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PLC的无功补偿控制系统

发布时间:2023-05-16

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发布者:源创大白

1 引言

  近年来,我国电力装机容量速度增加,大大缓解了供电紧张的局面。随着供电量的增加,系统线损也将增大。据统计,电力系统的无功功率损耗最多可达总发电容量的20%~30%,也就是说大约1/4的发电容量都将用来抵消输配电过程中的功率损耗。所以功率因数越低,对电力系统运行越不利,主要原因有如下两方面:

  1)发电机、变压器的额定视在功率为SN=UNIN,它代表设备的额定容量,在数值上等于允许发出的最大功率。因为发电机在额定工作状态下发出的有功功率

  P=UIcosφ

  当负载的功率因数cosφ=1时,PN=SN,其容量得到了充分利用。当负载的功率因数cosφ<1时,发电机的电压和电流又不容许超过额定值,显然,这时发电机所能发出的有功功率较小,而无功功率则较大。无功功率越大,电路与电源之间能量交换的规模越大,发电机发出的能量得不到充分利用。同时,与发电机配套的原动机及变压器等设备也不能充分利用。

  2)在电压一定的情况下,对负载输送一定的有功功率时, 功率因数愈低,输电线路的电流就愈大。不仅增大线路上的压降,同时也加大了线路上的功率损耗。

  由此可见,提高电网的功率因数即无功补偿,对国民经济的发展有着极为重要的意义。


2 并联电容器进行无功补偿

  1) 补偿原理

  实际工程中大多数为感性负载,其功率因数都比较低,感性负载并联电容器是提高功率因数的主要方法之一。

  感性负载的电流超前于电源电压,而容性负载的电流滞后于电源电压,所以超前电流与滞后电流的可以互补,从电容并联点之前的电源(或电网)吸收的无功功率减少了,也就是电容性负荷的无功功率补偿了电感性负荷的无功功率。当电网容量一定时,使无功功率减少,从而可大大提高功率因数。

  2) 补偿与控制方式

  常用补偿的方法:一种是集中补偿(补偿电容集中安装于变电所或配电室,便于集中管理);一种是集中与分散补偿相结合(补偿电容一部分安装于变电所,另一部分安装于感性负载较大的部门或车间。这种方法灵活机动,便于调节,且可降低企业内供、配电线路的损耗。

  补偿常用控制方式:

  根据用电设备负载的情况,测算出补偿电容容量,选用合适的无功补偿装置,并利用交流接触器进行分级手动投切电容。这种控制方式显然不能满足自动化工业控制的要求。

  由分立元件组装的自动控制设备,这种产品元件繁多,设备笨重庞大,线路复杂,可靠性差,出现故障时维修难度大。有的使用单位由于设备无法修复,只好人工手动来进行控制,在科学技术迅速发展,集成电路、微电子技术已经普及的今天,这种状况已远远不能适应现代化生产的要求。

  以单片机为主控单元的电压无功控制系统得到很大发展,但单片机抗干扰能力较差,在中、高压无功补偿领域的可靠性不易保证。另一方面电压等级越高的变电站其辐射范围也越大,故障的波及面也大,因此系统对它的控制能力、通信能力要求也更高。


3 PLC无功自动补偿系统设计

  3.1 PLC的引入

  PLC是以微机技术为基础发展起来的新一代工业控制装置,它的结构形式基本上与微型计算机相同,小型PLC是为取代传统的继电接触式控制系统和其它顺序控制器而设计的,故又与通用微型计算机的硬件有所区别。它是把继电器控制的优点,与计算机的功能齐全、灵活性、通用性相结合,用计算机编程软件逻辑代替继电器接线逻辑的通用性自动控制备。是一种较理想的新型工业控制装置。因此,对大港油田炼油厂无功自动补偿系统进行了改造,在原分立元件组装的补偿设备的基础上,设计了可编程控制器(PLC)无功自动补偿系统。

  3.2 系统的硬件设计

  原分立元件组成的无功自动补偿控制器主要由相角检测电路、加法电平转换与延时电路、减法电平转换与延时电路、可逆计数器、译码器、输出电路等十部分组成,改用PLC控制后,系统构成的硬件框图如图1 。


无功补偿1


  原系统的主回路、相角检测电路、输出电路、稳压电源继续采用,而加法电平转换与延时电路、减法电平转换与延时电路、时钟脉冲发生器、可逆计数器、清零电路、译码器等硬件电路的控制功能用PLC实现。相角检测电路的输出信号较弱,不足以驱动PLC的输入,所以该信号要经放大处理后,作为PLC的输入信号。根据系统的控制要求,利用PLC的软件实现自动控制。原输出电路中的三极管开关电路,用PLC的输出继电器实现。由于受到PLC输出点容量的限制,加入中间继电器作为输出电路。

  3.3 PLC的选型

  选用日本OMRON C28P作为控制主机,其主要技术参数和性能为:存储容量1194地址,内部辅助继电器136点,保持继电器160点,定时器/计数器48个,输入光电隔离,输出继电器隔离,主机I/0点数可扩展为80/60点,具有基本逻辑指令和功能较全的专用指令,具有较强的数据处理能力,可以满足无功自动补偿控制系统的要求。

  3.4 PLC软件设计

  控制程序采用模块化、结构化设计,层次分明,结构清楚。程序流程图如图2。检测模块随时采集用电系统的相角信息,然后和给定参数进行比较,如果不满足要求,及时投入或切除补偿电容器,保证用电系统的功率因数满足设定要求。


无功补偿2


4 PLC无功自动补偿控制系统的优点

  4.1可靠性高。

  采用分立元件组装的控制系统,每个部分都由几十个元件成,整个控制器有数百个元器件,任何一个元器件出现问题都会造成整个控制器故障而不能正常工作。而采用PLC进行控制,使线路大大简化,从根本上减少了故障的机遇。另外还采用了模块式结构,使得该系统的可靠性大大提高。

  4.2抗干扰能力强

  由分立元件组成的控制系统,其中采用了大量的二极管、三极管、电容等元件,对电路的工作环境和温度有一定的要求而PLC是专为工业控制设计的,在设计和制造过程中采取了多种抗干扰措施,可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作,抗干扰能力强,运行稳定性高。

  4.3便于安装,维护方便

  与分立元件控制系统比较,PLC控制系统体积小、重量轻,便于安装。该系统具有自检和监护功能,而且能动态地监视控制程序的执行情况,为现场的调试和维护提供了方便,由于接线少,所以维护方便,修复时间短。


5 结论

  实际运行结果证明,以上控制系统完全满足技术指标要求。采用PLC进行无功自动补偿控制,整个系统结构简单,运行稳定,可靠性高。无论从经济的角度考虑,还是从技术方面分析,都不失为最佳的选择。


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