低压无功补偿控制器开题报告

毕业设计（论文）开题报告课题名称配电网无功优化设计——低压无功补偿控制器的设计系部电气工程系专业班级学号姓名指导教师2016年2月10日一．课题来源随着社会经济发展，电网规模也在不断的扩大，在电力需求大量增加的同时，对电力系统的安全运行水平和电能质量的要求也在不断的提高。电压是电能质量的重要标准之一，而无功是影响电压质量的一个重要因素，可以说，电压问题本质上就是无功问题。因此，解决好无功补偿问题具有十分重要的意义。目前，我国的电网，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。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差距。因此大力推广无功补偿技术是非常必要的。二．无功补偿的发展及国内外现状由于电力系统中无功功率的有害性,人们很早就对各种补偿技术有所认识。在电力系统中,控制无功功率的方法很多,包括采用同步发电机、同步电动机、同步调相机、并联电容器和静止无功补偿装置等。由于其技术的成熟性及经济上的原因,这些装置仍在广泛的使用中,尤其在我国等发展中国家。考虑到无功功率是由于系统中各种电容和电感所产生,人们最初使用了无源形式的补偿方法。该方法是将一定容量的电容器或电抗器以并联或串联连接的方式安装在系统的母线中。后来出现的同步调相机又称同步补偿器,是作为并联补偿设计的一种同步机,它属于有源补偿器。同步调相机同电容器相比,该装置的优点是:在系统电压下降时,靠维持或提高本身的出力,可以给系统提供紧急的电压支持。同步调相机具有调相的优点,但动态响应速度慢,发出单位无功功率的有功损耗大,运行维护复杂,不适应各类非线性负载的快速变化。依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致可分为以下几种类型：1．TSC(ThyristorSwitchedCpacitor)型无功补偿装置，它属于并联型无功补偿装置，是由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电容组数。由此可见TSC的无功调节是有级的，它无法连续的输出无功，这使其在使用中存在合理选择电容，适当分级的问题。但它的优点也明显，即结构简单，控制方便，电容器利用率高，使用中不存在谐波污染等。2．FC-TCR(Fixedcapacitor-ThyristorControlledReactor)型无功补偿装置，它属于并联型无功补偿装置。FC-TCR方式是用双相可控硅的相位控制，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中的可控硅的引燃角。可以从090到0180范围内变化。补偿器的电流LCiii，此电流可随角的变化而变化为感性或容性，这样就改变了FC-TCR的无功功率，并可连续均匀的调节。由于TCR中除可控硅全导通或关断之外器电流都是非正弦的，所以它是一个电流谐波源，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体积较大，成本高。3．静止调相机ASVC(AdvantageStaticVarCompensator),属于串联型补偿器。它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。它可以连续调节无功，并且能够抑制谐波，补偿特性较好。但该系统存在结构复杂，控制难度大，制造和维护都不便，成本高等问题，不便在全国推广使用。1967年,第一批静止无功补偿装置(StaticCompensator)在英国制成以后,受到世界各国的广泛重视,西德、美国、瑞士、瑞典、比利时、苏联等国竟先研制,大力推广,使得静止补偿装置比调相机具有更大的竞争力,广泛用于电力、冶金、化工、铁道、科研等部门,成为补偿无功、电压调整、提高功率因数、限制系统过电压,改善运行条件经济而有效的设备。国际上几个大的电气公司如瑞士的勃朗.鲍威利公司(BBC),瑞典通用电气公司(A鸵A),美国的通用电气公司(GE)及西屋公司,日本的富士公司等均发展了不同类型的静补技术。目前国际上几个主要的产品形式有FCTCR(固定容性+可变感性),电感的调节也有用可控高阻抗变压器、自饱和电抗器、直流偏磁电抗器的。另一种TSCTCR是八十年代初发展起采的一种新技术oASEA首先将其应用于电力系统的无功补偿。国外系统的无功补偿主要用静补装置和电容器,并积累了广泛的运行经验,取得了良好的效果。在国内,补偿无功用的最多的办法是并联电容器。从国外引进的静态补偿为枢纽变电站或大型企业所用的大容量静态补偿,对于中小型中低压电网或中小型企业所需的无功,多采用并联电容器组的办法。但是采用并联电容器组，功率因数低,损耗大,系统不稳定,效益低等问题日益突出,所以把连续可调的无功补偿装置应用到在中小型中低压电网或中小型企业是十分必要的。三．综合分析本课题以低压电网无功补偿改造为背景，研究了一种低压无功补偿控制器。系统以定时的电网监测数据为依据，以城镇低压电网的无功补偿为对象，研究了无功补偿对电网性能的改善，以及软硬件的配置。在一系列的理论分析之后，本次设计将采用根据功率因数来确定补偿容量的方法，再根据当前无功补偿技术的发展状况，我采用TSC并联电容器型的无功补偿装置。它具有连线和控制方式简单，电容使用效率高及不产生谐波污染等优点。设计的低压无功补偿控制器应满足以下技术要求：1、控制方式：可控硅与接触器联合控制，即在投切时采用可控硅，正常运行时采用接触器的方式。2、工作方式：动态跟踪，逻辑判断，自动及时补偿容量。3、控制物理量：以无功功率电容器的投切。4、补偿方式：采用三相共补5、自动延时功能：电容器投切延时至少10秒，同组电容器的投切间隔时间大于5分钟。6、保护功能：过电压快速切断功能：当电网电压大于高压保护值时，自动切除全部电容器。短路保护：由快速熔断器和空气开关双重保护。7、现场参数显示：可现场显示电网运行参数，比如电压、电流、功率因数。四．方案论证该低压无功补偿控制器包括三大部分，即信号采集及处理部分，控制部分，显示部分。其整体设计框图如下图所示：电压互感器电流互感器A/D转换AT89C51单片机控制部分LCD显示信号处理电容器组信号采集处理部分：模拟信号调理电路，A/D转换器。模拟信号调理电路又包括互感器信号转换电路，电流—电压转换电路，电压、电流采样及信号处理电路。将通过互感器信号转换电路采样得到交变的电流信号，在通过电流采样调理电路把电流信号转变为半波电压信号，再将得到的电压信号经过A/D转换电路处理后，输入到单片机中。控制部分：AT89C51单片机，输出控制电路。控制电路采用光电隔离电路、驱动电路，控制继电器，再控制电容器组投切的形式。AT89C51单片机接收到处理后的信号后，根据对应的软件程序代码指令执行相应的操作，同时通过输出控制电路输出操作结果。显示部分：与8051接口电路，液晶显示模块。本次设计采用1602型LCD显示，现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0~D7和RS，R/W，EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。M-162液晶显示模块可以和单片机AT89C51直接接口。五．进程计划12.28-1.10查阅资料，确定设计方案1.10-1.20完成开题报告1.20-2.10设计输入电路，检测电路，显示电路，串行通信接口电路及电源电路等硬件电路2.10-3.25根据硬件电路购买元器件并组装硬件电路3.25-4.20根据设计方案编写软件程序、完成中期小结4.20-5.10将软件程序下载到单片机中进行调试5.10-5.20撰写写毕业设计报告，准备答辩六．主要参考文献1.王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿[M]．北京：机械工业出版社。2.曾亚波．单片机无功补偿控制器的设计[J]。3.黄俊，王兆安编．电力电子变流技术[M]．北京：机械工业出版社。4.李新民.《8098单片微型计算机应用技术》.北京航天航空大学出版社5.丁毓山.《电网无功补偿实用技术》.中国水利水电出版社