《低压电网动态无功补偿控制器装置的设计研究论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低压电网动态无功补偿控制器装置的设计研究论文（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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 作为一种非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 以低压电网的无功补偿为对象 本文主要研究了无功补偿对电网性能的 改善 以及控制器的软硬件的配置 系统采用单片机 该单片机是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高5289CAT 性能的 CMOS 8 位单片机 具有运算速度高 实时性好的特点 软件则使用汇编 语言进行编译 人机操作界面采用 LCD 显示 显示效果较好 A D 转换采用 是一款比较实用的 A D 转换装置 该装置可跟踪电网无功功率的变0809ADC 化并自动补偿 实现了无功补偿装置的优
2、化运行 具有体积小 原理简单 智能 投切等优点 关键词 无功补偿 单片机 低电压 ABSTRACTABSTRACT What this article studies is based on the alteration of reactive power compensation of low voltage then design an equipment for reactive power compensation of low voltage As a kind of reactive power compensation this equipment is basis on the
3、 electrical network monitor data and provides reactive power for city s low voltage power grids This thesis has discussed the importance of the reactive power compensation for the power grids and introduced the hardware and software of the controller This device s hardware core is AT89C52 SCM which
4、has many merits such as high operating speed This monolithic integrated circuit is the low voltage which American ATMEL Corporation produces a high performance CMOS 8 monolithic integrated circuits The software uses the assembly language to carry on the translation The man machine operation contact
5、surface uses the LCD demonstration the demonstration effect is quite good A D transformation uses ADC0809 it is a section of quite practical A D switching device This equipment may track the electrical network reactive power the change and the automatic compensation and this installment has the volu
6、me to be small the precision is high the price compared to the higher merit KEY WORDS reactive power compensation SCM Single Chip Micyoco low voltage 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 III 第 1 章 前言 1 1 1 无功补偿装置必要性 1 1 2 无功补偿装置的发展史 2 1 3 设计提要 4 第 2 章 无功补偿的理论分析 5 2 1 无功补偿的原理 6 2 2 低压电网中的几种无功补偿的方式 8 2 3 确定补偿容量的
7、几种方法 9 2 3 1 从提高功率因数需要确定补偿容量 9 2 3 2 从降低线路有功损耗需要来确定补偿容量 9 2 3 3 从提高运行电压需要来确定补偿容量 10 第 3 章 硬件设计 12 3 1 无功补偿装置的技术要求 12 3 1 1 补偿控制应符合技术条件 12 3 1 2 测量精度 12 3 1 3 控制器原理 12 3 2 硬件介绍 13 3 2 1 微处理器 13 3 2 2 A D 转换器选型 17 3 2 3 看门狗 20 3 2 4 LCD 显示 21 3 3 模拟信号调理电路 23 3 3 1 电流电压互感器 23 3 3 2 电压 电流采样及信号处理电路 24 3
8、4 输出控制电路 25 3 4 1 控制电路 25 3 4 2 固态继电器 26 第 4 章 软件设计 27 4 1 功率因数计算 27 4 2 投切原则 29 第 5 章 结论与展望 31 致谢 32 参考文献 33 附录 1 硬件结构图 34 附图 34 附录 2 软件程序 35 第 1 章 前言 1 1 无功补偿装置必要性 目前 我国输配电网无功缺乏 备用容量严重不足 无功补偿装置缺少灵 活的调节能力 其中由于无功不足原因而产生电压降落 电能传输损耗大 线 路输送容量降低和网络稳定性下降等问题表现尤为突出 1 近年来 随着大功 率非线性负荷用户的不断增多 对电网的冲击和谐波污染呈不断上升
9、趋势 缺 乏无功调节手段造成了母线电压随运行方式的变动很大 导致电网线损增加 使得系统电压合格率不高 此外 电网的发展 系统稳定性问题越发重要 电 网的损耗 电压及功角稳定性与无功功率快速 有效提供有关 我国互联电网 已经进入了大电网 大机组时代 大量的无功在网间传送 造成了巨大的网络 损耗 故此大量的无功不适应于远距离的传输 无功功率一般采取分层分区平 衡 就近补偿的原则 在工业应用领域 随着国民经济的发展 大量的冲击性质的负荷如电弧炉 轧机 电气化铁路等接入电网 由于其呈现的冲进性无功特性核非线性负荷特 性 对电能质量造成了巨大的污染 主要体现在谐波严重超标 造成变压器 电机 电容器组和线
10、路的损耗加剧 甚至危及设备安全 产生的负序电流对电 机等旋转机械产生附加转矩 降低工作效率 增加能耗 由于冲击无功的作用 对电压造成严重的波动和闪变 降低生产效率 单位能耗增加 同时造成产品 质量下降 对这些大冲击非线性负荷或不对称负荷应进行就地无功补偿和用电 污染治理 即对该类污染从源头进行治理 以达到电能质量治理 节能降耗 增加产量和提高产品质量的目的 近 20 年来 世界各地 包括美国 法国 意大利 英国 俄罗斯 日本等 国 发生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重 视 持续了短短 72 小时的 8 14 美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社 会影响 这次事故
11、提醒人们 电网运行要有足够的无功备用容量 无功不能靠 远距离传输 在电力市场环境下 必须制定统一的法规以激励独立发电商和运 营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用 在我国也曾多次发生 电压崩溃事故 如 1993 年和 1996 年南方电网的几次事故 这些事故都促使人 们采取各种措施以维持电网稳定 无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的 2 输电线路中无功功率 的存在 不仅占用输电线路和设备容量 并且系统中流动的无功功率会导致电 压降落 影响电压质量和电力系统的稳定 对用电设备产生影响 因此 在电 网规划和运行中 必须控制无功功率 限制其在系统中的流动 据了解 我国 每年的电力缺
12、口在 15 左右 同时 每年有 20 以上的电力在输送过程白损耗 无功补偿可以提高功率因数 是一项投资少 收效快的降损节能措施 由 于具备改善电能质量 降低电能损耗 挖掘发供电设备潜力 减少用户电费支 出等诸多优势 无功补偿的应用开始越来越为区域配网所采纳 而电力电容器 市场也由此开辟了更为广泛的发展空间 1 2 无功补偿装置的发展史 早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器 3 多用在系统的高压侧进 行集中补偿 至今并联电容器仍是一种主要补偿方式 应用范围广泛 只是控 制器在不断的更新发展 同步补偿器的实质是同步电机 当励磁电流发生改变 时 电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向
13、对电力系统的稳定 运行有好处 但同步补偿器成本高 安装复杂 维护困难 使其推广使用受到 限制 随着近代电力电子技术的出现和发展 3 无功补偿技术也随之发展 在第 一个工业用晶闸管出现之前 电子半导体由于功率过小 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内一直没有得到应有的推广 使用 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 如交流变频调速技术的蓬勃发展 同样电力电子技术对无功补偿 技术也带来了新的发展契机 无功补偿技术和电力电子技术的结合主要有以下三方面 3 1 是作
14、为投切电容器的开关 因为电力半导体开关的响应时间短 PS 级 所以能够选择电容的投切角度 实现零电压投切 避免了涌流的产生 提高了 电容器使用的可靠性和电力系统的稳定性 现代并联电容器补偿装置中的输出 回路就引进了该项技术 2 是作为无功输出的调节开关 由于电力电子器件的高开关频率 使其能 够方便地控制电容器电流的导通角 从而实现无功的连续调节 快速跟踪负载 无功的变化 静止型无功补偿器是其中的代表 3 是引入电力电子变流技术 将变流器作为无功电源来调节无功的输入和 输出 起到补偿负载无功的作用 经常用的是静止调相机和有源滤波器 由无功补偿源在主电路回路中连接方式的不同 无功补偿器可分为并联型
15、 和串联型两种结构 依据电力电子技术在无功补偿中应用的方式不同 现代无 功补偿装置 4 大致可分为以下几种类型 1 TSC Thyristor Switched Capacitor 型无功补偿装置 它属于并联型 无功补偿装置 主回路如图 1 1 所示 是由多台电力电容器并联以及由可控硅 构成的执行机构组成 装置根据无功电流的大小来决定投入电容组数 由此可 见 TSC 的无功调节是有级的 它无法连续的输出无功 这使其在使用中存在合 理选择电容 适当分级的问题 但它的优点也明显 即结构简单 控制方便 电容器利用率高 使用中不存在谐波污染等 图 1 1 TSC 型无功补偿装置主回路 2 FC TCR
16、 Fixed capacitor Thyristor Controlled Reactor 型无功 补偿装置 它属于并联型无功补偿装置 其主回路如图 1 2 所示 FC TCR 方式 是用双相可控硅的相位控制 调整电抗器的电流 从而调整无功功率的方式 当以电压零相位为基准时 调节 TCR 中的可控硅的引燃角 可以从到 90 范围内变化 补偿器的电流 此电流可随角的变化而变化为感 180 LC iii 性或容性 这样就改变了 FC TCR 的无功功率 并可连续均匀的调节 由于 TCR 中除可控硅全导通或关断之外器电流都是非正弦的 所以它是一个电流谐波源 对电网有一定的危害 该装置在电容和电感之间形成无功损耗 电容利用率低 并且电抗器体积较大 成本高 图 1 2 FC TCR 型无功补偿器的主回路 3 静止调相机 ASVC Advantage Static Var Compensator 属于串联型 补偿器 它由于输出电压可超前或滞后系统电压 因此可以和系统进行有功 无功之间的交换 它可以连续调节无功 并且能够抑制谐波 补偿特性较好 但该系统存在结构复杂 控制难度大 制造和维护都不便 成本
