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1、河北工业大学毕业设计（论文）河 北 工 业 大 学 继 续 教 育 学 院毕 业 设 计题目： 姓名： 导师： 学历： 年级： 2010级 专业： 全称 学号： 空着 摘 要无功功率作为电网正常运行必须的功率组成部分，我国现行电网尤其是0.4KV的低压电网部分，普遍存在着系统无功补偿落后，电网功率因数低的问题，这也导致了我国低压电网损耗较大、经济性较差。本文介绍了无功补偿的发展历程及目前国内外的研究现状，重点分析了TSC型无功补偿装置的控制策略、触发方式等技术，以AT89C51控制芯片为核心，设计了较为完整的系统硬件电路。对整体硬件给出了软件系统结构框图，选用C语言编程，采用模块化的设计原则，
2、可以有效的提高装置的可靠性及易维护性。在MATLLAB环境下对系统进行仿真实验，仿真的结果表明所设计的硬件结构及选择的控制方式能够很好的完成无功补偿的工作，符合设计的要求。关键词：无功补偿；过零投切；晶闸管投切电容器ABSTRACT As a necessary part of the normal power grid, reactive power is the indispensable key in the power system. It is a great energy loss and poor economy in chinas low voltage power grid
3、because of the reactive power shortage and low power factor which generally exist in chinas current power grid especially the part of 0.4kv. This paper introduces the development of the reactive power compensation and the present research situation of both at home and abroad, and then, analyses the
4、TSC type of reactive power compensation equipment such as its control strategy and trigger mode technology, act. In this paper the hardware circuit is designed based on the digital signal processor AT89C51, this paper adopts the C language and gives software system structure diagram. The simulation
5、model of main circuit is established and simulated in MATLAB. The result of simulation shows that the hardware structure and the choice of the control mode can be good to complete the work of reactive power compensation. So it comply with the design requirements.Key words：Reactive power compensation
6、; Zero-crossing switch; Thyristor Switch Capacitor(TSC)目 录第一章 绪论11.1 课题背景与科研意义11.2 无功补偿的研究概况及发展趋势21.2.1 基于柔性交流输电系统（FACTS）的无功补偿技术31.2.2 我国无功补偿的现状51.3 无功补偿装置存在的主要问题71.4 无功补偿的基本原则8第二章 TSC无功补偿算法研究102.1 无功公式法102.2积分法112.3移相法112.4 傅里叶变换法122.5 检测点的选择122.6 触发晶闸管的控制原则13第三章 仿真实验及结果分析173.1 算法介绍173.1.1 功率因数控制17
7、3.1.2 无功功率控制183.1.3 综合控制183.2 设计电路的仿真及结果分析19第四章 系统的硬件设计214.1 系统的基本原理与硬件总框图214.2 系统各个功能模块214.2.1 AT89C51介绍214.2.2 电源模块224.2.3 信号调理电路234.2.4 电压电流功率因数的测量244.2.5 触发晶闸管的电路设计254.2.6 显示电路及键盘设计26第5章 系统的软件设计285.1 投切总体设计方案285.2 无功功率和功率因数相结合的控制方法流程图295.3 液晶显示部分程序设计295.4系统抗干扰设计30参考文献32谢 辞34附录 部分程序源码3536第一章 绪论无功
8、功率对电力电网系统和维持电力设备的正常运转有着极为重要的作用，不仅电网上的设备元件要消耗无功功率，负载的日常运行也要消耗大量的无功功率。那么无功功率从何而来？发电机虽然可以生成无功功率供给电网的消耗，但由于发电机位置固定且距离较远，所以此种长距离输送无功功率的提供方式极不合理也极不经济，在实际中一般也不会采用这种方法。电网中所需的无功功率的来源主要是各种无功功率补偿装置在电力系统运行的各个环节的无功补偿。因此，作为保证电网电能质量和电力系统经济运行的基本手段，无功补偿在电力系统中占有极为重要的地位。无功补偿的作用主要是：1、补偿电网的无功损耗，提高电力系统的功率因数2、加强电力系统的电力输送能
9、力，提升电气设备的利用率3、减少线路的损耗和变压器有功损耗4、减少设备设计容量5、改善电压质量我国现代化进程的推进，使得电网的接入负载越来越多，尤其是非线性的大功率负荷，所带来的谐波污染和无功冲击问题给电力系统的安全经济运行造成了极大的压力，由于无功调节的手段相对滞后，电网的母线电压随着运行方式的改变往往会产生较大的波动，形成了多种电能质量问题，主要有三相不平衡、电压闪变和波动、功率因数低、功率冲击、谐波含量高等。因此，如何进行快速准确的无功补偿就成为了电力系统研究人员函待解决的重要问题。1.1 课题背景与科研意义无功功率是电力系统正常运行的必不可少的组成成分。如果没有足够的无功功率保障，系统
10、的感性负荷消耗和设备的无功损耗就会使得电压下降，电能质量遭到破坏。如果无功功率分配不合理，那么也会增加电网的线路损耗，使得电力系统的经济性变差，造成浪费。随着人们生活水平的提高和家用电器的普及，低压用户，特别是住宅用户和农村电网用户的用电量大幅增长，低压电网过负荷现象频繁出现，与此同时功率因数也在进一步降低。同时，新加入的电气负荷多为无功功率需求很大的电动机、压缩机等旋转设备和电气装置，加重了低压线路的能量损耗，使得低压电网的功率因数处于较低的水平，大约只能维持在0.65-0.70之间。低压电网的无功功率主要还是来源于上级电网的远程输送，而无功功率在电网的大量流动，会造成线损，并增大线路的电压
11、降，这极大地影响了电能质量、电网效益及供电能力。此外，我国低压供电的现状是用户量大面广，功率因数多数较低，在传统的三大线损（输电线路，高压配电网、低压用户）部分，也以低压用户的损耗最大。因此，对低压电网进行无功补偿是十分必要的，既可以补偿低压线路的无功损耗又能满足负载设备的部分无功需要，降低了无功功率在电网中的流动量，尽可能达到就地平衡，这样有利于降低线损，起到改善电压质量和提高供电能力的作用。一般电力系统的供电质量都要考虑电网功率因数和补偿深度的因素，我国在这两方面与欧美日等世界发达国家相比，都有着较大的差距。目前，欧美日等发达国家的供电质量明显较我国要高，一般其电网的功率因数能补偿到接近1
12、.0，而补偿深度则更达到0.5以上，这一指数在我国仅为0.45。电网损耗较大，功率因数低的情况是我国的电网，特别是低压电网长期以来都普遍存在的，严重的影响了我国的电网供电质量。因此，解决低压电网无功功率补偿问题，对我国电网系统的安全、经济、有效运行有极为重要的意义：1、解决无功功率补偿的一系列问题。2、节约电能。在电网中循环的无功功率造成极大地浪费，若是能够处理好无功功率的问题，不仅能够起到促进节能的目的，还能减少电力系统中输变电设备和变压器的容量。3、无功补偿的过程会生成大量的相关电力数据，可以帮助相关人员掌握其运行经济规律，进而进行统计、分析，并提出改进措施确保电网的经济安全运行。4、保证
13、电网电能质量，维持电力系统安全经济运行。1.2 无功补偿的研究概况及发展趋势无功补偿技术的发展是一个不断创新、不断完善的过程，主要分为静止补偿装置和动态补偿装置两大类，其主要类型如图1-1所示。图1-1 无功补偿装置主要类型静止补偿装置主要为早期补偿使用，如同步调相机、固定补偿电容器等，目前虽有部分产品仍在使用，但其技术已越来越落后于无功补偿的现状。1.2.1 基于柔性交流输电系统（FACTS）的无功补偿技术进入二十世纪，电力电子技术发展迅猛，并且在电力系统中得到了广泛的应用，晶闸管以其良好的导通性能成为无功补偿装置的应用首选。七十年代末，美国西屋电气公司首次将使用了晶闸管的静止无功补偿装置投
14、入实际的生产运行。静止无功补偿器（SVC）是目前最广泛应用的基于FACTS技术的无功补偿装置，它能够连续而迅速的控制无功功率，通过发出、吸收功率来控制其连接的电力系统上的节点电压。应用晶闸管的SVC反应速度快、补偿精度高，几十年来一直占据了着SVC的首要地位，根据相关资料统计，在用的SVC装置已超过1000套，其中输配电系统有400多套，总容量约为60Gvar；在工业部门已有600多套，总容量约为40Gvar。近年来，我国在SVC技术的研究应用领域也取得了较大的发展，于2002年投入了一套容量为100Mvar的SVC装置。由于SVC装置的工作可靠性及维护方便性，其应用极为广泛，也是目前我国国内
15、的主流动态补偿装置，其中以晶闸管控制补偿电容器投切的SVC应用最为普遍。按照其控制方式与对象的不同，SVC装置可以分为饱和电抗器型（SR，Saturated Reactor）、晶闸管控制电抗器型（TCR，Thyristor Controlled Reactor）、晶闸管投切电容器型（TSC，Thyristor Switched Capacitor）、电抗电容混合型（TCR+TSC）及TCR与固定电容器（FC，Fixed Capacitor），几种SVC装置结构如图1-2所示（a）FC+TCR (b)TCS (c)TSC+TCR (d)MSC+TCR图1-2 几种SVC装置的结构图伴随着电子技术的发展，无功补偿装置的研究也取得了更大的突破，日本的三菱公司与关西电力公司合作研制并于1980年投入运行了世界
