【正文】 從論文選題、課題研 究。隨著 電力電子 技術(shù)的發(fā)展，以及微電子與計算機技術(shù)的發(fā)展，把電子信息的一些新成果用到電力系統(tǒng)測 量與 控 制 裝置 中 將對電力系統(tǒng)自動化水平的提高起到推進作用。 SVG 采用新型 IGBT 功率器件，全數(shù)字化微機控制，具有以下特點： 安裝、設(shè)定、調(diào)試簡便； 實時跟蹤負(fù)荷變化，動態(tài)補償無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)； 采用光纖觸發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的電氣隔離，解決干擾問題，做到了高可靠性和控制性； 主電路采用 IGBT 組成的 H 橋功率單元級聯(lián)作逆變主電路的結(jié)構(gòu)形式，輸出由階梯正弦 PWM 波形疊加而成，波形正弦度好； 功率電路模塊化設(shè)計，維護簡單，互換性好； 動態(tài)響應(yīng)時間快； 實時跟蹤電網(wǎng)電流的變化，對電網(wǎng)無功功率實現(xiàn)動態(tài)無級補償； 投切時無暫態(tài)沖擊，無合閘涌流，無電弧重燃，無需放電即可再投； 保護功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、過熱等保護，運行可靠性高； 維護量小，運行成本低； 1控制器實現(xiàn)全數(shù)字化，人機界面友好顯示，并且具有聯(lián)網(wǎng)通訊功能； 1控制器具有高可靠性，而且操作簡單，與系統(tǒng)連接時，不需要考慮交流系統(tǒng)相序，補償裝置保護措施齊全； 1裝置電路參數(shù)精心設(shè)計，發(fā)熱量小，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??； 1控制電源采用 AC220V 經(jīng)過 UPS 后單獨給裝置供電方式，控制電源掉電，可保持正常運行； 1改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，抑制電壓閃變； 1可并聯(lián)安裝，極易擴展容量。 ◆ 實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。 ◆ 控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。 ◆ 實現(xiàn) SVG 與上位機及控制中心的通訊。 ◆ 減少 SVG 輸出電流中的開關(guān)紋波，降低共模干擾。 ◆ 模塊化設(shè)計，功率單元的結(jié)構(gòu)和電氣性能完全一致，單元可以互換。 ◆ 實現(xiàn)高壓與低壓的電氣隔離，各功率單元之間相對獨立，所以可以較容易地引入軟開關(guān)控制，直流側(cè)的均壓比較容易實現(xiàn)，增加系統(tǒng)可靠性。 結(jié)構(gòu)特點 STATCOM主要由 輸入開關(guān)柜、變壓器框、功率柜、控制框等組成。 （ 5）諧波含量低 本 裝置系統(tǒng) SVG采用了載波移相 PWM 技術(shù)和功率單元級聯(lián)多電平技術(shù)，自身產(chǎn)生的諧波含量極低，裝置輸出側(cè)無需濾波器。更重 要的是，在系統(tǒng)電壓變低時， SVG 還能夠輸出與額定工況相近的無功電流。而 SVG由于響應(yīng)速度極快， 功率補償 裝置容量可以繼續(xù)提高抑制電壓閃變的能力。 （ 2）電壓閃變抑制能力更強 SVC 對電壓閃變的抑制最大可達 2： 1， SVG 對電壓閃變的抑制可以達到 5： 1，甚至更高。 傳統(tǒng)靜補裝置響應(yīng)時間： ≥20 ms。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過電力電子器件的高頻開關(guān)實現(xiàn)無功能量的變換。 SVG 以其優(yōu)異的性 能價格比不僅從技術(shù)上而且從經(jīng)濟上完美地解決了這一問題。 5．電力機車供電 電力機車運輸方式在保護環(huán)境的同時也對電網(wǎng)造成了嚴(yán)重 “ 污染 ” ，因電力機車為單相供電，這種單相負(fù)荷就造成了供電網(wǎng)的嚴(yán)重三相不平衡及較低的功率因數(shù)，并產(chǎn)生負(fù)序電流。 ◆ 使功率因數(shù)降低 ◆ 負(fù)載的傳動裝置中會產(chǎn)生有害高次諧波，主要是以 1 13 次為代表的奇次諧波及 旁頻，會使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生嚴(yán)重畸變。并且，安裝新的 SVG 系統(tǒng)時， 可以充分利用原有的固定電容器組和晶閘管相控電抗器（ TCR）部分，用最少的投資取得最佳的效果，成為改善區(qū)域電網(wǎng)供電質(zhì)量的最有效的方法。 2．城市二級變電站 在區(qū)域電網(wǎng)中，一般采用分級投切電容器組的方式來 補償系統(tǒng)無功，改善功率因數(shù)，這種方式只能向系統(tǒng)提供容性無功，并且不能隨負(fù)載的變化而實現(xiàn)快速精確調(diào)節(jié)，在保證母線功率因數(shù)的同時，容易造成向系統(tǒng)倒送無功，抬高母線電壓，危害用電設(shè)備及系統(tǒng)穩(wěn)定性。 應(yīng)用領(lǐng)域 本 裝置系統(tǒng) （ SVG） 可以 廣泛應(yīng)用于石油化工 、冶金、電力、煤炭、電氣化鐵路、風(fēng)電廠以及其他具有或者靠近沖擊性負(fù)荷和大容量電動機的工業(yè)領(lǐng)域，可以在節(jié)能降耗、提高電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性、提高電網(wǎng)功率因數(shù)、改善電能質(zhì)量等方面，發(fā)揮重要作用。 SVG 能夠快速地補償由于負(fù)載不平衡所產(chǎn)生的負(fù)序電流，始終保證流入電網(wǎng)的三相電流平衡，大大提高供用電的電能質(zhì)量。 ◆ 抑制三相不平衡 配電網(wǎng)中存在著大量的三相不平衡負(fù)載，典型的如電力機車牽引負(fù)荷和交流電弧爐等。 SVG 能夠快速地提第五章 實驗與總結(jié) 28 供變化的無功電流，以補償負(fù)荷變化引起的電壓波動和閃變現(xiàn)象。負(fù)荷的急劇變化會導(dǎo)致負(fù)荷電流產(chǎn)生對應(yīng)的劇烈波動，劇烈波動的電流使系統(tǒng)電壓損耗快速變化 ，從而引起受電端電網(wǎng)電壓閃變。同時，無功也會導(dǎo)致發(fā)電、輸電、供電設(shè)備的利用率降低；對于電力用戶而言，低功率因數(shù)會增加電費支出，加大生產(chǎn)成本。 ◆ 補償系統(tǒng)無功功率，提高功率因數(shù)，降低線損，節(jié)能降耗 電力系統(tǒng)中 的大量負(fù)荷，如異步電動機、電弧爐、軋機以及大容量的整流設(shè)備等，在運行中需要大量的無功；同時，輸配電網(wǎng)絡(luò)中的變壓器、線路阻抗等也會產(chǎn)生一定的無功，導(dǎo)致系統(tǒng)功率因數(shù)降低。 ◆ 維持受電端電壓，加強系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性 對于負(fù)荷中心而言，由于負(fù)載容量大，又沒有大型的無功電源支撐，因此容易造成電網(wǎng)電壓偏低甚至發(fā)生電壓崩潰的穩(wěn)定事故。因此這種逆變器可稱為 “ 完美無諧波 ” 變流器。 本裝置系統(tǒng) 采用基于瞬時無功功率理論的無功電流檢測方式，逆變主電路采用 IGBT組成的 H橋功率單元級聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并輔助以小容量儲能元件。 三、零電流保護 動作條件 : 在自動控制狀態(tài)下 ； 電流為 零時； 每隔 秒切除一組電容器。 電壓 ? 設(shè)定上限 HU 時 ； 延時時間 Td (設(shè)定參數(shù) )后，檢測電壓仍過壓則每隔 秒切除一組電 容器； 動作回差 6V:即過壓保護動作后，開放控制輸出回路的電壓條件為低于 HU 一動作回差值。顯示處理模塊的程序框圖如圖 43所示。顯示處理中先根據(jù)頁面號與 組號從表格中取出固定部分?jǐn)?shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，然后根據(jù)計算結(jié)果將變化的數(shù)據(jù)部分寫入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。因此顯示處理模塊就分為固定數(shù)據(jù)的輸入和變化數(shù)據(jù)的輸入兩個部分。 顯示處理模塊 顯示處理模塊的主要任務(wù)是為顯示模塊的命令緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)送入合適的數(shù)據(jù)，以保證正常顯示。 圖 42 P， Q檢測電路 電壓互感器所選型號為： JSJW10。在本系統(tǒng)中，利用 P， Q檢測電路 對 電壓和電流 進行測量，將測量的結(jié)果輸入到信號采集模塊 。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 23 圖 41 系統(tǒng)軟件模塊流程圖 信號采集模塊 電網(wǎng)參數(shù)計算模塊 顯示處理模塊 自動投切判斷模塊 電容器切除模塊 開始 顯示模塊 控制投切模塊 系統(tǒng)初始化 ,從存儲器中讀出原始參數(shù) 鍵盤模塊 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 24 信號采集模塊 信號采集模塊的主要任務(wù)是依次采樣電網(wǎng)的電壓和電流信號。 (2)電網(wǎng)參數(shù)計算模塊，信號模塊的主要任務(wù)是利用 FFT 算法對 A/D 轉(zhuǎn)換器出來的數(shù)據(jù)進行計算，從而得到各項電網(wǎng)參數(shù)。檢測模塊隨時采集用電系統(tǒng)的相角信息，然后和給定參數(shù)進行比較，如果不滿足要求，及時投入或切除補償電容器，保證用電系統(tǒng)的功率因數(shù)滿足設(shè)定要求。 系統(tǒng)軟件綜述 控制程序采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，層次分明，結(jié)構(gòu)清楚。需求分析報告作為系統(tǒng)進一步分析與設(shè)計的重要依據(jù)，為下一步的總體設(shè)計及詳細設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 22 第 四 章 系統(tǒng)軟 件設(shè)計 控制器的軟件是根據(jù)系統(tǒng)的功能要求而設(shè)計的。 實時自動投切流程 Y N N 圖 39 實時 自動投切程序流程圖 手動投切自動流程 Y N 圖 310 手動投切程序流程圖 報警輸出 有 無 繼電器粘粘 根據(jù) cosφ 曲線編制投切程序 報警輸出 有無 繼電器粘粘 手 動 投 切 到 額定值 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 20 自動切換程序流程 圖 311 自動切換程序流程圖 切一組 投一組 超過額定值一定時間？ 低于額定值一定時間？ 延時 延時 報警輸出 檢測信號 有無繼電器粘粘故障？ 檢測、過壓、線路故障？ cosφ =額定？ 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 21 投切方式的選擇原則 電容器組投切可采用手動方式或自動方式，具體由補償?shù)呢?fù)載對象來決定。10V 0 ~ 177。 PLC 的 CPU 與模擬量輸入之間用 “FROM” 和 “TO” 指令傳送數(shù)據(jù)或控制字等 。在用戶程序編制時，直接使用 IR0001~IR0032 作為操作數(shù)，就實現(xiàn)了對模擬量的處理。 PLC 的 CPU 與模擬量輸入模塊之間的數(shù)據(jù)通信方式：部分 PLC 的 I/O 映像區(qū)中有專門的模擬量 I/O 映像區(qū)，允許連接的模擬量輸入通道最多 32個，這些模擬量輸入經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量先存放在該模塊的緩沖寄存器內(nèi)。當(dāng)輸入的電壓信號有噪聲或紋波干擾，則可以在該通道的 “V+” 和 “COM” 端并聯(lián)一個的 ~。 圖 38 模擬量輸入端接線圖 當(dāng)輸入的模擬量是電壓信號時，將電壓信號分別連接到 “V+” 和 “COM” 端；當(dāng)輸入的模擬量是電流信號時，將電流信號分別連接到 “I+” 和 “COM” 端，并且用導(dǎo)線將該通道的 “V+” 和 “I+” 端連接起來。 模擬量輸入端的接線方式：可以連接電壓信號也可以連接電流信號，具體接線方式如圖 38所示。 模擬量輸入接口模塊的主要技術(shù)性能有： （ 1） 輸入通道數(shù)： 4 路、 6路、 8路等； （ 2） 輸入信號：電壓輸入 0～ +5V， 電流信號 4～ 20mA； （ 3） A/D 轉(zhuǎn)換位數(shù)： 8位、 10 位、 12位或 14 位（均為二進制）； （ 4） 轉(zhuǎn)換精度： %～ %； （ 5） 線性度（滿量程）： +%（環(huán)境溫度 +25℃ ）； （ 6） 轉(zhuǎn)換時間：小于 50ms。不管何種類型，除了輸入四路略有不同外，其他內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)完全一樣。模擬量輸入模塊就是用來將模擬信號轉(zhuǎn)換成 PLC所能接收的數(shù)字信號 6模擬量輸入模塊的功能就是進行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，一般都是將模擬量輸入的采樣值轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，然后再把輸入 通道號及其它信號一起送到系統(tǒng)的內(nèi)部總線上。如果要對這些模擬量進行采集并送給 CPU 模塊，必須對這些模擬量進行摸 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換。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。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。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。 存在的主要問題 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。 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。 1 amp。 amp。波形如下圖所 示 : 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 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 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