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摘 要：论述了无功补偿的重要性及并联电容器进行无功补偿的原理，分析了常用补偿方式及控制系统存在的问题，结合实际工程介绍了PLC无功补偿控制系统硬件及软件的设计方案。
关键词：无功补偿  LC;功率因数;电容器
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为
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 。
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。
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。
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