摘　要：論述了無功補償?shù)闹匾约安⒙?lián)電容器進行無功補償?shù)脑恚治隽顺Ｓ醚a償方式及控制系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合實際工程介紹了PLC無功補償控制系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：無功補償 ;PLC;功率因數(shù);電容器

1 引言

近年來,我國電力裝機容量速度增加,大大緩解了供電緊張的局面。隨著供電量的增加,系統(tǒng)線損也將增大。據(jù)統(tǒng)計,電力系統(tǒng)的無功功率損耗最多可達總發(fā)電容量的20%～30%,也就是說大約1/4的發(fā)電容量都將用來抵消輸配電過程中的功率損耗。所以功率因數(shù)越低，對電力系統(tǒng)運行越不利，主要原因有如下兩方面：

1）發(fā)電機、變壓器的額定視在功率為S_N=U_NI_N，它代表設(shè)備的額定容量，在數(shù)值上等于允許發(fā)出的最大功率。因為發(fā)電機在額定工作狀態(tài)下發(fā)出的有功功率為

P=UIcosφ

當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)cosφ=1時，P_N=S_N，其容量得到了充分利用。當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)cosφ<1時，發(fā)電機的電壓和電流又不容許超過額定值，顯然，這時發(fā)電機所能發(fā)出的有功功率較小，而無功功率則較大。無功功率越大，電路與電源之間能量交換的規(guī)模越大，發(fā)電機發(fā)出的能量得不到充分利用。同時，與發(fā)電機配套的原動機及變壓器等設(shè)備也不能充分利用。

2）在電壓一定的情況下，對負(fù)載輸送一定的有功功率時， 功率因數(shù)愈低，輸電線路的電流就愈大。不僅增大線路上的壓降，同時也加大了線路上的功率損耗。

由此可見，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)即無功補償，對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著極為重要的意義。

2 并聯(lián)電容器進行無功補償

1）補償原理

實際工程中大多數(shù)為感性負(fù)載，其功率因數(shù)都比較低，感性負(fù)載并聯(lián)電容器是提高功率因數(shù)的主要方法之一。

感性負(fù)載的電流超前于電源電壓，而容性負(fù)載的電流滯后于電源電壓，所以超前電流與滯后電流的可以互補,從電容并聯(lián)點之前的電源（或電網(wǎng)）吸收的無功功率減少了,也就是電容性負(fù)荷的無功功率補償了電感性負(fù)荷的無功功率。當(dāng)電網(wǎng)容量一定時,使無功功率減少,從而可大大提高功率因數(shù)。

2） 補償與控制方式

常用補償?shù)姆椒ǎ阂环N是集中補償（補償電容集中安裝于變電所或配電室，便于集中管理）;一種是集中與分散補償相結(jié)合（補償電容一部分安裝于變電所，另一部分安裝于感性負(fù)載較大的部門或車間。這種方法靈活機動，便于調(diào)節(jié)，且可降低企業(yè)內(nèi)供、配電線路的損耗。

補償常用控制方式：

根據(jù)用電設(shè)備負(fù)載的情況，測算出補償電容容量，選用合適的無功補償裝置，并利用交流接觸器進行分級手動投切電容。這種控制方式顯然不能滿足自動化工業(yè)控制的要求。

由分立元件組裝的自動控制設(shè)備，這種產(chǎn)品元件繁多，設(shè)備笨重龐大，線路復(fù)雜，可靠性差，出現(xiàn)故障時維修難度大。有的使用單位由于設(shè)備無法修復(fù)，只好人工手動來進行控制，在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，集成電路、微電子技術(shù)已經(jīng)普及的今天，這種狀況已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。

以單片機為主控單元的電壓無功控制系統(tǒng)得到很大發(fā)展，但單片機抗干擾能力較差，在中、高壓無功補償領(lǐng)域的可靠性不易保證。另一方面電壓等級越高的變電站其輻射范圍也越大，故障的波及面也大，因此系統(tǒng)對它的控制能力、通信能力要求也更高。

3 PLC無功自動補償系統(tǒng)設(shè)計

3.1 PLC的引入

PLC是以微機技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，它的結(jié)構(gòu)形式基本上與微型計算機相同，小型PLC是為取代傳統(tǒng)的繼電接觸式控制系統(tǒng)和其它順序控制器而設(shè)計的，故又與通用微型計算機的硬件有所區(qū)別。它是把繼電器控制的優(yōu)點，與計算機的功能齊全、靈活性、通用性相結(jié)合，用計算機編程軟件邏輯代替繼電器接線邏輯的通用性自動控制備。是一種較理想的新型工業(yè)控制裝置。因此，對大港油田煉油廠無功自動補償系統(tǒng)進行了改造，在原分立元件組裝的補償設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計了可編程控制器（PLC）無功自動補償系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

原分立元件組成的無功自動補償控制器主要由相角檢測電路、加法電平轉(zhuǎn)換與延時電路、減法電平轉(zhuǎn)換與延時電路、可逆計數(shù)器、譯碼器、輸出電路等十部分組成，改用PLC控制后，系統(tǒng)構(gòu)成的硬件框圖如圖1 。

原系統(tǒng)的主回路、相角檢測電路、輸出電路、穩(wěn)壓電源繼續(xù)采用，而加法電平轉(zhuǎn)換與延時電路、減法電平轉(zhuǎn)換與延時電路、時鐘脈沖發(fā)生器、可逆計數(shù)器、清零電路、譯碼器等硬件電路的控制功能用PLC實現(xiàn)。相角檢測電路的輸出信號較弱，不足以驅(qū)動PLC的輸入，所以該信號要經(jīng)放大處理后，作為PLC的輸入信號。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，利用PLC的軟件實現(xiàn)自動控制。原輸出電路中的三極管開關(guān)電路，用PLC的輸出繼電器實現(xiàn)。由于受到PLC輸出點容量的限制，加入中間繼電器作為輸出電路。

3.3 PLC的選型

選用日本OMRON C28P作為控制主機，其主要技術(shù)參數(shù)和性能為：存儲容量1194地址，內(nèi)部輔助繼電器136點，保持繼電器160點，定時器/計數(shù)器48個，輸入光電隔離，輸出繼電器隔離，主機I/0點數(shù)可擴展為80/60點，具有基本邏輯指令和功能較全的專用指令，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力，可以滿足無功自動補償控制系統(tǒng)的要求。

3.4 PLC軟件設(shè)計

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。程序流程圖如圖2。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。

4 PLC無功自動補償控制系統(tǒng)的優(yōu)點

4.1可靠性高。

采用分立元件組裝的控制系統(tǒng)，每個部分都由幾十個元件成，整個控制器有數(shù)百個元器件，任何一個元器件出現(xiàn)問題都會造成整個控制器故障而不能正常工作。而采用PLC進行控制，使線路大大簡化，從根本上減少了故障的機遇。另外還采用了模塊式結(jié)構(gòu)，使得該系統(tǒng)的可靠性大大提高。

4.2抗干擾能力強

由分立元件組成的控制系統(tǒng)，其中采用了大量的二極管、三極管、電容等元件，對電路的工作環(huán)境和溫度有一定的要求而PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計的，在設(shè)計和制造過程中采取了多種抗干擾措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設(shè)備一起工作，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定性高。

4.3便于安裝，維護方便

與分立元件控制系統(tǒng)比較，PLC控制系統(tǒng)體積小、重量輕，便于安裝。該系統(tǒng)具有自檢和監(jiān)護功能，而且能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場的調(diào)試和維護提供了方便，由于接線少，所以維護方便，修復(fù)時間短。

5 結(jié)論

實際運行結(jié)果證明，以上控制系統(tǒng)完全滿足技術(shù)指標(biāo)要求。采用PLC進行無功自動補償控制，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，可靠性高。無論從經(jīng)濟的角度考慮，還是從技術(shù)方面分析，都不失為最佳的選擇。

本文作者創(chuàng)新點:采用PLC進行無功自動補償，提高了無功補償系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的無功優(yōu)化，組態(tài)靈活，易于擴展;對無功補償系統(tǒng)老設(shè)備的改造有著較高的參考價值和非常廣闊的前景。

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