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1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 I 编号： 毕业设计说明书 题 目： 低压自动无功补偿低压自动无功补偿 控制器控制器 摘 要 本课题研究以低压电网无功补偿改造为背景，研制了一种低压无功功率补偿控制 器。作为一种实时的无功补偿装置，该装置以定时的电网监测数据为依据，以城镇低 压网（380V）的无功补偿为对象。本文首先探讨了无功功率补偿的意义及作用，当前 我国及世界无功功率补偿技术的发展状况，然后介绍了本次无功补偿控制器设计的总 体思路及主要架构，再分模块分析介绍了控制器的硬件电路设计，软件电路设计，并 讲解说明了每个分电路的主要原理和主要功能，最后对整个设计做出总结和展望。系 统采用
2、ATmega16 单片机，该单片机是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能的 AVR8 位单片机，具有运算速度高，实时性能好的特点，软件则使用汇编语言进行编 译；人机操作界面采用 LCD1602 显示，显示效果较好。该装置可以实时检测电网无功 功率的变化，并自动实现无功功率补偿，提高功率因数。投切部分采用双向晶闸管控 制投切电容的通断，使其并入电网，提高电网的功率因数。实现了无功补偿装置的优 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 II 化运行。具有体积小，原理简单，智能投切等特点。对生产生活有着重大意义。 Key word: 无功补偿；单片机；功率因数；投切电容 桂林电子科技大学毕业设
3、计（论文）报告用纸 I Abstract This research project Reactive Power Compensation transformation, developed a low- voltage reactive power compensation controller. As a non-real-time reactive power compensation device, the device to a regular grid monitoring data based on urban low voltage network (220V) reacti
4、ve power compensation. In this paper, reactive power compensation to improve grid performance, and the controller hardware and softwareconfiguration.。ATmega16 microcontroller, the microcontroller ATMEL Corporation in the United Stateslow-voltage, high-performance AVR8-bit microcontrollers, high-spee
5、d computing,real-time performance and good software to use assembly language to be compiled;man-machine interface using the LCD1602 display better; ATmega16 internal AD converter, so no need to draw a line AD converter. The device can be a real-timedetection of grid reactive power changes, and autom
6、atically achieve the reactive power compensation to improve the power factr. To achieve the optimal operation of thereactive power compensation device. Small size, simple in principle, intelligent switchingcharacteristics. Production and life of great significance. Key word: Reactive power compensat
7、ion ；SCM；Power factor；Switch capacitor 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 57 页 1 目 录 引言.3 第一章 绪论.4 1.1 课题背景.4 1.2 当前国内外研究动态.4 1.3 本课题的主要研究内容5 1.4 无功补偿的基本原理5 1.5 几种无功补偿调压措施6 1.6 低压电网中几种无功补偿的方式10 1.7 无功补偿装置的选择.11 1.7.1 无功补偿控制器.11 1.7.2 滤波补偿系统.12 1.7.3 无功动态补偿装置工作原理与结构特点.13 第二章 控制器方案设计.14 2.1 设计要求.14 2.2 设计方案
8、.14 2.3 设计重点与难点.15 2.4 主要部分电路及功能16 第三章 芯片介绍.17 3.1 ATT7022.17 3.2 ATMEGA16.22 3.3 LCD1602.25 第四章 模块电路分析.27 4.1 电量信号采集电路27 4.2 电量计算模块电路28 4.3 AVR 单片机处理电路30 4.4 无功补偿模块电路31 4.5 键盘模块电路32 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 57 页 2 4.6 LCD 液晶显示模块电路33 4.7 控制器电源模块电路34 4.8 硬件电路抗干扰设计35 第五章 系统软件设计.37 5.1 系统功能要求37 5.2
9、 系统软件综述38 5.3 软件显示模块39 5.4 键盘模块.40 5.5 软件抗干扰设计41 第六章 设计总结与展望.43 具体的工作总结如下：.43 本装置的特点如下：.43 参考文献.46 附 录.48 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 57 页 3 引言 近年来，随着电网的进一步完善，工农业生产用电规模不断扩大，用电量的日益 增长和用电结构的变化，使得电力供需矛盾越来越突出 无功补偿不仅能改善全国电网 的功率因数和电压质量，而且可以使无功负荷就地平衡，提高全国电网的经济运行水 平，同时降低电费支出，减轻工农业生产的负担，所以进行无功补偿是利国利民的好 事，我们
10、应努力攻克技术难关，真正让用户得到实惠 确保补偿技术合理安全可靠，达 到节约电能的目的。 本次系统的设计就是按照这个思路进行。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 57 页 4 第一章 绪论 1.1 课题背景 目前，在国内的电力事业大力发展的时代背景下，我国的电网，特别是广大的低 压电网，普遍的存在功率因数较低，电网线损较大的情况。这不但使电网电能质量下 降，而且造成了相当大的电能浪费。 功率因数较低，主要是产生大量无功功率。无功功率的出现不仅导致发电机出力 下降，降低了输配电设备效率，而且还增大了网损，严重影响供电质量。 在这种情况下，采用合理的无功补偿控制技术，对提高
11、电网电能质量和挖掘电网潜力 是十分必要并有着重大意义的。世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分。 从我国电网功率因数和补偿深度来看，我国与世界发达国家有着不小差距。因此大力 推广无功补偿技术是十分必要的，并且从以下数据，我们也能看出无功补偿所能带来 的巨大经济效益。2007 年，我国年总发电量为 32559 亿千瓦时，统计线损率为 8.77%，但是这个数字没有包含相当大的 110 千伏，35 千伏，10 千伏的输电线损及 0.38 千伏的低压电网线损。因此，2007 年全国年线损量约为 4800 亿千瓦时。设全国 的理论线损与统计线损相一致，其中可变线损约占理论线损的 80%。如果采用
12、无功功率 补偿把功率因数 cos=0.85 提高到 cos=0.95.全国电网需总补偿容量约为 0.58 亿千 瓦。当前无功功率补偿装置和设备主要是大容量电力电容器。通过无功补偿设备提高 电网功率因数可以节约大量的电能，实现节能环保的生产生活显示意义。 1.2 当前国内外研究动态 在电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最基本，最重要的指标。为了 保证电力系统的正常运行，供电电压和频率必须在一定的范围之内。频率的控制与有 功功率的控制密切相关，而电压的控制的主要方法之一是对电力系统的无功功率进行 控制。 早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中 补偿。至今并联
13、电容器还是一种主要的补偿方式，并且应用的领域相当广泛。只是控 制器的控制能力与精确度在不断的更新和发展。同步补偿器的实质是同步电机。当励 磁电流发生改变的时候，电动机可以随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对 电力系统的稳定运行有很多优点，但是同步补偿器的投入成本过高，安装复杂，维护 困难，使其推广使用受到了限制。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 57 页 5 随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿技术随之发展。在第一个工业用 的电力晶闸管出现以前，电子半导体器件由于功率过小，在直流传动，交流传动，电 磁合闸，交流不间断电源和无功补偿等领域一直没有得到运用和推
14、广。晶闸管的出现 标志着电力电子技术的诞生，并以此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的发展， 新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变革，如，如电力电容器技术 的蓬勃发展，同样给无功补偿技术的发展带来了新的契机。 1.3 本课题的主要研究内容 供电系统通常由于感性负载过重，造成感性无功功率过大，电能质量下降，功率 因数过低，为了达到提高电能质量和提高功率因数的目的，保证电力系统高效安全稳 定的运行，常常需要在低压侧装设无功功率补偿装置。 本文主要的研究一下两方面内容：一是无功功率补偿的基本理论和电网中最佳补偿方 式的探讨。首先是对无功补偿中的一般问题进行分析，其次是对无功补偿计算方
15、案的 分析。 二是在传统的无功补偿装置的基础中，对其控制器的硬件设计和软件设计进行 较详细的分析。 1.4 无功补偿的基本原理 将电容器与阻感性负荷并联是补偿无功功率的传统方法。电容器和电感并联在同 一电路中，电感吸收能量时，正好电容器释放能量，而电感释放能量时，电容器却在 吸收能量。能量就只在它们之间交换，即阻感性负荷(异步电动机、变压器等)所吸收 的无功功率，可从电容器所输出的无功功率中得到补偿。因此，把由电容器组成的装 置称为无功补偿装置。电网以及用电设备中大多数为阻感性负载，可用电阻 R 和电感 L 的串联电路来等效。 设 （1.1） ,cos 2 2 L XR R 式中：LX L 切
16、被定义为功率因数，其物理意义是供给线路的有功功率尸占线路视在功率cos S 的百分数。在电力网运行中，我们希望功率因数越大越好，如果能做到 这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，可以减少无功功率的消耗。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 57 页 6 将 R、L 串联电路并联电容 C 后，电路如图 1.1a 所示。 当开关断开，即没有并联电容器时，负载两端电压为 U、功率因数为 切， 、cos 电流为 I、及无功功率为 q。其相量图如图 1.1b 所示。 当开关闭合，即投入适当电容时，整个电路的相量图如图 1.1c 所示。 图 1.1 功率因数原理图 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 57 页 7 1.5 几种无功补偿调压措施 几种无功补偿调压措施 无功电源有发电机、调相机、并联电容器或并联电抗器(吸收无功)，近年来出现 了静止无功补偿装置 SVC 或称静止无功系统
