电网的无功补偿毕业设计Word格式.doc

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关键词：

无功补偿、并连电容器、ATT7022A、Atlnega64

ABSTRACT

Voltageisoneofimportantqualityindexofelectricpowersystem.Powerlossisanimportantsynthesistechnicalandeconomicindexofpowercompanies.Inthepastseveralyears,theproblemofpowerlossisveryserious.However,reactivecompensationisaneffectivemethodtosavepowerloss.Duetoincreasingloadsofelectricpowersystem,demandofreactivepowerwasalsoincreasing.Itbecamenecessarymeansthatreactivepowercompensationdeviceswereinstalledinproperpositionofelectricnetwork.

ThisthesisconsidersthesignificanceofreactivePowercompensationandanalysestheindispensabilityandeconomicbenefitsofreactivePowercompensation.Thedevelopmentstatusofreactivepowercompensationisbrieflyintroduced.Principlesofreactivepowercompensationareexplained.Severalprimaryreactivepowercompensationsolutionsarediscussed.Thisthesisproposedanintelligentlowvoltagereactivecompensationcontrolschemeandimplementeddeviceforshuntcapacitorcompensation.AnATT7022AisadoptedtodetectthepowergridoperationinformationtoreducethecalculationvolumeofCPUandenhancetheprecisionofpowergridparameteridentification.Thisalsosimplifiesdesignworkofthesoftware.ATMEGA64isutilizedasthemainprocessunitandmethodcombiningpowerfactorcontrolandvoltagelimitationisusedasthesystemworkingmode.Specificvoltagephaseisdeterminedtoswitchingshuntcapacitorviapermanentmagneticvacuumsynchronousswitch.Thusthesurgeproducedduringthetraditionalcapacitorswitchingmethodisgreatlydiminished.Itprovidesdiverseprotectmeasurestoensurethestabilityandreliability.Itbearsfriendlyhumanmachineinterfaceandcommunicationinterfaceandisconvenientforuse.

KeyWords:

ReactivePowerCompensation,ShuntCapacitors,ATT7022A,Atmega64

79

目录

1绪论 1

1.1课题背景 1

1.2课题研究的目的和意义 1

1.3无功补偿的历史与现状 3

1.4本文研究的主要内容 5

2无功补偿的基本理论 6

2.1交流电路的无功功率 6

2.2并联电容器补偿无功功率的原理 8

2.4无功补偿容量的确定 13

2.5无功补偿的经济效益 14

3传统静止无功补偿装置 16

3.1具有饱和电抗器的无功补偿器（SR） 16

3.2晶闸管控制电抗器（TCR） 17

3.3晶闸管投切电容器（TSC） 18

3.4静止无功发生器SVG 19

3.5小结 19

4无功补偿控制器硬件电路设计 21

4.1Atmega64（L）微处理器简介 22

4.2电量信号采集和预处理 24

4.3A相电压零点检测单元 32

4.4A相电压信号调理单元 33

4.5电容状态检测单元 34

4.6数据存储单元 35

4.7实时时钟电路 37

4.8液晶显示和键盘电路 38

4.9温度检测部分 40

4.10通讯部分 41

4.11系统电源和电源监控电路 42

4.12继电器输出电路 47

4.13硬件电路抗干扰设计 48

6结论与展望 60

6.1论文总结 60

6.2本文的不足及课题展望 60

参考文献 62

附录 65

附录一英文资料 65

附录二中文翻译 73

山东科技大学学士学位论文无功补偿装控制器硬件电路设计

1绪论

1.1课题背景

近30年来，由于超高压远距离输电系统的发展，电网中无功功率的消耗也日益增大。

低压电网中，随着居民生活水平的提高和家用电器的普及，以及小工业用户的增多，电网的功率因数大都比较低，尤其是电力电子装置的应用日益广泛，而大多数电力电子装置的功率因素很低，造成电网供电质量下降，也给电网带来额外负担。

因此，利用无功补偿技术正成为当前世界各国电力设计及决策人员的共识，无功补偿装置的投资己被列入电力投资的整体规划中，成为一个不可缺少的环节。

现在，美国电力主网设备的功率因素已接近于1，原苏联法律规定功率因素应大于0.92，日本等国还建立了全国性的无功管理委员会，研究无功补偿方面的技术经济政策。

从实际情况看，世界上工业比较发达的国家，其电网功率因数都比较高。

因此，大力提高电网功率因素，降低线损，节约能源，挖掘发电设备的潜力，是当前电力网发展的趋势。

1.2课题研究的目的和意义

有功功率与视在功率的比值称为功率因数，无功功率的存在使功率因数降低，造成如下影响：

（1）当有功功率不变时，功率因数低，使发电机和变压器的容量增大，不能充分发挥原有供电设备的效率。

（2）在线路输送有功功率相同的情况下，功率因数低，使线路中的电流增加，电压损失增加，给感应电动机的启动、运行造成困难，导致供电质量下降。

若增大导线截面积，相应的增加了有色金属的消耗量。

（3）当电网电压及有功功率不变时，功率因数低，使输电线路中的无功电流增大，功率损耗增加，引起发电机端电压的下降。

具体说来提高功率因数有如下作用：

·

提高电力网的传输能力

减少电压损失，提高电压质量

减少线路损失

降低变压器的损耗

增加变压器的输出功率

目前，低压电网中的负荷大部分是感性负载，因此在电网中安装并联电容器可以供给感性电抗消耗的部分无功功率。

并联电容器补偿简单经济，灵活方便。

但当今电力系统中存在着大量如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等无功功率频繁变化的设备，这就要求补偿装置能够根据负荷的变化进行动态补偿。

而并联电容器只能补偿固定无功，容易造成过补或欠补，无法满足电力系统的实际需要，还有可能和系统发生并联谐振，导致谐波放大。

因此，能根据负荷无功功率的变化对分组的补偿电容器组进行自动投切

以实现对无功功率动态补偿的装置，目前在国内外得到广泛应用。

解决电网中有功功率损耗大、压降大的最切实可行的办法就是采用高性能的无功功率补偿装置，就地补偿负载的感性无功功率。

因此，寻求一种能综合现有多种补偿装置的优点，且成本较低的无功功率补偿装置，使其能实时检测供电系统需要补偿的无功功率，对系统进行跟踪补偿，是低压电网改造和建设中迫切需要解决的问题。

本课题就是在此基础上提出的。

1.3无功补偿的历史与现状

1.3.1无功补偿的分类

无功补偿可以分为串联补偿和并联补偿。

串联补偿的目的在于控制线路的阻抗参数，欧美一些国家普遍采用串联补偿来提高输电线的传输能力。

而我国大多采取并联补偿的方式来补偿系统无功，并联补偿的目的在于控制线路的电压参数。

并联补偿按补偿对象不同可分为系统补偿和负荷补偿两大类。

系统补偿通常指对交流输配电系统进行补偿，目的是维持电网枢纽点处的电压稳定，提高系统的稳定性，增大线路的输送能力以及优化无功潮流、降低线损等。

负荷补偿通常是指在靠近负荷处对单个或一组负荷的无功功率进行补偿，目的是提高负荷的功率因数，改善电压质量，减少或消除由冲击性负荷、不对称负荷、非线性负荷等引起的电压波动、电压闪变、三相电压不平衡及电压和电流波形畸变等危害。

负荷补偿可分为静态补偿和动态补偿。

静态补偿是根据三相负荷的平衡化原理，通过在负荷点串、并入无功导纳网络，把三相不对称负荷补偿成对供电系统来说是三相对称的。

该方法优点是结构和控制简单、造价低，缺点是对工业电弧炉、电焊机等动态负荷难以达到理想的补偿效果。

真正意义上的不对称负荷动态补偿是从1977年Grandpierre提出分相控制的静止无功补偿器SVC（StaticVarCompensatory）的方法后开始的。

分相控制的SVC能根据系统的实际情况，通过调整可控硅触发角来改变SVC的各相补偿度，从而达到补偿负荷负序分量和调整负荷功率因数的目的。

因此，该方法一提出就受到了普遍关注。

1.3.2国内外研究现状及趋势

电力系统是一个典型的非线性大系统，随着社会的进步，经济的发展，社会对电力的需求不断增加，使现代电力系统发展迅速，系统日趋复