【正文】 目錄 目錄 1 緒論 .............................................. 1 課題背景 ................................................ 1 課題研究的目的和意義 .................................... 1 無功補償?shù)臍v史與現(xiàn)狀 .................................... 3 本文研究的主要內(nèi)容 ..................................... 5 2 無功補償?shù)幕纠碚? ................................ 6 交流電路的無功功率 ...................................... 6 并聯(lián)電容器補償無功功率的原理 ............................ 8 無功補償容量的確定 .................................... 13 無功補償?shù)慕?jīng)濟效益 ..................................... 14 3 傳統(tǒng)靜止無功補償裝置 .............................. 16 具有飽和電抗器的無功補償器（ SR） ....................... 16 晶閘管控制電抗器 (TCR) ................................. 17 晶閘管投切電容器 (TSC) .................................. 18 靜止無功發(fā)生器 SVG ..................................... 19 小結(jié) ................................................... 19 4 無功補償控制器硬件電路設計 .............................. 21 Atmega64(L)微處理器簡介 ............................... 22 電量信號采集和預處理 ................................... 24 A 相電壓零點檢測單元 ................................... 32 A 相電壓信號調(diào)理單元 ................................... 33 電容狀態(tài)檢測單元 ....................................... 34 數(shù)據(jù)存儲單元 .......................................... 35 實時時鐘電路 ........................................... 37 液晶顯示和鍵盤電路 ..................................... 38 溫度檢測部分 .......................................... 40 通訊部分 .............................................. 41 系統(tǒng)電源和電源監(jiān)控電路 ................................ 42 繼電器輸出電路 ........................................ 47 硬件電路抗干擾設計 ................................... 48 6 結(jié)論與展望 ....................................... 60 安徽工程大學學士學位論文 目錄 2 論文總結(jié) ............................................... 60 本文的不 足及課題展望 ................................... 60 參考文獻 ........................................... 62 附錄 ............................................... 65 附錄一 英文資料 ........................................... 65 附錄二 中文翻譯 ........................................... 73 安徽工程大學學士學位論文 緒論 1 1 緒論 課題背景 近 30 年來，由于超高壓遠距離輸電系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)中無功功率的消耗也日益增大。若增大導線截面積，相應的增加了有色金屬的消耗量。并聯(lián)電容器補償簡單經(jīng)濟，靈活方便。串聯(lián)補償?shù)哪康脑谟诳刂凭€路的阻抗參數(shù)，歐美一些國家普遍采用串聯(lián)補償來提 高輸電線的傳輸能力。 真正意義上的不對稱負荷動態(tài)補償是從 1977年 Grandpierre 提出分相控制的靜止無功補償器 SVC(Static Var Compensatory)的方法后開始的。晶閘管投切電容器也獲得了廣泛的應用。安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 5 據(jù)統(tǒng)計，當前，國內(nèi)典型城鄉(xiāng)配電網(wǎng)無功損耗情況如下：按電壓等級劃分， 級損耗占 50%， 10kV 級占 30%， 35kV 以上占 20%。根據(jù)要求設計用于三相四線制低壓電網(wǎng)的無功補償裝置，完成控制器 的硬件設計。 安徽工程大學學士學位論文 無功補償?shù)幕纠碚? 6 2 無功補償?shù)幕纠碚? 無功功率的概念是與交流電和非純阻性負載聯(lián)系在一起的。從式 中可以看出，真正消耗功率的是被積函數(shù)的第 1 項有功分量 uip 產(chǎn)生的。無功功率補償裝置接入系統(tǒng)的方式有兩種：并聯(lián)和串聯(lián)。 并聯(lián)電容器首先是在 20 世紀 10 年代中期用于功率因數(shù)的校正。也就是說．純電容中的電流與純電感中的電流相位相差 180176。 (a) R、 L、 C 并聯(lián)的等值電路 (b) R、 L 串聯(lián)后與 C 并聯(lián)的等值電路 (c) 欠補償?shù)南蛄繄D (d) 過補償?shù)南蛄繄D 圖 并聯(lián)電容器補償?shù)牡戎惦娐穲D向量圖 安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 12 并聯(lián)電容器的補償方式和接線方式 并聯(lián)電容器組是電網(wǎng)中使用較 廣的一種專用于無功功率補償?shù)脑O備，它以其低廉的價格、方便的使用而受到廣泛使用。 就地補償方式：將電容器或電容器組裝設在異步電動機或者電感性用電設備附近，就地進行無功補償，也稱為單獨補償或個別補償方式。確定無功補償容量最直接的方法就是從提高功率因數(shù)的需要來確定補償容量。 無功補償?shù)慕?jīng)濟效益 無功補償?shù)慕?jīng)濟效益主要體現(xiàn)在減少無功功率在電網(wǎng)中的流動，提高電力系統(tǒng)有功輸送容量和供電能力，降低輸電線路因輸送無功功率 造成的輸送線路損耗，節(jié)省投資，在有限的輸電網(wǎng)絡中最大可能地為用戶輸送更多地有功電能等幾個方面。 h，可節(jié)省電力建設費 1 元。其動作速度是毫秒級的，遠比機械動作快。 CS RCSR 圖 飽和電抗器型精致補償器 SR 具有損耗大、有較大的振動和噪聲、調(diào)整時間長、動態(tài)補償速度慢等缺點，所以飽和電抗器型靜止無功補償器應用的比較少。這種補償?shù)姆蔡匦匀鐖D (b)所示，圖中數(shù)字表示電容器投入的組數(shù)。而對 SVG 的研究除了控制方法以外，還呈現(xiàn)出與有源電力濾波器相結(jié)合的發(fā)展趨勢，但 SVG 控制復雜，所用全控器件價格昂貴，目前還沒有普及。 圖 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)框圖 控制器主要包括用于測量電網(wǎng)參數(shù)的 ATT7022A 及其外圍電路部分，為實現(xiàn)電容電壓過零點投切以避免產(chǎn)生涌流而必須的相電壓過零檢測電路，為進行電壓諧波分析而必須的相電壓 A/D 采樣，為投切電容器組做必要參考的電容器組當前狀態(tài)檢測部分，為保護裝置內(nèi)主要元件而設計的元件工作溫度檢測部分，輸出控制動作的控制繼電器輸出部分，以及數(shù)據(jù)存安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 22 儲、實時時鐘、通訊、液晶、鍵盤等必要的部分組成。 安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 23 兩路 8 位 PWM 通道， 6 路編程分辨率從 1 到 16 位可變的 PWM 通道。 6 種睡眠模式 : 空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、 Standby 模式以及擴展的 Standby 模式，軟件選擇時鐘頻率。 以上特點使得 Atmega64(L)得到了廣泛的應用。 ATT7022A 支持全數(shù)字域的增益、相位校正，即純軟件校表。 ，兩個引腳內(nèi)部都有 ESD 保護電路。 CS： SPI 片選信號，低電平有效。 AVCC：電源，該引腳提供 ATT7022A模擬電路的電源，正常工作電源電壓應保持在 5V177。一般電壓電流采樣有兩種方法：一是采用精密電阻輸入變換電路，進行分壓分流得到小電壓小電流；二是采用電壓電流互感器。元星 TV31 系列電流型電壓互感器，采用印刷線路板安裝方式，安裝方便，采用環(huán)氧樹脂灌封，絕緣強度高，磁芯為坡莫合金，主要用于高精度、小相位誤差的電壓、功率和電能監(jiān)測設備。 （ 2）電流輸入 電流輸入采用元星 TA20 型精密交流電流互感器 [17]，該系列電流互感器采用環(huán)氧樹脂灌封結(jié)構(gòu)，輸入線圈為內(nèi)置式，次級引線引出，安裝迅速、使用方便，體積小，精度高，電壓隔離能力強、安全可靠。 接線如圖 所示。 為了在上電和單片機復位后， ATT7022A 能與單片機同步工作，ATT7022B 的同步信號由單片機控制，復位過程為 RESET 信號保持大于20uS 低電平，芯片復位，此時 SIG 輸出高電平，然后單片機將 RESET 信號拉高，大約經(jīng) 500uS 左右， ATT7022A 完成初始化， SIG 輸出低電平信號，此后才能進行 SPI 操作 。雖然該方法存在上述缺點，但是能夠滿足控制器的要求。該部分電路的輸出供給 CPU 的A/D 轉(zhuǎn)換器使用，為了合理使用 A/D 的量程，采用 + 的直流抬升電壓。 Cl 直接接到 CPU 的 I/O 口，通過檢測該 I/O 口的狀態(tài)便可以知道當前電容器的狀態(tài)了。 圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲模塊 AT24C512 的 SCL 和 SDA 為 IIC 總線協(xié)議的時鐘線和數(shù)據(jù)線，分別與IIC 總線主設備的時鐘線和數(shù)據(jù)線相連。圖中的電阻 R85 和 R86 作為總線上拉電阻，這是 IIC 總線硬件要求的。低工作電流 :典型值為 (VDD=， T=25176。 液晶顯示和鍵盤電路 為方便用戶使用，便于設定系統(tǒng)的運行參數(shù)，為控制器設計了良好的人機界面，包括 128 64 點陣的大屏幕液晶顯示器和鍵盤以及發(fā)光二極管。在本系統(tǒng)中， AMI8563 與三片AT24C512 一起掛接在 Atmega64 的 TWI 總線上，公用總線上拉電阻。 本系統(tǒng)的實時時鐘選用 AMI8563，其原理圖如圖 所示。當一個 工 IC 總線上掛接多個設備時，各個設備之 間是通過設備的硬件地址來區(qū)分的?？刂破髦写鎯ζ鞑捎昧?ATMEL 公司的大容量串行 EEPROM 存儲器 AT24C512，并且采取在 IIC 總線上掛接多個芯片的方式以增加系統(tǒng)容量，這種一個總線下掛接 多個芯片的方式比采用一片更大容量芯片的方式要靈活一些。圖中包 含兩個電容器組的狀態(tài)檢測。采取差分輸入方式。電路原理圖如圖 所示。 單片機對 SIG 信號或其狀態(tài)進行監(jiān)控。 電壓電流輸入電路中電阻 和電容 構(gòu)成了抗混疊濾波器，安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 31 其結(jié)構(gòu)和參數(shù)要講究對稱，并采用溫度性能較好的元器件，從而使電路達到良好的濾波，抗干擾作用， 并保證電能表獲得良好的溫度特性。 電壓通道使用的電壓互感器電流比為 2mA/2mA，所以串接功率電阻的阻值選擇為（額定電壓為 220V） : 2 2 0 / 2 0 . 1 3 1 0 9 . 8 7R V m A K K? ? ? ? ? () KΩ 為 TV31B02 的初級電阻選擇帶電阻 R=110KΩ (1/2W)。 本文闡述的無功補償控制器測量電網(wǎng)參數(shù)采取三相四線制接線，根據(jù)ATT7