自动化技术
基于PLC的有载调容调压变压器控制系统
作者/戴蕾、周国平，南京林业大学信息科学技术学院
摘要：在现代社会，电力成为人们生活生产的必需品，变压器的出现使得电力传送和节能得到一定改善，但也由此带来了变压器本身对电 力系统造成浪费的问题。有载调容调压变压器的出现，有效地解决了变压器因为容量过大造成的电能损耗，并且及时调整电压使得电能质 量得到保障。对长期节能计划起到了至关重要的作用。本文对有载调容调压变压器进行拓展，加入控制系统，使得有载调容调压变压器更 加智能化。
关键词：有载调容调压；节能；智能
引言
传统变压器在工作时容量是一定的。如果变压器的容量 过大，那么势必有相当一部分的容量剩余，造成资源的浪费； 更加严重的是，剩余容量如果太大，那么变压器的空载损耗 将会变得非常大。如果变压器的容量选的过小，一方面电力 需求在快速增长，对变压器的容量要求就会越来越高；另一 方面负载占比增大之后，变压器的负载损耗会随之增大。所 以如何灵活地选择变压器的容量就会显得很关键。负载在变 化的同时电压也随之波动，电压的变化决定了电能质量的好 坏。本文旨在传统变压器上加一个控制系统，由于PLC较 于其他的控制手段更为灵活，便捷，操作也更为简单，可以 让变压器的控制更为安全，满足控制需求，本次设计采用
PLC 作为 CPU。
运用PLC自动控制技术实现变压器的自动化，可以将计 算机技术、传感器、电力电子等各种手段结合起来并且该系 统可以在比较极端的情況下控制，在各种环境中高效稳定运 行，工作人员只需在控制室中实时地观测即可，有效地减小 了工作量。更重要的是可以降低人为操作时误操作可能性， 保证设备稳定安全的运行，也保证了工作人员的人身安全。
1.总体设计
有载调压调容控制系统的工作原理为：首先，上位机通 过传感器进行数据采集，采集到电压、电流、功率等信息， 然后将这些模拟量经过A/D转换电路转换为数字量，通过作 为下位机的PLC进行约定通信规约，以约定的规约将这些信 息传递到PLC中，经过PLC内部的处理器进行信息的整合 与处理，发出指令，即开关量信号控制接触器触点动作，控 制不同的线圈进行动作，从而达到调整变压器分接头位置以 及变压器的接线方式，实现变压器的调压和调容。可以通过
RS232与上位机实现串口通讯，也可以通过WIFI模块实现。
2•硬件设计
本次设计的基于PLC的有载调容调压变压器控制系统 本由200KVA/63KVA, 10KV/400V的配电变压器、有载分
G2 |电子制作2017年8月
接开关、有载调容控制器、传感器及其相关元器件等组成。 在这个控制系统中主要有数据采集模块、数据处理模块、驱 动模块，完成数据传输、分析判断、发送指令、显示等功能。 其中，数据采集模块主要由上位机利用传感器进行采集，并 且进行模数转换之后，传递到作为下位机的PLC之中，以 此来实现数据的传递；在数据处理模块，主要由PLC实现； 驱动输出主要包括接触器输出单元，数据显示单元、以及无 功补偿模块等。
■ 2.1电量采集与通讯模块
变压器电量采集部分是由各个硬件电路模块共同构成 的，为适应当前电网公司对电力营销现代化信息管理的要求 和发展，保证能够及时、准确且可靠地采取电能信息，针对 有载调压调容变压器的特点和电能信息采集与管理系统关 于计量、采集和传输的要求，利用微处理器及应用技术、传 感器技术等，本次设计采用CS54计量芯片实现了对电压， 电流，功率等参数的测量，可以通过串口与上位机进行通讯。 这一部分电路以CS54芯片作为主体结构，外围配备电压 电流采集电路，整流滤波电路，串口通讯电路等，可以直接 和不同量程的电压电流传感器配合，简化接口设计，提高功 率测量的精确和稳定。芯片采集有载调压调容变压器的所有 电量，包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、周期、 相位等。并将采集出来的数据通过串口通讯至上位机进行变 压器的PLC控制。■ 2.2无功补儅模块
有载调容调压变压器在进行调压调容时，也将同时对其 无功调容形成改变，所以在对有载调压调容变压器控制系统 系统完成初步的设计后，需要对这个电力系统进行无功功率 补偿的分析、研究，进而能够使电力系统的无功功率满足电 网运行要求的补偿，以达到节约电能的目的。
在系统已经对电量进行采集等工作后，主要是利用控制 器对采集的数据进行计算处理，得到哦实时的无功功率数
据，设计出无功功率补偿系统的硬件，以及它的软件控制策 略，驱动继电器的线圈，最后控制接触器的开关闭合来投切 相应的补偿电容器，制定出电容器的无功补偿组合等，最后 达到对电力系统的无功功率进行实时补偿。
自动化技术
无功功率补偿硬件系统图如图1所示。
图1无功补偿装置系统图
■ 2.3 Wifi 模块
调压调容变压器的wifi控制如同智能电器，从复杂繁 琐的操作转变为更方便更快捷的操作方式，自动调压调容实 现了减少更多的人力操作的功能，且可以远距离安全操作，
wifi控制保证了人生安全，在时间上也更灵活多变。
要进行wifi控制首先需将管理终端接入计算机，可利用 计算机进行对终端的访问，计算机开启热点，手机连入热点 利用app对终端进行访问，也可以将终端ip置于云端，手 机app利用ip对云端终端进行访问即可实现远程wifi控制。■ 2.4调容调压开关的配合
传统的变压器采用机械开关，机械开关简单方便，使用 门槛低且价格低廉，缺点是控制难度大，反应时间长，对外 界要求高，且对电能质量有影响，还必须外加绝缘油保持开 关的安全，因此需要增加额外的辅助装置。为了使得有载调 容调压变压器更加智能，本次设计将用电力电子有载分接开 关取代机械开关，电力电子开关调压速度快，可控性高，稳 定安全，且设备体积小，不需要额外的辅助 设备。
图2电量采集通讯模块流程图
■ 3.2 Wifi控制模块
利用现有软件进行设计简单的app，对app的结构进 行布局，撕®并可进行简单的操作，针对app的制作，流 程图如图3所示。
4•总结
本文对基于PLC的有载调容调压控制系统做了一个简
3.软件设计
■ 3.1整体控制流程图
上位机采集电压、电流、功率等信息，通讯至PLC中，输入模块将这些数据变换输 送到PLC的数据寄存器中，经过CPU的计算、处理输出相关的开关量驱动继电器线圈闭合 与断开，继而接触器的线圈通过继电器的得 电与失电，从而得电与失电，然后驱动相应 的分接开关闭合与断开，调整变压器分接头 位置和变压器绕组的联结方式，实现系统所 需要的功能。
由此，可以设计出整个PLC控制系统的 流程图，如图2所示。
图3 Wifi控制模块流程图
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电子澜置
大的偏置电压和电流也会对器件的性能产生影响。人们对电 应力的作用进行了研究，分别是在源漏栅施加电压/电流应 力，测试性能的变化。对于电应力造成GaN器件的性能下降， 目前认为主要有两种作用机制，_是热载流子效应，二是逆 压电效应[6]。AlGaN/GaN HEMT的退化机制为由热载流子 效应引起的退化和由逆压电效应引起的退化这两种机制共 存，但是当器件工作的电压不同时，起主导地位的退化机制 不同：当VD(3<临界电压值(Vcrit)时，热载流子效应引起器 件参数、性能退化这种机制位于主导地位，而当VDS>临界 电压值(Vcrit)时，逆压电效应引起器件参数、性能退化这 种机制位于主导地位。
受到虚栅控制。
4.小结
T/R组件是相控阵雷达的核心部件，应用GaN器件的 T/R组件能够大幅提高输出功率和效率。本文主要总结了 GaN功率器件可靠性影响因素，对GaN器件的原理和失效
机理进行了分析，然后将温度、电压以及工作频率等因素对
GaN器件可靠性的影响逐一进行了探讨。对GaN功率器件
可靠性研究及技术改进具有参考价值。
参考文献
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由图4可见，偏置应力后，器件漏电流发生崩塌。在 高栅压、低漏电压时，电流崩塌效应最显著。随着漏电压持 续増大，电流崩塌量逐渐降低，最后接近应力前水平。这些 结果与器件受偏置应力的影响相同。关态应力时沟道夹断， 不存在热电子效应。但栅漏间高电压产生的强电场使得栅边 缘的近漏端产生泄漏电流。这个电流填充势垒的表面态，使 得表面电势变负形成所谓的虚栅效应。该效应使栅边缘近漏 端下方的沟道部分耗尽，等效为栅极长度增加。当撤去偏置 应力后，栅下方的沟道立即响应，而虚栅下的沟道需要较长 的表面态充放电时间才能恢复。因此，漏电流在很大程度上
(上接第63页)
单大体的介绍。在主控上采用可编程控制器，从而使得系统 简单可靠地运行。辅助以各种智能有效的模块：电量采集通 讯模块负责电量等数据的收集传输，无功功率补偿模块使得 电能更加稳定安全，再对开关进行设计和改造，辅助以Wifi 控制，使得变压器更加节能和安全，对电力系统的发展有 至关重要的推进作用。
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