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1、 低压配电网功率因数补偿系统设计摘 要在电力系统中，由于大量输变电设备的存在，其在使用过程中产生磁场，形成感性负载。感性负载的存在导致电网功率因数的下降。为了改善和提高电力系统的电压质量，充分发挥输变电设备的效能，就必须就地平衡无功。本装置设计的目的正是利用控制投切电容组数来达到电感平衡。低压配电网功率因数补偿系统由控制核心电路和补偿执行机构组成。主控电路主要完成采样和数据处理并输出控制信号，执行机构采用继电器控制电容组的投切。其中CPU采用80C196KB作为主控芯片，控制电网无功功率、电压、电流等参数的实时监测；A/D转换采用12位的高性能A/D转换器MAX197；通过MOC3083来控制
2、晶闸管的过零触发导通，从而投切电容器，达到了甚至消除了合闸涌流的目的。显示部分为DMLS字符液晶显示模块。软件部分采用汇编语言及C语言进行编程，主要包括主程序的设计、A/D转换、数据处理、电容器的投切控制等几大部分。本装置具有响应快，性能稳定，操作方便等特点，具有广阔的应用前景。关键词：无功补偿；功率因数；晶闸管投切电容器；触发脉冲AbstractIn electric power system, due to the existence of magnetic fields and inductive load, which are generated by a large number o
3、f working electric transmission and transformation equipments, the power factor of electric power system is substantially decreased. For improving the voltage quality and making full use of the electric transmission and transformation equipments, an effective compensation system is necessary to be i
4、ntegrated. Function of the system is to realize the induction balance by adjusting the number of switched power capacitors. The low-voltage distribution network power factor compensation system composes of control circuit and compensation actuator. The control circuit is responsible for sampling, da
5、ta processing and outputting control signal. The compensation actuator adopts relay to switch the power capacitors.The CPU adopts 80C196KB for the conduct slice and to control the on-time monitor of the reactive power of the networks、voltage、current etc；A/D conversion adopts 12 of high performances
6、A/D conversion device-MAX197. MOC3083 charge to the over-zero trigger passing of the thrusters, that the casting instant capacitor can weaken or even eliminate the current flow of capacitor. The manifestation part adopts the PL/M-96 procedure design language for programming, it has several big parts
7、 including the design of main programmed、A/D conversion and data proceeding、the casting controlling of the capacitor etc.The device has many advantages-rapid response、convenient operation、function stability and non-impulse, the device will have more spacious application prospect.Key words：Reactive P
8、ower Compensation; Power factor; Thyristor Switched Capacitor; Trigger Impulse目 录第1章 绪 论11.1并联补偿技术的历史与现状11.2功率因数补偿器的设计4第2章 无功补偿装置的硬件电路设计52.1 主电路的设计52.1.1工作原理52.1.2电容投切62.1.3 晶闸管介绍62.2 控制器的硬件设计82.2.1 控制器硬件结构及原理82.2.2 控制器外部功能说明9第3章 算 法123.1 概 述123.2 计算说明123.3 采样点数的选择133.4 电参数的计算13第4章 无功补偿装置的芯片选择与分析154
9、.1 CPU芯片的选择与应用154.2 EPROM 27256204.3A/D转换芯片的选择214.4液晶显示模块（LCD）254.5时钟芯片30第5章 系统软件设计355.1 系统软件的设计355.1.1 程序设计语言的选择355.1.2 主程序的设计355.1.3 主程序的说明365.2 电容器投切判断及投切控制子程序设计37第6章 结 论39参考文献40致 谢41附 录42附 录54附 录57第1章 绪 论第1章 TC0由于我国一次能源地理分布不均，煤和水力资源主要在西部，为满足东部发达地区的电力需求，大量的电能将通过长距离输电线送到东部的负荷中心（如北京、上海和广东地区）。据预计，20
10、20年我国西电东送电力将达到1.21.5亿kW，要输送如此大的功率，需要建设多条远距离电力输电网，但我国西部地形复杂，到处是崇山峻岭，建设输电线造价高昂。另外现在申请输电走廊受到环境保护的限制，因此建设过多的远距离输电线是不可行也是不现实的。为此有效的解决办法是建立适当的输电线，利用各种技术尽可能提高输电线的输送容量。随着电力系统的发展，各种新型冲击性负荷（如工业电弧炉、电力机车、轧钢机等）使低压配电网上电压波动频繁，大型半导体整流设备等在电网中造成谐波，使电压质量变差，影响了原先设备的工作。同时新的敏感设备大量出现（如半导体制造厂等），对电能质量提出了更高的要求，因此迫切需要改善电能质量的控
11、制设备。为了改善和提高电力系统电压质量，充分发挥输变电设备的效能，减少电力损失，就地平衡无功，确保电网安全经济运行，在电力系统中普遍采用并联电容器来进行无功补偿。电网不同时刻所需要的无功是不同的，这就需要根据电网的无功需求量来控制投入电网的电容组数，以达到电网的实时平衡。对于投切电容，则采用晶闸管来控制。采用这种方法，具有成本低、结构简单、控制方便可靠性高等特点。随着微电子技术的发展，用单片机构成的智能型功率因数补偿装置，完全实现了在线测试、智能运算、跟踪调节、在线显示数据等功能，克服了传统装置所存在的缺点。本文根据无功补偿原理，设计一种对低压配电网的智能控制系统，利用80C196KB高性能1
12、6位单片机系统，该单片机具有片内可编程、可擦除的存贮器（flashmemory），最大可擦写1000次。它不仅具有MCS-51系列单片机所具有的特性，而且还有完善的兼容性和价格低廉的特点，此外它还可加密，用其对电网中的无功功率进行快速检测，判断并通过控制晶闸管开关执行投切多级电容组数，来实现低压配电网的无功功率的补偿。1.1并联补偿技术的历史与现状在厂矿用电企业中，用电的设备主要是电动机、电磁线圈、变压器等，这些负载电感量很大，因而造成供电线路功率因数不高，电能线路损耗大，经济效益低，浪费电能的缺点。因此，电力部门采用在用户供电变压器的出口母线上并联电容器的补偿措施，以抵消电感来提高功率因数。
13、传统的功率因数补偿装置可靠性差，不具备智能运算、有级切换，开关动作频繁，触点易被电弧烧蚀，精度不高，不能连续平滑调节，因而效果不理想。多年来，电力工作者已达成共识：提高电网的安全运行水平和电能质量，除电网结构本身要合理外，还必须要有先进的调节控制手段。电网的安全运行、经济运行在很大程度上取决于其“可控度”。为此，人们不断地研制一些新设备来解决上述问题。并联补偿提供的有功或无功补偿能在增强电力系统安全稳定性方面发挥不可替代的重要做用，因此从电力系统的诞生开始，并联补偿技术就开始在电力系统中应用。同步发电机接于电网作为同步补偿机，可以看作是最早的并联补偿装置。同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由
14、固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。随着电力系统的发展，各种补偿并联装置不断出现，如早期采用机械投切的电容器和电抗器对系统进行无功功率补偿。在输电线出现故障时，投入电阻吸收有功功率，改善系统的电压水平；尽量维持发电机输出的电磁功率与原动机功率的平衡，提高电力系统的暂态稳定性。由于机械投切电容或电抗器会造成较大的冲击，人们开始在负荷中心安装同步调相机，调相机可以平滑无功功率，而且既可以吸收也可以发出无功功率，因此具有较强的补
15、偿控制功能，对调节负荷中心的无功补偿平衡和维持负荷中心的电压水平有重要的作用。但是，由于电力系统发电、输电、配电和用电必须同时完成，系统始终要处于动态的平衡状态，电力系统瞬时的不平衡可能导致安全稳定问题，因此要求并联补偿装置具有快速的响应，如达到周波级的响应速度，才能用于处理系统的问题。由于机械投切装置惯性大，动作时间在秒级，满足不了电力系统对快速性的要求。此外，许多控制问题要求补偿装置能频繁动作，而机械开关如动作过频则易损坏、可靠性差。因此，传统的系统动态稳定问题通常是针对一些预想的系统紧急状态，通过保守的设计，留出较大的稳定储备来加快解决。这就使输电系统的能力没有被充分利用，经济性差。 而
16、随着大功率的电力电子技术的发展，采用高压大容量的电子开关替代机械开关已成为趋势。因此在20世纪70年代，出现了一系列的晶闸管投切的或控制的并联补偿装置，如TSC、TSR、TCR及综合补偿装置SVC，这些并联装置不仅可以快速投切（响应时间在几十毫秒），而且TCR还可以快速平滑调节无功功率，使电力系统的并联补偿进入了一个新的阶段。而传统的机械投切的并联补偿装置逐渐被晶闸管投切的装置所替代。传统的同步调相机，由于是旋转设备，运行维护都很复杂，响应速度也较慢，且随着负荷中心地区对环境要求的提高，旋转设备带来的噪声等问题也使居民越来越不满意，因此同步调相机也足见被SVC等并联补偿装置所替代。晶闸管投切的或控制的并联
