊： 在工業(yè)控制中，經(jīng)常會(huì)遇到連續(xù)變化的物理量 —— 模擬信號(hào)，如電流、電壓、溫度、壓力、位移、速度等等。C 時(shí)最少 70小時(shí) ) 200天 /典型值 I/O特性 本機(jī)數(shù)字量輸入 本機(jī)數(shù)字量輸出 本機(jī)模擬量輸入 24 輸入 16 輸出 無 24 輸入 16 輸出 無 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 本機(jī)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(kuò)展 I/O模塊 允許最大的智能模塊 脈沖捕捉輸入 高速計(jì)數(shù)器 總數(shù) 單相計(jì)數(shù)器 兩相計(jì)數(shù)器 脈沖輸出 無 256 (128 輸入 /128 輸出 ) 64(32輸入 /32輸出 ) 7個(gè)模塊 7個(gè)模塊 24 6個(gè) 6，每個(gè) 30KHz 4，每個(gè) 20KHz 2個(gè) 20KHz(僅限于 DC輸出 ) 無 256 (128輸入 /128輸出 ) 64(32輸入 /32輸出 ) 7個(gè)模塊 7個(gè)模塊 24 6個(gè) 6，每個(gè) 30KHz 4，每個(gè) 20KHz 2個(gè) 20KHz(僅限于 DC輸出 ) 常規(guī)特性 定時(shí)器總數(shù) 1ms 10ms 100ms 計(jì)數(shù)器總數(shù) 內(nèi)部存儲(chǔ)器位掉電保持 時(shí)間中斷 邊沿中斷 模擬電位器 布爾量運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間 時(shí)鐘 卡件選項(xiàng) 256個(gè) 4個(gè) 16個(gè) 236個(gè) 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(chǔ)在 EEPROM) 2個(gè) 1ms分辨率 4 個(gè)上升沿和 /或 4 個(gè)下降沿 2個(gè) 8位分辨率 s 內(nèi)置 存儲(chǔ)卡和電池卡 256個(gè) 4個(gè) 16個(gè) 236個(gè) 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(chǔ)在 EEPROM) 2個(gè) 1ms分辨率 4個(gè)上升沿和 /或 4個(gè)下降沿 2個(gè) 8位分辨率 s 內(nèi)置 存儲(chǔ)卡和電池卡 集成的通信功能 圖 35 S7200CPU226 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16 圖 36 CPU226 CN DC/DC/DC 端子連線圖 用 s7200CPU226PLC實(shí)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(bǔ)償補(bǔ)償裝置變得條理清晰，易于理解，并且在原自動(dòng)投切、手動(dòng)投切的基礎(chǔ)上，利用 PLC 中 CPU內(nèi)部的日歷時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)投切控制。 過壓保護(hù)部分 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(shí)，快速切除補(bǔ)償電容器、以免設(shè)備損壞。 1 amp。Nc/Nb ，采用多個(gè)周期計(jì)數(shù)取平均值的方式以提高測相精度。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(bǔ)償量的大小。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。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(gè)較低的水平上。若當(dāng)前值大于一個(gè)電容器組的補(bǔ)償值，則投入一個(gè)電容器組。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。圖 25說明了輕載時(shí)發(fā)生投切振蕩的情況。用圖 可以很清楚地說明重載時(shí)的情況。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(jìn)行采樣檢測，分析計(jì)算出當(dāng)前的功率因數(shù)值。補(bǔ)償后的參數(shù)為 圖 23 無功功率補(bǔ)償原理 有功電流 p1p2p2 iii ?， ，無功電流流 cq1q2 iii ? ，功率因數(shù) cos2?。 以 功率因數(shù)作為投切判據(jù)是電網(wǎng)無功控制的傳統(tǒng)方法之一，它以電網(wǎng)中 電壓與電流相位差 形成 的功率因數(shù)作為控制量來控制補(bǔ)償電容器的投切狀態(tài) 。因此，改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設(shè)備潛力，提高設(shè)備利用率的有效方法。通常不希望出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@樣 會(huì)引起變壓器二次電壓的升高，而且容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會(huì)增加 電能損耗，如果供電線路電壓因此而升高，還會(huì)增大電容器本身的功率損耗，使 溫升增大， 影響電容器的壽命。在電力網(wǎng)運(yùn)行中，期望功率因數(shù)越大越好，如果能做 到這一點(diǎn)，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，可以減少無功功率 的消耗。同一臺(tái)變壓器，因?yàn)樨?fù)荷的功率因數(shù)的提高而可多供 200千瓦負(fù)荷，是相當(dāng)可觀的。 圖 21 無功功率補(bǔ)償示意圖 S S’ ? ’ ?’ Q P Q ’ CQ 第二章 電網(wǎng)參數(shù)測量算法與無功補(bǔ)償研究 7 設(shè)電感性負(fù)荷需要從電源吸取的無功功率為 Q，裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置后，補(bǔ)償 無功功率為 Qc，使電源輸出的無功功率減少為 Q’ =Q一 Qc，功率因數(shù)由 cos? 提高到 cos? ’ 材，視在功率 S減少到 S’，如圖 。因此能量就只在它們之間交換，即感性負(fù)荷 。所以無功功率被使用于 建立磁場和靜電場，它存儲(chǔ)于電感和電容中，通過電力網(wǎng)往返于電源和電感、電容之間。 電力網(wǎng)中的 電動(dòng)機(jī)和 變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的。該算法實(shí)時(shí)性好、簡單，能夠計(jì)及信號(hào)中的高次諧波的影響，在不需要測量基波和各次諧波參數(shù)的情況下，可以選用此方法 。但是該算法不能抑制支流分量。其中，最大值算法測量電壓、電流的有效值誤差大小與 AD的位數(shù)和采樣周期有關(guān)， AD的位數(shù)越高、采樣周期越小，則誤差越小，測量精度越高 。交流采