配电网络无功补偿控制系统设计
摘 要 无功补偿装置在电力系统中起到的主要功能是增加电网中的功率因数，从而提高了供电效率，使供电输送线路中的损耗大大的减少，供电环境有所改善。因此无功功率补偿装置在日常生活中有着不可代替的十分重要的位置。若要电网质量得到提高，补偿装置一定要选择恰当，从而能够尽可能的降低网络的损耗。 本课题设计所体现的意义是能够检测并显示所测的电网电流和电压，计算得出当前的功率因数和所需的无功补偿量，并使用PLC编程控制实时投切电容量大小来实行对电网的无功补偿同时掌握当前的投切状态。电容器会根据实际情况自动调节电容器，无功超上限，投入电容器；超下限，切除电容器。当电压超出上限时，自动调节变压器分接头使电压降低；当电压超下限时，自动调节变压器分接头使电压升高。
Key words: Power system; Power factor; Reactive power compensation；PLC 目 录
第一章 绪论 1
1.1?无功补偿的目的及意义? 1
1.2?常规补偿装置存在问题及解决方法 1
1.3?无功补偿的发展现状及发展趋势? 2
1.3.1?无功补偿的国内外发展现状?? 3
1.3.2?无功补偿的发展趋势? 3
1.4 PLC的优点与应用? 3
1.5本文研究设计的主要内容 4
第二章 ? 无功补偿原理及补偿控制策略 8
2.1?无功补偿原理 8
2.1.1?无功补偿的作用 8
2.1.2?无功补偿电容器容量选择方法? 9
2.2?并联电容器补偿? 10
2.3?并联补偿电容器的配置原则? 12
2.4?电容器组的投切对系统电压和无功的影响 12
第三章 系统技术参数及硬件选型 14
3.1?控制系统框图? 14
3.2本课题参考的技术参数与要求? 14
3.3硬件选型? 15
3.3.1控制器的选型? 15
3.3.2 触摸屏的选用 16
3.3.3组态王 16
3.3.4三菱Q64AD模块参数 17<
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br /> 3.3.5JD194系列电量变送器 19
3.3.6电流互感器 19
3.3.7电压互感器 20
3.3.8 QY40P简介 21
第四章 控制系统设计 22
4.1?电容器投切电路的设计? 22
4.2控制系统图? 22
4.3程序流程图 24
4.4?程序设计 24
4.4.1GXWorks2软件简介? 24
4.4.2PLC与上位机以太网通讯 25
4.5利用GXWorks2编写PLC梯形图程序 25
4.6人机控制界面的设计? 26
4.7系统节能案例效果分析 27
结论和展望 29
致? 谢 30
参考文献 31
绪论
1.1?无功补偿的目的及意义?
我国在改革开放前，还是一个发展中国家，忽视了电网的电能质量的重要性，同时，由于工业化水平还不够先进，制造工艺还比较落后，缺乏更高、更精、更尖的制造业。人们潜意识里曾认为：只要能保证电能的输入和送出，就等于确保了电网的正常运行。近几十年来，我国的经济发展带动了电力工业的飞速进步，不仅大大的增加了装机容量，同时取得了巨大的变化的还有输变电设备质量和电力自动化水平。但与此同时，各种负荷的容量快速的发展，也逐渐使更多的新问题浮出水面。?
我国经济发展的速度已受到了电力供应缺陷的影响。要解决现状以及未来时期电力供需可能引起的矛盾,除了大力鼓励国家特别是地方增大投资力度、提升发电量外,要从根本上解决问题,必须重视节电措施,最大限度地利用现有的每种电力设施资源。简而言之，即开源和节流并举。?
目前变电所低压母线集中补偿以及配电变压器低压侧集中补偿方式是我国在配网中通常采用的，对于低压电网中的大量无功损耗却无法补偿。结合低压网的特点，从实际情况考虑，有针对性的提出了两种计算方法，即灵敏度分析法和无功分量直接分析法，来找到最佳的补偿电容的安装位置以及电容容量，同时一并探讨了电容器的在线动态控制在实际应用中的响应。通过计算得知，因为低压线上有了无功补偿的投入，线损最大程度的降低了，经济效益显著提高了。当无功功率补偿功率因数趋近于1时，可大量减少无功电流产生的电能损耗，显著的调节电压，因此无功功率补偿从古至今都是供配电系统中的一个至关重要的部分。
1.2?常规补偿装置存在问题及解决方法
机械开关电容器分组自动投切得以实现的无功补偿装置被称为常规补偿装置，目前在低压系统中应用最为广泛，其主要功能为补偿负荷无功，提高功率因数，降低电能损耗。?
电容器组和投切开关以及支路保护、自动补偿控制器等构成了补偿装置。电容器的投切开关是接触器，由自动控制器控制，电容器是感性补偿设备，自动控制器由控制目标的情况来实现各组电容器的投切。?
原先采用的机械式开关作为无功控制器件，总结一下，存在如下缺点：?
投入时刻的准确性差，导致投入时电容器易引起较大的涌流。?
切除时刻不够精确，因而切除时在开关器件触头处有电弧的存在。?
投切时速度不够快，动态跟踪补偿性能差。?
4）机械开关投切的次数有所限制，所以寿命短。?
为了解决以上易出现的问题，在低压系统中运用一种复合开关机械开关与晶闸管开关并联。当投入电容器时，开关为了保证电容器无涌流先开通晶闸管，而后闭合机械开关以实现消除晶闸管通态损耗；当要切除电容器时，则事先断开机械开关，而后等到电流过零时即断开晶闸管以消除电弧。
1.3?无功补偿的发展现状及发展趋势?
目前无功补偿装置类型见图11:?
图11 无功功率补偿装置
同步调相机和固定补偿电容器是先前的两种无功补偿装置。同步调相机安装较后者复杂，且投入成本高,固定补偿电容器容量有级,但连续调节收到限制,且或许与系统产生谐振。目前，前者补偿方式在无功补偿目中已很少再用。机械开关投切电容器组（MSC）相比而言比较简单,可以分级、分组进行投切,但不是动态无功补偿。负荷波动较少的场所都会首选其价格低廉,因此拥有较广泛的市场。?
静止无功补偿器（SVC）在目前应用最为广泛。据有关数据显示,全世界运行的此补偿装置已超出千套,总容量100Gvar以上。因其有响应速度快,可调节连续输出的特点,在电力系统中应用广泛。当然，SVC的铜耗以及铁耗都比较大，交流系统中有较多的高次谐波，同时电抗器的体积大,有待完善。??
Key words: Power system; Power factor; Reactive power compensation；PLC 目 录
第一章 绪论 1
1.1?无功补偿的目的及意义? 1
1.2?常规补偿装置存在问题及解决方法 1
1.3?无功补偿的发展现状及发展趋势? 2
1.3.1?无功补偿的国内外发展现状?? 3
1.3.2?无功补偿的发展趋势? 3
1.4 PLC的优点与应用? 3
1.5本文研究设计的主要内容 4
第二章 ? 无功补偿原理及补偿控制策略 8
2.1?无功补偿原理 8
2.1.1?无功补偿的作用 8
2.1.2?无功补偿电容器容量选择方法? 9
2.2?并联电容器补偿? 10
2.3?并联补偿电容器的配置原则? 12
2.4?电容器组的投切对系统电压和无功的影响 12
第三章 系统技术参数及硬件选型 14
3.1?控制系统框图? 14
3.2本课题参考的技术参数与要求? 14
3.3硬件选型? 15
3.3.1控制器的选型? 15
3.3.2 触摸屏的选用 16
3.3.3组态王 16
3.3.4三菱Q64AD模块参数 17<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
br /> 3.3.5JD194系列电量变送器 19
3.3.6电流互感器 19
3.3.7电压互感器 20
3.3.8 QY40P简介 21
第四章 控制系统设计 22
4.1?电容器投切电路的设计? 22
4.2控制系统图? 22
4.3程序流程图 24
4.4?程序设计 24
4.4.1GXWorks2软件简介? 24
4.4.2PLC与上位机以太网通讯 25
4.5利用GXWorks2编写PLC梯形图程序 25
4.6人机控制界面的设计? 26
4.7系统节能案例效果分析 27
结论和展望 29
致? 谢 30
参考文献 31
绪论
1.1?无功补偿的目的及意义?
我国在改革开放前，还是一个发展中国家，忽视了电网的电能质量的重要性，同时，由于工业化水平还不够先进，制造工艺还比较落后，缺乏更高、更精、更尖的制造业。人们潜意识里曾认为：只要能保证电能的输入和送出，就等于确保了电网的正常运行。近几十年来，我国的经济发展带动了电力工业的飞速进步，不仅大大的增加了装机容量，同时取得了巨大的变化的还有输变电设备质量和电力自动化水平。但与此同时，各种负荷的容量快速的发展，也逐渐使更多的新问题浮出水面。?
我国经济发展的速度已受到了电力供应缺陷的影响。要解决现状以及未来时期电力供需可能引起的矛盾,除了大力鼓励国家特别是地方增大投资力度、提升发电量外,要从根本上解决问题,必须重视节电措施,最大限度地利用现有的每种电力设施资源。简而言之，即开源和节流并举。?
目前变电所低压母线集中补偿以及配电变压器低压侧集中补偿方式是我国在配网中通常采用的，对于低压电网中的大量无功损耗却无法补偿。结合低压网的特点，从实际情况考虑，有针对性的提出了两种计算方法，即灵敏度分析法和无功分量直接分析法，来找到最佳的补偿电容的安装位置以及电容容量，同时一并探讨了电容器的在线动态控制在实际应用中的响应。通过计算得知，因为低压线上有了无功补偿的投入，线损最大程度的降低了，经济效益显著提高了。当无功功率补偿功率因数趋近于1时，可大量减少无功电流产生的电能损耗，显著的调节电压，因此无功功率补偿从古至今都是供配电系统中的一个至关重要的部分。
1.2?常规补偿装置存在问题及解决方法
机械开关电容器分组自动投切得以实现的无功补偿装置被称为常规补偿装置，目前在低压系统中应用最为广泛，其主要功能为补偿负荷无功，提高功率因数，降低电能损耗。?
电容器组和投切开关以及支路保护、自动补偿控制器等构成了补偿装置。电容器的投切开关是接触器，由自动控制器控制，电容器是感性补偿设备，自动控制器由控制目标的情况来实现各组电容器的投切。?
原先采用的机械式开关作为无功控制器件，总结一下，存在如下缺点：?
投入时刻的准确性差，导致投入时电容器易引起较大的涌流。?
切除时刻不够精确，因而切除时在开关器件触头处有电弧的存在。?
投切时速度不够快，动态跟踪补偿性能差。?
4）机械开关投切的次数有所限制，所以寿命短。?
为了解决以上易出现的问题，在低压系统中运用一种复合开关机械开关与晶闸管开关并联。当投入电容器时，开关为了保证电容器无涌流先开通晶闸管，而后闭合机械开关以实现消除晶闸管通态损耗；当要切除电容器时，则事先断开机械开关，而后等到电流过零时即断开晶闸管以消除电弧。
1.3?无功补偿的发展现状及发展趋势?
目前无功补偿装置类型见图11:?
图11 无功功率补偿装置
同步调相机和固定补偿电容器是先前的两种无功补偿装置。同步调相机安装较后者复杂，且投入成本高,固定补偿电容器容量有级,但连续调节收到限制,且或许与系统产生谐振。目前，前者补偿方式在无功补偿目中已很少再用。机械开关投切电容器组（MSC）相比而言比较简单,可以分级、分组进行投切,但不是动态无功补偿。负荷波动较少的场所都会首选其价格低廉,因此拥有较广泛的市场。?
静止无功补偿器（SVC）在目前应用最为广泛。据有关数据显示,全世界运行的此补偿装置已超出千套,总容量100Gvar以上。因其有响应速度快,可调节连续输出的特点,在电力系统中应用广泛。当然，SVC的铜耗以及铁耗都比较大，交流系统中有较多的高次谐波，同时电抗器的体积大,有待完善。??
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