无功补偿控制器毕业设计论文.doc

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毕业设计—论文无功补偿控制器

摘要

本研究以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。

作为无功补偿控制器和电网监测器的统一体，该装置以实时的电网监测数据为依据，以低压网（220V）为补偿对象。

本文主要研究了对电网性能的改善，电网最佳补偿点的位置和容量配置，及控制器的软，硬件设计。

系统硬件采用16位单片机系统，具有运算速度高，实时性好的特点；软件使用高级编程语言汇编语言，遵循模块化设计原则，极大的提高了系统的通用性和维护的简易程度，该系统在实时监测数据的基础上，对低压网进行无功补偿。

该装置人机操作界面简单。

关键词：

无功补偿，电力电容，单片机。

Abstract

Thisthesisistodesignacontrollerwhichisunderbackgroundofthereconstructionofthereactivepowercompensation.Asthecombinationofreactivepowercotrollerandeletricpowersystemmeasurement,thisdrivce’sworkingtheoryisbasedonthereal-timedataoftheeletricpowersystemandit’sintentionistocompletethemostfelicitiouscompensationforthereactivepowerwhichisexitsinthe220Velectricpowerwrie.themainpartofthethesisincludestheamelioratingofthenetwhichcomesfromthereactivepowercompensate,themostfelicitouscompensatingpositionandthehardwareandthesoftwaredesign.

Thisdevice’shardwarecoreisthe16-bitMCUwhichhasmanymeritssuchashighoperatingspeed.thesoftwaredesignadoptslanguageofsemblelanguagewhichisaspecialadvancedprogramminglanguageandintheprocessofprogram,weusethemethodofmodularizationwhichcanimprovetheuniversaltraitoftheprogramandsimplifythedevice’smaintenance.Thedevicehassimpleinterfaceofman-machineoperating.

第一章绪论

1．1研究背景

目前，我国的电网，特别是广大的农村电网，普遍存在功率因数较低，电网线损较大的情况。

导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数较低。

比如我国的电动机消耗的电能就占全部发电量的70%，而由于设计和使用等方面的原因我国电动机的功率因数往往较低，一般约为cosΦ=0.7.

在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖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组成部分。

从我国电网功率因数和补偿深度来看，我国与世界发达国家有不小的差距。

因此大力推广无功补偿技术是十分必要的，并且从以下数据来看，我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。

1995年，我国的年总发电量为10000亿千瓦*时，统计线损率为8.77%，但是这个数字没有包含相当大的110KV，35KV，10KV的售电量线损及0.38KV的低压电网线损。

根据报道，估计实际的统计线损率为15%，即1995年全国年线损量约为1500亿千瓦*时。

设全国的理论线损与统计线损相一致，其中可变线损占理论线损的80%，则年可变线损电量为1200亿千瓦*时。

设当前全国的电力网总负荷的加权功率因数为cosΦ1=0.85，采用无功功率补偿后，把电力网的总负荷加权功率因数提高到cosΦ2=0.95，则没年可以降低线损为240亿千瓦*时，按0.5元每千瓦*时计算，价值约为120亿元。

设1995年全国电网的最大负荷利用小时数为5000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由cosΦ1=0.85提高到cosΦ2=0.95，全国电网需要总补偿容量为0.58亿千瓦。

当前无功功率补偿控制装置设备主要是电力电容器，设无功补偿设备每千瓦的平均综合造价为50元，则全国无功补偿控制装置的总投资约为29亿元。

应当指出的是，节省240亿千瓦*时约相当于一座400万千瓦火电场的年发电量，而建造一座400万千瓦的火电场需要综合费用为300亿元，同时每年需燃烧煤约为1200万吨，每年产生的二氧化碳，二氧化硫等有害物质约为600万吨。

由此可见，产生相同的电力，无功补偿的费用约为新建电厂费用的10%，而且无功补偿设备的费用仅需要俩个月的无功功率补偿控制的将损节电费用即可全部收回。

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，同时还可以提高电力系统设备的节能能力，改善电压质量，减少用户电费开支，延缓用户的增容改造等作用。

1．2无功补偿装置的发展概况和分类

早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主要补偿方式，应用范围广泛，只是控制器在不断更新发展。

同步补偿器的实质是同步电机。

当励磁电流发生改变时电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行有好处。

但同步补偿器的成本较高，安装复杂，维护困难，使其推广受到限制。

随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿控制技术也随着发展，在第一个工业用晶闸管出现之前，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一直没有得到应有的推广使用。

晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生，并以次为起点，随着半导体制造技术和交流技术的发展，新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变革，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契机。

无功补偿技术和电力电子技术的结合主要有以下三个方面：

一是作为投切电容器的开关。

因为电力半导体开关的响应时间短，所以能够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。

二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，使其能够方便地控制电容器电流的导通角，从而实现无功的连续调节，快速跟踪负载无功的变化。

静止型无功补偿器就是其中的代表。

三是引入了电力电子交流技术，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。

经常用的是静止调节相机和有源滤波器。

由于无功补偿器在主电路回路中连接方式不同，无功补偿器可分为并联型和串联型俩种结构。

依据电力电子技术在无功补偿中应用的方式的不同，现代无功补偿装置大致可分为以下几种类型：

一TSC型无功补偿控制装置，他属于并联型无功补偿装置，是有多台电力电容器并联以及由可控硅构成的执行机构组成。

装置根据无功电流的大小来决定投入的电容器组数。

由此可见TSC无功调节是有级的，他无法连续的输出无功功率，这使其在使用中存在找合理选择电容，适当分级的问题。

但他的优点也明显，结构简单，控制方便，电容器利用率高，使用中不存在谐波污染的问题

二FC-TCR型无功补偿装置。

他属于并联型无功补偿装置，他的控制方式是用双硅可控硅的相位来控制，调整电抗器的电流，从而调整无功功率的方式。

当以电压零相位为基准时，调节TCR可控硅的引燃角α，α可以从90变化到180，补偿器的电流i=ic+iL，此电流可随着α的变化而变化为容性或感性，这样就改变了FC-TCR的无功功率，并可连续均匀地调节。

由于TCR中除可控硅全导通或全关断外器电流都是非正弦的，所以他是个电流谐波源，对电网有一定的危害。

该装置在电容和电感之间形成无功损耗，电容利用率低并且电抗器的体积较大，成本高。

三静止调相机ASVC，属于串联型补偿器。

他由于输出电压可超前或滞后系统电压，因此可以和系统进行有功，无功之间的交换。

他可以连续调节无功，并且能够抑制谐波，补偿特性好。

但该系统存在结构复杂，控制难度大，制造和维护都不方便，成本高等问题，不便在全国推广使用

1．3本文研究的主要内容和各章的安排

本文研究的主要有俩个方面：

一是无功补偿的基本原理和电网中最佳补偿方式的探讨。

首先对无功补偿中的一般问题进行分析，比如无功补偿对电压损失率的影响，无功补偿容量的确定的一般方法和电容器的维护和使用等。

二集合以往的无功控制补偿器的优点，从而开发了开发了一种智能无功补偿控制装置。

问中对这种补偿器的控制器的硬件设计和软件设计做了详尽的分析。

本文的章节安排

第一章绪论

对本文的研究背景和无功补偿技术的发展进行概述，并提出了本文的主要研究内容和各章的安排。

第二章无功补偿原理

对无功补偿原理进行分析的同时，也对无功补偿器带来的降损节能和经济效益等问题展开讨论。

第三章无功补偿控制器的硬件设计

对此无功补偿控制装置的硬件系统进行较详尽的解析

第四章控制器的软件设计

对控制器的几个主要功能模块进行分析，并作出程序流程图。

第二章无功功率补偿原理

电力网中的变压器和电动机是根据电磁感应原理工作的，磁场具有的磁场能是由电源供给的。

电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率称为感性无功功率。

接在电流电网中的电容器，在一个周期中上半周的充电功率和下半周的放电功率相等，这种充电功率叫做容性无功功率。

所以无功功率被使用于建立磁场和静电场，他存储于电感和电容只能感，通过电力网往返于电源饿电感，电容之间。

无功功率在电力网元件中流动，将会在电力网元件中引起电压损耗和功率损耗。

降低电网的电压质量，增加电网的线损率。

2．1无功功率补偿原理

将电容器和电感并联在同一个电路中，电感吸收能量时，正好电容器释放能量，而电感放出能量时，电容器却在吸收能量，能量在它们之间相互转换，即感性负荷所吸收的无功功率，可由电容器所输出的无功功率中得到补偿。

因此，把由电容器组成的装置称为无功补偿装置。

此外，调相机，同步电动机等也可以作为无功补偿装置。

无功补偿的作用和原理可由图2.1来解释

设电感性负荷许要从电源吸收的无功功率为 Q，装设无功补偿装置后，补偿的无功功率为Qe，使电源输出的无功功率减少为Q`=Q-Qe，功率因数由cosΦ提高到cosΦ`，视在功率 S减少到S`。

图2.1无功补偿原理示意图

视在功率的减少可相应减少供电线路的截面和变压器的容量，降低公用电设备的投资。

例如一台1000千伏安的变压器，当符合的功率因数为0.7时，可供700千瓦的有功负荷，当负荷的功率因数为0.9时，可供900千瓦的有功功率符合。

同一台变压器，因为负荷的功率因数的提供可供200千瓦负荷，是相当可观的。

可见，因采用无功补偿措施后，电源输送的无功功率减少了