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1、中工信商JX16- 本科毕业论文(设计） 低压无功补偿控制器的设计 系 (部）信息工程系专 业自动化学 号学生姓名崔民正指引教师贺焕林提交日期 月 日目录第一章111 研究背景12 无功补偿装置的发展状况1.3 本课题重要研究的内容4第二章 无功补偿的原理5. 无功补偿的原理62 低压电网中的几种无功补偿的方式82.3 拟定补偿容量的几种措施9231 从提高功率因数需要拟定补偿容量92.2 从减少线路有功损耗需要来拟定补偿容量92.3 从提高运营电压需要来拟定补偿容量1024 本章小结10第三章 硬件设计113.1 无功补偿装置的技术规定113.11 补偿控制应符合技术条件113.2 测量精度
2、13.13控制器原理1132 硬件简介12322 A/D转换器选型14.2.3 看门狗16.24 LD显示1733 模拟信号调理电路1933.1 互感器信号转换及电流电压转换电路93.32 电压、电流采样及信号解决电路2034 输出控制电路135 本章小结第四章 软件设计234 投切原则234 功率因数计算2.3 本章小结2第五章 总结与展望7参照文献28道谢9附录1：硬件构造图30附录2 ：软件程序30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,该装置以定期的电网监测数据为根据，以城乡低压网（220V）的无功补偿为对象。本文重
3、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备。系统采用单片机,该单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS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LD显示,显示效果较好；A/D转换采用，是一款比较实用的D转换装置。该装置可跟踪电网无功功率的变化并自动补偿,实现了无功补偿装置的优化运营，具有体积小、原理简朴、智能投切等长处。核心词:无功补偿,单片机,低电压Deign of wotg reactve power copesation ontroleAsractatti atile sudes isadon he aerati
4、n o ractive owe copensaionof low volage, thendesign an equienfor reactive pwe compesationof lovoltge. As a kindf reactiv oe copnsation,hs equipment is ss o thelectralnework mnitr data ，and provie raciv ower foitys ow voltage pwergri. shess has dscusd the mporeof thereacive poer copensaio for thepowe
5、rrids ，ad inoduded thehrwr and oftwre of theconrollr.Ths deic rrecoes A951 SCM , ichas ny merits sch a highoperating peed.This onolic integrated cicui is th lwvlte which mericn AMLCorporio pros,a hgh erformance CMOS monlhicintegrated icuits；On hftwr,Usin asseblylagageto omile,ollw he principleof mod
6、ulr，To imro thegree o rsatlity d easymaintnceof te sysem sign;The nachin operaton coacturae usestheLC demontrato， heemonstratin efct qit good；/D anfrmaton u AC009,i isa stioof qite practical /D itcin device. Ts equpment my ta te eltil etwork reactivepoerte cange an ttoaic coestin， ad thinstallmentha
7、s thevlum o be smal, th rcision s ih,the rie copared to th igher meit.Ky Wors: eative power coensaton SM(Single hp Miyoco) ow votae第一章 1 研究背景 目前，国内的电网，特别是广大的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损较大的状况。导致此现象的重要因素是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数较低。例如国内的电动机消耗的电能占所有发电量的0，而由于设计和使用等方面的因素国内电动机的功率因数往往较低，一般约为。在这种状况下,采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖
8、掘电网潜力是十分必要的,世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要构成部分。从国内电网功率因数和补偿深度来看,国内与世界发达国家有不小差距。因此大力推广无功补偿技术是非常必要的,并且从如下数据，我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。 ，国内年总发电量为32559亿千瓦时,记录线损率为.7,但是这个数字没有涉及相称大的10千伏、35千伏、千伏的输电线损及0.8千伏的低压电网线损。据报道,估计实际的记录线损率约为15,即全国年线损量约为40亿千瓦时。设全国的理论线损与记录线损相一致，其中可变线损约占理论总线损的80%,则年可变线损电量约为3900亿千瓦时。设目前全国电力网总负荷的目前功率因数
9、,采用无功功率补偿后,把电力网总负荷的功率因数提高到，则每年可以减少线损约为390亿千瓦时，按05元每千瓦时计，价值约为185亿元。设全国电网的最大负荷运用小时数为00小时,则电网的最大负荷约为2亿千瓦，当用无功功率补偿法把功率因数,提高到，全国电网需总补偿容量约为0.5亿千瓦。目前无功功率补偿装置设备重要为电力电容器,设无功补偿设备每千瓦的平均综合造价为50元,则全国无功补偿装置的总投资约为29亿元。应当指出,节省2亿千瓦时约相称于一座0万千瓦火电厂的年发电量，而建一座400万千瓦的火电厂需综合费用约为30亿元，同步每年需燃烧煤约为20万吨,每年产生,等有害物质约为60万吨。由此可见,产生相
10、似的电力，无功补偿的费用约为新建电厂费用,并且无功补偿设备的费用仅需两个月的无功功率补偿的将损节电费用即可所有收回。综上所述，无功补偿不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节省燃煤及污染等作用,同步还可以提高电力系统设备的供电能力,改善电压质量,减少顾客电费开支,延缓顾客的增容改造等作用。1. 无功补偿装置的发展状况 近来，世界各地（涉及美国、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起的大面积停电事故引起了各国的高度注重。持续了短短72小时的14美加大停电给美国导致了巨大的经济损失和社会影响,这次事故提示人们,电网运营要有足够的无功备用容量,无功不能靠远距离传播，在电
11、力市场环境下,必须制定统一的法规以鼓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。在国内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用多种措施以维持电网稳定。 初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。至今并联电容器仍是一种重要补偿方式,应用范畴广泛，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,当励磁电流发生变化时，电动机可随之平滑的变化输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运营有好处。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浮现和发
12、展,无功补偿技术也随之发展。在第一种工业用晶闸管浮现之前，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始终没有得到应有的推广使用。晶闸管的浮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,由此引起了众多行业的变革,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锲机。无功补偿技术和电力电子技术的结合重要有如下三方面：1.是作为投切电容器的开关。由于电力半导体开关的响应时间短(PS级)，因此可以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
13、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，使其可以以便地控制电容器电流的导通角，从而实现无功的持续调节，迅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。常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和串联型两种构造。根据电力电子技术在无功补偿中应用的方式不同,现代无功补偿装置大体可分为如下几种类型: 1. TSC （TyiorSwithed Cpaitor)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构成。装置根据无功电流的大小来决定投入电容组数。由此可见TC的无功调节是有级的，它无法持续的输出无功,这使其在使用中存在合理选择电容,合适分级的问题。但它的长处也明显，即构造简朴,控制以便,电容器运用率高，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 C - TCR( Fixed ca
