动态无功补偿装置的设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流动态无功补偿装置的设计.精品文档.学校代码： 10128学 号： 201111202029 本科毕业设计说明书题 目：动态无功补偿装置的设计学生姓名：宋 清 鹏学 院：电力学院系 别：电力系专 业：电气工程及其自动化班 级：电气11-1指导教师：彭 伟 讲师二 一 五 年 六 月摘 要无功补偿对提高系统功率因素，提高电能质量和降低有功网损意义重大，具有积极的经济及社会效益。在对低压网络进行补偿时，合理的装置的应用，正确的补偿方式的选择，对系统无功的平衡和无功的优化至关重要。无功补偿设备经历了多个阶段的发展，其中静止无功补偿器（SVC）在世界范

2、围内的应用都非常广泛。本文设计采用的无功补偿技术为晶闸管投切电容器（TSC），作为SVC的典型代表之一，使用晶闸管作为投切元件，做到了无触点投切。使用西门子PLC对晶闸管的导通与关断进行控制，根据电网的实时动态，最终实现对电容器的快速、准确投切。应用PLC进行程序编辑，利用傅里叶快速算法完成无功功率的计算。进而根据计算结果，由PLC进行选择和判断，发出晶闸管的导通与关断命令，实现对电容器的投切的控制，完成最优的补偿方案。设计中还完成了触发电路、电容器接线方式等的设计，电压互感器、电流互感器、隔离模块等器件的选择。关键词：无功补偿；零电压触发；TSC；电容器分组AbstractReactive

3、power compensation is important to improve system power factor, improve power quality and reduce active power loss, with a positive economic and social benefits. When compensate for low voltage network, choose the right device and the correct way of compensation, it is essential to the reactive powe

4、r balance and reactive power optimization of system. Reactive power compensation device has experienced several stages of development, Static var compensator (SVC) is widely used in worldwide.This design use of thyristor switched capacitor (TSC), as one of the typical representative of the SVC, Use

5、thyristor as a switching element, so that the non-contact switching. Use the Siemens PLC to control thyristors on and off , According to real-time dynamic grid, ultimately switching capacitor for fast and accurate. Application of the PLC program editing, Use the Fast Fourier algorithm complete react

6、ive power calculations. According to the results, Selection and judgment by the PLC, Issue thyristor on and off command, Realization of switching capacitor control, Complete the optimal compensation scheme. Design also completed the design such as trigger circuit,a capacitor wiring, The select of vo

7、ltage transformers, current transformers, isolation modules and other devices.引 言不论从经济性还是安全运行的角度考虑，无功补偿都是十分必要的，而随着电力系统中负荷的逐步增长以及无功内涵的不断变化，系统中的无功受到的影响变的更加复杂。因此，就要求无功的补偿更加快速、准确、实时。本文为满足在变化低压网络中进行动态无功补偿的要求，进行了无功补偿装置的设计，应用的是比较成熟的晶闸管投切电容器（TSC）技术。通过PLC的使用，对晶闸管开断的进行自动控制，并联电容器组便可以按照需要投入或者切除，负荷的无功总能实时、快速的得到补

8、偿。本文介绍的内容主要包括：（一）对低压无功补偿的基本原理的进行了说明，简单阐述了其作用、意义，常用方法，简单介绍了本文采用的补偿方式和补偿装置。（二）低压无功补偿中最大补偿容量以及补偿电容器容量的计算和选择，无功缺额的算法的选择等。（三）动态无功补偿控制总体方案的设计，其中包括数据采样、处理部分和控制电路的接线方式、触发电路、零电压检测电路的设计；对信号隔离模块、电压互感器等主要器件进行了选择和说明；对本文设计的控制装置的工作原理进行了说明。（四）PLC软件与硬件部分的介绍，实现无功动态补偿的软件部分的设计。第一章 无功补偿原理目前我国正大力发展实体经济，因此，保证企业的用电质量，确保企业的

9、用电供应变的至关重要。本章主要介绍了无功的作用及意义，同时对常用补偿方式的一些基本概念、本文设计中使用的补偿装置的进行了简单的阐述。1.1 无功补偿目的及意义随着电力电子技术飞速发展，对提高电能质量和无功技术、装置与管理的优化，提出了越来越高的要求。电网中的电气设备以感性负荷为主，这些设备运行时消耗无功功率。如果能够在网络中分散安装补偿设备，在对设备消耗的无功进行补偿，电源的无功输出就可以相应的减少。所以线路上无功的流动也会大幅度降低，这样就有效的降低了输电环节的能量损耗。如果无功补偿装置的位置选择合理，对网络电压的平衡、抑制谐波、减少电压的波动、降低损耗、提高电能质量等方面都有重大的意义。合

10、理的无功补偿，其意义可总结为下面几点：降低投资，采用无功补偿，设计的发、供电设备在就可以降低容量，从而提高了电网经济效益；降低线损，由公式%=（1-/）100% （1.1）可知，由于得到补偿后功率因数提高，即（、分别为补偿前后的功率因数），进行合理无功补偿可以降低线损；此外，有功的输送也会因此增加。综上所述，合理的、有计划的无功补偿的必要性毋庸置疑。1.2 无功功率介绍电网输出的功率有两部分。通过有功功率，电能可以被转变为热能等其它形式的能，这些能量可以被生活和生产利用，这样就实现了能量的运输和转换；无功功率不消耗电能，只是被用于建立交变磁场和感应磁通，以维持设备的运转，进而实现能量的传递和转

11、换，其幅值用于表示能量交换的多少。电力网负荷同时消耗有功功率P和无功功率Q，公式：S = (1.2)表示的是两种功率与视在功率这三者的关系。如果电网中无功功率不足，设备可能会由于端电压的下降无法正常运行；然而，若是电网中无功过量，会引起有功的损耗，发、供、配电都会有不良影响。所以，无功功率补偿要做到合理。1.3 无功补偿的方式无功补偿就是在在同一网络中的一个电路上将容性设备与呈感性的负荷并联，让能量在两者间相互交换，实现网络功率、电压的平衡。下面简单介绍三种常用的补偿方法。随机补偿：将低压电容器组保护装置与待补偿设备并联，再控制负荷与补偿设备同步投切；随器补偿：为补偿变压器空载无功，电容器被有

12、保护的接到配电变压器的低压侧；跟踪补偿：通过器件的控制作用，进行无功补偿设备的投切，实现无功的补偿和对无功设备的保护，跟踪补偿方法的低压电容器组与母线连接，直接对大用户的母线进行补偿，大用户的母线电压应为0.4kv。本文设计的内容是针对企业进行动态无功补偿装置的设计，随机、随器与跟踪补偿方式理论上都可以满足补偿要求，都可以实现无功的就地补偿。1.4 补偿方法介绍静止无功补偿器（SVC）技术由于受到高度重视，经过多年的研发，技术已比较成熟，产品应用也已十分广泛。晶闸管投切电容器（TSC）技术，是SVC最为典型的代表。由于并联电容器能够产生容性无功电流，晶闸管控制并联电容器投入运行后，容性电流会抵

13、消负载的产生的感性电流。得到补偿后的系统中将基本不存在无功电流或者无功电流极小，负荷的功率因数得以提高，从而达到了无功补偿的目的。本文设计题目为低压动态无功补偿装置的设计，本文的设计是基于PLC控制晶闸管的开通与断开，实现对电容器投入与退出运行的控制，最终达到无功动态补偿的目的。电容器在优化负荷功率因数减少电压损耗的同时，兼有调节电压的作用，补偿电容器的功能可以总结为：提高功率因数；降低损耗；提高用电设备的出力；改善电压质量。第二章 无功计算及控制策略2.1 无功的计算2.1.1 系统无功分析系统进行无功补偿的目标是降低线损，使得输配电的成本更低，从而提高经济效益，而功率因数是衡量无功补偿的技

14、术指标。理论上功率因素越高，补偿的效果越好，然而在实际应用中，功率因素要服从于经济效益，且功率因素与效益并不是完全的正比关系。本文设计中给出的技术条件、参数如下：=380V，=90A运行参数：=65A，=0.15根据最小负荷时电容器全部退出、最大负荷时全部投入的原则，由上述参数计算可得系统运行的有功及最大无功总量分别为：P=6.417kvarQ=42kvar其中Q为电容器无功补偿的总容量，本文设计中，补偿的目标功率因素为0.90，由于系统中的有功基本不变化，可以计算得到补偿后的无功功率应为：=P=3.144kvar无功功率Q可通过实时采集的电压、电流计算得到，则无功功率缺额由下式可得：=Q-

15、（2-1）2.1.2 无功算法的选择电网信号的测量与计算越精确，无功补偿就越准确，因此，要力求测量和计算的电网的信号的准确性。然而，实际情况是电网中的信号是处于快速变化中的，而无功补偿设备的投切动作追求的是快速、准确，这就对测量设备及计算方法在实时性方面提出了很高的要求。电网中整流器的使用使得谐波普遍存在，因此，系统中电压、电流信号要通过计算各次谐波的叠加值来得到。在这里，可以借鉴数字信号处理的理论傅立叶变换来处理电网信号，并进行谐波分析。其计算步骤为，先采用离散傅立叶变换，将采样所得的离散信号转换为频域的信号，便可得到信号的基波和谐波分量，再经过计算的到有效值。然而，当采样点（N）过多时，D

16、FT会产生很大的计算量，CPU的计算负荷会非常的大，导致计算速度下降，从而直接影响结果的实时性。因此，选择采用快速傅立叶算法，使得运算更加的高效，通常将该算法分为频率抽取FFT和本文使用并介绍的时间抽取FFT两大类。具体的实时无功计算方法如下：同时对系统中三相电压、三相电流进行采集的到实时的网络信号，信号经过信号隔离模块等的处理后，再进行N点等时间间隔采样，便可分别得到电压及电流的序列u()和i(n)，于是可得关于时间的复数离散序列： x(n)=u(n)+ji(n) (0nN-1) （3-1）对其进行离散傅立叶变化（DFT）： （3-2）由式（3.1）得： （3-3）对式（3.3）DFT变化，

17、又根据其共轭的性质则有： （3-4）式中，（NK）是由（n）DFT变换所得。设与分别为与的第k次谐波的向量表示形式，则可得电压、电流向量与谐波间的关系： （3-5）当不考虑直流分量时，便可导出该相次谐波电压以及电流的有效值，即： （3-6） （3-7） （3-8）式中下角标为R表示对应复数实部，下角标为I对应复数的虚部。计算可得该相电压及电流两个信号的值： (3-9) (3-10)有功功率为： (3-11)则计算可得下面三个物理量的值： (3-12) (3-13) (3-14)2.2 电容器分组及控制策略本文设计采用的是并联电容器进行无功补偿，因此无法做到完全的精确补偿，为了能够在总补偿量一定

18、且使用最少电容数量的情况下，提供更多的无功补偿组合方式，需要对并联电容器进行分组，实现分级投切。电容器分组方式的不同对每组电容器的投切次数及其使用寿命有直接的影响，并直接影响电容器组的运行时间和补偿的精度与效率。因此，为了使电容器组的使用寿命更长，均衡每组电容器的投切次数，降低投切的频率，选择合理的电容器分组方式是至关重要的。分组方式是首先确定总的补偿容量，选择电容器中最小容量的值后，再确定电容器组的个数，其它电容器组的容量按照选择的编码比例，以最小电容器容量作基值逐个进行确定，完成电容器组的分级。通常电容器分组方式根据电容相等与否分为等容、不等容两种分组方式，等容分组方式的各组电容器容量均相

19、等，其缺点正是补偿的级差大，因此，若想满足上述的要求，则需增加相应的电容器组。然而设备的增加必然会导致投资增大，其对空间的要求也就要求更高。而不等容分组方式顾名思义，各组电容器容量均不相同。这种分组方式以较少的分组就能达到多级补偿的目的，且补偿的级差可以做到很小。由前文所述的计算可得，本文的设计中总的补偿容量为42kvar，则按照不同的分组方式及对应的补偿级数可得下表：表2.1 分组方式及补偿等级分组方式补偿等级1：1：11，2，31：2：41，2，3，4，5，6，71：2：21，2，3，4，51：2：31，2，3，4，5，6通过比较很容易发现，按照1:2:4的比例方式进行分配，设置三组作为补

20、偿装置的电容器组，每个电容器组的补偿容量分别为6var，12var，24var，按照这种方式进行分组，无功补偿的级差最小，且可实现最多的七级投切。通过比较可得这种分组方式是最优的选择，本文设计采用的真是这种分组方式。2.3 控制目标的选择与控制方式无功补偿的投切判据并不是固定的，可根据实际情况，选择最合理的判定方式，也可以根据需要选择无功补偿装置的控制方式。功率因数是查看无功补偿效果的技术指标，因此，大体上无功补偿总的原则应该是不会过补偿、没有投切震荡、反应迅速的前提下，尽可能的让功率因数更高，同时也要兼顾经济效益。下面是几种常用的控制方式：（1）时间控制方式：通过检测得到补偿点上一天24小时

21、中各时段负荷的运行状态，再通过不同时间段的运行状态便可得到每个时间段的无功功率变化情况。再根据无功的变化情况按照需要使用时间继电器在特定的时间投切电容器，实现对系统无功的控制以。这种相对简单的控制方式，是常用控制方式之一。（2）功率因数控制方式：这种方式早期应用比较多。在运行中的电网得到的实时功率因数作为判据，由执行元件完成电容器组的投切，高于上限切电容器组，低于下限投电容器组，稳定负荷的功率因数，执行投切的功率因数上下限可按需要设定。由于这种方式比较经济，在国内外使用最为广泛。功率因数控制方式存在电网轻载时可能产生“投切震荡”，同时重载时由于测得的功率因数较小，甚至低于整定值的缺点。（3）无

22、功功率控制：以无功功率为控制的物理量，根据实时的电压、电流，计算出无功功率，确定需要补偿的无功，在现有的电容组器投切组合中做最优的选择，做到既要达到补偿的需要，还要避免过补偿，使补偿做到一步到位。无功功率控制可以在解决投切振荡问题的同时达到快速、准确的补偿效果。（4）综合控制：虽然无功功率控制方式的效果已经很好，但是，如果只是使用上述其中一种方式进行控制，都必然有其缺点。于是便有了以无功功率和功率因数控制为基础，电压等多种因素作为辅助的综合控制方式。本文设计中采用的是无功功率控制方式，根据电容器分组方式以及无功功率的计算可得具体的控制策略如下表所示：表2.2 无功缺额及相应投切选择无功缺额（k

23、var）投切选择6126kvar电容器组投入121812kvar电容器组投入18246kvar、12kvar电容器组投入243024kvar电容器组投入30366kvar、24kvar电容器组投入364212kvar、24kvar电容器组投入42三组电容器全部投入-66kvar电容器组切除-24-12或Q-3612kvar电容器组切除-3024kvar电容器组切除其它情况无动作2.4 电容器组接线方式电容器组要根据实际需求选择接线方式，对于三相TSC，补偿电容器的联结方式有：星形有中线、星形无中线和三角形角外接、三角形角内接四种，下面分别对四种接线方式及其所对应的的补偿方式进行介绍和比较。 图

24、2.1 星形有中线 图2.2 星形无中线2.4.1 星形接线（1）星形有中线电容器组接线方式。由于这种接线方式是对系统的三相分别进行补偿，因此需要对三相分别采样并进行计算，再按照计算所得的每相的需求分别进行补偿。星形接线的每一相分别使用各自的控制器，控制器相互间没有影响。这种接线方式的优点在于每一相的无功都能得到合适的补偿，但其价格也更高。其优点是晶闸管的电压定额低，中线的存在导致不能抑制三倍谐波。该接线方式适用于系统电压畸变概率小的负荷三相不平衡的电网中，该接线方式通常需要在中线上加装限流电抗器以限制涌流和抑制谐波。（2）星形无中线。相当于上述接法中的中线，因此也能抑制三倍谐波，不会污染系统

25、。但去掉中线导致其不能完成分相投切，至少要有两相电容运行才能进行补偿。因此，该接线方式适用于三相平衡的电网。2.4.2 三角形接线由于其低廉的价格，相对简单的结构，以往的无功补偿通常选择这种三角形接线方式。三角形接线通过对线电压及某一相电流的采样并计算，得到实时的运行情况，根据计算结果确定无功的补偿量，即电容器的投入量。图2.3 角外接 图2.4 角内接（1）角外接。三角形角外接接法的电容器按三角形接法，晶闸管阀安装在三角形的外部，如图2.3所示。通过星形三角形变换的原理可得，如果该组的补偿容量确定，这种接法与星形无中线接法表现出来相同的外电路特性。角外接单发比角内接方法占用空间更小，缺点是更

26、难控制，投切的过程中，有过长的时间处于暂态，其不适用于三相不平衡负载网络。（2）角内接。角内接接法如图2.4所示，其不同之处在于晶闸管阀的安装位置，电容器与晶闸管的串联组成的三角形形成电容器组。该接法与另外三种接法相比，晶闸管的不能承受过大电流，但是额定电压较大，且对系统没有污染。工程中，三角形角外接接法的应用更为广泛，本文设计采用三角形角外接的接线方式，对三相进行共同补偿，由上述可知，该接法同样能够抑制三倍谐波。 由于负荷的复杂性，三角形接线辅以星形带接线的接线方式得到了发展和应用。第三章 控制系统设计及器件选择本文进行的是控制晶闸管投切电容器为企业进行无功补偿的装置的设计，本章主要介绍的是

27、主控部分的设计、控制部分的电路的设计以及主要器件的选择。3.1 主控电路的设计主控电路主要由电压互感器、电流互感器、低通滤波器、信号隔离模块、PLC中央中央处理单元、触发电路等组成，其一次电气接线方式如图4.1所示：图3-1 主控电路通过接线图不难理解主控电路的工作过程，控制电路先将电压互感器、电流互感器采集的信号经过处理后，再由PLC按照相同的时间间隔进行多次采样，通过程序设计的已经设定好的算法计算出线路上实时的无功功率缺额。接下来根据既定的投切策略，在判断出需要被投切的电容器组的情况下发出投入和切除的命令，投切的信号再与电压过零触发电路的配合下控制晶闸管的导通与关断，从而实现对电容器的投切

28、控制。3.2 触发电路设计晶闸管投切电容器控制系统通过检测、控制和触发三个环节实现最终投切的准确控制，作用分别为采集并计算变量，本文设计中变量主要指无功功率；再按照软件设定好的控制策略发出控制晶闸管导通与断开的指令，进而控制电容器的投切，实现无功的实时准确补偿。3.2.1 晶闸管电压过零触发电路晶闸管电压过零触发电路的作用是在适当的时间输出门极触发脉冲，保证晶闸管适时地导通，如图4.2为晶闸管电压过零触发电路示意图：图3-2 晶闸管电压过零触发电路其基本的工作原理是，先将晶闸管无触点开关两端的电压通过电阻的降压作用出送给光电耦合器，如果此时刻系统电压的值刚好与电容器的残压相等，相当于晶闸管两端

29、的没有压差，光电耦合器就会选择在此时刻发出一个负脉冲。若此时PLC也发出了电容器投切的指令，则负脉冲反相后与投切命令经过一个与门触发电路，发出触发晶闸管导通的脉冲。此脉冲会经过脉冲放大等环节的处理后产生连续的脉冲，晶闸管会由脉冲触发并保持平稳的导通状态。而晶闸管的断开是在电流过零时，控制电路的投入指令收回时发生的，直到收到再次有投入指令一直保持关断状态。3.2.2 光电耦合器光电耦合器内部电路和基本接线图如图3.3所示，其良好的性能，缩短了开关时间、减小了对开关的损耗，同时对提高了装置的可靠性及安全性。驱动电路的基本工作任务是按照被控制目标的要求，将电子电路传入的信号转换为控制其开通和断开的信

30、号，同时还起到将控制电路与主电路进行电气隔离的作用。图3.3 光电耦合器3.2.3 过零检测电路TSC投入电容器组时，要求电源电压与电容器残压的幅值与相角相等，避免出现涌流，冲击晶闸管，导致其损耗。然而实际操作中电容器的残压时很难测量的，所以需要采用过零检测电路解决电容器残压不易测量的问题，如图3.4所示。过零检测电路通过对两侧电压的检测比较，能够保证晶闸管开通前其两端的电压没有差值，从而可以在很大程度上避免或者减少了开关开通时可能产生的噪声和出现的损耗。图3.4 过零检测电路3.2.4 脉冲隔离放大环节脉冲隔离放大环节即晶闸管触发电路，其作用是根据接收的到信号发出连续的脉冲，在有投切命令的时

31、刻，确保晶闸管能够准确开通。常见的晶闸管触发电路有脉冲放大环节、脉冲变压器以及由附属电路构成的脉冲输出环节构成。其工作原理是：当其收到导通的信号，将通过脉冲变压器将信号转换为符合需要的连续脉冲，再将该脉冲输出到晶闸管的门极和阴极之间，触发晶闸管开通。图3.5 脉冲隔离放大环节3.3 器件的选择3.3.1 电压和电流互感器选择电压互感器及电流互感器的作用是将电网系统中的一次侧电压、电流信号实时的进行采集，并将采集数据传送到信号处理环节进行处理、计算，最终得到实时的无功数据。本文设计中，系统的额定电压为380V，信号采集电路能够处理的电压范围是05V；系统中额定电流为90A，信号采集电路及PLC单

32、元能够处理的020mA的电流。根据要求的条件选择的电压互感器及电流互感器型号分别为JSGW-0.5型和LM-0.5型。3.3.2 信号隔离模块的选择信号隔离模块四连接工业现场设备和控制室设备并起到信号隔离、信号转换、信号分配等作用的电子接口模块。本文的设计中，电压互感器、电流互感器采集的信号并不是稳定的，为消除信号在传输中可能遇到的各种干扰，确保信号的稳定性，选择并使用了KLM系列的两种隔离模块。该系列模块采用最新隔离技术，可以实现低功耗下高精度、高稳定性、高隔离度的信号隔离。模块从结构设计更加科学、实际重量更加轻便。其型号及相关的技术参数如下表所示：表3.1 信号隔离模块型号及参数型 号 输

33、入信号输出信号KLM-352205V 05V KLM-3511420mA420mA3.3.3 投切执行单元的设计理论上，PLC控制电容器投切，接触器与晶闸管都可以被选择为执行元件。接触器在投切的过程中，要求电容器上没有电压，然而事实是在接触器闭合的时刻，更多的情况下电网的电压不但不是零、有时还可能刚好处于某个峰值，因而产生非常大的电流，即合闸涌流。合闸涌流危害非常大，其最大值可以达到电容器额定电流的几十倍。冲击电网的同时对电容器和接触器的使用寿命以及其它设备的正常工作都将产生直接的影响。即便是加入限流电阻来控制合闸涌流，虽然涌流可以通过使用电容投切专用接触器的使用以控制其不超过额定电流的20倍

34、，但是从设备需要的是长期安全运行的角度出发，其出现故障的概率依然很大，而且还需要相对很高的正常维护费用。电子开关的反应速度相对更快，以晶闸管作为投切的执行元件，采用过零触发电路，在检测到施加在投切单元元件两端的电压为零（电容器的电压与电网电压相等）时执行投切，就避免了合闸时可能出现的涌流，机械开关合闸涌流的问题就得到了有效的解决。因此，选择晶闸管作为投切执行元件与机械开关（接触器）相比性能更加优越。在使用晶闸管作为投切元件时，可以选择晶闸管与晶闸管反并联或者晶闸管和二极管反并联的方式作为TSC投切单元,其基本单元简图如下：图3.6 投切单元简图由于二极管的特性，后者在电容器被切除时，会一直保持

35、与电源电压最大值相等的状态，这种方式由于减少了晶闸管的个数，成本稍低。但由于二极管元件的特性（不可控），这种电路会导致投切速度的降低，投切完成的时间最多可能会滞后投切命令一个周波。选择可控硅主要考虑额定电流（A）和额定电压（V）两项参数。本文设计的要求，晶闸管两项数据分别应该大于400、90，因此，本文选择的晶闸管型号为1800V/160A。3.3.6 电容器和电抗器选择（1）电容器。在低压网络中，在充分考虑经济与投切方便，最大程度的提高电容器利用率的前提下，更要确保电容器的安全，提高寿命，电容器的额定电压应不低于系统的额定电压的1.05倍。本文设计中设定的正常运行时电压为0.38kV，但是实

36、际应用中必须考虑电容器接入电网处实际的运行电压，还要考虑串联电抗器所产生的影响，对电容器进行选择时，额定容量应考虑至少为0.43kv。电容器组的总容量为：C=m （3-1）式中：C电容器组总容量； 每台电容器容量； n每组电容器个数；电容器对负荷发出的无功可通过计算得到：= （3-2）式中：电容器发出的无功功率，kvar； U母线电压； 电力电容器的容抗；本文设计可以选用金立电气公司生产的BSMJ、BCMJ、BZMJ、ASMJ0.45X3系列自愈式低电压并联电容器（其它公司的类似产品符合要求均可，择优使用）。其中X为电容器容量，本文使用的电容器容量，根据前文的计算，应分别为6 kvar、12

37、kvar、24kvar。（2）电抗器。为了避免并联电容器线路中电流过大，需要使用串联电抗器。电容器串联电抗器后，电抗器阻抗与电容器容抗全协调，对某次谐波的交流滤波器滤除高次谐波，形成低通滤波。从而降低了对应谐波的电压，消除了线路上高次谐波电流，同时降低电容器涌流倍数和涌流频率。设置串联电抗器，如果发生短路故障的情况下，可减少并联电容器与系统间的短路电流；如果出现某组电容器发生故障的情况，电抗器的存在可减少正常电容器组向故障电容器组的放电电流，从而达到了保护电容器的目的；并联电容器组在执行投切时可能会出现过电压，电抗器的存在还可有效减小过电压的幅值，起到电网过电压保护的作用。通常情况下电抗器的的

38、电感很小，简化图中并会将其不画出。其感抗值可通过计算得到：=K （3-3）式中：电容器工频电抗； n最低谐波次数；K可靠系数，1.21.5；第四章 PLC硬件选择和软件编程4.1 PLC硬件选择本文设计中的中央处理单元使用的是西门子S7-200系列的PLC系统，该系统以CPU单元作为核心，由个人计算机主机、编程器、和通讯电缆等组成；其核心单元中包括中央处理器、数字量输入和输出端子（I/O端子）等。4.1.1 中央处理器（CPU）CPU虽然有多种类型，但其计算能力是相同的。本设计中选择S7-200CPU，其基本的规格参数如下表所示：表4.1 CPU224性能规格型号CPU224电源直流24V交流

39、110V/230V本机I/O数字量14入10出I/O映像区数字量2入1出模拟量128入128出数据存储区8192最大扩展模块数量74.1.2 输入输出模块由于本设计需要采集电压电流信号，通过对输入元器件与系统信号的耦合、信号传输的分辨率、传输时间和精确度等参数的考虑，选择使用EM235模拟量扩展模块，其主要参数性能指标如下表所示：表4.2 EM235主要参数性能指标电源要求+5V DC30mA+24V DC30mA分辨率12位AD(DA)转换器（电压）输入电流范围020mA最大输入电压30V DC模拟量输入响应1.5ms90%电压信号输出10V电流信号输出020mA4.2 PLC程序设计4.2

40、.1 程序梯形图及流程图本文设计梯形图中包含了两个子程序，主程序见附表，进行信号的采集，投切条件的判断。两个子程序分别为初始化子程序见附表，进行程序的初始化 ；无功功率缺额计算子程序，进行无功的计算，最后将计算得到的无功功率缺额返回到主程序中。主流程图直观的显示了程序的判定原则，投切方式，通过主流程图对程序的解读更加方便。主流程图见附图4.2.4 控制电气原理图图4.3 控制电气原理图4.2.3 控制接线图图4.2 控制接线图表4.3 端子分配表输入信号输出信号名称元件号地址号名称元件号地址号手自切换开关SA1I0.0第一组投切Q0.0电压采集AIW0第一组指示灯Q0.1电流采集AIW2第二组

41、投切Q0.2第二组指示灯Q0.3第三组投切Q0.4第三组指示灯Q0.5结 论对企业的无功补偿承担着提高其功率因数，改善供电环境等任务。其在负荷系统的正常中运行中扮演的角色至关重要，因此补偿的方式的选择，补偿装置的应用需要更加科学，考虑更加的全面。本文进行的是低压动态无功补偿装置的设计，利用PLC自动控制系统，控制晶闸管投切电容器，达到对企业进行无功补偿的目的。通过对PLC的使用，实现对负载无功的动态补偿，提高了投切速度，补偿更加准确；同时晶闸管可以实现开关无触点控制，不会出现频繁的机械开断的情况，所以，这种开关的使用寿命非常长；通过零检测电路的使用，保证晶闸管总能在过零时刻导通，实现了对最难把

42、握的通段时刻的控制；在PLC的自动控制下电容器的投切更加快速，并且做到了无冲击投切，由于投切过程中无冲击电流从而解决了投切操作时的困难。理论和实践表明，静止无功补偿器性能优越，尽管系统负荷的组成复杂，系统环境处于不断变化中，该装置依然能够比较稳定的保持负荷的功率因数，同时基于其快速的响应速度，同时起到保持端电压恒定的作用。参考文献1 高正中S7-200CNPLC编程技术及工程应用M北京电子工业出版社2010：1，284 2 王兆安，刘进军电力电子技术M北京机械工业出版社2013：187,196-1983 姜宁，赵剑锋，王春宁，徐春社电压无功控制及优化技术M北京中国电力出版社2011：1-39,

43、90-97,165-1724 郑帆低压动态无功补偿装置研究与设计D（山东科技大学）学位论文20125 高连强低压动态无功补偿装置的研究D（河北工业大学）学位论文20076 吕晓杰智能低压动态无功补偿装置的研究D（西安科技大学）学位论文20087 汤钰鹏基于PLC的TSC型动态无功补偿装置的研究D（北京交通大学）学位论文20128 李文路低压动态无功补偿方案设计及应用J电气时代2012，10：60,61,669 F.R. Quintela,J.M.G.Arvalo, R.C. Redondo, N.R. MelchorFour-wire three-phase load balancing wi

44、th Static VAr CompensatorsJInternational Journal of Electrical Power and Energy Systems,2011, Vol.33 (3), pp.562-56810 F.R. Quintela , J.M.G. Arevalo, R.C. RedondoPower analysis of static VAr compensatorsJInternational Journal of Electrical Power and Energy Systems,200837638211 Salma Keskes, Wissem

45、Bahloul, Mohamed Ben Ali KammounImprovement of Power System Stability by Static Var Compensator and Tuning Employing Genetic AlgorithmJInternational Journal of Modern Nonlinear Theory and Application,2014,Vol.03(03),pp.113-12312 Reza Sirjani, Azah Mohamed, Hussain Shareef.Comparative study of effectiveness of different var compensation devices in large-scale power networksJJournal of Central South University 1Department of Electrical, Electronic and Systems Engineering, 2013,Vol.20(3), pp.715-72313 B. Venkateswara Rao,