基于PLC和晶闸管的无功控制装置的基本原理
摘 要:以无功控制理论为基础,分析了在电力系统中电压和无功之间的关系,提出了用装设无功控制装置的办法来实现在额定电压下的系统无功功率平衡。为了使无功控制装置具有快速、 硕士学位论文准确的特点,装置采用了以常见的可编程计算机控制器(PLC)为控制器,用晶闸管做执行元件投切电容器,采用闭环控制系统,使装置在运行时能充分发挥PLC用于工业控制的优越性和晶闸管快速通断的特点,为无功补偿控制装置的开发提出了一种新的开发思路。
关键词:可编程计算机控制器(PLC); 晶闸管; 变压器分接头; 电容器组; 无功控制
Basic Principle ofReactive Power Control Installations based on PLC and ThyristorREN She-yi1, CHEN Tao2, XUE Yan-xia1(1. Shandong Zhaozuang PowerSupplyCompany, Zhaozuang 277100, China;2.EastChinaTransmission and Transformation EngineeringCompany, Shanghai201803,China)Abstract:It is, based on the reactive power control theoretical and analysed relation between thevoltage and the reactive power in the power system, proposed in this paper to achieve reactive powerbalance of the system by installing reactive powercontrolling device. Forkeeping the reactive controldevice having features of fastand accurate, the PLC isused as controller and thyristor as implemen-ting element to switch the capacitor. The closed-loop control system is used and the superiority ofPLC’s industrial control application and thyristor’s fast interruption and conduction characteristicsare fully utilized in the operation. And a kind of new idea for the development of reactive powercompensation control device is proposed.
Keywords:Programmable Logic Controller(PLC); thyristor; transformer tap; capacitorbank; reac-tive power control
0 引言目前,随着电网规模日益扩大,受端电网日益密集,电力电子设备的广泛应用,使得供电系统中增加了大量的非线性负载,对供电系统产生了很大的影响。电弧炉、大型轧钢机、电力机车、大型半导体变流装置等冲击性、波动性负载运行中不仅会产生大量的高次谐波,而且使得电压波动、闪变、三相不平衡现象更加严重。这些对电网的不利影响都导致了用电设备本身的安全性降低,严重削弱和干扰了电网的经济运行。所以,不断提高电压的稳定性和供电质量势在必行。在电力系统中,电压作为电能质量的一个重要指标和无功有着密切的关系。因此,对变电站的电压和无功进行综合控制对提高电压质量有着重要的意义。自上世纪60年代以来,电力设备生产厂家纷纷推出各自的无功控制装置,经过半个世纪的发展,目前无功控制装置的先进性和可靠性都大幅度提高克服了以往不能实时调节、投入电容器时冲击电流大、切除时会产生过电压、投切时间长等一系列缺点。笔者介绍了一种以可编程计算机控制器(Pro-grammableLogicController,PLC)为控制器,用晶闸管投切电容器的无功综合控制装置的基本原理。
1 控制装置的原理
1.1 PLC的基本组成PLC是一种计算机控制系统,他比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以,他与计算机控制系统的组成十分相似,也有CPU、I/O接口、电源等,PLC的基本组成如图1所示。图1 PLC的基本组成
1.2 PLC的工作过程PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描过程。每一次扫描所用的时间称为扫描时间。顺序扫描工作方式简单直观,便于程序设计和自检。具体表现在:扫描到的功能经解算后,其结构马上被后面将要扫描到的功能所利用,还可以在PLC内部设定一个监视定时器,用来监视每次扫描的时间是否超过规定值,避免由于内部CPU故障使程序执行进入死循环。
1.3 与无功控制相关的理论
1. 3. 1 无功功率平衡欲维持电力系统电压的稳定性,应使电力系统中的无功功率保持平衡,即系统中的无功电源可发出的无功功率应大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗[1-3],系统等值电路如图2所示。图2 系统等值电路图系统中无功功率的平衡关系式如下:Qgc-QLd-QL=Qr(1式(1)中,Qgc为电源发出的无功功率之和;QLd为无功负荷之和;QL为网络中的无功损耗之和;Q为系统可提供的备用无功功率。Qr> 0,表示系统中无功功率可以平衡而且有适当的备用;Qr<0,表示系统中无功功率不足此时,为保证系统的运行电压水平,就应考虑加设无功补偿装置。Qgc包括全部发电机发出的无功功率Qg和各种无功补偿装置提供的无功功率Qc,即Qgc=Qg+Qc1.3.2 补偿容量不足时的无功功率平衡进行系统无功功率平衡的前提是保持系统的电压水平正常,否则,系统的电压质量就得不到保证。系统无功功率负荷静态电压特性曲线如图所示。图3 系统无功功率负荷静态电压特性曲线在正常情况下,系统无功功率电源所提供的无功功率Qgcn,由无功功率平衡的条件Qgcn-QL-QL=0决定的电压为Un,设此电压对应于系统正常的电压水平。但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为Qgc′(Qgc′
