基于PLC的电力系统无功功率补偿设计
赵强1 ， 龚雨雄1，张梅1
（1 三江学院 电气与自动化工程学院 南京210012）
摘要：无功功率补偿装置在电力系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。本设计主要功能是可检测出当前电网的电流电压以及无功功率并可显示，计算出当前的功率因数及无功补偿量，并利用PLC编程控制投切电容实现对电网的无功补偿并显示当前投切状态。 关键词：电力系统；功率因数；无功补偿；PLC
Design of reactive power compensation system
for power system based on PLC
ZHAO Qiang1, GONG Yuxiong1, ZHANG Mei1 (1 Sanjiang University ，electrical and automation engineering, Nanjing 210012)
Abstract: The function of reactive power compensation device in electric power system is to improve the power factor of the power grid, lower power supply transformer and transmission line loss, improve the efficiency of power supply, improve the power supply environment. So, reactive power compensation device in the power supply system in a very important position. Reasonable selection of compensation device can do the best to reduce the loss of the network, so that the power grid quality. The design of the main function is can detect the current grid current and voltage and reactive power and display, calculate the current power factor and reactive power compensation amount, and uses the PLC programming control switching capacitors to realize reactive power compensation of the power grid and display the current switching state.
Key words: power system; power factor; reactive power compensation; PLC
1引 言
随着科技的不断发展，人民生活水平的不断提高，用户对电力电压质量的要求变得越来越高。电压质量是衡量电力系统电能质量的重要指针之一，其好坏主要取决于电力系统无功潮流分布是否合理。这不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣问题，而且还直接影响电网的安全、经济运行。若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。随着电网容量的不断增加，对电网无功功率的要求也与日增加。因此，还需考虑网络的功率因子和电压，因为电网功率因子和电压的降低会使电气设备得不到充分利用，从而降低电网的传输能力，并引起损耗增加。 因此，确定10KV配电网无功补偿的合理方式和配置是能够有效地维持配电系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功功率的远距离传输；对降损节能，提高电力企业的经济效益有着重要的意义。
2项目描述
2.1总体方案
本次设计为电力系统无功补偿系统。电力系统的无功功率补偿是根据系统中电流和电压以及有功功率确定的，当电流相位超前电压相位时，表示系统是容性，应通过投入电感器吸收容性无功；当电流相对落后电压相位时，表示系统是感性的，应投入电容器提供无功。只要电流和电压之间有相位差，都可通过增加或减少投入的电容器或电感器使电流和电压之间的相位尽量可能的相同，即提高功率因素cosφ。并根据功率因素的满足条件使PLC输出控制补偿电路中的电力电子器件，使相应电容器或电感器进行切换。
由于配电网中大多数为感性用户。所有电感负载均需要补偿适量的无功功率，提供这些无功功率主要有两条途径：一是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果由输电系统传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗的增加，降低系统的经济效益。而配电网中装设补偿电容器提供无功功率，就可以避免由输电系统传输无功功率，从而降低电网无功损耗，提高系统的传输功率，达到提高系统电压和降损节能的目的。 2.2理论依据
采用并联电容器进行无功补偿的主要作用： 1提高功率因素： Q
S
P
22Q3S1Q1 图1 无功功率补偿原理图
如图1所示：P1= S1COSφ1
P2= S2COSφ2
因为Q1＝Q2＋Qc且Q1＞Q2
因此，为了保证有功功率P1 = P2不变，必须装设补偿容量为QC的无功的电容补偿装置，从而提高功率因素。
补偿容量计算公式：QC = P ( tanφ2 – tanφ1 )。 (1) 式中：COSφ1—— 改善前的功率因子
COSφ2 ——改善后的功率因子 S1——功率因子改善前的视在功率 S2—— 功率因子改善后的视在功率
2降低输电线路及变压器损耗：
三相电路中，功率有功损耗和无功损耗的计算公式分别为：
?P=3*P2R/U2COS2φ (2) ?Q=3* P2X/U2COS2φ (3)
式中 : P——有功功率，Kw; U——额定电压，kV；R——线路总电阻，Ω。
由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。 由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。
变压器损耗的计算公式为：
?P=P0+KTβ2PK (4) ?Q=Q0+KTβ2QK (5)
式中：P0——空载有功损耗 PK——额定负载功率
Q0——空载无功损耗 QK——额定负载漏磁功率
KT——－负载波动损耗系数 （≈1.05） KQ——－无功经济当量
一级变压KQ取0.02～0.04，二级变压KQ取0.05～0.07，三级变压KQ取0.08～0.10 由上式可知，负荷中的无功功率降低，变压器的无功损耗也降低，提高变压器性能。 3减少电压压降
线路中电压损失?U的计算公式：
?U=3*(PR+QXL)/U. (6)
由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失ΔU也就减小了。
3电力输电系统
假定以放射式供电系统为例，一个供电端，三个受电端，设计控制系统方案。线路图如下：