基于plc的无功实时检测与补偿系统设计(附件)【字数：9555】
摘 要目前无功功率补偿设备的功能是提供电力系统中负载所需的无功功率，最大限度的减少无功电流分量在线路上的损耗，确保了电力系统的稳定和潮流的合理分布。所以说无功功率补偿设备在供电网络中扮演了一个不可或缺的角色。该设计以Q系列PLC为主控器，通过智能模块来检测当前供电系统的电压、电流，并计算出当前系统的功率因数，然后以九区图为补偿控制原理，来实现电容或者电感的并入或断开。同时，通过触摸屏可以实现对系统电压或功率因数的实时监控。当无功功率和端电压不在正常范围时则进相应判别比较，来确定电容器的投切和变压器分接头的升降。因此，在电力系统中合理的选用无功功率补偿设备，最大限度的提高供电线路传输中的有功功率，从而使得供电网络质量显著提高。
目 录
第一章 绪论 ...1
1.1无功补偿的设计方案 1
1.1.1传统的电网自动化控制方案 1
1.1.2无功补偿与PLC控制 2
1.2本次设计方案 2
第二章 无功功率的补偿原理 5
2.1无功功率的原理 5
2.2无功补偿的意义 5
第三章 控制系统硬件的设计与选型 7
3.1 主控器 7
3.2 CUP模块 7
3.3采集模块 9
3.3.1电流互感器 9
3.3.2电压互感器 10
3.3.3智能模块 11
3.4 无功功率补偿电路 15
第四章 软件设计 17
4.1控制方法 17
4.2 程序 19
4.2 模拟与仿真 24
结束语 27
致谢 28
参考文献 29
附录 30
第一章 绪 论
客观的物理规律制约着世间万物的变化。电从最初富兰克林的风筝上，到如今的智能电网，一直在遵守着随着相应的客观规律。目前，智能化控制理念的不断发展进步，也带动了人们对于智能电网的各项需求。在智能化的实际工程应用中，电力系统对于电网容量要求的不断扩大，国家对电能质量的要求也变得越来越高。电能质量对电气设备的影响逐步 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的，它的质量好坏主要取决于电力系统无功潮流分布是否合理。而“潮流”这一专业词，在电力系统中往往用来描述电网中有功于无功的大小。这不仅影响到电网是否可以经济、稳定运行，还关系到用户在日常生活中获得电能质量的优劣问题。近些年来，由于我国电网容量的不断增加，线路和变压器的损耗问题也随之而来。因此，电力系统对无功功率的要求也随之增加。由于电力系统功率因数和电压的降低会使电气设备得不到充分利用，从而降低电网的传输能力，并引起损耗增加。电网中的电力负荷大部分属于感性负荷，如电动机、变压器等。所谓无功补偿，就是利用电容或电感提供负载所需的无功率，而不是由传输线来提供。
1.1无功补偿的设计方案
1.1.1传统的电网自动化控制方案
配网自动化系统(RTU)是传统模式的电网控制系统。其建构简单，一般由四个部分组成，1）主配电站；2）子配电站；3）配电远方终端；4）通信网络。传统的电网自动控制的功能并不复杂，首先从电力系统的供电端采样各种供电线路的电压电流模拟量和稳态时的状态量，然后通过数模转换，汇总各种实时数据，各级的电网调度中心接收到这些数据后，进行控制需求分析，在反馈给控制各个端口的所需的调节信号。
传统模式电网控制系统的采样方案有两种：直流采样法和交流采样法。后者在实际工程的运用中因实用性强而广受欢迎。早期的电网自动化控制系统功能性不强，只能进行简单的模拟量信号采集和端口开关量的控制。在供电侧，该系统多使用大量基本的模数转换电路、并加上微机及其多个单片机，来实现开关量、模拟量的信号采集。由于其数据的处理速度底下，所有的信号和数据量都必须传送控制中心进行集中处理，由控制中心或主站发出调控的决定信号。
目前，我国的中低压配智能电网设备遍布大江南北各种环境，被不同层次的电网操作、维护人员使用。在这种大环境下，中低压配智能电网设备必须具有安装灵活、操作简单、维护方便、稳定抗干扰能力强等特点，以适应大众的需求。该系统在设计功能上则更注重数据采集的精准性和远程遥控的便捷性。因此，中低压智能电网设备要采取模块化设计，硬件结构简单化，网络通信安全稳定等特点。现代的配网自动化系统不仅能完成基本的数据采样处理任务，还能为本地的控制系统提供所需的闭环控制。
1.1.2无功补偿与PLC控制
在电力系统中，感性负载占比较大，因此我们要着力解决感性无功功率的问题。并联型无功补偿可广泛应用于输电线路和配电线路，在无功补偿的方式中，并联型无功补偿是适用性最广的一种。无功补偿的控制一般不宜实施太剧烈的控制动作，否则容易引起系统波动或诱发振荡等不稳定问题，此时控制系统应该以稳定性和可靠性为主要目标。PLC动态响应速度高、灵活性强，可靠性高，能适应各种复杂的应用环境，还能抵御外界各种干扰的影响。目前大多数公司的中小型的PLC产品，都包含诸多功能，例如电量采集、离散点输入和数字量输出、网络通信、定时器/计时器等实用功能。在实际工程中，操作人员利用这些PLC的模块功能，通过熟练的逻辑编程之后，配合所需的硬件设置，可以方便有效地实现中低压配电网的智能控制。
本次设计选用三菱Q系列PLC为主控器，通过系统低压侧装置来采集电量，智能模块对采样数据进行快速有效的处理，再由主控器将控制信号发送给无功功率补偿装置。Q系列PLC具有以下特征：硬件模块化；结构简单化；维护方便且周期长；规模弹性大，可以应用于规模较大额的电力系统，也可以应用于小规模电网模拟；可以抵抗各种恶劣环境情况，高可靠性。
目前，世界上的许多工控厂家的自动化设备，在网络化通信和模块化设计方面，都可以达到当今电网系统所需要的基本要求。例如，西门子系列，三菱系列，南大奥拓等公司的PLC。实际运用时，根据不同情况，选择最适合的PLC型号用于整个电网的控制，以达到控制系统整体的一致性。
在选择之前，我们最好要先做好以下工作：
1）确定主控器所需点数。
目 录
第一章 绪论 ...1
1.1无功补偿的设计方案 1
1.1.1传统的电网自动化控制方案 1
1.1.2无功补偿与PLC控制 2
1.2本次设计方案 2
第二章 无功功率的补偿原理 5
2.1无功功率的原理 5
2.2无功补偿的意义 5
第三章 控制系统硬件的设计与选型 7
3.1 主控器 7
3.2 CUP模块 7
3.3采集模块 9
3.3.1电流互感器 9
3.3.2电压互感器 10
3.3.3智能模块 11
3.4 无功功率补偿电路 15
第四章 软件设计 17
4.1控制方法 17
4.2 程序 19
4.2 模拟与仿真 24
结束语 27
致谢 28
参考文献 29
附录 30
第一章 绪 论
客观的物理规律制约着世间万物的变化。电从最初富兰克林的风筝上，到如今的智能电网，一直在遵守着随着相应的客观规律。目前，智能化控制理念的不断发展进步，也带动了人们对于智能电网的各项需求。在智能化的实际工程应用中，电力系统对于电网容量要求的不断扩大，国家对电能质量的要求也变得越来越高。电能质量对电气设备的影响逐步 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的，它的质量好坏主要取决于电力系统无功潮流分布是否合理。而“潮流”这一专业词，在电力系统中往往用来描述电网中有功于无功的大小。这不仅影响到电网是否可以经济、稳定运行，还关系到用户在日常生活中获得电能质量的优劣问题。近些年来，由于我国电网容量的不断增加，线路和变压器的损耗问题也随之而来。因此，电力系统对无功功率的要求也随之增加。由于电力系统功率因数和电压的降低会使电气设备得不到充分利用，从而降低电网的传输能力，并引起损耗增加。电网中的电力负荷大部分属于感性负荷，如电动机、变压器等。所谓无功补偿，就是利用电容或电感提供负载所需的无功率，而不是由传输线来提供。
1.1无功补偿的设计方案
1.1.1传统的电网自动化控制方案
配网自动化系统(RTU)是传统模式的电网控制系统。其建构简单，一般由四个部分组成，1）主配电站；2）子配电站；3）配电远方终端；4）通信网络。传统的电网自动控制的功能并不复杂，首先从电力系统的供电端采样各种供电线路的电压电流模拟量和稳态时的状态量，然后通过数模转换，汇总各种实时数据，各级的电网调度中心接收到这些数据后，进行控制需求分析，在反馈给控制各个端口的所需的调节信号。
传统模式电网控制系统的采样方案有两种：直流采样法和交流采样法。后者在实际工程的运用中因实用性强而广受欢迎。早期的电网自动化控制系统功能性不强，只能进行简单的模拟量信号采集和端口开关量的控制。在供电侧，该系统多使用大量基本的模数转换电路、并加上微机及其多个单片机，来实现开关量、模拟量的信号采集。由于其数据的处理速度底下，所有的信号和数据量都必须传送控制中心进行集中处理，由控制中心或主站发出调控的决定信号。
目前，我国的中低压配智能电网设备遍布大江南北各种环境，被不同层次的电网操作、维护人员使用。在这种大环境下，中低压配智能电网设备必须具有安装灵活、操作简单、维护方便、稳定抗干扰能力强等特点，以适应大众的需求。该系统在设计功能上则更注重数据采集的精准性和远程遥控的便捷性。因此，中低压智能电网设备要采取模块化设计，硬件结构简单化，网络通信安全稳定等特点。现代的配网自动化系统不仅能完成基本的数据采样处理任务，还能为本地的控制系统提供所需的闭环控制。
1.1.2无功补偿与PLC控制
在电力系统中，感性负载占比较大，因此我们要着力解决感性无功功率的问题。并联型无功补偿可广泛应用于输电线路和配电线路，在无功补偿的方式中，并联型无功补偿是适用性最广的一种。无功补偿的控制一般不宜实施太剧烈的控制动作，否则容易引起系统波动或诱发振荡等不稳定问题，此时控制系统应该以稳定性和可靠性为主要目标。PLC动态响应速度高、灵活性强，可靠性高，能适应各种复杂的应用环境，还能抵御外界各种干扰的影响。目前大多数公司的中小型的PLC产品，都包含诸多功能，例如电量采集、离散点输入和数字量输出、网络通信、定时器/计时器等实用功能。在实际工程中，操作人员利用这些PLC的模块功能，通过熟练的逻辑编程之后，配合所需的硬件设置，可以方便有效地实现中低压配电网的智能控制。
本次设计选用三菱Q系列PLC为主控器，通过系统低压侧装置来采集电量，智能模块对采样数据进行快速有效的处理，再由主控器将控制信号发送给无功功率补偿装置。Q系列PLC具有以下特征：硬件模块化；结构简单化；维护方便且周期长；规模弹性大，可以应用于规模较大额的电力系统，也可以应用于小规模电网模拟；可以抵抗各种恶劣环境情况，高可靠性。
目前，世界上的许多工控厂家的自动化设备，在网络化通信和模块化设计方面，都可以达到当今电网系统所需要的基本要求。例如，西门子系列，三菱系列，南大奥拓等公司的PLC。实际运用时，根据不同情况，选择最适合的PLC型号用于整个电网的控制，以达到控制系统整体的一致性。
在选择之前，我们最好要先做好以下工作：
1）确定主控器所需点数。
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