无功补偿控制器

2025-01-10|版权声明|我要投稿

无功补偿控制器(精选12篇)

无功补偿控制器 篇1

随着煤矿自动化和机械化程度的提高,各种机电设备的使用也越来越多,大量用电设备如交流三相电动机负荷,电能除需转化为机械功率(有功功率)之外,还需要感性无功功率Q,这类感性负载从电网吸收电能其电流I相位滞后于电网电压U。无功能量不是连续的从电网中吸取,会造成输电设备额外损耗增加,并造成电网严重污染,因此供配电网无功补偿刻不容缓。在无功补偿装置中对补偿控制元件要求很高,因为一旦控制元件失效,会导致无功补偿装置的无功补偿功能就不能充分发挥,甚至不起作用。在无功补偿装置运行中经常会出现下列情况:(1)功率因数补偿达不到预定目标;(2)电容的投切过于频繁;(3)更换新的控制器还出现上述类似情况等。此时应该考虑增强控制元件的抗谐波能力和稳定性。为解决上述问题,设计了智能无功补偿控制器[1,2]。

1 使用传统控制器的投切振荡现象

传统的控制器是使用等容量循环投切,而电网所要补偿的容性无功功率的数值往往是连续的不分等级的,受硬件条件的限制,补偿装置提供的容性无功功率通常都是有限的几种等级数值,这是供需矛盾,这对矛盾在系统负载比较小时表现最为突出。

举例说明:某用户有一台315 k V·A的变压器,用20 kvar的电容器组共5只,补偿无功总容量为100 kvar,采用常用的JKG(L)型控制器,此控制器的控制物理量是功率因数,目标功率因数投入设定是滞后(感性)0.92,切除设定是滞后(感性)0.99。在某时刻发现系统视在功率为12.5 k V·A,感性无功功率为10 kvar,功率因数为滞后0.60,控制器出现一直不停的进行投切动作。分析其原因是单组电容器的容量(20 kvar)远远大于系统所需补偿容量(10 kvar)所致,当控制器没有投入电容器组系统功率因数是0.60,根据传统控制器控制原理系统功率因数低于目标功率因数时控制器必须投入电容器组,当20 kvar电容器组投入后因多补偿了10 kvar的容性无功功率,使得补偿后的功率因数从感性的0.60变为容性0.60,由于传统控制器的切除功率因数门限是滞后0.98~0.99,所以使控制器又需要切除刚投入的电容器组,这样就不停的来回重复动作,这就是所谓的投切振荡。其弊端有两点:(1)频繁而无意义的投切动作大大缩短了电容器组和交流接触器的使用寿命;(2)电力系统虽然安装了补偿装置却达不到预期的补偿效果。

2 智能无功补偿控制器的工作原理

以上现象大部分用户都会遇上,不同的只是轻重而已,要解决以上问题,做到以下三点即可:(1)控制器的投切控制物理量必须是无功功率;(2)所有电容器组不能取等容量,应进行大小搭配;(3)控制器应具有自动挑选合适容量电容器的能力。

为了适应电网负载大小变化而进行电容器容量大小搭配的做法,称为输出编码。为解决投切振荡问题智能无功补偿控制器采用了输出编码控制投切电容器。控制器提供12种投切编码方案,采用输出编码方式控制,可通过修改控制参数任意选择。

采用编码方式控制时,电容器容量的大小就不能随意给定,它应符合一定的规则,控制器提供了11种(Pr-1~Pr-11)电容容量比例大小搭配方案分别是:

智能无功补偿控制器原理是以需要补偿的无功功率的大小为目标,通过编码补偿电容计算投切电容容量等于或近似目标无功功率。智能无功补偿控制器根据电容编码方式计算出与补偿需求最相近的容量执行投切动作,实现精确的无功功率的投切,避免投切振荡。

用智能无功补偿控制器来解决上面例子的问题:根据电网参数的特点选Pr-3编码方案并使用了其中的6个回路接补偿电容,剩余的6个回路未使用,根据补偿总容量和Pr-3编码方案的容量比例关系第一回路取5 kvar、第二回路取10 kvar、第三回路取20 kvar、第四回路取20 kvar、第五回路取20 kvar、第六回路取20 kvar,共6只电容器组。这样系统的补偿容量是5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,95 kvar共19种补偿容量,由此可见6只电容器可以实现19种容量的补偿,补偿精度为5 kvar。如果采用传统的等容量的接法那么容量将是15 kvar×6,补偿容量分别是15,30,45,60,75,90 kvar共6种容量的补偿,精度为15 kvar,由此可见编码方式投切控制的精度要高于传统投切控制的精度,这样可以有效避免投切振荡。

当智能无功补偿控制器测量到电网无功功率为10 kvar时控制器只要投入第二回路即可,当电网无功功率为15 kvar时只要同时投入第一第二回路,当电网无功功率为20 kvar时只要投入第三回路即20 kvar。再如已投入第一第三组电容(25 kvar)已满足要求,但此时负载发生变化,无功功率增加了15 kvar,控制器计算出总无功功率是40 kvar,控制器马上作出切除第一组并投入第四组电容指令,这时候补偿的是(20+20)kvar,使补偿目标无功功率始终保持在最佳状态。供电系统所需投入、切除容量的选择,由智能无功补偿控制器自动完成。由于智能无功补偿控制器采用无功功率控制电容器组的投切,所以在这过程中,没有投切振荡的问题。而使用传统等容量投切方式解决上面应用时,只有无功功率是15 kvar是不会投切振荡,其他10,20,40 kvar的无功功率下都会引起投切振荡。

3 总体设计

控制器由电源、MCU(微处理器)、CS5463芯片(信号采样集成电路)、显示和输出继电器组成,系统原理框图见图1。

智能无功补偿控制器,采用高速高性能的微处理器为核心器件同时对三相电压和三相电流信号取样,12种投切编码方案,可通过修改控制参数任意选择,控制参数一经修改永久保存,掉电不丢失数据。设计时采用基波功率因数和基波无功功率复合控制电容器组的投切方式,对谐波有一定抵抗功能,不受谐波干扰无投切振荡,保证投切稳定。考虑到控制器安装场合一般谐波比较大,且控制器的投切控制物理量是无功功率,因此选用适合测量无功应用和有谐波的场合的专业芯片CS5463。由于补偿装置需要同时取样三相电压、三相电流信号,因此采样3片CS5463芯片,连接如图2所示。

CS5463芯片带有串行接口和Δ∑模/数转换器,能够进行高速功率(电能)计算的高度集成芯片。其可以通过使用低成本的分压电阻器或电压互感器测量电压,使用分流器或电流互感器测量电流,从而计算出有功功率,还能提供视在功率、无功功率等多种参数计算,可满足设计者的多方面需求。此外,芯片内还带有温度传感器,有助于设计者调整温度漂移误差,提高测量精度。CS5463芯片的内部结构框图如图3所示,PGA为可编程增益放大器。

4 稳定性和抗干扰性

控制器设计时考虑到系统的稳定性和抗干扰要求比较高,微处理器选择宏晶科技的STC12C5410AD,该MCU能够轻松通过4 k V快速脉冲干扰(EFT)试验,具有超强抗干扰能力;6 k V静电可直接打在芯片管脚上,具有极高的抗静电性(ESD);同时LQPF32脚的芯片封装,在PCB板上的抗干扰性能也要比DIP形式封装的要好。

由于控制器现场干扰比较大,因此设计时充分考虑了EMC问题,电源初级进线部分采用滤波器处理,MCU和CS5463芯片除了每片加100μF电解电容和0.1μF的磁片电容外,还在芯片的下面作了覆铜处理,所有晶振外壳都接地,CS5463芯片模拟地和数字地用磁珠隔离开等措施。

经过上述措施处理后控制器顺利通过EFT(电快速瞬变脉冲群)四级(±4 kV)、ESD(静电)、Surge(浪涌)等测试,达到设计指标。

5 结语

经过现场实际使用,一台智能无功补偿控制器可以完成过去需要的多台控制器组合使用才能实现的功能,非常适合于矿井使用变频器较多、负载不平衡的电力系统作无功补偿控制之用。

参考文献

[1]靳龙章,丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京中国水利水电出版社,2004.

[2]王兆安,杨君,刘进军,等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2006.:

无功补偿控制器 篇2

安科瑞电气股份有限公司

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目录

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概述.........................................................................................................................................................................1执行标准.................................................................................................................................................................1型号规格.................................................................................................................................................................1技术参数.................................................................................................................................................................1外形结构.................................................................................................................................................................2安装接线.................................................................................................................................................................3使用操作指南.........................................................................................................................................................5通讯.......................................................................................................................................................................11常见故障的分析和排除方法................................................................................................................................14应用范例...............................................................................................................................................................16订货范例...............................................................................................................................................................19

1概述

低压无功功率自动补偿控制器是用于低压配电系统进行无功功率补偿的专用控制器,可以与电压等级在

400V或660V以下的静态电容屏(柜)配套使用。输出路数有12,16两种规格。控制器具有功能完善、运行稳定可靠、控制精度高等特点。采用基波功率因数和基波无功功率作为电容器投切的依据,投切稳定无投切震荡,并提供6种混合补偿(共补+分补)方案,12种投切编码方式,并在有谐波的情况,能正确显示基波功率因数。

低压无功功率自动补偿控制器带有RS485通讯接口,将采集到的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电压畸变率、功率因数、温度等参数传送给其他设备。具有过电压、欠电压、欠流、断相、电压过畸变、温度保护等功能。

2执行标准

配电网无功优化控制原理研讨 篇3

【关键词】配电网;无功优化;方法

一、 配电网无功化控制原理的基本概念和意义

(一)配电网的无功损耗

各种用电设备,比如一些小功率的白炽灯和照明设备等,它们在工作时只消耗有功功率。但是大多数的大型设备,类似于电机等工业设备和农业设备在消耗有功功率的同时还要消耗无功功率。所以,很多用电设备都是以大概0.6到0.9的滞后功率运行。配电网消耗无功功率的主要设备是配电变压器,虽然单个的变压器消耗的功率几乎可以忽略不计,但是整个配电网络中,其消耗的总和是极其可观的。所以,对电网的优化就主要体现在如何将无功损耗最大程度的降低,来达到既定目标。

(二) 配电网的无功补偿

无功功率在整个供电系统中有着十分重要的地位,供电系统在运作时,负载和网络元件也消耗无功功率,如果这部分无功功率也有发电机长距离的输送很明显是不合理的。所以,在消耗无功功率的地方也使之产生无功功率,这就是无功功率的就地补偿。无功补偿的目的是减小能耗,采取分散和集中结合的方式,来控制电压。具体的措施就是在产生无功功率的地方增加无功设备,让其产生消耗所需要的无功功率。以此来达到减小能耗的目的。

(三) 配电网无功优化控制的意义

在电力系统当中,电压是衡量电能质量的一个重要要标准。电压偏大或偏小对整个电网都有不利的影响,不光是影响国家的电力系统的安全和稳定,还影响广大居民的正常生产和生活。影响电压的最主要因素就是无功功率,当电压发生变化时,配电网必须有足够的无功电源和强大的调节能力,否则就必须增加无功补偿设备,以达到调节电压稳定的目的。配电网无功优化的控制还很大程度上影响着电压及线路损耗,决定着配电网的电能质量。 由此可见,无功优化控制在对电压稳定的调节上有着重大的作用,必须加快配电网优化无功控制的步伐。否则,配电网的经济运行将受到极大的考验,使大部分能源消耗在没有意义的地方,无法直接产生经济效益,因此必须优化自身的电网建设和管理水平。

二、配电网无功化控制的基本方法

(一)无功优化经典法

无功优化经典法的原理是通过建立拉格朗日数学函数,然后根据客观的条件分析其极值,最后根据最优无功化控制的网损微增率导出最优值。无功优化经典法虽然方便、简单、快捷而且利于具体操作,但是在安全方面的考虑略显不足,存在一定的安全隐患,无法整体的联系约束问题。无功优化经典法是一种相对较为传统的方法,其适用性很强,操作的步骤和过程也很简单,在配电网无功优化探索的初期最能广泛的应用于实际的生产和生活,对初期配电网无功优化控制基础的奠定有着不可替代的作用。我国的电网无功优化也主要应用这一原理对无功功率进行优化,以达到合理分配,理性应用,进而从总体上达到我国的国家电网无功化优化的目的。

(二)线性规划法和非线性规划法的原理

线性规划法和非线性规划法在原理上是相对立的,但是在实际的应用当中确是密不可分的,只有有效的结合两者在不同方面的应用,才能够有效、统一的优化无功化控制。线性规划的收敛是及其可靠的,而且对约束的适应性也很高,相对的计算也特别迅速。然而非线性模型的建立能够最大程度的提高计算的精度,对于特殊的要求也能满足,在精确的计算和分析时有着重要的作用。对比线性和非线性规划,两者的优缺点很明显,线性规划的缺陷来源于对考虑对象的减少,同时却缺乏对精度的追求。非线性规划不考虑变量的敛散性,能够最大程度的平衡电压的输入和输出问题,但是对计算要求过高,往往需要极高的计算机配置,速度相对较慢,甚至还会出现搜索方向不对的问题。在具体的操作和分配电网无功优化时,线性和非线性的选择很重要,需要针对具体的情况和实际的要求,理性分析两者的优缺点,然后进行有效的结合,在不同的适用方面合理的分配,最大程度的发挥两者的优点,相互弥补彼此的缺陷,这样才能发挥线性规划和非线性规划的作用,优化配电网无功化控制。

(三)模糊优化法

相对比传统的配电网无功优化控制,当前的模糊控制法是伴隨着传统的优化控制原理不断进步诞生的。较早时候的配电网无功优化控制不断的探索和进步,力求数据化、整体化。理论化的解决实际问题,但是在操作时却总是伴随着各种各样的问题,具体的就表现在有些领域和方面的数据波动和误差较大,在进行测量和分析时得不到最精确的原始数据,很难进一步的发展。模糊优化法也就伴随这问题的出现应用而生,根据模糊集理论的根本原理就是考虑实际情况的影响,在具体的操作中体现出尊重现实问题的原则。模糊法其实是理论数集和逻辑数集的交集,对于约束和目标的现实函数有着很强的逻辑性和实用性。应用模糊优化法以后,很明显的减小了无功功率,优化了电网的控制,提高了配电网的电压质量。对于模糊优化法自身而言,强调智能化,数据的要求较小,计算的速度很明显的强于传统的模糊法。但是,同时也存在着分析问题的局限性,对于精确度的追求不够高的问题,还有很大的发展空间。

三、 结语

配电网无功优化控制原理的研究是一个相对较为先进的科技研究,在我国的发展空间极大,应用程度也有待提高。同时,配电网的无功优化却有着及其重要的意义和作用。在目前的国际形势下,电网的优化控制能够很好的节省能源,减小无功损耗,对可持续发展道路的奠定有着重大意义。

参考文献:

[1]杨素琴. 配电网无功优化控制的研究[D].河海大学,2002.

[2]陈蒙伟. 配电网动态无功广域在线控制的研究[D].杭州电子科技大学,2013.

[3]陈星莺,钱锋,杨素琴. 模糊动态规划法在配电网无功优化控制中的应用[J]. 电网技术,2003,02:68-71.

无功补偿控制器 篇4

目前, 低压TSC无功补偿装置已在电力系统中得到了广泛的应用, 并且取得了良好的社会效益和经济效益。TSC具有反应时间短、运行可靠、分相调节, 能平衡有功和适用范围广等优点, 而且TSC还有很大的灵活性, 占地面积相对小, 产生的高次谐波和噪声也较小[1]。

低压动态无功补偿控制器的设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。传统的单片机作为控制器的系统由于受硬件资源与速度的限制, 采样精度不高, 每周波的采样点较少, 只能选择计算量较小的算法, 限制了测量的精度和补偿效果。

本研究采用低功耗、高性能的32位定点TMS320-LF2812A系列DSP与80C51结合的双CPU结构, 使信号采集、人机接口、数据处理和控制都集于一个平台, 且DSP搭载不同的软件就可实现不同的功能[2,3]。

1 系统基本原理和硬件总框图

TSC无功补偿装置的控制器硬件电路主要由检测、控制、执行以及电源四部分组成[4]。系统硬件框图如图1所示。电网的电压经电压互感器, 电流经电流互感器接入信号调理电路, 信号调理部分将它们转变为小幅值的电压信号 (≤3.3 V) 送到采样芯片A/D。DSP通过采样、分析、计算各相参数, 并根据结果, 结合投切策略, 自动控制FPGA进行晶闸管投切电容器组, 再将计算结果送到双口RAM。同时, DSP还负责电容器的保护控制。单片机80C51负责将计算结果送到液晶显示器, 同时扫描键盘。EEPROM记录控制器重要参数的变动。两个CPU之间通过双口RAM进行数据的传送。

(1) 中央控制单元。

本研究采用TI公司生产的TMS320LF2812A作为总控制器, 其指令速度很快, 达到100 MIP, 适合于处理数据多、运算量大的系统, 同时具有强大的控制功能。使用TMS320LF2812A作内核带电力监测的低压智能无功补偿装置能更好的满足实时性和精确性的要求[5]。

(2) A/D采样模块。

TSC无功补偿装置需要采集的数据包括三相线路的电压、电流共6个量 (对于每条输电线路) 。本控制装置采用ADS7864作为采样芯片, TMS320-2812作为数据采集控制与分析器件。它们的接口示意图如图2所示。

(3) 通讯及人机对话模块。

键盘是用来设置控制参数的, 可以选择手动或自动运行方式。本系统设计的按键只有4个, 采用1个键对应1条输入位线的接法, 4个键分别对应增加、减少、确定、返回4个功能, 通过这4个按键的组合, 基本实现了菜单的操作、参数的输入和输出等功能。

液晶选用FYD12864-0420B型液晶屏幕作为显示屏, 其具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式。利用该模块灵活的接口方式和简单方便的操作指令, 可构成全中文人机交互图形界面。液晶与MCU接线采用直接接口方式, 如图3所示。

2 软件系统设计

本研究阐述的无功补偿控制器微处理器的编程语言采用C语言, 程序采取模块化的设计。DSP2812处理器使用Code Composer Studio 2000集成调试环境, AT89X52处理器使用VW调试环境, Keil-C进行编译调试。

软件的总体流程图如图4所示。控制系统上电后首先进行复位、自检、初始化等工作, 在电网中采集到瞬时三相的电压和电流数据后, 经DSP处理计算出电网电压、负荷电流、功率因数、无功功率、有功功率等参数。基于这些计算参数, 控制系统选择合适的投切方案。

控制系统定时地将电网电压、负荷电流、功率因数、无功功率、有功功率和电容投切状态等参数输送给51单片机以供显示, 同时根据现场的实际情况可以通过键盘设置参数控制电容器的投切。

投切控制软件流程图如图5所示。

本研究中的控制投切算法主要任务是利用数据采集软件的计算结果, 挑选出合理的补偿方案。经过反复实践研究, 笔者总结了几点补偿方案的选取原则:

(1) 满足电压要求, 电压超过设定上限, 则选择切除电容;

(2) 满足负载有功要求, 有功小于设定下限 (轻载) 时, 则闭锁投切;

(3) 满足无功不倒送原则, 发生倒送时, 选择切除电容器;

(4) 满足0.95

(5) 如发生反复投切一组电容器的现象 (投切振荡) , 闭锁投切程序5 min[6]。

3 实际试验

3.1 调试平台说明

为了验证新型TSC控制器的实际补偿效果, 笔者根据实际负载特点, 设计了一个调试平台, 其结构原理图如图6所示。该调试平台分为3部分, 分别是负载电路、主电路和控制系统[7,8], 下面对负载电路和主电路的器件参数和电气接线作一下简单介绍。

(1) 负载电路。

三相电炉丝:采用Y形接法, 额定电压220 V下, 额定功率3×1 500 W;

三相电感:采用Δ接法, 额定电压380 V, 额定容量21 kvar;

调压器:调压范围0~430 V, 二次端直接和三相电感直接相连, 客观上可以连续调节感性负载输出范围为0~20 kvar。

(2) 主电路。

电容器:采用Δ接法, 补偿容量按照4 ∶4 ∶2 ∶1分配, 电容大小分别为30 μF、30 μF、15 μF和8 μF。可以达到12级的电容器容量输出, 在230 V工作电压下, 可以实现容量分别是0、1 205、2 260、3 466、4 521、5 727、6 782、7 988、9 043、10 249、11 304、12 510 var;

串联电抗器:按照对应支路电容器6%的阻抗配置;

晶闸管:按照内三角形接法。

3.2 实际投切试验

如表1所示, 在4次投切实验中, 把电炉丝全部投入作为负载有功。其中, 电炉丝的额定容量为4 500 W, 由于实验环境电压为232 V, 所以电炉总容量约为5 000 W。

无功的变化主要通过调节调压器的变比来调节, 这里选择了2 000 W左右一档来增加无功。随着无功的增加, 功率因数不断降低。

第一次试验, 在启动TSC控制器后, 控制器经过计算和分析后投入电容器1组1 205 var, 此时无功变成956 var, 实际补偿了2 145-956=1 189 var, 基本与投入的电容器容量1 205 var一致, 功率因数变为0.982, 功率因数符合电网要求。

第二次投入电容器3组3 246 var, 此时无功变成827 var, 实际补偿了4 078-827=3 251 var, 基本与投入的电容器理论容量3 246 var一致, 功率因数变为0.987, 功率因数符合电网要求。

第三次投入电容器5组5 727 var, 此时无功变成956 var, 实际补偿了6 240-956=5 284 var, 功率因数变为0.970。实际补偿容量与投入的理论电容量5 727 var有一定差别。主要原因是无功补偿的投切计算是基于对于基波电流来说, 由于此时电流含有较大的谐波含量, 投入的理论无功容量会与实际补偿容量会有一定的差距。

第四次投入电容器7组7 988 var, 此时无功变成1 668 var, 实际补偿了8 270-1 668=6 602 var, 功率因数变为0.955。实际补偿容量也与投入的理论电容量7 988 var有一定差距。其主要原因是无功补偿的投切计算是基于基波电流来说的, 由于此时电流含有较大的谐波含量, 投入的理论无功容量会与实际补偿容量有一定的差距。

该无功补偿控制器的实际测试结果为:性能稳定, 运行良好。电网参数测量准确, 电容器投切正确, 能够满足低压无功补偿的要求。

4 结束语

为了满足电力系统对实时性更高的要求, 本研究提出了采用DSP进行控制的动态无功补偿控制器, 并进行了系统软、硬件设计。采用DSP2812测量电网参数的无功补偿控制器, 简化了电路, 同时精减了软件的设计, 保证了系统的稳定性及抗干扰性。

参考文献

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[6]刘淑敏, 李奎文, 刘辉, 等.无功补偿装置的选择[J].电气传动, 2002, 32 (4) :61-64.

[7]孙茂船, 周建春, 李伟, 等.新型动态无功补偿装置研究及应用[J].港口装卸, 2001 (3) :19-21.

变电站电压无功控制论文参考 篇5

论文关键词:电压无功VQC

论文摘要:介绍了变电站电压和无功控制的方法和调控原则,以及电压无功自动控制装置(VQC)的原理以及应用。

前言

随着对供电质量和可靠性要求的提高,电压成为衡量电能质量的一个重要指标,电压质量对电网稳定及电力设备安全运行具有重大影响。无功是影响电压质量的一个重要因素,保证电压质量的重要条件是保持无功功率的平衡,即要求系统中无功电源所供应的无功功率等于系统中无功负荷与无功损耗之和,也就是使电力系统在任一时间和任一负荷时的无功总出力(含无功补偿)与无功总负荷(含无功总损耗)保持平衡,以满足电压质量要求。

1电压控制的方法和原则

变电站调节电压和无功的主要手段是调节主变的分接头和投切电容器组。通过合理调节变压器分接头和投切电容器组,能够在很大程度上改善变电站的电压质量,实现无功潮流合理平衡。调节分接头和投切电容器对电压和无功的影响为:上调分接头电压上升、无功上升,下调分接头电压下降、无功下降(对升档升压方式而言,对升档降压方式则相反);投入电容器无功下降、电压上升,切除电容器无功上升、电压下降。

变电站电压无功管理调控原则如下:

1.1变电站电压允许偏差范围为:220kV变电站的110KV母线:106.7~117.7kV;220kV、110kV变电站的10kV母线10.0~10.7kV。

1.2补偿电容器的投退管理原则:以控制各电压等级母线电压在允许偏差范围之内,并实现无功功率就地平衡为主要目标,原则上不允许无功功率经主变高压侧向电网倒送,同时保证在电压合格范围内尽量提高电压。一般情况下:峰期(7:00--23:00)应按上述要求分组投入电容器组,谷期(23:00--次日7:00)应按上述要求分组退出电容器组。

2电压无功自动控制装置的特点

过去老式变电站通常是人工调节电压无功,这一方面增加了值班员的负担和工作量,另一方面人为去判断、操作,很难保证调节的合理性。随着用户对供电质量要求的不断提高和无人值班变电站的增多,由人工手动调节电压无功的方式已不能适应发展的需要,所以利用电压无功自动控制装置(VQC)是实现电压和无功就地控制的最佳方案。

VQC可以自动识别系统的一次接线方式、运行模式,并根据系统的运行方式和工况以及具体要求,采取对应的.优化措施,使电压无功满足整定的范围。同时VQC具有丰富的闭锁功能,保证系统安全运行,而且用户可以根据需要灵活配置相关遥信作为闭锁信号。对于电容器组的投切,用户可以自行定义投切的顺序。

3VQC的控制策略

VQC根据低压侧电压和无功(或功率因数)的越限情况,将控制策略划分为不同区域,在各个区域内采取相应的控制策略。除了常规控制模式,一般采取电容器优先模式,在实施调节策略之前,VQC根据给定的参数预测调节的结果,如果调节后会造成低压侧无功/功率因数越限、低压侧电压越限,则后台VQC会调整动作策略或不动作。

当电压越上限,无功正常/功率因数正常时:下调分接头,如果分接头不可调则切除电容器;电容器优先模式:切除电容器,若切电容器会导致无功/功率因数越限或者无电容器可切,则下调分接头,如果分接头不可调,则强切电容器。当电压越上限,无功越上限/功率因数越下限时:下调分接头,如果分接头不可调则切除电容器。当电压正常,无功越上限/功率因数越下限时:电压未接近上限时,投入电容器,若无电容器可投,则不动作;电压接近上限时,如果有可投的电容器则下调分接头,否则不动作。当电压越下限,无功越上限/功率因数越下限时:投入电容器,如果投电容器会导致无功/功率因数反方向越限或者无电容器可投,则上调分接头,如果分接头不可调,则强投电容器。当电压越下限,无功正常/功率因数正常时:上调分接头,如果分接头不可调则投入电容器;电容器优先模式则投入电容器,如果投电容器会导致无功/功率因数越限或者无电容器可投,则上调分接头,如果分接头不可调,则强投电容器。当电压越下限,无功越下限/功率因数越上限时:上调分接头,如果分接头不可调则投入电容器。当电压正常,无功越下限/功率因数越上限,电压未接近下限时,切除电容器,若无电容器可切,则不动作;电压接近下限时,如果有可切的电容器则上调分接头,否则不动作。当电压越上限,无功越下限/功率因数越上限时切除电容器,若切电容器会导致无功/功率因数反方向越限或者无电容器可切,则下调分接头,如果分接头不可调,则强切电容器。当电压正常,无功正常/功率因数正常时,中压侧越上限,下调分接头;中压侧越下限,上调分接头;中压侧电压正常则不动作。

4VQC的应用效果及问题

VQC的应用,对保证电网良好的电压质量、优化电网无功潮流和电网经济运行等方面发挥了较大的作用。和传统的调压方式相比,具有以下明显优点:按“逆调压”进行电压调整,提高电压合格率;平衡无功、使无功潮流合理,达到降损节能的目的;大大减小了运行人员日常调整电压、投切电容器组的工作量。但由于硬件问题、设备工艺、功能问题以及受系统运行方式的改变等问题,VQC有时会出现误动或者拒动,需要人工进行电压和无功的调节,有时甚至会影响正常的设备运行。随着产品设计制造的改进以及运行管理水平的不断提高,VQC将更广泛的应用于各级变电站中,为复杂电网经济运行提供可靠的保障。

参考文献

【1】严法军,“变电站电压无功控制策略的改进”《电网技术》(10)

【2】蔡学敏,蔡益宇.浅谈变电站VQC装置应用中存在的问题及对策浙江电力,,(2):51-53.

【3】曾鉴.电网电压无功综合控制中若干问题的探讨[J].四川电力技术,,26(4):23—24.

地区电网的无功平衡和电压控制 篇6

关键词:无功平衡;电网运行;无功补偿;电压

随着电网的不断发展和电力体制改革的逐步深化,适应建设“一强三优”供电公司的要求,人们对电压问题的重视程度逐渐增加。本文从分析地区电网电压情况和无功设备状况入手,找出无功电压调整中存在的问题,有针对性的提出解决措施和方法,对提高电网电压管理和用户高质量的供电有着十分重要的意义。

1 某地区电网无功电压现状

1.1 无功设备的基本情况

目前,地区电网共有220 kV主变19台,容量3120 MVA,均为有载调压变压器;110 kV主变62台,容量2717.5 MVA,也均为有载调压变压器。

该地区电网的无功功率补偿设备主要是一台并入220kV电网的60万火电机组和各变电站的电容器组。地区电网110kV及以上变电站无功补偿电容器总容量736.334MVAR,其中220 kV变电站408.504 MVAR,110 kV变电站327.83 MVAR。

1.2 配置原则和调整手段

在无功补偿设备的配置上,主要是考虑分层分区就地平衡的原则,根据主变容量和负荷情况安装足够容量的无功补偿设备。对于220kV电网,应避免远距离、大容量的无功功率传输,力求保持各变电站的无功功率平衡,尽可能使220kV线路的无功功率流动小;对于110kV及以下的供电网,推行低压配变就地补偿,实现无功功率的分区和就地平衡,防止电压大幅波动。

无功电压的调整主要是通过调整主变分接头位置、投切电容器和电抗器、改变系统运行方式、调整发电机励磁等方法。

1.3 电压控制情况

2013年、2014年两年,地区电网综合电压合格率分别为99.967%和99.993%,2015年,将会继续提高。尤其是 2015年投运的220kV涡河变,不仅加强了电网可靠性,也对提升地区电网内县级电网的电压水平起到了关键作用。

2 存在的问题

随着社会经济的迅速发展、城市新区等工程建设,使地区电网规模不断扩大,供电负荷不断攀升。尤其是哈郑直流的落地,使地区电网结构和运行特性发生重大变化,地区电网的无功电压运行管理变得更加复杂,如不采取有效的针对性措施,可能影响供电质量,甚至危及电网安全。

2.1 哈郑直流引起的220kV层面无功传输问题

哈郑直流换流站靠近地区两座500kV变电站,致使500kV母线电压偏高,为调整电压,500kV变电站采取投入电抗器的措施。在降低500kV母线电压的同时,也使220kV母线电压降低,造成220kV线路无功潮流传输偏大,还会出现市际间无功的大量传输。

2.2 高峰时段电压调整能力不足

地区电网的大负荷季节一般在春季的灌溉时期、度冬度夏期间,此时间段电压调整困难。虽然提前采取了电压调整措施,对稳定主网电压起到了积极的作用,但在高峰时段,由于某些线路供电半径大、设备缺陷等原因,仍有电网电压偏低现象。

2.3 对县区供电电网缺少无功管理

地区县区电网的无功调压设备没有建立统一的台账,同时县区35kV变电站大多为无人值班,但又不能实现远方操作,故无功调整比较滞后,不能根据负荷和电压情况及时调整。

2.4 有载变压器调压范围选择问题

根据省调规程要求,220kV主变档位应在中间档位及上下三档范围运行,主变档位可调范围窄。同时有些主变因设备缺陷无法调档,造成调压困难。有些主变因负荷增长过快,还未进行主变调档就被闭锁。

2.5 电容器运行问题

地区电网主要的无功补偿设备是电容器。但电容器运行时发热等因素造成电容器相关设备如连接铝排、电容器本体等设备经常出现故障,而由于检修力量不足或设备备件购买周期长等原因,造成故障电容器检修工期长,电容器整体投入率不高,影响无功电压的调整。

2.6 负荷不稳定问题

地区有部分钢铁加工企业,造成电压调节无法跟上负荷变化的速度。

2.7 AVC调压策略问题

在自动化系统AVC功能中,只能设置各站自身的调压策略,不能将220kV变电站和其所带的110kV变电站的调压策略进行统一考虑,影响AVC的闭环控制。

3 调压措施

3.1 综合考虑各种因素的影响

由于无功电压调整的分散性和分层性,使得其控制比有功功率和频率的控制要困难得多。做好电压监视,控制好无功潮流和电压中枢点电压,合理使用调压手段,才能保证电压的可控、能控、在控。

3.2 提前做好電压调整

在电网运行中,做好负荷的预测工作,当高峰负荷到来之前,就将电容器投入,使电网电压提高至上限运行,这样可防止高峰负荷时电压的过分下降。同时做好预判,如果判断负荷增长较多会引起主变调压闭锁,在无功充足的情况下,先调整主变档位将电压提高至上限运行,待负荷升高后再投入电容器。

220kV主变档位调整应提前申请省调同意,并将地区负荷和电压变化情况及时向省调汇报,征得省调同意后扩大主变档位调整范围。

3.3 加强县区电网无功电压管理

建立县区电网无功设备台账,并制定县区无功电压管理规定和考核办法,确保县调无功电压调整的及时性。

3.4 提出电网改造建设建议

针对供电半径长、供电负荷重的线路和变电站,调度应及时向规划部门提出电网改造建设建议,解决线路末端电压低的问题。

3.5 及时消除电容器缺陷

运维部应加强电容器的运行维护,提高电容器检修处理速度,确保无功设备的投入率保持在较高的水平。尤其是针对经常出现问题的电容器,及早进行技改大修。

3.6 合理优化AVC控制策略

无功功率补偿控制器的设计 篇7

对系统进行快速、动态的无功功率补偿是迫切需要的。电力部门大力推广无功就地补偿装置,其重要性十分明显。在当今的电力系统中,感应式异步电动机和变压器作为传统的主要负荷使电网产生感性无功电流,而电力补偿装置能对电网实施无功补偿,提高电网功率因数,让无功功率基本就地平衡,降低线损,改善电压质量和提高线路及变压器输送能力。因此,无功补偿就成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一,这也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题,且正在受到越来越多的关注。

1 无功功率与无功功率补偿技术

在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种;一种是有功功率,一种是无功功率。

1)有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量 (机械能、光能、热能) 的电功率。通常所说的功率就是指有功功率,又叫平均功率。有功功率的符号用P表示:

2)无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。并非“无用”或“可有可无”。无功功率的大小反映了电源参与储能交换的程度。无功功率的符号用Q表示:

单位为乏(Var)或千乏(k Var)。感性负荷从电网吸收无功功率,容性负荷向电网发出无功功率。因为当前电网大部分用电设备都为感性,即电网为感性。而容性负荷将抵消掉电网中的感性无功功率,所以看起来就是感性无功功率是从电网获得的,而容性无功功率是设备自己发出的。

在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,那么,这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的原因。

2 无功补偿容量的计算方案

电力系统功率因数的高低,已经成为电力系统一项重要经济指标。因此,要求在电力系统的各级都要根据分级就地平衡的原则,采取措施补偿无功功率,提高功率因数。本设计以功率因数为判据确定补偿容量的计算方案如下:

由图1可知,补偿前功率因数:

补偿后功率因数:

有功功率:

功率补偿器的无功功率:

无功功率补偿器的容量由下式确定:

式中P1, Q1, S1-补偿前负荷的有功功率、无功功率、视在功率;Q2, S2-补偿后负荷的无功功率、视在功率;Qc-补偿器的无功功率容量;φ1-补偿前的功率因数角;φ2-补偿后的功率因数角;U-电网电压有效值;I-负载电流有效值;ω-电网电压角频率;f—50Hz电网电压频率;C-补偿电容器容量。

3 系统的整体设计方案

通过无功功率补偿器的容量计算公式上看,补偿电容器容量C需要测量出瞬时电流I,瞬时电压U,及瞬时相位φ1,必须采用A/D转换器和定时器协助测量,而AVR单片机的MEGA16芯片内部含有一个10位的ADC和2路16位的定时/计数器,具有安全可靠,执行速度快等特点,因此控制器采用MEGA16单片机为核心。

整体设计方案如图2所示。控制器以AVR单片机为核心,把从取样电路检测到的电网电压、负载电流进行放大,放大后的信号同时送到电压电流有效值检测电路和相位检测电路。电压电流有效值检测电路把放大了的电网电压、负载电流经整流滤波及相应处理后,送到主控芯片进行内部A/D采样,由主控单元快速有效地计算出电压、电流有效值,为计算得到应投入或切除电容器值提供必要的数据。

相位检测电路为主控芯片计算电网电压、负载电流的相位差提供必要的输入信号。并且送到相位检测电路中放大了的电网电压、负载电流信号,在这里进行判断两者的相位关系,从电压电流的超前、滞后关系即可实时判断出此设备是呈容性还是呈感性。若呈容性说明补偿过量,应切除相应电容器;若呈感性,与标准功率因数值比较,若小于标准功率因数值应投入相应电容器。

通过电压、电流取样电路和电压电流有效值检测电路,内部A/D转换电路及相位检测电路提供的有效信号,主控芯片计算得出负载电流、电网电压有效值以及电流、电压的相位差,并进而通过计算得到功率因数、需要补偿的无功功率和具体的电容器容量,并通过判断输出控制信号,控制电容器组的投入或者切除。用状态指示电路反映电容器组投切情况和作出系统稳态等指示。数码显示电路显示当前电压、电流值及设定的功率因数值等。控制按键可查询系统的工作状态、设置系统的工作模式、设置功率因数等。隔离光耦用来控制晶闸管触发,进而控制电容器的投切。避免了电容器投切时的电流冲击,实现了无功补偿的自动跟踪和电容器的自动投切,解决了投切时的暂态电流冲击和稳态可靠运行的难题。

4 结语

本装置控制过程灵活,操作简单,成本较低, 大大提高了供电质量,节约了能源,有很好的推广应用价值。随着科技的快速发展进步,高科技企业的增加,电力企业在如何更好地满足用户不断提高的需求的同时,还要对用户电网进行更全面的管理、监控。在这个过程中,将有各种新技术、新设备发展起来,未来的无功补偿技术将会更加具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]王兆安, 杨君, 刘进军著.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社, 2002.

[2]孙成宝, 刘福义著.低压电力实用技术.北京:中国水利水电出版社, 1998.

无功补偿控制器 篇8

在工业和生活用电负载中,阻感负载占有很大的比例,这些阻感负载是产生无功功率的主要因素。减小无功功率和消除谐波是提高电能质量的必要因素[1,2,3,4,5]。

目前,低压无功补偿控制器常常采用A/D采集加上单片机(MCU)计算的方法检测电网运行状况,分析系统所需无功容量并做出相应的策略来投/切电容器[6,7,8,9,10]。这种无功补偿多数控制器在投/切电容器时由于没有考虑电网中谐波的含量,当电网中谐波含量较高时投/切电容器容易烧坏电容器[11,12,13];多数控制器在补偿时没有考虑到三相无功不平衡的现象,没有采用动态分相补偿,往往造成三相无功补偿不平衡的现象。

本文针对以上问题,采用电力计量专用芯片ATT7022B测量电网参数,开发研制了基于双MCU的新型智能电力监测分相动态无功补偿控制器。

1 系统硬件结构和工作原理

1.1 系统设计要求

用户根据需要对智能电力监测分相动态无功补偿控制器提出的具体技术要求主要有6方面。

a.数码显示:电压、功率因数,通过键盘可查看电流、功率。

b.精度:电压为0.5级;电流、功率因数、功率、电能均为1.0级。

c.可键盘设定、红外线或GSM/GPRS设定时钟和设定功率因数。

d.谐波监视、分相投/切、过电压保护(详见控制策略)。

e.断电后数据保持大于72 h。

f.使用条件:环境温度为-25~50℃。

1.2 系统结构和工作原理

根据以上技术要求,本控制器采用非线性测量误差小于0.1%的电力计量芯片ATT7022B来计算电力参数,采用了2个P89V51RD2[14]单片机。其中,1号MCU主要完成电网参数的读取和控制策略确定的功能,读取从ATT7022B测得的电网参数,存储在内存中,并将功率因数值与设定的投/切门限进行比较,以确定投/切策略。2号MCU实现系统的管理功能,完成系统参数的设定、显示和存储,以及通过红外或全球移动通信系统(GSM)实现电网参数的无线传输。2个MCU通过操控双端口RAM实现单片机之间并行总线的数据共享,以解决单个单片机内存资源、外部引脚资源紧张的问题。

智能电力监测分相动态无功补偿控制器的系统结构如图1所示。

系统的工作原理如下:三相电压、三相电流通过电压、电流互感器以及放大电路后产生符合条件的信号输入到ATT7022B,测量电网电压、电流、功率、功率因数、谐波含量等电网参数;1号MCU通过串行外围设备接口(SPI)读取电网参数,计算处理后得出并联电容器的投/切方法,并通过GM8166经继电器输出来投/切电容器;2个MCU通过操控双端口RAM芯片CY7C136实现单片机之间的数据交换,1号MCU把电网参数通过CY7C136传给2号MCU供显示、存储或通信等用途,而2号MCU把通过键盘设定的控制参数和指标经CY7C136传送给1号MCU,1号MCU再根据用户要求及时调整控制策略。

1.3 控制器硬件设计

从控制器的系统结构图可以得出,控制器的硬件结构主要包括:信号采集转换、数据处理、电容器的投/切、键盘及发光二极管(LED)显示、红外及GSM通信等。

1.3.1 信号采集转换

信号采集转换由电压互感器、电流互感器和ATT7022B组成。三相电压、三相电流分别通过电压互感器和电流互感器以及相关电路变换成符合ATT7022B输入要求的电压值(完全差动输入方式,正常工作最大输入Upp为±1.5 V)。ATT7022B测量得到电网三相电压值UA、UB、UC,三相电流值IA、IB、IC,总视在功率,总有功功率,总无功功率,各相的谐波含量等,并存储于相应的寄存器中,ATT7022B通过SPI接口与1号MCU之间进行电网参数和系统参数的传递。ATT7022B能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量、无功能量,同时还能测量各相电流和电压有效值、功率因数、相角频率等参数。

1.3.2 数据处理

数据处理由1号MCU实现,根据从ATT7022B读取的电网参数和2号MCU传来的系统参数完成数据处理、得出控制策略及电容器的投/切输出等。

1.3.3 电容器投/切

在控制器要求有8个基础组的继电器和每相6个的优先组的继电器共26个输出。由于1号MCU的I/O口不够,故通过GM8166芯片的串入并出功能转换完成I/O口的扩展,实现对电容器的投/切输出控制。根据1号MCU得到的投/切控制策略通过GM8166输出到继电器完成电容器的投/切。

利用单相动态光耦输出控制快速复合继电器实现对3组单相电容器组(18个)的投/切,利用基础补偿继电器触点输出控制接触器实现对三相电容器组(8个)的投/切。

1.3.4 键盘和LED显示电路

本控制器的键盘有4个按键,分别为“翻页”、“上调”、“下调”、“确认”。通过总线收发器,将按键的输入信号输入到单片机,采用中断工作方式。有键按下时,系统进入键盘中断服务程序,判断哪个键被按下,并执行相应的操作。通过“翻页”键可以循环查询系统的各参数的状态值、电网的参数。4个按键配合,可以实现对功率因数、保护电压值、电网谐波含量上限等参数的设定和修改。2排LED数码管,正常工作状态下,循环显示电网中各相的功率因数及基础组电容的投入回路数;有按键按下时根据其功能不同而显示不同的数据。

1.3.5 通信模块

本装置可以实时监测电网参数,可以通过红外线近距离和GSM/GPRS移动通信网远距离数据传输,实现无线抄表和数据的保存,为低压配电线路的科学管理提供可靠数据。

2 控制策略

无功补偿装置都有相应优化的补偿策略[15]。本控制器的控制策略采用优先补偿组和基础补偿组相结合的混合补偿方式,实现三相共补与三相分补相统一。

对于优先补偿组:当电网某相的功率因数低于设定值时,控制器输出直流触发信号,循环投入该相对应的优先补偿组;当电网某相功率因数高于设定上限时,控制器输出直流触发信号,循环退出优先补偿组。

对于基础补偿组:当投入的3组优先补偿电容器的总和大于某个数时,循环切除优先补偿电容器,并投入基础补偿组;当投入的3组优先补偿电容器的总和小于某个数时,切除基础补偿组,并投入相应的优先补偿电容器。同时,该装置具有电压、电流的超限保护等功能。

下面介绍具体控制策略。

a.投/切门限:当cosΦ<cosΦs时投入,当cosΦ>-cosΦs时切除。

b.延时(响应时间):优先投/切组0.1 s,基础投/切组1~99 s,均可设定。

c.投/切器件投/切动作时间:优先投/切组5 s,基础投/切组30 s。

d.过电压保护:当电压≥1.07 UN时停止投入;当电压>1.12 UN时切除。

e.谐波监视:当电压谐波大于15%时停止投入电容,并切除电容(3、5、7、9次谐波)。

f.灵敏度为电流<0.2 A,动作回差为12 V。

g.环投/切:优先组和基础组循环投/切。

h.控制方法:优先投/切组分为A相有A0~A5共5组电容器;B相有B0~B5共5组电容器;C相有C0~C5共5组电容器;基础投/切组分为D0~D7共7组电容器。当cosΦ<cosΦs时,单相先投入,但A+B+C>12时,D投入;当cosΦ>-cosΦs时,单相先切除,但A+B+C<6时,D切除。

3 控制器软件设计

系统软件采用C语言编写,分别对2个单片机编写程序。送电时,系统关闭所有输出口,进入15 s倒计时程序,待CPU工作正常后,经采样、分析、运算之后才能确定输出。

根据1号MCU主要完成电网参数的读取和控制策略确定的功能,确定其软件设计框图如图2所示。首先进行初始化和开中断,当接收到系统中断时,读取2号MCU中的各参数的设定值,然后读取电网参数,将电网参数传输给2号MCU,处理数据并输出控制电容的投/切,退出中断。

根据2号MCU实现系统的管理功能,确定其软件设计框图如图3所示。首先进行初始化和开中断,定时中断到,读取1号MCU中的电网参数,送LED或无线输出;接收到键盘中断,可以查询各项系统、电网参数,按“确定”键,将系统参数更新,同时将新的系统参数存入SRAM,退出中断。

4 结语

本控制器采用了ATT7022B芯片测量电网参数,克服了由于A/D精度不高、MCU计算量大等原因造成的控制器计算速度慢、计算精度低的问题。在电容器投/切时考虑了谐波的影响,避免了谐波含量较高时投/切电容器时出现的烧坏现象。采用了双MCU控制方案,系统控制和系统管理由不同的MCU完成,从而提高了控制器的效率,增强了系统的可靠性。本控制器还采用了分相补偿技术,保证在三相不平衡负载的情况下使线路的三相无功平衡,达到改善电能质量、降低电能损耗的目的。

通过近两年的实际运行表明,该控制器具有测量参数精度高、系统配置灵活、稳定性好、成本低的特点,能实时监测电网参数,能根据电网的运行状况及时进行无功补偿,使功率因数保持在较高水平,很好地改善了供电质量,提高了供电系统的经济效益,运行效果良好,达到了实时电力参数监控、分相动态无功功率补偿的设计要求。

摘要:为了对电网参数的实时监测和对无功功率的分相补偿,设计了采用双P89V51RD2单片机控制的新型智能控制器,控制器采用ATT7022B测量电网参数,解决了系统测量精度问题。1号单片机主要完成电网参数的读取,计算处理后得出并联电容器的投/切的方法;2号单片机实现系统的管理功能,完成系统参数的设定、显示、存储或通信等。研制的控制器采用分相动态无功补偿技术,保证在三相负载不平衡情况下使线路的三相无功平衡。控制器包括:信号采集转换、数据处理、电容器的投/切、键盘、显示及GSM通信等。控制器的软件采用C语言编程,给出了2个单片机主程序流程图。

无功补偿控制器 篇9

常规无功补偿控制器只能实现共补, 而实际工业现场往往三相负载不平衡, 故需要针对某一相进行无功补偿, 即分补偿。常规无功补偿控制器普遍采用一种编码方式, 即等电容循环投切, 而电网所要补偿的容性无功功率的数值常是连续不分等级的, 故单只电容器容量可能过大, 造成过补或欠补, 补偿精度欠佳。为了解决上述问题, 本文将介绍一种以ARM为核心的ARC低压无功功率自动补偿控制器。

1 设计要求

根据现有市场上的低压无功功率补偿控制器的功能特点及实际需求, 确定ARC低压无功功率自动补偿控制器。

(1) 输出电路采用编码工作方式。

(2) 采用以基波无功功率为主、 基波功率因数为辅的投切依据。

(3) 采用FFT实现无功功率的精准计算。

(4) 采用混合补偿 (三相共补、 单相分补) 方式, 分为静态和动态补偿。

(5) 基本保护功能: 过电压、 欠电压、 欠流、 断相、电压畸变、温度保护等。

(6) 基本测量功能和通信功能:电压、电流、 频率、有功功率、无功功率、电压畸变率、功率因数、温度等基本测量功能;RS-485通信接口, 采用Modbus通信协议。

(7) 采用导轨和嵌入式安装方式。

(8) 电磁兼容标准: GB/T 17626.2—2006、 GB/T17626.4—2008、GB/T 17626.5—2008。

(9) 以上要求符合JB/T9663标准。

2 硬件设计

ARC低压无功功率自动补偿控制器 (以下简称控制器) 功能如图1所示。控制器包括电源电路、 三相交流电压电流采样电路、频率采样电路、温度采集电路、按键输入电路、报警输出电路、 开关量输出电路、LED显示电路、CPU、RS-485通信电路。 下面重点介绍电压采样电路、频率采样电路和RS-485通信电路。

2.1 电压和频率采样电路

电压和频率采样电路如图2所示。电压信号UA经电阻分压、信号处理后, UAO直接进入CPU, 实现电压采样。UAO经过RC滤波、迟滞比较器, 可生成同频率的基波方波FRE, 实现频率的采样。 图3 是7 次THD15%50Hz的UAO电压波形, 图4是经过RC滤波后的UAO1电压波形, 这就保证了进入迟滞比较器的是基波。

频率采样有硬件和软件测频。软件测频算法复杂、计算量大、精度不高;硬件测频计算量小、精度高。控制器硬件测频电路的优势是: 实现测频的同时实现了电压采样; 减少了CPU的运算; 泄漏误差小于基波幅值的0.02%, 满足FFT分析处理谐波的精度要求。

2.2 通信电路

控制器具有通信功能, 硬件采用RS-485通信接口。RS-485通信电路采用硬件自动控制收发电路, 不用单片机控制, 可以减轻单片机的负担。为了满足工频耐压要求, 制作PCB时要做好隔离措施。通信电路如图5所示。一路RS-485通信电路将实时电参数上传到监控中心, 便于观察现场设备; 另一路RS-485 通信电路作为子母机扩展使用, 通过主机实现对从机的控制。

3 软件设计

控制器主程序包括数据采集、FFT计算、电容投切、基本保护、显示程序、按键处理、人机交互、通信等子程序。各部分子程序采用模块化设计, 便于维护。这里主要介绍基于FFT的无功功率测量算法和电容投切。

3.1 基于FFT的无功功率测量算法

无功补偿中常用的无功功率测量算法有快速傅立叶变换 (FFT) 测量法和数字移相测量法。 快速傅立叶变换 (FFT) 测量法精度高, 但计算量较大, 实时性不好;数字移相测量法实时性好, 但是在测量信号含有谐波时测量误差较大[1]。

本文采用ARM进行FFT运算, 利用ARM处理器的快速性解决了实时性不好问题, 同时对电参量进行实时检测和处理, 以达到无功补偿最佳效果。 这种算法通过对N=2n点的时间序列f (n) 逐步分解而得到F (k) 。 对电压、电流分别采样N个数值, 构成2个数组进行FFT运算, 得到基波电压、基波电流幅值的实部和虚部[2,3]。 考虑到ARM的运算速率, 每个周期采样64 个点进行FFT运算, 单次算法计算时间为80ms, 可满足需要。FFT运算结果见表1。

3.2 电容投切

电容器投切流程如图6所示。考虑到电网三相无功功率不平衡, 控制器需要实现混合补偿, 以FFT计算出的基波功率因数和基波无功功率值作为电容器投切依据。当系统处于过电压、欠电压、过流、电压过畸变等保护状态时, 控制器不投入电容, 已投入电容也会依次被切除。

补偿容量计算式为:

电容投入判断:ΔQ>α×Q1, cosθ<cosθ1

电容切除判断:ΔQ>β×Q1, cosθ<cosθ2

式中, ΔQ为电网需要补偿的基波无功容量;cosθ1为投入功率因数;cosθ2为切除功率因数;cosθ 为当前电网功率因数;Q1为第一路电容器的容量;0.6≤α≤2.5;0.6≤β≤2.5。

为了适应电网负载变化而进行电容器容量搭配的做法称为输出编码法, 它应符合一定的规则。控制器提供了12种电容容量比例搭配, 即配置了12 种不同容量比例的电容器组合。根据现场电容比例, 选择一种编码方式, 控制器会自动计算电网无功缺额, 投入或切除电容器, 不存在投切震荡问题, 补偿效果好。

4 应用实例

某冶金车间变配电室供电系统为10kV, 有一台容量为800kVA的10/0.4kV变压器。变压器的负载率在65%左右, 主要负载为交流电机 (感性负载) , 总体功率因数在0.5左右, 电网谐波主要是5次和7次。

根据电网参数, 确定补偿总容量为275kVA;滤波电抗器选择电抗率为7% 的电抗器, 投入门限设为0.9, 切除门限设为0.98;共补4路, 编码方式为1.1.2.4, 共补容量为25、25、50、100kvar; 分补3 路, 编码方式为1.2.2, 分补容量为5、10、10kvar。控制器可自动完成电容器的投切, 投切稳定, 没有震荡。

安装控制器后, 电流降低40A, 电网功率因数从0.5提高到0.95, 电费从12 000元/月降低到8 000元/月, 达到了节电目的。

5 结束语

以ARM为核心, 以基波功率因数和基波无功功率为电容投切依据的ARC低压无功功率自动补偿控制器, 补偿精度高, 投切稳定无震荡, 具有过电压、 欠电压、 欠流、断相、电压过畸变、温度等保护和报警功能, 提高了补偿电容器的使用寿命。 控制器支持嵌入式和导轨式安装, 且具备完善的网络通信功能, 广泛适用于石油、 电力、煤矿、化工、造纸以及民用建筑等领域。

摘要:介绍一款以基波无功功率和基波功率因数为电容投切依据的ARC低压无功功率自动补偿控制器。该控制器以ARM为核心, 使用FFT算法实现基波无功和谐波的计算, 采用编码方式精确配置共补电容器和分补电容器。运行结果表明, 该控制器能有效提高线路功率因数, 实现节能降耗。

关键词:无功补偿,ARM,FFT,电容投切

参考文献

[1]陈啸晴, 粟梅.几种无功功率测量算法的仿真比较中[J].广东技术师范学院学报, 2008 (12) :25~28

[2]孙曙光, 牛丽丽, 杜太行.基于RS-485总线的功率因数分布式补偿系统设计[J].电测与仪表, 2014 (8) :8~12

无功补偿智能控制研究 篇10

本文讨论采用鲍威尔 (power) 算法优化在当前节点无功补偿容量的确定过程中, 因电压、电流、负载峰值等因素的影响, 会导致GA初始值的生成过程中产生的次优解或非合理解 (或称作“噪声”) , 即该文提到的基于Power-GA算法的无功补偿智能控制算法 (PGA-IRPC算法) 。为方便论述本文将文献[1]中提出的基于power和GA的家庭无功补偿智能控制算法定义为RGA-IRPC算法。

2 补偿装置、节点的确定

为便于比较, 本文选取文献[1]中提到的、相同的补偿装置、节点等基本实验条件。即, 采用MRC和电容组作为本文补偿装置的实验基础装置;采用家庭有源独立补偿方案作为补偿节点选取的依据, 选取配电柜作为补偿节点物理位置。为防止过多的有功损耗, 本文选取的具有无功补偿功能的电容器组和电抗器组均安装在节点位置。即本文设计的无功补偿智能控制流程为:由变电器出发, 至电缆, 至节点位置, 最后至终端用户。

3 补偿容量计算

3.1 算法基本思想

针对鲍威尔算法本身的采用的是共轭向量机制, 属于时间复杂度为O (nn) 的复杂问题, 本文提出采用双重遗传算法来优化遗传算法初始值的选取过程, 降低文献[1]中的RGA-IRPC算法在初始值选取过程中的时间复杂度。并且, 双重遗传算法可以有效地将初始值选取而产生的算法迭代过程与为计算无功补偿容量产生的遗传算法迭代过程整合在一起, 从而一定程度上降低了, RGA-IRPC算法在计算无功补偿容量过程中的时间和空间复杂度。

3.2 无功补偿主要流程

无功补偿智能控制流程主要包括:首先产生初始群体 (即第一重GA算法) ;其次, 采用第二重GA算法进行个体适应度计算;再次, 判断是否满足收敛条件 (即) ;然后, 对上一步不满足条件的依据第二重GA算法依概率进行复制、杂交、变异操作;最后循环判断上述收敛条件, 并最终获取终端无功补偿容量初始值的最优解。

第一重:首先, 将补偿容量上限设定为, 下限设定为 (为方便论述符号选为与文献[1]相同) 。其次, 利用GA算法获取终端无功补偿容量的初始值。再次将节点位置的终端无功补偿无功功率设定为Qci, 且满足如下关系:

3.3 算法对比讨论

但是, 本文算法并不是在所有情况下均优于RGA-IRPC算法。原因有二:一方面, 文献[1]中提出的RGA-IRPC算法是结合了power算法的GA算法, power算法本身采用了穷举策略, 因此在小样本、小影响因子的情况下, 穷举策略的power算法会比第一重GA算法运算速度更快;另一方面, 由于power算法采用了穷举的方式, 因此它获取全局最优解的几率是100%, 而本文提出的第一重GA算法在计算终端无功补偿容量初始值方面是在满足一定阀值的条件下高概率生成局部最优解。

在没有限制条件的前提下, 两种算法不能简单说优劣。但是, 在研究终端无功补偿智能控制的过程中, 不可能总是研究小样本、小影响因子的情况, 对于大数据条件下的研究更具有常态化视野。因此, 本文提出的基于双重GA的终端无功补偿智能控制算法具有更为广阔的普适性。

4 结论

虽然采用鲍威尔算法可以获取无功补偿容量确定过程中初始值的最优解, 但是其O (nn) 级时间复杂度影响了终端无功补偿智能控制过程中的应用范围, 也就是说, 随着电压、电流、负载峰值等因素的复杂程度的提升, 随着用户终端数目的增多, 随着无功补偿容量影响因素数目及数据量的不断扩大, RGA-IRPC算法在初始值选取过程中越来越“乏力”。因此本文提出了基于双重遗传算法的无功补偿智能控制思路, 算法初始值选取既能获取全局最优解而且还能够降低文献[1]中算法在此过程中的时间复杂度。

本文的不足之处还在于:由于篇幅的限制本文没有对文献[1]中已经论述过的“目标函数的确定”、“补偿容量的计算”等重复性内容进行展开论述。

摘要:我国学者有关终端无功补偿智能控制的相关研究主要集中在针对非线性问题的启发式算法的研究过程, 正如文献[1]所言, 通过鲍威尔算法可以规避因电压、电流、负载峰值等因素的影响而导致的无功补偿容量确定时应用遗传算法容易获取局部最优解的问题。但是, 鲍威尔算法本身采用的是共轭向量机制, 属于时间复杂度为O (nn) 的复杂问题, 即使其改进算法也是一个O (n2) 问题, 这并不利于对于大数据的求解。

关键词:遗传算法,鲍威尔算法,无功补偿

参考文献

[1]刘宁宁, 王佐勋.基于遗传算法的家庭无功补偿智能控制与仿真[J].齐鲁工业大学学报 (自然科学版) , 2015, 2:66-70.

[2]吴军, 王深, 吕霞.智能低压无功补偿算法及控制策略的研究[J].农业科技与装备, 2010, 12:40-43.

无功补偿控制器 篇11

电压/无功控制是我国电力系统运行急待解决的技术问题之一。变电站电压/无功微机自动控制系统要求能综合利用站内的有载调压变压器和并联补偿电容器组这些调控手段,控制系统电压在一定范围,改善功率因数,实现无功就地平衡,提高电压运行的合格率,减少线路上的有功损耗,达到提高电压质量和运行经济性的目的。

2、变电站电压/无功综合控制装置的现状

电压合格率是衡量电能质量的一项重要指标。为改善电压质量,提高电压合格率,供电部门在110KV及以下电压等级的电网中广泛采用有载调压变压器,许多供电企业在110KV及以下电压等级电网中已实现了100%一级有载调压覆盖盖,城网甚至达到了100%二级有载调压覆盖。为了使调压手段多样化,同时减少电网中输送的无功功率,降低电能损耗,各级变电站普遍配置了一定数量的并联无功补偿电容器组。

3、装置功能设计

3.1装置控制目标

装置的控制目标可以用三句话概述:保证电压合格,无功基本平衡,尽量减少调压次数。

3.2装置硬件结构

变电站电压/无功微机自动控制装置(以下简称VQAC装置),采用模糊控制技术和反时限方法,综合利用有载调压变压器和并联补偿电容器组的调控手段,达到最佳的电压控制效果,对负荷随机波动及突发事故具有在线修改控制策略的能力,同时系统具备运行异常的自动闭锁能力,防止误操作,保证系统运行的安全性和可靠性。

VQAC装置由硬件和软件两大部分组成。硬件以工业控制计算机(Pentium 233)为主体,辅以独立的可编程的模拟量采集板(YC模板)、开关量采集板(YX模板)、控制对象输出板(YK模板)、电压谐波分析模板(XB模板)以及I/O接口、彩色显示器、打印机、软驱、光驱、键盘、鼠标、电压、电流互感器、开关电源等一系列接口部件组成,整个装置的硬件可分为主机层、采样层及继电变送层三部分。

主机层、采样层及继电层均安装在VQAC装置中。装置背面为继电变送层,安装控制用的继电器和电压、电流信号变换用的电压、电流变送器。继电变送层与采样层通过遥控、遥信、遥测接线板连接。采样层中的电量采集板(YC模板)、开关量采集板(YX模板)、控制对象输出板(YK模板)、电压谐波分析模板(XB模板)置于工业控制计算机的插槽中,各功能模板与CPU主板通过I/O口交换数据,各功能模板的I/O口地址可通过跳线设置。

3.3软件总体框图

根据软件的功能模块及系统的数据库管理,软件总体结构框图如图2所示。

模拟量、开关量数据通过输入/输出接口读入数据输入缓冲区,由乘系数软件包将无量纲电量数据转换为有量纲的数据,格式转换软件包则将各开关量分解出来存入实时数据库。一些人工控制量、修改量也将存入实时数据库中。数据存档软件包定时将实时数据存档生成历史数据库。数据库通过显示、打印软件包实现显示、打印功能。算法与控制软件包从实时、历史数据库中读取所需的数据,进行分析、计算,得出分析计算结果。一方面,将结果反馈回实时、历史数据库;另一方面,将结果送入输出数据缓冲区,发出控制命令,调节变压器分接头和投切电容器组。

电压/无功智能控制在控制算法中实现。控制算法包括了六个环节:预处理、反时限、输入量模糊化、模糊规则、控制策略以及闭锁处理。

3.4软件功能分解说明

为了满足系统运行的实时性和可靠性,同时兼有友善的用户界面,软件按功能分为人机接口模块、打印模块、数据存档模块、I/O接口模块及算法与控制模块五个部分。

4.4.1人机接口模块 人机接口模块主要完成系统数据的显示及人工控制、修改等功能。

4.4.2打印模块 打印模块主要完成的功能有:分接头开关动作及电容器组投切操作的实时打印,遥信变位打印,各类参数报表及运行曲线的定时打印,召唤打印等。

4.4.3数据存档模块 数据存档模块主要完成重要的历史数据存档功能。这些数据包括:电压合格率,谐波含量分析数据,电压运行曲线数据,功率因数运行曲线数据,有功、无功功率运行曲线数据,分接头操作记录,电容器组操作记录,遥信变位记录等。

4.4.4 I/O接口模块

该模块实现主机与各功能模板间的数据通信(并行),VQAC装置与当地RTU或变电站综合自动化系统的通信(串行),以及通过MODEM与调度中心的通信(串行)。通信中的信息主要包括:模拟量信息、状态信息、控制信息、报文信息等。

4.4.5算法与控制模块

该模块是VQAC装置进行有效控制的核心部分,通过一系列控制算法的分析和计算,实现对电压无功的最佳控制。主要包括:在线负荷短期预测,电压运行曲线拟定,模糊控制算法,谐波分量分析算法,电量标度变换及格式转换,串行通信报文打包,电压控制策略的制定,电容器组三相电流不平衡度的分析,变压器分接头和电容器组的调控,事故闭锁控制,系统自诊断,系统自举,等功能。

4.控制流程

控制部分的设计包括人机接口和后台运行两部分。人机接口部分主要包括控制方式和控制手段的选择、控制参数及控制出口时间的设置、手动控制及监视控制的实时状态。后台运行部分则是依据运行人员所设置的控制参数实现实时控制。此处,根据控制方法设置了两个定时器,分别对电压和无功功率进行实时监测,当两个电量之一超出规定的范围,即开始进行反时限面积累积,当两个电量之一的反时限面积超出既定的面积限置,启动控制规则,根据控制规则产生相应的控制事件。

5、结束语

铜山供电局与四川联合大学共同研制的基于模糊控制理论的变电站电压/无功微机自动控制装置体现了90年代电力自动控制装置的技术水平,具有分布式的开放性体系结构,突坡了传统九区图的种种不便,完全可以满足变电站电压/无功综合自动控制的要求,为实现变电站真正意义上的无人值班和减员增效提供了技术条件,也为今后实现全网电压/无功自动控制奠定了理论基础,同时,也为国内其他兄弟单位提供了有益的经验和借鉴。

参考文献

[1]卢强,孙元章.(Lu Qiang,Sun Yuanzhang),电力系统非线性控制(Nonlinear Control of Power System)北京:科学出版社(Beijing Science Publishing Company),1993

作者简介

无功补偿控制器 篇12

近年来,我国电力装机容量以每年10 G W的速度递增,大大缓解了供电紧张的局面,有些地区还出现供电过饱和的现象,然而配电网的建设速度明显滞后,网架薄弱、设施老化、线路长、无功缺额大、功率因数低、电压质量差及网络损耗等问题日益严重,无功补偿自动化程度低,国家电力公司和各省市电业局都开始重视这一问题。降低网损是供电部门减少供电成本的重要突破口,也是今后增加供电量的重要手段。另外配电网的投资运行费用在整个电力系统费用中占了相当可观的一部分,故对配电网进行优化规划可以有效地降低系统总费用。而无功分布影响着配电网的电压质量和系统的经济运行,无功优化作为规划设计的重要环节,通过调节无功补偿设备的投入量,对保证电网的电压水平、降低网损、提高系统的稳定性有重大意义[1,2,3],是实现电网经济调度的重要手段之一。

1无功补偿控制系统的硬件构成

控制装置的主体是可编程控制器PLC,考虑到控制装置的尺寸和可扩展性,选择小型的、模块化的西门子S7-200系列PLC,这样在设计过程中,可以根据现场运行实际的不同控制要求,来选择需要的模块。PLC的CPU单元本身带有两个RS-485通信接口,可以不配备专用通信模块,用通信线直接与上位机计算机相连,进行通信。

如图1所示,采用计算机作为上位机,对变电站无功进行综合监控,按照电力系统规约与下位机进行通信,在数据采集的基础之上建立数据库和画出负荷运行曲线,并且根据数据库的内容建立起智能故障分析与预测系统,以便于运行人员能及时地发现并排除故障,能够实现定时/召唤打印和越限报警、事故追忆的功能,充分实现控制的自动化和智能化;利用可编程序控制器(PLC)作为下位机,充分利用PLC可靠性高、实时性好、性能价格比高的特点,实现P L C与上位计算机的通信,将模拟信号经相应的WB智能变送器3M004R4通信接口送入PLC,由PLC的CPU处理后,通过电力系统的通信规约输出到上位计算机。下位机PLC主要完成实时数据的采集、状态的判别和输出控制等,上位计算机则是主要实现采集数据的信息的存储处理分类、状态显示、智能数据分析等的功能,充分发挥计算机与PLC各自的特点,实现上位机与下位机的优势互补,提高了整个系统的稳定性,达到在保证电能质量的基础之上,能够最大限度的提高电器设备的使用寿命,降低其运行费用。

下面分别介绍无功补偿控制器所用的各模块。

1)电源模块。为S7-200正常工作提供电源。

2)CPU 226模块是S7-200 PLC的核心部件。它有24入/16出共40个I/O点,完全满足设计要求并留有一定的扩展裕量;其两个RS-485通信口,一个用来和上位机及WB智能变送器3M004R4进行通信,另一个用以连接中文TD 200显示器件以实现现场显示、参数设置等功能。

3)TD200文本显示器的基本功能是文本信息显示和实施操作,在控制系统中可以设定和修改参数。它连接简单,只需要将连接电缆接到CPU22X系列PPI接口上即可,无需外加电源。

4)WB智能变送器3M004R4,由通信口直接将U、I、P、Q、cosφ等电参数发送给PLC。

2无功补偿控制系统的软件

2.1控制器软件

系统以11区判断作为无功控制的依据,控制器采用的控制策略可用图2来表示。

0区:电压无功都在规定的范围之内,则电容器组保持不动;

1、2、3区:电压越下极限Umin,则切除全部电容器组而不论无功的大小;

4区:电压越下限UL,为了防止切除电容器而使得电压进一步降低,则闭锁电容器组的切除;

5区:电压合格,系统无功偏低,切除电容器组;

6区:电压合格,系统无功偏高,投入电容器组;

7区:电压越上限UH,为了防止电容器投入时使得电压越上限Umax,则闭锁电容器组的投入;

8、9、10区:电压越上极限,则逐级切除电容器组而不论无功是否满足条件。

PLC作为无功补偿的控制器实现的主要功能是通过用STEP7编程而实现的,下面主要介绍控制器设计要点。一个控制系统能够保证安全、无误、可靠的良好运行,如何做好保护和闭锁起着非常关键的作用。为了防止电容器因为干扰而频繁动作,控制器没有立即根据所采集到的电压、功率因数而作出判断,而是延时一段时间(比如几秒钟),等到系统电压和功率因数变化趋于稳定后再发出动作与否的信号。

既要根据电压、无功选择电容器投入或切除的组数,又要兼顾电容器动作的次数,防止有的电容器组已经动作多次,有的还没有动作。这样会缩短频繁动作的断路器的使用寿命,降低设备的利用效率。所以,用了顺序控制继电器指令SCR。通过顺序置位和复位的操作,使每组电容器在一个循环操作中都只有一次动作的机会。例如有六组电容器,因为功率因数偏低,系统所需无功较多,所以投入了第一、二、三组电容器。后来系统经过一个时间段以后,系统所需无功变少,功率因数偏高,则切除了第一、二组电容器。后又因为感性负载增多,无功损耗加大,需要投入一组电容器,考虑到第一、二、三组电容器已经动作,而第四、五、六组电容器尚未动作一次,故应投入第四组而不是第一组电容器。在切除一组电容器后,为了防止电容器的电压过高时重新投入,则应经过一个时间段,以保证电容器上的剩余压降降至50 V以下。

电容器组采取过电压和过电流保护,防止电容器的损坏。

当电压越上限或越下限时,都应闭锁电容器组的投切,防止电压进一步的恶化。而当电压越上极限时,则不论无功的大小,都应将电容器组逐级切除,当电压越下极限时,无论无功的大小,则切除全部的电容器组。

控制器主程序包括手动和自动两部分。第一部分为自动程序,主要是根据模拟量采集模块所测数据和控制策略进行自动的投切电容器或闭锁,简化人为操作,提高自动化程度,克服一些因人为因素所带来的误操作,有利于无人值班变电站的运行和管理。而手动部分则配备了相应的手动操作开关,根据运行情况,确定投切与否,然后手动操作开关,以实现调节的要求。手动和自动相互配合,任何一方出现了问题,则以另一方来取代进行相应的操作,尽可能的提高无功补偿设备的使用率。

2.2 PLC通信程序

无功补偿控制系统中的控制器PLC通过通信网络将信息传递到上位机进行集中处理,并在上位机显示屏上显示实时电压、电流等的运行情况、控制器的运行状态以及各类参数的数值。在变电站运行的不同时段还应根据要求由上位机实时修改PLC设定的参数。另外,操作人员还可经TD 200对PLC的工作进行现场监控,通过功能按钮修改参数或下达指令,因此整个系统运行的正常与否与通信程序设计的好坏关系极大。

系统采用PLC的自由口通信方式[4]。通信协议完全由用户程序来控制。下位PLC通过使用接收中断、发送中断、发送指令和接收指令,使用户程序控制通信口的运作。S7-200 PLC的通信接口是9针RS-485信号接口,通过PC/PPI电缆与计算机连接。通过对SMB30(口0)的设置允许自由口通信模式,并可以设置P L C自由端口0发送信息的波特率、起始位和校验方式等。通过对特殊存储器字节SMB86~SMB94的设置,可以设定接收信息的起始字符、结束字符等通信规约。

通过使用接收中断、发送中断、发送指令和接收指令编制用户程序,可以控制通信口的运作,以下对中断和通信指令加以介绍。

中断连接、中断分离指令的梯形图符号如图3所示。

中断连接指令(ATCH)把一个中断事件(EVNT)和一个中断程序(INT)联系起来,并允许这个中断事件。

中断分离指令(DTCH)截断一个中断事件(EVNT)和所有中断程序的联系,并禁止该中断事件。

其中,EVNT:表示中断指令指定的中断事件号(事件号8、9、23是与端口0通信有关的事件号)。

INT:表示与中断事件相关联的中断服务程序标号。

在激活一个中断程序前,必须在中断事件和该事件发生时希望执行的那段程序间建立一种联系,中断连接指令指定一个中断事件所要调动的程序段。在开中断情况下,某个中断事件发生时,就执行最后一次为该事件指定的中断所调用的程序段。用ATCH指令为某中断事件调用相关的程序段时,自动的将此中断事件打开。用DTCH可以解除中断事件和中断程序段之间的联系,同时将该中断事件关闭。

发送、接收指令的梯形图符号如图4所示。

发送指令(XMT)激活发送数据缓冲区(TBL)中的数据,并由通信端口发送该数据。数据缓冲区的第一个数据指明了要发送的字节数,PORT指定了用于发送的端口。

接收指令(RCV)激活初始化或结束接收信息的服务。将指定端口(PORT)接收的信息存储于数据的缓冲区(TBL)。数据缓冲区的第一个数据指明了接收的字节数。

其中,T B L用于指定接收或发送数据的缓冲区,其第一个字节用来设定应接收或发送的字节数(最大255个字节)。

2.3上位机通信程序

在编制上位机通信程序时,为了编程方便,选用基于ActiveX串行口通信控件即Microsoft公司提供的MSComm控件实现上位机与S7-200 PLC的串行通信。MSComm控件是VB软件中的OCX控件。VB的MSComm通信控件具有丰富的与串口通信密切相关的属性及事件,提供了一系列标准通信命令接口,可以用它创建全双工的、事件驱动的、高效实用的通信程序。

在Delphi6.0中选择菜单“Component”中的“Import ActiveX Control”命令,在“Import Active X”选项卡内选择“Microsoft Comm Control6.0”项,然后单击“install”按钮安装MSComm控件,安装后在“ActiveX”组件板中出现MSComm图标,即可以被使用。编程时应注意其I n p u t和Output属性的数据类型为OleVariant,这与VB,VC不同。

上位机通信子程序的流程图如图5所示。

2.4上位机软件

在设计中使用Delphi语言来实现系统上位机监控功能。Delphi语言是一种面向对象的编程语言,采用了高度模块化的程序设计方法,使得编制大型程序较为容易,而且具有一定的灵活性,如果系统需要扩充或修改,只需对相应模块进行独立调试即可。同时Delphi还具有数据库功能强大、绘图简单、界面友好等特点,十分适合编制本系统上位机软件。

相关数据的管理采用Delphi6.0自带的Paradox数据库,用SQL语句实现,主要用到的SQL语句有查找、插入、修改及删除等。打印功能用Delphi6.0内嵌的第三方报表设计软件QuickReport。若需要将生成的报表转换成PDF、EXCEL、WORD或WEB格式,可采用Quick Report Export。权限设有系统管理员、高级用户及一般用户三种。数据备份与恢复利用API函数ShFileOperation实现。为了最大限度保证数据通信的实时性,同时又能及时响应用户的操作或进行数据处理,使设计的软件可靠实用。采用多线程技术无功补偿控制系统上位机控制软件。多线程的实现是利用Delphi提供的TThread类,采用面向对象的设计方法。从TThread类派生一个类TComm,TComm可使用TThread基类的特性。在TComm类中定义私有变量,重载TThread类的Execute方法,定义数据显示刷新的过程Display。类定义如下。

3结语

系统具有以下特点:

(1)采用智能电参数变送器3M004R4,由RS485通信口直接获得U、I、P、Q、cosφ等作为无功补偿控制的辅助判据和闭锁条件,具有可靠性高、性价比优等优点。

(2)PLC作为变电站等电磁干扰严重环境下的现场控制器表现出可靠性高、抗干扰能力强、控制灵活方便等一系列优点,具有广泛的应用前景。

(3)设计的监控系统利用PLC作为下位机进行现场控制,利用其内部定义好的各类“软继电器”代替实际的继电器连接,既减少了复杂的连线又使得各类闭锁功能通过简单编程就可以在内部实现,其闭锁速度也完全符合要求。

(4)利用RS485总线技术进行现场信息的传输,提高了通信的抗干扰能力和通信速率,并具有软件纠错能力,通过通信网络将上位计算机与下位PLC相结合,可以取长补短,充分发挥两者的优势,形成一个具有数据采集、显示、判别、通信、控制、执行的无功补偿控制系统。

参考文献

[1]王兆安,杨军,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998.

[2]靳龙章,丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京:中国水利水电出版社,1997.

[3]苑舜,韩水.配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京:中国电力出版社,2003.

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