周明江，劉永梅

(1.淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，安徽 淮北　235000；2.國(guó)網(wǎng)濉溪縣供電公司，安徽 淮北　235000)

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基于PLC的靜止動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周明江1，劉永梅2

(1.淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，安徽 淮北235000；2.國(guó)網(wǎng)濉溪縣供電公司，安徽 淮北235000)

摘要：針對(duì)農(nóng)村低壓電網(wǎng)功率因數(shù)較低的現(xiàn)狀提出了基于可編程序控制器的低壓系統(tǒng)靜止動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償(SVG)的設(shè)計(jì)方案。在補(bǔ)償裝置的投切控制上，采用了功率因數(shù)和無(wú)功功率共同控制的方法，避免了單一參數(shù)控制的缺點(diǎn)。對(duì)電網(wǎng)沖擊小，抗干擾能力強(qiáng)，精度高, 有響應(yīng)快，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等是該補(bǔ)償裝置具有的明顯優(yōu)點(diǎn)，特別適用于目前企業(yè)用戶和農(nóng)村電力用戶進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償；可編程控制器；SVG

0引言

SVG是靜止無(wú)功發(fā)生器的簡(jiǎn)稱，它采用了IGBT等全控型器件進(jìn)行電流控制，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償，響應(yīng)速度快，而且沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，在低壓系統(tǒng)中有很高的實(shí)用價(jià)值。

1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述

并聯(lián)于電網(wǎng)中的基于PLC的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)(SVG)，可以看作一個(gè)無(wú)功電流源，且其值可調(diào)，它根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷特點(diǎn)能輸出感性電流，從而補(bǔ)償用戶所需感性無(wú)功功率。

SVG對(duì)無(wú)功功率控制的核心部件是IGBT，通過(guò)橋式電路，并聯(lián)在電網(wǎng)上，PLC根據(jù)測(cè)量所得用戶無(wú)功功率實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電橋交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，也可以控制交流側(cè)電流的幅值、相位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。其系統(tǒng)組成如圖1-1所示。

圖1-1　系統(tǒng)原理框圖

1.2控制系統(tǒng)核心器件的選型

PLCS7-200的CPU模塊226，模擬量擴(kuò)展模塊選用EM235。

1.3檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

1.3.1概述

將電壓互感器和電流互感器接到變壓器二次側(cè)的電路中。電壓互感器和電流互感器的二次側(cè)輸出接到過(guò)零比較器中，過(guò)零比較器對(duì)波形進(jìn)行處理，通過(guò)過(guò)零比較器將電路中的正弦波變成方波，然后輸出到PLC當(dāng)中，用PLC函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出電網(wǎng)中的功率因數(shù)cosφ和sinφ。與此同時(shí)，電壓變送器和電流變送器也接到變壓器二次側(cè)，把檢測(cè)到的信號(hào)輸入到PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換之后輸入到PLC當(dāng)中，由此計(jì)算出電網(wǎng)中的電壓和電流。根據(jù)公式Q=U×Isinφ計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率。

身處于福建教案漩渦中心的艾儒略，是繼利瑪竇之后，最為著名的耶穌會(huì)傳教士，他在福建傳教事業(yè)的成功不僅應(yīng)當(dāng)歸功于耶穌會(huì)的“合儒”政策和其過(guò)人的學(xué)識(shí)及宗教獻(xiàn)身精神，更應(yīng)當(dāng)功于福建官員和大量底層知識(shí)分子和教徒的支持[注]艾儒略在閩交往的人物達(dá)到200多人。林金水：《艾儒略與福建士大夫交游表》，《中外關(guān)系史論叢》1996年第5輯，第182—203頁(yè)。。

1.3.2相位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

1.3.2.1設(shè)計(jì)測(cè)量相位的方案

主要由相位檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路組成。用于檢測(cè)電網(wǎng)中所減少的無(wú)功損耗，從而使系統(tǒng)決定無(wú)功補(bǔ)償量的大小。

1.3.2.2相位判別檢測(cè)電路

相位差就是電壓超前或滯后電流的差值，在本設(shè)計(jì)中我們不但要測(cè)量出相位差的大小還要判斷出電壓超前還是滯后，首先對(duì)相位差進(jìn)行測(cè)量。

取自現(xiàn)場(chǎng)的電壓、電流信號(hào)，它們的頻率相同，相角差θ=φ1—φ2反應(yīng)了功率因數(shù)的大小，將此電壓和電流的正弦波信號(hào)變換為方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)異或門(mén)運(yùn)算后，再和晶振產(chǎn)生的基準(zhǔn)方波信號(hào)A與運(yùn)算得到脈沖信號(hào)B。用計(jì)數(shù)器對(duì)基準(zhǔn)方波信號(hào)A、B中脈沖的個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，得到結(jié)果為Na、Nb，則其相位差計(jì)算公式為θ=180°·Nb/Na。

1.3.2.3相位極性判別電路設(shè)計(jì)

1.3.2.4過(guò)零比較器

過(guò)零比較器用的芯片是μA741。過(guò)零比較器的作用是將電壓互感器和電流互感器測(cè)量的正弦波變成方波。

1.3.3電壓模擬量檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

電壓變送器是電壓模擬量檢測(cè)用時(shí)的重要器件，電壓互感器的信號(hào)不能直接送到后續(xù)電路，必須由電壓變送器進(jìn)行必要轉(zhuǎn)換。電壓變送器選用PAS公司的JTU1-C51-500P1O1。真有效值交流電壓變送器是一種利用電磁感應(yīng)(互感)原理將被測(cè)交流電壓采集，進(jìn)行TRMS(真有效值 True RMS)運(yùn)算后，將原邊電壓轉(zhuǎn)換成與原邊電壓成比例輸出的直流電流或直流電壓信號(hào)的測(cè)量模塊。

1.3.4電流模擬量檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

PLC計(jì)算無(wú)功功率必須依賴電流的精確測(cè)量，電流變送器是選用PAS公司的HJID-C31-1000P1O1。交流電流變送器是一種利用霍爾效應(yīng)、開(kāi)環(huán)測(cè)量原理將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換成與原邊電流成比例輸出的直流電流或電壓的測(cè)量模塊，原副邊之間高度絕緣。

1.4PLC控制電路設(shè)計(jì)

PLC的的I/O電路圖見(jiàn)圖1-2。

圖1-2　PLC的I/O接線原理圖

1.4.1主電路設(shè)計(jì)

SVG主電路圖如圖1-3，主電路中主要的器件就是功率單元，由控制電路PLC發(fā)出指令，然后送給功率單元的開(kāi)關(guān)IGBT，開(kāi)關(guān)IGBT導(dǎo)通之后，根據(jù)輸入的電壓，輸出相位相反的電壓,經(jīng)過(guò)串聯(lián)的電抗器，送回到電路中去。

圖1-3　SVG主電路圖

2軟件設(shè)計(jì)

主程序流程圖如圖2-1所示，子程序流程圖不再贅述。

圖2-1　主程序流程圖

3結(jié)束語(yǔ)

可靠性高、操作容易的SVG，滿足低壓配電用戶提高功率因數(shù)的迫切需要。新型全控型的IGBT是本設(shè)計(jì)主電路的核心器件，采用高可靠性的、能耐受惡劣環(huán)境的PLC控制無(wú)功補(bǔ)償功率的產(chǎn)生，基本滿足了各方面的要求。

參考文獻(xiàn)：

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[3]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

責(zé)任編輯：陳靜

收稿日期：2016-04-25

基金項(xiàng)目：本文系現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)(實(shí)驗(yàn))中心(編號(hào)： 2013sxzx033)、省特色專業(yè)“汽車電子技術(shù)專業(yè)”(編號(hào)：2013tszy060)和安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“卓越汽車電子工程師人才教育培養(yǎng)計(jì)劃”(編號(hào)：2015zjjh051)階段性研究成果。

作者簡(jiǎn)介：1.周明江(1980-)，男，安徽淮北人，工程師，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)工程、計(jì)算機(jī)控制方面教學(xué)與研究；2.劉永梅(1976-)，女，安徽淮北人，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)殡娮与姎夤こ碳夹g(shù)。

中圖分類號(hào)：TP202

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-8275(2016)04-0127-02