【正文】 （ 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。 首先給第一種和第二種電容器設(shè)定一個(gè)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(hào) ， 其次這些電容器被使用時(shí)也會(huì) 被標(biāo)號(hào)，以便于系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)，但是 電容器 被投切的時(shí)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(yùn)行狀態(tài)以及編號(hào)來進(jìn)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(dāng)中正在運(yùn)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。 （ 3） 電容器循環(huán)投切生成模塊 為了使 每一個(gè) 電容器 都 得到 利用，延長(zhǎng)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 。若是檢測(cè)到電容器保護(hù)信號(hào)時(shí)，那么應(yīng)及時(shí)切除已損壞的電容器。對(duì)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。系統(tǒng)兩臺(tái)變壓器有母聯(lián)閉合和母聯(lián)斷開兩種運(yùn)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。在執(zhí)行程序開始運(yùn)行的第一個(gè)周期時(shí)初始化功能程序運(yùn)行 一次。 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(yùn)行方式識(shí)別確定 ？ 閉鎖自動(dòng)控制信號(hào)通訊獲得模擬量12Y NNY 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 通訊成功 ？模擬量 、 開關(guān)量參數(shù)校驗(yàn)參數(shù)相符 ？閉鎖自動(dòng)控制信號(hào)的輸出 、 報(bào)警運(yùn)行區(qū)域判別保護(hù)閉鎖信號(hào)檢驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行控制策略 ?執(zhí)行控制策略閉鎖自動(dòng)控制信號(hào)的輸出 、 報(bào)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(jì)（論文） 31 各子程序功能模塊的實(shí)現(xiàn) （ 1） 初始化功能模塊 初始化 主要完成對(duì)時(shí)鐘的啟動(dòng)與設(shè)置，以及對(duì)各存儲(chǔ)單元的初始化等。軟件可調(diào)用各功能模塊 ， 正是由于 程序設(shè)計(jì) 具有模塊化與 功能化的 特點(diǎn)，所以能 使程序 組織的更加合理且 功能 比較 獨(dú)立， 方便 于 軟件 程序的修改 與 調(diào)試， 同時(shí)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(jì)（論文） 29 需占用的 存儲(chǔ)空間。 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(duì)列生成模塊系統(tǒng)運(yùn)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(duì)象為 兩臺(tái)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。由于三相電路的對(duì)稱性，對(duì)于高壓側(cè)的電壓、電流信號(hào) 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(hào) （ 3U 、 4U ）作為電壓的控制判據(jù)。模擬量轉(zhuǎn)換是按順序執(zhí)行的 被依次輪流轉(zhuǎn)換 ?？芍苯佑糜隍?qū)動(dòng)接觸器、小型電 動(dòng) 機(jī)等。模塊每個(gè)輸入點(diǎn)有一個(gè)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(shí)，二極管亮。選取 CPU3152DP 是具有中到大容量程序存儲(chǔ)器和大規(guī)模 I/O 配置 CPU，且響應(yīng)速度比較快。 （ 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。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)，各模塊之間可進(jìn)行廣泛組合與擴(kuò)展。 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(cè)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(shí)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 .。 由于KM1 常開觸點(diǎn)自保持 作用 ， 電機(jī)保持啟動(dòng)，當(dāng) 限位開關(guān)動(dòng)作 時(shí) ，自保持 線路斷開 ，KM1 線圈 失電，電機(jī)停 止 轉(zhuǎn) 動(dòng) ； 同理，可操作 SB2； SB3 被 按下 后， KA 線圈 得 電，其常閉觸點(diǎn) KA 打開 ，控制回路 失 電， 停止調(diào)檔 。 控制裝置設(shè)計(jì) 變壓器檔位調(diào)整控制電路 通過控制電動(dòng)機(jī)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。 由此通過公式（ 22）可以得到三表計(jì)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(jì)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(jì)算公式得： 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 ????????133133nphnphnphnphPP （ 24） 對(duì)比 以上兩 個(gè)交流計(jì)算方法，在 VQC 裝置的交流采樣設(shè)計(jì)程序時(shí)，積分法可以適用于主變高壓側(cè)的無功功率的計(jì)算，也適用于中壓側(cè)母線電壓的計(jì)算。 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(shí)生活中，進(jìn)行電力系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)， n值一般在 13 至 19 次，能夠反映出高次諧波分量對(duì)系統(tǒng)測(cè)量的影響。 其中 RnX 、 InX 可表示為： ? ?? TttRn dttntxTX 00 )s in ()(2 1? ? ?? TttIn dttntxTX 00 )c o s ()(2 1? （ 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(jì)（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(jì)算公式。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 （ FFT） 當(dāng)周期性的模擬信號(hào)為 x(t)，可表示成： ? ???????????01101)s in ()c o s ()s in ()(nRnInnnmntnXtnXtnXtx???? (17) T?? 21? 公式中： n代表諧波次數(shù)， n=0， 1,2，?。 根據(jù)定義計(jì)算系統(tǒng)的 三相功率，三表計(jì)法既適用于對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，也適用于不對(duì)稱的運(yùn)行狀態(tài)以及三相負(fù)荷不平衡、含有諧波的運(yùn)行狀態(tài)。但是為了使計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)便計(jì)算，需將模擬信號(hào)x(t)離散化，得： ????102 )(1 Nk kxNX （ 2） 公式中（ 2） N 為一個(gè)周期中采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)（采樣周期是 T/N）； x(k)表示在第 K個(gè)點(diǎn)處的瞬時(shí)采樣數(shù)值。 由以上分析可知，交流采樣的實(shí)現(xiàn)比較方便，且交流算法多種多樣，所以在以后的生活中應(yīng)用范圍較廣。 （ 3） 交流采樣得出來的電壓、電流能進(jìn)行無功和有功功率的計(jì)算，所以使測(cè)量設(shè)備的體積減小。 UiR 1C 1R 2C 2 U 0 圖 低通濾波電路 模擬量采集分為交流采樣與 直流采樣，相對(duì)于直流采樣，交流采樣有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 實(shí)時(shí)性好。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(yīng)的干擾，所以需要安裝濾波電路，消除不必要的干擾。 如圖 所示 R 2 R 1＋－U 0U 1UCS 圖 開關(guān)量輸入原理 圖 模擬量的采集 為了實(shí)現(xiàn)變電站的電壓無功綜合控制，需要采集高壓側(cè)交流電壓和電流作為無功調(diào)節(jié)的依據(jù)，采集低壓側(cè)交流電壓作為電壓調(diào)節(jié)的依據(jù)。 （ 5） 電源 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 電源部件用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成 可編程控制器 的 各工作模塊以及各種 電子電路 的 工作 直流 源， 以便于可變程控制器 能 處于 正常 的 工作 狀態(tài) 。為了提高抗干擾能力，一般的輸入輸出接口均有光電隔離裝置，應(yīng)用最廣泛的室友發(fā)光二極管和光電二極管組成的光電隔離器。 （ 2） 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)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)。另外這些工作模塊也可 直接通過 系統(tǒng) 總線里連接一起 。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 PLC 的組成 可編程控制器 按照 本身不同的 結(jié)構(gòu)形式， 它 可分為整體式和組合式兩 大 類 別 ?？?編程控制器及外圍設(shè)備，都易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充原理設(shè)計(jì)。 內(nèi)部配有的存儲(chǔ)器 可 以直接在里面進(jìn)行 編程 操作 ， 在此存儲(chǔ)器內(nèi)部可以執(zhí)行多種運(yùn)算操作指令，例如豐富的 邏輯運(yùn)算、 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捻樞蚩刂疲约安僮鞫〞r(shí) 計(jì)數(shù) 的指令系統(tǒng) 和 各種各式的 算術(shù)運(yùn)算等 。其模塊化結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置且有較高的性價(jià)比、電磁兼容性比較強(qiáng)、抗震動(dòng)沖擊性能也不錯(cuò)，所以它被廣泛的應(yīng)用于各種工 業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。 1 1 0 KV1 TV2 TV3 TV4 TV35 KV 35 KV10 KV Ⅰ 段5 TV 6 TV1 TA 2 TA10 KV Ⅱ 段QF 7QF 4 QF 61 主變2 主變QF 1QS 1 QS 2QS 3 QS 4QF 2 QF 3QS 5 QS 6QS 7QS 8QS 9 QS 10KM 1 KM 2QS 11 QS 12 QS 13 QS 14 QS 15 QS 16KM 3 KM 4KM 5 KM 6 KM 7 KM 8C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8圖 控制系統(tǒng)主電路 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 控制裝置硬件設(shè)計(jì) 通過對(duì)控制裝置的分析，采用西門子公司的 S7300PLC 作為主控單元。 另外，當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)落在 30（或 70）小區(qū)中接近電壓 HBU （或 LBU ）和無功邊界處 的時(shí)，由于投入（或切除） 1 組電容產(chǎn)生的實(shí)際電壓變化量不超過 maxqU? ，因此投切電容后運(yùn)行點(diǎn)很可能直接進(jìn)入 9 區(qū)，因此 30（或 70）小區(qū)的劃分相對(duì)較為保守。 在 實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)生活 中 maxqU? 可有多次試驗(yàn)總結(jié)公式得出 ， 一旦設(shè)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 。 因此我們需要 把兩種策略綜合考慮 ，即： 對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行在 30 防振小區(qū) ，若 ?PF ， 可視變電站功率因數(shù)合格，此運(yùn)行狀態(tài)可以保持 ； 若是功率因數(shù)不合格 ，可投入電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償以及調(diào)節(jié)變壓器分頭升壓，若是沒有允許電容進(jìn)行投切 ， 那么就保持此運(yùn)行狀態(tài) 。 通過對(duì)兩個(gè)防振小區(qū)控制策略分析可得 ：在 新增的兩個(gè)防振 小區(qū) 內(nèi)對(duì)運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行升降變壓器分接頭檔