基于单片机的低压动态无功补偿装置的设计开题报告.docx

1、基于单片机的低压动态无功补偿装置的设计开题报告 毕业设计(论文)开题报告题 目： 基于单片机的低压动态无功补偿装置的设计 院： 电气信息学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 彭学良 学 号： 200601010637 指导教师： 彭 磊 2010年 3月 14日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，

2、完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述一、 前言现阶段，国家在大力倡导建立节约型社会，从国家到地方已明确的下达了各种节能指标

3、。在所有电力节能产品中，首先要谈到的就是无功补偿装置，这也是唯一在供电政策以及电力法中提到的节能措施。全国供用电规则规定：在电网高峰负荷时，用户的功率因数应达到的标准：高压用电的工业用户和高压用电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为0.90以上；，其他100KVA及以上电力用户和大中型电力排灌站功率因数为0.85以上；农业用户功率因数为0.80以上。凡功率因数达不到上述规定的用户，供电部门会在其用户使用电费的基础上按一定比例对其进行罚款-利率电费。要提高企业用电功率因数，必须进行无功补偿，并做到随其负荷和电压的变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。全国供用电规则规定：无功电力应就地平衡

4、。为了达到平衡，必须进行无功补偿。因此，无功补偿这个课题意义非常。二、无功补偿的作用无功补偿的作用就是能够提高电网的经济性。国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高带来了电力负荷的高速增长。与此同时，随着电力市场的开放，电力用户对电能质量的要求也在提高；电力生产与供应企业也比以往任何时候都重视电力系统运行的经济性。电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。无功功率从何

5、而来？显然，发电机提供的无功功率相对负荷和网络对无功功率的需求来说只是“杯水车薪”，仅仅依靠发电机提供无功功率也是极不经济的。无功功率最主要的来源是利用各种无功功率补偿（以下简称无功补偿）设备在电力系统的各个环节进行无功补偿。因此，无功补偿是电力系统的重要组成部分，它是保证电能质量和实现电力系统经济运行的基本手段。低压电力用户量大面广，其负荷的功率因数又大都比较低，因此在低压电网中进行无功功率的就地补偿是整个电力系统无功补偿的重要环节。三、 无功补偿的原理和原则电网输出的功率包括两部分：一是有功功率；二是无功功率。直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率

6、称为有功功率；而无功功率只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件。并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能。电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90。在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的原理。 无功补偿的原则是提高用电单位的自然功率因数,无功补偿分为集中补偿,分散补偿和随机随器补偿,

7、应该遵循：全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿主；高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主的原则。四、 影响无功功率的主要因素无功功率指的是交流电路中的电压与电流存在一相角差，电流流过容性电抗与感性电抗所形成的功率分量(分别为和) 。影响无功功率的主要因素有：1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备。异步电动机的定子和转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主工因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空善电力系统

8、和企业的功率因数。变压器不应空载运行或长其处于低载运行状态。2、供电电压超出规定范围也会对无功功率造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。3、电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响以上论述影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些有行之有效的、能够使低压电力网功率因数

9、提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。五、低压无功补偿元件装置的组合低压无功补偿设备的组合元件有：无功功率自动补偿控制器； 根据电网无功功率是否达到无功设定值来控制电力电容器的投入和切除,并且有过、欠电压保护功能； 无触点可控硅模块或智能复合开关； 电容器（内带放电电阻）； 熔断器； 电流互感器； 避雷器； 开关； 电抗器（对无触点开关起到过电流保护作用;对防止电容器过电流也起到抑制作用）。 另外,还装配监视用的电压表,电流表,功率因数表和信号指示灯等。六、 低压配电电网无功补偿的方式1.随机补偿：随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电

10、机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。随机补偿的优点：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。2.随器补偿：随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单位的增加。随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有

11、效地补偿配变空载的无功，限制农网无功基荷，使部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。3.跟踪补偿：跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于10KVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。应优先选用跟踪补偿方式。以上每种方式各有优点，但是综合考虑起来，低压电网的无功补偿主要采用并联电容器进行，它包括固定电容器（FC）补偿和自动投切电容器的动态补偿以及两者

12、混合补偿等方式。 电力负荷是随时变化的，所需要的无功功率也是随时变化的，为了维持无功平衡，要求无功补偿设备实行动态补偿，即要根据无功负荷的变化及时投切电容器。以往的低压动态无功补偿设备以机械开关（接触器）作为电容器的投切开关，机械开关不仅动作速度慢，而且会产生诸如涌流冲击、过电压、电弧重燃等现象，开关本身和电容器都容易损坏。随着电力电子技术和微机控制技术的迅速发展和广泛应用，出现了智能型的动态无功补偿装置。这种以电力电子器件作为无功器件（电容器、电抗器）的控制或开关器件的动态无功补偿装置被称为静止无功补偿装置（SVC：Static Var Compensator）。动态无功补偿技术是无功补偿领

13、域的发展方向，它正成为传统无功补偿装置的更新换代产品。在21世纪的信息时代，单片机凭借它优越的性价比在控制系统中扮演重要的角色，在嵌入式系统中它应用得更加如鱼得水。用单片机来控制无功补偿装置，它不但能够实现无功补偿的自动化即实现动态无功补偿，而且能够提高电网的供电质量和经济性，再者它的性价比实在是高，正因为如此，本课题选择这一技术领域进行研究，亦是大势所趋。参考文献 1邹积岩.智能电器 北京： 机械工业出版社， 2005 2胡虔生. 胡敏强电机学 北京： 中国电力出版社，20053王迎旭. 单片机原理与应用 北京： 机械工业出版社，20044刘 涤. 电气工程基础 武汉： 武汉理工大学出版，2

14、0085陈 荣. 动态功率因数补偿J 江苏： 江苏电机工程，2003 6同济大学电气工程系工厂供电 北京，建筑工业出版社，1996年7P.M.安德逊.电力系统的控制与稳定（中译本） 北京： 水力电力出版社19798王兆安. 谐波抑制和无功功率补偿M北京：.机械工业出版社，1998.9周向红. 51单片机应用与实践教程 北京：北京航空航天出版社200810何利民. 单片机应用系统设计M 北京：北京航空航天大学出版社，2000. 11李朝青. 单片机原理及应用技术M 北京：北京航空航天大学出版社,2002. 12张正喜. 一种新型功率因数补偿装置J电力自动化设备，2002，22(11)：58-59

15、.13侯伯亨，顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计M.西安：西安电在科技大学出版社，199914 Analog Device Inc.RMS-TO-DC Converters.Application Note AN-268，2000.毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施开 题 报 告一、 课题目的和意义1、研究目的经济的飞速发展对能源供应提出了越来越高的要求，同时为适应可持续发展的战略目标，能源必须得到有效和充分的利用，电力系统中的无功充冲击和谐波作为一种“电网污染”严重影响了

16、电力系统中各种设备的正常运行，在造成能源浪费的同时，不但影响了电网的经济性，而且对电网的安全构成隐患，无功补偿是提高系统运行电压减小网损、提高系统稳定水平的有效手段。本课题针对这个问题进行了相应的设计，其目的在于提高供电质量和电网的经济性。2、研究意义对电网系统进行无功补偿可以受到下列的效益：（1）、提高用户的功率因素，从而提高电工设备的利用率； （2）、减少电力电网的有功损耗； （3）、合理的控制电力系统的无功功率的流动，从而提高电力系统的电压水平和抗干扰能力，改善电能质量；（4）、在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线和输送能力和稳定性； （5）、

17、装设静止无功补偿器还能改善电网的电压波形减少谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。二课题发展现状和前景展望目前，电网的无功补偿装置除了发电机和输电线以外的主要有：1、并联电容器组，它是一种静态的无功补偿装置，用它进行的补偿称为并联电容补偿； 2、同步调相机； 3、静止无功补偿器，后两者属于动态的无功补偿装置。动态无功补偿装置不但能够补偿无功功率而且能够降低线损、稳定电压、提高电能质量，这些功效也就使得动态无功补偿这个行业前景极其广阔，在国家大力倡导节能的今天，无功补偿装置必将朝向更专业的方向发展，而动态无功补偿装置是无功补偿领

18、域的发展方向，其设计和生产也将成为一个新兴的朝阳行业，愈发强盛，精彩。并将带来更大的社会效益。三、主要内容和要求1.课题内容（1）、功率因数补偿系统的设计概述 包括功率因数的计算、低压无功功率设备安装的原则与方法、投切方式分类和 无功功率补偿器设计的总体框图（2）、功率补偿系统单元电路的设计AT89C52单片机、相位差检测单元电路的设计、投切电容电路的设计、三相功率因数的显示电路设计、RS-232C串行通信标准、RS-232C串行通信接口、电源电路设计（3）、系统软件部分设计主程序和子程序的流程图（4）、系统抗干包括干扰的形成、干扰的分类、干扰的耦合方式、硬件抗干扰措施、软件抗干扰措施（5）、

19、参考文献及附录2.课题要求本课题要求设计一个基于单片机的低压动态无功补偿装置的系统，能够对低压电网进行自动无功补偿。包含了软件和硬件，具有一定的抗干扰能力。四、研究方法、步骤和措施 、研究方法本次设计研究，是参考静止式动态无功补偿装置SVC和网络资料进行设计的，该系统由功率补偿系统单元电路的设计、系统软件部分设计、系统抗干扰方法组成。因此我的研究方法是逐一设计每一模块。、研究步骤和措施1功率补偿系统单元电路的设计 （1）、相位差检测单元电路的设计主要包括以下几部分： . 采集要进行补偿线路的信号（及该线路的电压和电流）并进行相应的处理。由于直接采集到的线路电压和电流都比较大，不能直接进行分析和

20、控制。可以将采集到的线路电压U和电流I分别经过电压/电流互感器处理后再进行分析。为了便于比较，I经过电流互感器处理后再经过I/U变换后变成Ui信号。 . 将得到的U和Ui信号分别传送到电压比较器，得到两组方波信号1、2。电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元。 . 将得到的两组方波信号输入鉴相电路。输出信号0的宽度反映了两信号之间的相位差。电压比较器将输入的交流信号变成方波信号1、2，经过由D触发器构成的鉴相电路后，输出信号0的宽度反映了两信号之间的相位差。. 将得到的信号送入计数器8253处理，并将8253与单片机AT89C52进行连线。AT89C52单

21、片机检测到计数结束信号后，通过总线从8253读出计数值，供单片机处理（2）、相电压、相电流输入电路线路上的电压和电流都比较大，不能直接用来进行分析，可以用一定的方法将其降压后再进行处理。本设计中使用电压/电流互感器来进行降压。电压互感器按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。电磁感应式多用于 220kV及以下各种电压等级。电容分压式一般用于110kV以上的电力系统,330765kV超高压电力系统应用较多。电压/电流互感器和变压器的工作原理基本相同,都是运用电磁感应原理来工作的。基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生

22、短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。变压器的作用是将一种等级的电压变换成另一种等级的同频率的电压,它只能实现电压的变换,不能实现功率的变换。互感器分为电压互感器和电流互感器。电压互感器的作用是供给测量仪表,继电器等电压,从而正确的反映一次电气系统的各种运行情况。使测量仪表,继电器等二次电气系统与一次电气系统隔离,以保证人员和二次设备的安全,将一次电气系统的高电压变换成同样标准的低电压值(100伏,100/1.732伏,100/3伏)。电流互感器的作用与电压互感器的作用基本相同,不同的就是

23、电流互感器是将一次电气系统的大电流变换成标准的5A或1A供给继续电器,测量仪表的电流线圈。本设计为低压无功功率补偿，所以可以用电磁感应式电压互感器。2系统软件部分设计（1）主程序设计流程图在主程序中首先将芯片进行初始化操作，然后设置A相控制参数。在设置好参数后分别调出显示和投切子程序。A相投切完毕后，再对B、C相分别进行相同的操作，以完成对三相的无功功率补偿。（2）子程序设计流程图先确定某相为控制对象，然后从线路上采集所需要的数据，单片机通过对数据进行的分析后确定其功率因数。接下来判断该相的功率因数是否大于0.9如果大于0.9不进行补偿，如果小于0.9再进行补偿。3.系统抗干扰方法：包括干扰的形成、干扰的分类、干扰的耦合方式、硬件抗干扰措施、软件抗干扰措施。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日