【正文】 抗器的電流，從而調(diào)整無功功率的方式。當(dāng)以電壓零相位為基準(zhǔn)時，調(diào)節(jié)TCR中的可控硅的延遲角?？梢詮牡椒秶鷥?nèi)變化。補償器的電流，此電流可隨角的變化而變化為感性或容性，這樣就改變了FCTCR的無功功率，并可連續(xù)均勻的調(diào)節(jié)。由于TCR中除可控硅全導(dǎo)通或關(guān)斷之外器電流都是非正弦的，所以它是一個電流諧波源，對電網(wǎng)有一定的危害。該裝置在電容和電感之間形成無功損耗，電容利用率低并且電抗器體積較大，成本高。圖12 FCTCR型無功補償器的主回路3．靜止調(diào)相機ASVC (Advantage Static Var Compensator),屬于串聯(lián)型補償器。它由于輸出電壓可超前或滯后系統(tǒng)電壓，因此可以和系統(tǒng)進行有功、無功之間的交換。它可以連續(xù)調(diào)節(jié)無功，并且能夠抑制諧波，補償特性較好。但該系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大，制造和維護都不便，成本高等問題，不便在全國推廣使用。1．3 本課題主要研究的內(nèi)容本文研究的主要有兩方面：一是無功補償?shù)幕纠碚摵碗娋W(wǎng)中最佳補償方式的探討。首先是對無功補償中一般問題進行分析，其次是對無功補償計算方案的分析。二是在傳統(tǒng)的無功補償裝置的基礎(chǔ)上，對其控制器和動作執(zhí)行機構(gòu)進行改進，從而開發(fā)出一種智能無功補償器。文中對這種補償器的控制器的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計作了較詳盡的分析。 第二章 無功補償?shù)脑黼娏W(wǎng)中的變壓器和電動機是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工做的。磁場所具有的磁場能是由電源供給的。電動機和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率稱為感性無功功率。接在交流電網(wǎng)中的電容器，在一個周期內(nèi)上半周的充電功率與下半周的放電功率相等，這種充電功率叫做容性無功功率。所以無功功率被使用于建立磁場和靜電場，它存儲于電感和電容中，通過電力網(wǎng)往返于電源和電感、電容之間。無功功率在電力網(wǎng)元件中流動，將會在電力網(wǎng)元件中引起電壓損耗和功率損耗，降低電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，增加電網(wǎng)的線損率。 圖 2. 1 由局部電力網(wǎng)的等值電路圖由局部電力網(wǎng)的等效電路圖2．1可知，電力網(wǎng)中由于無功負荷而帶來的電壓損耗的計算公式為：式中：——電網(wǎng)的額定電壓 ——元件的末端電壓 ——電網(wǎng)中的電壓和電流的差角 R X——電網(wǎng)中元件的等效電阻和電抗 ——元件末端的有功負載和無功負載由上式可知由負荷的無功功率在元件引起的損耗的計算公式為： 而由負荷的有功功率在元件中引起的電壓損耗的計算公式為：?？梢姷脑娮栊∮陔娍沟碾娋W(wǎng)中，無功引起的電壓損耗占主要部分。 電網(wǎng)中的線損公式如下：式中：，其中有功線損的計算公式為： R這其中由于無功功率在電網(wǎng)中流動而引起的有功線損的計算公式為： 由上述分析可見，要減少電力網(wǎng)中的電壓損耗和電網(wǎng)的線損率，提高用戶端的電壓質(zhì)量的重要措施之一，是減少電力網(wǎng)元件中的無功傳輸，可以從提高負荷的自然功率因數(shù)和進行無功補償兩方面來解決這個問題。2．1 無功補償?shù)脑韺㈦娙萜骱碗姼胁⑦B在同一電路中，電感吸收能量時，正好電容器釋放能量，而電感放出能量時，電容器卻在吸收能量。能量就在它們之間交換，即感性負荷(電動機、變壓器等)所吸收的無功功率，可由電容器所輸出的無功功率中得到補償。因此，把由電容器組成的裝置稱為無功補償裝置。此外，同步電動機等也可以作為無功補償裝置。無功補償?shù)淖饔煤驮砜捎蓤D2．2來解釋：設(shè)電感性負荷需要從電源吸取的無功功率為，裝設(shè)無功補償裝置后，補償無功功率為，使電源輸出的無功功率減少為，功率因數(shù)由提高到，視在功率減少到。 圖2. 2 無功補償補償原理示意圖視在功率的減少可相應(yīng)減少供電線路的截面和變壓器的容量，降低供用電設(shè)備的投資。例如一臺1000千伏安的變壓器， 時，可供700千瓦的有功負荷，可供900千瓦的有功功率。同一臺變壓器，因為負荷的功率因數(shù)的提高而可多供200千瓦負荷，是相當(dāng)可觀的?？梢姡虿捎脽o功補償措施后，電源輸送的無功功率減少了，相應(yīng)的也使電網(wǎng)和變壓器中的功率損耗的下降，從而提高了供電效率。由電壓損耗計算公式可知，采用無功補償措施后，因通過電力網(wǎng)無功功率的減少，降低了電力網(wǎng)中的電壓損耗，提高了用戶處的電壓質(zhì)量。并聯(lián)電容器的無功補償作用和原理， 加以說明。 并聯(lián)電容器的補償電流向量圖圖中的用電負荷總電流可以分解為有功電流分量，和無功電流分量(電感性的)。當(dāng)并聯(lián)電容器投入運行時，流入電容器的容性電流與方向相反，故可抵消一部分使電感性電流分量降低為，總電流由降為，功率因數(shù)也由提高到。這時，負荷所需的無功功率全部由補償電容供給，電網(wǎng)只需供給有功功率。根據(jù)第一章的有功電流 與無功電流的定義。 電力系統(tǒng)無功補償原理圖設(shè)負荷實際吸收的電流為，為了使輸電線路上流過純有功電流，則需要在負荷端接入一個無功補償器，補償器提供的電流為，則這里 的就是無功電流，這就是電力系統(tǒng)中進行無功補償?shù)囊c。這是完全的補償，線路上的電流是為產(chǎn)生負載實際功率(平均功率)而攜帶能量最小的電流，因而在線路上造成的損失是最小的。此時，的波形和相同，即電壓和電流的相位相同。2．2 低壓電網(wǎng)中的幾種無功補償?shù)姆绞? 廣大市電低壓電網(wǎng)處于電網(wǎng)的最末端，因此補償?shù)蛪簾o功負荷是電網(wǎng)補償?shù)年P(guān)鍵。搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償?shù)膲毫?，而且可以提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因?shù)和電壓質(zhì)量，并有效降低電能損失。低壓補償對用戶及供電部門都有利。 低壓無功補償?shù)哪繕?biāo)是實現(xiàn)無功的就地平衡，通常采用地方式有三種： 隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。 隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并聯(lián)，通過控制、保護裝置與電機共同投切。隨機補償?shù)貎?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停止運補償裝置也退出，不需要頻繁調(diào)整補償容量。且具有投資少，配置靈活，維修簡單等優(yōu)點。為防止電機推出時產(chǎn)生自激過電壓，補償容量一般不大于電機的空載無功。隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。有很多的低壓配電網(wǎng)中的變壓器，尤其是農(nóng)網(wǎng)配電變壓器，普遍存在負荷輕的現(xiàn)象。在負荷時接近空載，此時配電變壓器的空載無功是電網(wǎng)無功負荷的主要部分。隨器補償由于補在低壓側(cè)，可有效地補償配變空載無功， 且連線簡單， 做到無功地就地補償。跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置。補償電容器組的固定連接可起到相當(dāng)于隨器補償?shù)淖饔?，補償用戶的固定無功基荷；可投電容器組用于補償無功峰荷部分。由于用戶負荷有一定的波動性，故推薦選用自動投切方式。此法對電容器的保護比前二種要更可靠。上述三種補償方式均可對特定種類無功負荷實現(xiàn)“就地平衡”的無功補償，降損節(jié)能效果好。2．3 確定補償容量的幾種方法 2．3．1 從提高功率因數(shù)需要確定補償容量設(shè)電網(wǎng)的最大負荷月的平均有功功率為，補償前的功率因數(shù)為，補償后的功率因數(shù)為，則所需要的補償容量的計算公式為若要求將功率因數(shù)由提高的而小于，則補償容量計算為 2．3．2 從降低線路有功損耗需要來確定補償容量 設(shè)補償前線路中的電流為，相應(yīng)的有功電流為，無功電流為，補償無功后線路中的電流為，相應(yīng)的有功電流為，無功電流為，則 補償前的線路損耗為： 補償后的線路損耗為： 則補償后線損降低的百分值為： 若根據(jù)要求已經(jīng)確定，則可求得： 則補償容量可以按來計算 2．3．3 從提高運行電壓需要來確定補償容量 配電線路末端電壓較低，通常是通過無功補償來提高供電電壓的，因此，有時要從提高線路電壓來確定補償容量。 設(shè)補償前線路電源電壓為，線路末端電壓為，線路輸送的有功功率為，無功功率為，電阻為，電抗為，則 補償無功后，線路末端電壓升為則 所以投入無功補償后末端電壓增量為 故補償容量 若為三相線路，則所需的補償容量為 式中 ——三相線路的線電壓增量，KV ——三相線路的線電壓，KV2．4 本章小結(jié) 本章主要介紹了無功補償?shù)幕驹恚敬卧O(shè)計的裝置主要是面向低壓電網(wǎng)的，可以采用從提高功率因數(shù)需要來確定無功補償，同時又可取標(biāo)準(zhǔn)電壓作為電容器切除標(biāo)準(zhǔn)，這樣既考慮到功率因數(shù)的需要，又考慮到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓質(zhì)量的要求。 第三章 硬件設(shè)計在一系列的理論分析之后，本次設(shè)計將采用根據(jù)功率因數(shù)來確定補償容量的方法，再根據(jù)當(dāng)前無功補償技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，我們采用TSC并聯(lián)電容器型的無功補償裝置。它具有連線和控制方式簡單，電容使用效率高及不產(chǎn)生諧波污染等優(yōu)點。3．1 無功補償裝置的技術(shù)要求 3．1．1 補償控制應(yīng)符合技術(shù)條件 控制方式：可控硅與接觸器聯(lián)合控制，即在投切時采用可控硅，正常運行時采用接觸器的方式。 工作方式：動態(tài)跟蹤，邏輯判斷，自動及時補償容量。 控制物理量：以無功功率電容器的投切。 補償方式：采用三相共補 自動延時功能：電容器投切延時至少10秒，同組電容器的投切間隔時間大于5分鐘 。 保護功能： 過電壓快速切斷功能：當(dāng)電網(wǎng)電壓大于高壓保護值時，自動切除全部電容器。. 現(xiàn)場參數(shù)顯示：可現(xiàn)場顯示電網(wǎng)運行參數(shù)，比如電壓、電流、功率因數(shù)。 測量精度 電壓、電流： 有功功率、無功功率、功率因數(shù)： 控制器原理由以上功能，可得到控制器的機構(gòu)圖如下 控制器結(jié)構(gòu)原理圖3．2 硬件介紹 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。 主要性能參數(shù)：n 與MCS—51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容n 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲器n 1000次擦寫周期n 全靜態(tài)操作：0Hz—24MHzn 三級加密程序存儲器n 1288字節(jié)內(nèi)部RAMn 32個可編程I/O口線n 2個16位定時/計數(shù)器n 6個中斷源n 可編程竄行UARTn 低功耗空閑和掉電模式 管腳說明： VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流，當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外