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1、xx大学学士学位论文新型复合开关及动态无功补偿系统的研究摘要电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。因此，无功补偿是电力系统的重要组成部分，它是保证电能质量和实现电力系统经济运行的基本手段。本文针对电磁开关和电力电子开关投切电容器的无功补偿装置应用中存在的问题，开发、研制了一种基于复合开关投切电容器的无功补偿装置。本装置采用过零投切的复合开关模块投切电容器，其内部集成的单片机、过零检测及触发电路能根据需要确保晶闸管在电压过零时导通，稍后继
2、电器短接;外部控制信号消失后，继电器断开，稍后晶闸管关断，避免了投切时产生的大冲击电流，从而在硬件电路上实现电容器组的无过渡过程的快速投切，且硬件设计简单可靠。另外，本文详细分析了补偿装置及复合开关控制器的软硬件结构。控制系统采用性价比高的ATmegas单片机作为主控制系统主体。试验和现场运行情况表明:该装置能够实现无功功率的快速、准确补偿且成本较低，在低压网中具有较好的实用价值及广阔的应用前景。关键词 无功补偿；复合开关；单片机Studies on the New Complex Switch and Dynamic Reactive Power Compensation SystemAbs
3、tractPower system operation efficiency and power quality have significant relationship with reactive power. Reactive power is an indispensable electric power system of power.The loss of perceptual load and reactive power，the system must provide sufficient reactive power and voltage，otherwise will fa
4、ll, the power quality not guarantee. Therefore, the reactive power compensation is an important part of power system, it is the basic means to guarantee the quality of electric power system and realize the economic operation.Aiming at the disadvantages in the application of reaetivepower compensatio
5、n device with electromagnetic or power electronic switches for Pulling in or out the capacitor，a reactive power compensation device based on the complex switch，which can realize grading and fast compensation for each phase using both collective compensation and separate compensation，is developed to
6、switch capacitor.Interior single-chip and zero-cross detection&triggering circuit of it insure that thyristor is triggered in the zero-voltage condition，then relay is shorted，relay is switched off when outer control singal is disappeared，and after a while so does thyristor in the zero-current，thus g
7、reatly reduced surge current. This sort of switch circuit achieved switching of capacitors without tnaansition course and was simple and reliable.The thesis also analyzed the hardware and software of controller about complex switch and compensation deviced in detail.ATmega8 was a sort of cheapSingle
8、 Chip computer and was applied to control system.The test shows that this device can fleetly and truly compensate reactive power and be used in low network. Keywords Reactive Power Compensation; Complex Switch; Single-chip Computercomputercomputer不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II - -目录摘要IAbstract.II 第1章 绪论11.1
9、 无功补偿的意义与方法11.1.1 无功功率的产生与定义11.1.2 无功补偿的作用11.2 无补偿国内外研究现状与发展趋势21.3 本课题所做的主要工作3第2章 无功补偿方式及容量确定42.1 低压配电网的无功补偿方式42.1.1 延时投切方式42.1.2 瞬时投切方式42.1.3 混合投切方式52.2 电容器无功补偿容量的计算52.2.1 按提高功率因数需要来选择62.2.2 按降低线损需要来选择62.2.3 按提高线路末端电压需要来选择72.2.4 按经济无功负荷来选择82.3 补偿电容器组的接线方式92.4 电容器投切开关的研究112.4.1 机械式投切开关112.4.2 电子式无触点
10、开关112.4.3 机电复合开关122.5 本章小结12第3章 模糊控制器的设计原理143.1 模糊控制理论143.2 无功补偿模糊控制器的实现153.2.1 确定控制目标153.2.2 确定模糊控制器的结构153.2.3 模糊控制规则的确定163.3 本章小结17第4章 控制器的硬件及软件设计184.1 无功补偿装置的结构和主电路设计184.1.1 控制器硬件框图及其实现功能184.1.2 电压和电流测量及转换电路194.1.3 精密整流电路204.1.4 采样保持电路214.1.5 相位检测电路224.2 控制器的软件设计224.2.1 控制器软件设计方案224.2.2 软件流程图234.
11、2.3 主要程序模块介绍254.2.4 无功一电压控制器对复合开关控制器的控制264.3 本章小结27第5章 复合开关285.1 复合开关的组成及原理285.1.1 复合开关的组成及原理285.1.2 复合开关投入时刻的选取295.2 复合开关的硬件电路设计305.2.1 晶闸管过零检测电路325.2.2 晶闸管触发电路335.2.3 继电器驱动电路345.3 复合开关的软件电路设计355.3.1 主程序流程355.3.2 中断服务流程375.4 本章小结38结论39致谢40参考文献41附录A43附录B47千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”
12、。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 无功补偿的意义与方法1.1.1 无功功率的产生与定义在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的1。 电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置。如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。
13、另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。电感和电容所储的电能仍能回输到电源，这部分功率在电源和电抗之间进行交换，交换而不消耗，称为无功功率。在功率三角形中无功功率的定义式为：式中,U、I分别为电路中的电压和电流。为电流滞后电压的相位角。 在正弦电路中，无功功率的定义是清晰的；而在含有谐波时至今尚无获得公认的无功功率定义2。1.1.2 无功补偿的作用无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减
14、少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿的意义：1. 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。2. 减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cos=0.8增加到cos=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。3. 降低线损，由公式,其中为补偿后的功率因数，为补偿前的功率因数。则得出：所以提高功
15、率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。4. 在电气化铁道等三相负荷不对称的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负荷。 所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行34。1.2 无补偿国内外研究现状与发展趋势自日本三菱公司于1980年成功研制基于晶闸管的20Mvar同步静止补偿器以来，同步静止补偿器作为FACTS的重要成员已经引起各国电力科研和工业界的广泛重视，得到迅速发展和应用。但由于同步静止补偿器的技术含量高，目前掌握并应用这一块技术的还只限于少数国家，如日本、美国、德国、英国和中国等。据不完全统计，自1980年至2004年底，全世界已经投入工业运行的大容量（10Mvar及以上）同步静止补偿工程超过20个，总的可控容量超过3000Mvar。它们有的安装在输电网络中用于潮流控制、无功补偿和提高系统稳定性等，属于FACTS范畴；有的安装在配电和用电网络用于改善电能质量和提高供电可靠性，属于用户电力范畴，即用户电力控制器的D-STATCOM4。已有应用工程有如
