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1、天津城市建设学院本科毕业论文基于PLC的10KV动态无功补偿控制系统(SVG)Based on PLC 10 KV dynamic reactive compensationcontrol system(SVG)学生姓名：学生学号：08750411专业名称：电气工程及其自动化指导教师：控制与机械工程学院20 年 月 日独创性声明本人声明所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以引用标注之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，没有伪造数据的行为。毕业设计（论文）作者签名： 签字日期： 年 月 日毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业
2、设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定。同意学校保留并向有关管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权天津城市建设学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。（保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权说明）毕业设计（论文）作者签名： 指导教师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要 近年来，随着电力电子技术的快速发展，非线性负载的冲击性和不平衡性使电网的无功损耗增加，而电网中无功功率的传输会造成无功损耗以及用电端电压下降，大量的无功功率在电网中的传输使电能利用率大大降低且严
3、重影响供电质量。因此在电网中装设无功补偿装置成为满足电网无功需求的必要手段。 本文介绍的无功补偿装置整个系统利用PLC技术、IGBT技术、链式逆变器技术等来完成。功率单元采用链式结构, 多个两电平H 桥电路串联起来, 以达到电压叠加的目的。在10KV 系统应用时, 每相连接多个两电平逆变器模块。SVG由连接电抗器、逆变器组成, 每相电路通过IGBT 变流模块级联, 经过连接电抗器直接接入10KV 电网。SVG 首先通过充电电阻对直流侧电容充电至预定值, 之后充电接触器闭合以短接充电电阻, 充电过程结束, 补偿装置并入电网开始工作；并网一段时后, 将固定电容器投入, 主控制器根据母线侧电压、电流
4、信号计算得出需补偿的无功电流, 并生成逆变器所需的IGBT 驱动信号, 控制逆变器产生与无功电流幅值相等、相位相反的补偿电流, 从而实现补偿无功的目的。关键词：无功补偿；PLC；SVG；电容；ABSTRACTIn recent years, along with the power electronic technology development, the nonlinear load balance and the impact that the reactive power loss increases, and the power of reactive power transmiss
5、ion will lead to network loss and step-down voltage, large Numbers of reactive power in the transmission grid to greatly reduce the energy utilization rate and the serious influence the quality of power supply. So in the power of reactive power compensation devices become meet the demand of the reac
6、tive power necessary means.This paper introduces the whole system of reactive power compensation equipment use PLC technology, IGBT inverter technology, chain technology to complete. Power units used by the chain structure, multiple two level H bridge circuit series up, in order to achieve the purpo
7、se of voltage stack. In the 10 KV system application, each phase two level inverter connect to several modules. SVG by connection reactor, inverter components, each phase by IGBT module circuit converter cascade, after connection reactor connected directly 10 KV power grid. SVG first by charging res
8、istance on dc side capacitance charges to a preset value after charging contactor closed with the short by charging resistance, charging process over, compensation device connection with power grid began to work; When a grid, will be fixed capacitors investment, according to the main controller busb
9、ar voltage, current signal to the compensation calculated.Key words：reactive compensation；PLC；SVG；capacitance目 录第 一 章 绪论11.1 课题研究的背景11.2 无功补偿研究及发展趋势11.3 本文主要研究内容31.4 用PLC实现的投切电路结构及原理4第 二 章 电网参数测量算法与无功补偿研究52.1 概述52.2 电网参数测量算法研究52.3 无功补偿原理62.4 无功补偿控制量的选择9第 三 章 系统硬件设计123.1 电子式无功功率自动补偿控制器123.1.1 检测功率因素值
10、的检测单元123.1.2 无功功率单元与电平比较单元143.1.3 投切控制部分143.1.4 过压保护部分143.1.5 存在的主要问题143.2 PLC选型及模拟量扩展模块的选择设计143.3自动投切程序设计173.3.1 实时自动投切流程173.3.2 手动投切自动流程173.3.3 自动切换程序流程183.4 投切方式的选择原则18第 四 章 系统软件设计204.1 系统软件综述204.2 信号采集模块224.3 显示处理模块224.4 保护模块24第 五 章 实验与总结255.1 实验原理255.2 主要功能255.3 应用领域265.4 SVG技术优势285.6 总结与展望29致
11、谢31参考文献32第一章 绪论第 一 章 绪论1.1课题研究的背景近年来，随着我国国民经济的不断增长，我国的电力工业也有了迅猛发展。同时电力网中的无功问题也已慢慢受到人们的高度重视，这是由于随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛。而大多数电力电子设备的功率因数很低，它们所消耗的无功功率在电力系统所输送的电量中占有很大的比例。无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗。同时使电网功率因数降低、系统电压下降。无功功率如果不能就地补偿，用户负荷所需要的无功功率全靠发、配电设备长距离提供，就会使配电、输电和发电设施不能充分
12、发挥作用，降低发、输电的能力，使电网的供电质量恶化，严重时可能会使系统电压崩溃，造成大面积停电事故。据报道，我国平均每年因为无功分量过大造成的线损高达15%左右，折算成线损电量约为1200亿千瓦时。假设全国电力网负载总功率因数为0.85，采用无功补偿装置将功率因数从0.85提高到0.95时，则每年可以降低线损约240亿千瓦时。近年来，随着电网负荷的增加，对无功功率的要求也愈来愈严格。由于无功功率同有功功率同等重要，是保证电能质量不可或缺的一部分。所以在电力系统中进行无功功率补偿必不可少，这对电力系统安全、可靠运行有着很重要的意义。电力系统网络元件的阻抗主要是阻感性的，因此，在输送有功功率时，就
13、要求送电端和用电端的电压有一相位差，这很容易实现;而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这就不容易实现了。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载同样也需要消耗无功功率。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，即就地无功补偿。无功补偿的作用主要有以下几点:(1)提高供用电设备及负载的功率因数，减少设备容量，降低功率损耗。(2)稳定用电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电网中合适的地点就地安装动态补偿装置能够改善输电网络的稳定性，提高输电能力。(3)在电气化铁道等一些三相负载不平衡的系
14、统中，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负荷。 1.2无功补偿研究及发展趋势 无功补偿可以减少电力损耗，一般工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，其电力损耗约2%-3%左右，使用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失；改善供电品质，无功补偿可以提高功率因数，减少负载总电流及电压降。于变压器二次侧加装电容可改善功率因数提高二次侧电压。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，这种是设备补偿。根据变压器10KV/6000V负载的特
15、点系统采用适合采用集中补偿。目前, 性能可靠、应用较广泛的无功补偿技术主要有静止无功补偿器(SVC)、静止无功发生器(SVG) 等。SVG是利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT) 组成自换相桥式电路, 通过调节电路交流侧输出电压的幅值和相位或者直接控制其交流侧电流, 使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流, 实现动态无功补偿的目的。SVG 是无功补偿的重要发展方向, 从本质上讲, SVG 可以等效为大小可以连续调节的电容或电抗器, 是当前技术条件下最为理想的无功补偿形式。据ABB公司2001的统计，目前全世界SVG的投运容量超过32000Mvar，投运容量已超过1500Mvar。静止无功补偿器(SVC)早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器(Saturated Reacotor-SC)型，1967年英国GEC公司制成了全世界上第一批饱和电抗器型SVC。饱和电抗器与
