關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償 ;PLC;功率因數(shù);電容器
1 引言
近年來,我國電力裝機(jī)容量速度增加,大大緩解了供電緊張的局面。隨著供電量的增加,系統(tǒng)線損也將增大。據(jù)統(tǒng)計(jì),電力系統(tǒng)的無功功率損耗最多可達(dá)總發(fā)電容量的20%～30%,也就是說大約1/4的發(fā)電容量都將用來抵消輸配電過程中的功率損耗。所以功率因數(shù)越低，對電力系統(tǒng)運(yùn)行越不利，主要原因有如下兩方面：
1）發(fā)電機(jī)、變壓器的額定視在功率為SN=UNIN，它代表設(shè)備的額定容量，在數(shù)值上等于允許發(fā)出的最大功率。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在額定工作狀態(tài)下發(fā)出的有功功率為
P=UIcosφ
當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)cosφ=1時(shí)，PN=SN，其容量得到了充分利用。當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)cosφ<1時(shí)，發(fā)電機(jī)的電壓和電流又不容許超過額定值，顯然，這時(shí)發(fā)電機(jī)所能發(fā)出的有功功率較小，而無功功率則較大。無功功率越大，電路與電源之間能量交換的規(guī)模越大，發(fā)電機(jī)發(fā)出的能量得不到充分利用。同時(shí)，與發(fā)電機(jī)配套的原動(dòng)機(jī)及變壓器等設(shè)備也不能充分利用。
2）在電壓一定的情況下，對負(fù)載輸送一定的有功功率時(shí)， 功率因數(shù)愈低，輸電線路的電流就愈大。不僅增大線路上的壓降，同時(shí)也加大了線路上的功率損耗。
由此可見，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)即無功補(bǔ)償，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著極為重要的意義。
2 并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償
1） 補(bǔ)償原理
實(shí)際工程中大多數(shù)為感性負(fù)載，其功率因數(shù)都比較低，感性負(fù)載并聯(lián)電容器是提高功率因數(shù)的主要方法之一。
感性負(fù)載的電流超前于電源電壓，而容性負(fù)載的電流滯后于電源電壓，所以超前電流與滯后電流的可以互補(bǔ),從電容并聯(lián)點(diǎn)之前的電源（或電網(wǎng)）吸收的無功功率減少了,也就是電容性負(fù)荷的無功功率補(bǔ)償了電感性負(fù)荷的無功功率。當(dāng)電網(wǎng)容量一定時(shí),使無功功率減少,從而可大大提高功率因數(shù)。
2） 補(bǔ)償與控制方式
常用補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ阂环N是集中補(bǔ)償（補(bǔ)償電容集中安裝于變電所或配電室，便于集中管理）;一種是集中與分散補(bǔ)償相結(jié)合（補(bǔ)償電容一部分安裝于變電所，另一部分安裝于感性負(fù)載較大的部門或車間。這種方法靈活機(jī)動(dòng)，便于調(diào)節(jié)，且可降低企業(yè)內(nèi)供、配電線路的損耗。
補(bǔ)償常用控制方式：
根據(jù)用電設(shè)備負(fù)載的情況，測算出補(bǔ)償電容容量，選用合適的無功補(bǔ)償裝置，并利用交流接觸器進(jìn)行分級手動(dòng)投切電容。這種控制方式顯然不能滿足自動(dòng)化工業(yè)控制的要求。
由分立元件組裝的自動(dòng)控制設(shè)備，這種產(chǎn)品元件繁多，設(shè)備笨重龐大，線路復(fù)雜，可靠性差，出現(xiàn)故障時(shí)維修難度大。有的使用單位由于設(shè)備無法修復(fù)，只好人工手動(dòng)來進(jìn)行控制，在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，集成電路、微電子技術(shù)已經(jīng)普及的今天，這種狀況已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。
以單片機(jī)為主控單元的電壓無功控制系統(tǒng)得到很大發(fā)展，但單片機(jī)抗干擾能力較差，在中、高壓無功補(bǔ)償領(lǐng)域的可靠性不易保證。另一方面電壓等級越高的變電站其輻射范圍也越大，故障的波及面也大，因此系統(tǒng)對它的控制能力、通信能力要求也更高。
3 PLC無功自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 PLC的引入
PLC是以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，它的結(jié)構(gòu)形式基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，小型PLC是為取代傳統(tǒng)的繼電接觸式控制系統(tǒng)和其它順序控制器而設(shè)計(jì)的，故又與通用微型計(jì)算機(jī)的硬件有所區(qū)別。它是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)，與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈活性、通用性相結(jié)合，用計(jì)算機(jī)編程軟件邏輯代替繼電器接線邏輯的通用性自動(dòng)控制備。是一種較理想的新型工業(yè)控制裝置。因此，對大港油田煉油廠無功自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行了改造，在原分立元件組裝的補(bǔ)償設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了可編程控制器（PLC）無功自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)。
3.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
原分立元件組成的無功自動(dòng)補(bǔ)償控制器主要由相角檢測電路、加法電平轉(zhuǎn)換與延時(shí)電路、減法電平轉(zhuǎn)換與延時(shí)電路、可逆計(jì)數(shù)器、譯碼器、輸出電路等十部分組成，改用PLC控制后，系統(tǒng)構(gòu)成的硬件框圖如圖1 。
原系統(tǒng)的主回路、相角檢測電路、輸出電路、穩(wěn)壓電源繼續(xù)采用，而加法電平轉(zhuǎn)換與延時(shí)電路、減法電平轉(zhuǎn)換與延時(shí)電路、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、可逆計(jì)數(shù)器、清零電路、譯碼器等硬件電路的控制功能用PLC實(shí)現(xiàn)。相角檢測電路的輸出信號較弱，不足以驅(qū)動(dòng)PLC的輸入，所以該信號要經(jīng)放大處理后，作為PLC的輸入信號。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，利用PLC的軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。原輸出電路中的三極管開關(guān)電路，用PLC的輸出繼電器實(shí)現(xiàn)。由于受到PLC輸出點(diǎn)容量的限制，加入中間繼電器作為輸出電路。
3.3 PLC的選型
選用日本OMRON C28P作為控制主機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)和性能為：存儲容量1194地址，內(nèi)部輔助繼電器136點(diǎn)，保持繼電器160點(diǎn)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器48個(gè)，輸入光電隔離，輸出繼電器隔離，主機(jī)I/0點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展為80/60點(diǎn)，具有基本邏輯指令和功能較全的專用指令，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，可以滿足無功自動(dòng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)的要求。
3.4 PLC軟件設(shè)計(jì)
控制程序采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，層次分明，結(jié)構(gòu)清楚。程序流程圖如圖2。檢測模塊隨時(shí)采集用電系統(tǒng)的相角信息，然后和給定參數(shù)進(jìn)行比較，如果不滿足要求，及時(shí)投入或切除補(bǔ)償電容器，保證用電系統(tǒng)的功率因數(shù)滿足設(shè)定要求。
4 PLC無功自動(dòng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
4.1可靠性高。
采用分立元件組裝的控制系統(tǒng)，每個(gè)部分都由幾十個(gè)元件成，整個(gè)控制器有數(shù)百個(gè)元器件，任何一個(gè)元器件出現(xiàn)問題都會造成整個(gè)控制器故障而不能正常工作。而采用PLC進(jìn)行控制，使線路大大簡化，從根本上減少了故障的機(jī)遇。另外還采用了模塊式結(jié)構(gòu)，使得該系統(tǒng)的可靠性大大提高。
4.2抗干擾能力強(qiáng)
由分立元件組成的控制系統(tǒng)，其中采用了大量的二極管、三極管、電容等元件，對電路的工作環(huán)境和溫度有一定的要求而PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了多種抗干擾措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定性高。
4.3便于安裝，維護(hù)方便
與分立元件控制系統(tǒng)比較，PLC控制系統(tǒng)體積小、重量輕，便于安裝。該系統(tǒng)具有自檢和監(jiān)護(hù)功能，而且能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場的調(diào)試和維護(hù)提供了方便，由于接線少，所以維護(hù)方便，修復(fù)時(shí)間短。
5 結(jié)論
實(shí)際運(yùn)行結(jié)果證明，以上控制系統(tǒng)完全滿足技術(shù)指標(biāo)要求。采用PLC進(jìn)行無功自動(dòng)補(bǔ)償控制，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高。無論從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，還是從技術(shù)方面分析，都不失為最佳的選擇。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn):采用PLC進(jìn)行無功自動(dòng)補(bǔ)償，提高了無功補(bǔ)償系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的無功優(yōu)化，組態(tài)靈活，易于擴(kuò)展;對無功補(bǔ)償系統(tǒng)老設(shè)備的改造有著較高的參考價(jià)值和非常廣闊的前景。
（轉(zhuǎn)載）
