【正文】 傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備可滿足一定范圍內(nèi)的無功補(bǔ)償要求，但存在響應(yīng)的速度慢，故障維護(hù)困難等缺點(diǎn)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢電力系統(tǒng)是一個(gè)典型的非線性大系統(tǒng)，隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對電力的需求不斷增加，使現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，系統(tǒng)日趨復(fù)雜。分相控制的SVC能根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，通過調(diào)整可控硅觸發(fā)角來改變SVC的各相補(bǔ)償度，從而達(dá)到補(bǔ)償負(fù)荷負(fù)序分量和調(diào)整負(fù)荷功率因數(shù)的目的。該方法優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和控制簡單、造價(jià)低，缺點(diǎn)是對工業(yè)電弧爐、電焊機(jī)等動(dòng)態(tài)負(fù)荷難以達(dá)到理想的補(bǔ)償效果。負(fù)荷補(bǔ)償可分為靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。系統(tǒng)補(bǔ)償通常指對交流輸配電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，目的是維持電網(wǎng)樞紐點(diǎn)處的電壓穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增大線路的輸送能力以及優(yōu)化無功潮流、降低線損等。而我國大多采取并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞絹硌a(bǔ)償系統(tǒng)無功，并聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诳刂凭€路的電壓參數(shù)。無功補(bǔ)償可以分為串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償。因此，尋求一種能綜合現(xiàn)有多種補(bǔ)償裝置的優(yōu)點(diǎn)，且成本較低的無功功率補(bǔ)償裝置，使其能實(shí)時(shí)檢測供電系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，對系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，是低壓電網(wǎng)改造和建設(shè)中迫切需要解決的問題。因此，能根據(jù)負(fù)荷無功功率的變化對分組的補(bǔ)償電容器組進(jìn)行自動(dòng)投切以實(shí)現(xiàn)對無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)难b置，目前在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。但當(dāng)今電力系統(tǒng)中存在著大量如軋鋼機(jī)、電弧爐、電氣化鐵道等無功功率頻繁變化的設(shè)備，這就要求補(bǔ)償裝置能夠根據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。增加變壓器的輸出功率目前，低壓電網(wǎng)中的負(fù)荷大部分是感性負(fù)載，因此在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器可以供給感性電抗消耗的部分無功功率。減少線路損失提高電力網(wǎng)的傳輸能力(3)當(dāng)電網(wǎng)電壓及有功功率不變時(shí)，功率因數(shù)低，使輸電線路中的無功電流增大，功率損耗增加，引起發(fā)電機(jī)端電壓的下降。(2)在線路輸送有功功率相同的情況下，功率因數(shù)低，使線路中的電流增加，電壓損失增加，給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行造成困難，導(dǎo)致供電質(zhì)量下降。因此，大力提高電網(wǎng)功率因素，降低線損，節(jié)約能源，挖掘發(fā)電設(shè)備的潛力，是當(dāng)前電力網(wǎng)發(fā)展的趨勢?，F(xiàn)在，美國電力主網(wǎng)設(shè)備的功率因素已接近于1，日本等國還建立了全國性的無功管理委員會(huì)，研究無功補(bǔ)償方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。低壓電網(wǎng)中，隨著居民生活水平的提高和家用電器的普及，以及小工業(yè)用戶的增多，電網(wǎng)的功率因數(shù)大都比較低，尤其是電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，而大多數(shù)電力電子裝置的功率因素很低，造成電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，也給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)。裝置還設(shè)計(jì)了友好的人機(jī)接口和通訊接口，使用方便。裝置采用ATT7022A檢測電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，減少了CPU運(yùn)算量，提高電網(wǎng)參數(shù)辨識(shí)的精度，并可以簡化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。本文從無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)實(shí)意義出發(fā)，分析了無功補(bǔ)償?shù)谋匾院徒?jīng)濟(jì)效益。隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷的增加，對無功功率的需求也日益增加。摘 要電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，網(wǎng)損是電力企業(yè)的一項(xiàng)重要綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。長期以來電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗問題比較突出，而無功補(bǔ)償是降低線損的有效手段。在電網(wǎng)中的適當(dāng)位置裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置成為滿足電網(wǎng)無功需求的必要手段。簡單介紹了目前無功補(bǔ)償研究的現(xiàn)狀，探討無功補(bǔ)償?shù)脑聿χ饕膸追N無功補(bǔ)償方式進(jìn)行了簡要的分析，給出本文設(shè)計(jì)用于并聯(lián)電容器組補(bǔ)償方式的智能低壓無功補(bǔ)償裝置的研究任務(wù)。系統(tǒng)以Atlmega64處理器為控制核心，采用功率因數(shù)控制和電壓限制相結(jié)合的方式工作，并給出采用永磁真空開關(guān)在特定電壓相角投切電容器的方法，有效解決了電容器投切過程中在線路上產(chǎn)生涌流的缺點(diǎn)，并設(shè)有多種保護(hù)措施，保護(hù)系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償、并連電容器、ATT7022A、Atlnega64ABSTRACTVoltage is one of important quality index of electric power system. Power loss is an important synthesis technical and economic index of power panies. In the past several years, the problem of power loss is very serious. However, reactive pensation is an effective method to save power loss .Due to increasing loads of electric power system, demand of reactive power was also increasing. It became necessary means that reactive power pensation devices were installed in proper position of electric network. This thesis considers the significance of reactive Power pensation and analyses the indispensability and economic benefits of reactive Power pensation. The development status of reactive power pensation is briefly introduced. Principles of reactive power pensation are explained. Several primary reactive power pensation solutions are discussed. This thesis proposed an intelligent low voltage reactive pensation control scheme and implemented device for shunt capacitor pensation. An ATT7022A is adopted to detect the power grid operation information to reduce the calculation volume of CPU and enhance the precision of power grid parameter identification. This also simplifies design work of the software. ATMEGA64 is utilized as the main process unit and method bining power factor control and voltage limitation is used as the system working mode. Specific voltage phase is determined to switching shunt capacitor via permanent magnetic vacuum synchronous switch. Thus the surge produced during the traditional capacitor switching method is greatly diminished. It provides diverse protect measures to ensure the stability and reliability. It bears friendly human machine interface and munication interface and is convenient for use.Key Words: Reactive Power Compensation, Shunt Capacitors, ATT7022A, Atmega64目錄1 緒論 1 1 1 3 本文研究的主要內(nèi)容 52 無功補(bǔ)償?shù)幕纠碚?6 6 8 無功補(bǔ)償容量的確定 13 143傳統(tǒng)靜止無功補(bǔ)償裝置 16（SR） 16 晶閘管控制電抗器(TCR) 17(TSC) 18 靜止無功發(fā)生器SVG 19 194 無功補(bǔ)償控制器硬件電路設(shè)計(jì) 21 Atmega64(L)微處理器簡介 22 24 A相電壓零點(diǎn)檢測單元 32 A相電壓信號(hào)調(diào)理單元 33 34 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 35 37 38 溫度檢測部分 40 41 42 47 硬件電路抗干擾設(shè)計(jì) 486 結(jié)論與展望 60 60 60參考文獻(xiàn) 62附錄 65附錄一 英文資料 65附錄二 中文翻譯 731 緒論近30年來，由于超高壓遠(yuǎn)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。因此，利用無功補(bǔ)償技術(shù)正成為當(dāng)前世界各國電力設(shè)計(jì)及決策人員的共識(shí)，無功補(bǔ)償裝置的投資己被列入電力投資的整體規(guī)劃中，成為一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。從實(shí)際情況看，世界上工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家，其電網(wǎng)功率因數(shù)都比較高。有功功率與視在功率的比值稱為功率因數(shù)，無功功率的存在使功率因數(shù)降低，造成如下影響：(1)當(dāng)有功功率不變時(shí)，功率因數(shù)低，使發(fā)電機(jī)和變壓器的容量增大，不能充分發(fā)揮原有供電設(shè)備的效率。若增大導(dǎo)線截面積，相應(yīng)的增加了有色金屬的消耗量。具體說來提高功率因數(shù)有如下作用：減少電壓損失，提高電壓質(zhì)量降低變壓器的損耗并聯(lián)電容器補(bǔ)償簡單經(jīng)濟(jì)，靈活方便。而并聯(lián)電容器只能補(bǔ)償固定無功，容易造成過補(bǔ)或欠補(bǔ)，無法滿足電力系統(tǒng)的實(shí)際需要，還有可能和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大。解決電網(wǎng)中有功功率損耗大、壓降大的最切實(shí)可行的辦法就是采用高性能的無功功率補(bǔ)償裝置，就地補(bǔ)償負(fù)載的感性無功功率。本課題就是在此基礎(chǔ)上提出的。串聯(lián)補(bǔ)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(bǔ)償來提高輸電線的傳輸能力。并聯(lián)補(bǔ)償按補(bǔ)償對象不同可分為系統(tǒng)補(bǔ)償和負(fù)荷補(bǔ)償兩大類。負(fù)荷補(bǔ)償通常是指在靠近負(fù)荷處對單個(gè)或一組負(fù)荷的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，目的是提高負(fù)荷的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，減少或消除由沖擊性負(fù)荷、不對稱負(fù)荷、非線性負(fù)荷等引起的電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相電壓不平衡及電壓和電流波形畸變等危害。靜態(tài)補(bǔ)償是根據(jù)三相負(fù)荷的平衡化原理，通過在負(fù)荷點(diǎn)串、并入無功導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)，把三相不對稱負(fù)荷補(bǔ)償成對供電系統(tǒng)來說是三相對稱的。真正意義上的不對稱負(fù)荷動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是從1977年Grandpierre提出分相控制的靜止無功補(bǔ)償器SVC(Static Var Compensatory)的方法后開始的。因此，該方法一提出就受到了普遍關(guān)注。大機(jī)組、重負(fù)荷、超高壓遠(yuǎn)距離輸電，大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及對電力系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性及電能質(zhì)量的高要求，使柔性輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)成為目前電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。靜止無功補(bǔ)償器（SVC）近年來獲得了很大發(fā)展，已被廣泛用于輸電系統(tǒng)波阻抗補(bǔ)償及長距離輸電的分段補(bǔ)償，也大量用于負(fù)載無功補(bǔ)償。晶閘管投切電容器也獲得了廣泛的應(yīng)用。采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制等智能型控制方法，研制能同時(shí)對電壓、無功功率、三相不平衡、諧波等進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)和補(bǔ)償控制的裝置已經(jīng)成為大家的共識(shí)。因此，在公用變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償已成為目前研究的另一個(gè)熱門。在日本，%；在美國，許多城市道路旁的電線桿上裝有并聯(lián)電容器組，并采用自動(dòng)裝置控制。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)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(jí)劃分，%，10kV級(jí)占30%，35kV以上占20%。近年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無功補(bǔ)償技術(shù)已得到很大的改進(jìn)，無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展已進(jìn)入一個(gè)新的階段。 本文研究的主要內(nèi)容本文首先分析無功補(bǔ)償?shù)闹匾饬x，以無功補(bǔ)償技術(shù)的原理為基礎(chǔ)，研制真空開關(guān)投切電容器組的無涌流低壓無功補(bǔ)償裝置，分析和探討如何設(shè)計(jì)多功能、智能化的能夠更加合理的進(jìn)行電容器組投切的無功補(bǔ)償裝置。分析無功功率補(bǔ)償?shù)幕驹砗头椒? 根據(jù)要求設(shè)計(jì)用于三相四線制低壓電網(wǎng)的無功補(bǔ)償裝置，完成控制器 的硬件設(shè)計(jì)。電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的準(zhǔn)確獲得，為后續(xù)計(jì)算提供可靠數(shù)據(jù) 確定電容器組的投切。 2 無功補(bǔ)償?shù)幕纠碚摕o功功率的概念是與交流電和非純阻性負(fù)載聯(lián)系在一起的。在正弦交流電路中，如果負(fù)載是線性的，電路中的電壓和電流都是正弦波。如果把電流i分解為和電壓同相位的分量和ip與電壓垂直的分量iq,則 ip和iq分別為: ()此時(shí)電路的有功功率P就是其平均功率，即： ()可以看出，有功功率P不再是電壓U和電流I的有效值乘積，還要乘以二者夾角的余弦值。uiq的平均值為零，表示了其有能量的流動(dòng)但是卻并不消耗功率。真正消耗功率的是被積函數(shù)的第1項(xiàng)有功分量uip產(chǎn)生的。無功電流分量的產(chǎn)生是由于系統(tǒng)中含有電感性或電容性的負(fù)載而產(chǎn)生的，該電流用于建立磁場或靜電場，存儲(chǔ)于電感或電容中，并往返于電源與電感或電容之間，并不會(huì)象有功功率那樣被消耗掉。、有功功率、無功功率、視在功率在數(shù)值上滿足如下關(guān)系: ()在正弦波網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，線路電壓相位會(huì)超前線路的電流相位，即此時(shí)的φ0，無功功率Q0，我們說網(wǎng)絡(luò)“吸收”感性無功功率，也可以說是“發(fā)出”容性無功功率。無功功率的“發(fā)出”和“吸收”不同于有功功率的發(fā)出和吸收，這只是一種習(xí)慣說法而已。無功功率補(bǔ)償裝置接入系統(tǒng)的方式有兩種：并聯(lián)和串聯(lián)。并聯(lián)補(bǔ)償方式因?yàn)榻泳€簡單、操作方便、對系統(tǒng)可靠性影響小而廣泛使用，串聯(lián)補(bǔ)償方式因?yàn)榻泳€復(fù)雜、操作不方便、對系統(tǒng)可靠件影響大順使使用范圍受到限制，一般是在并聯(lián)補(bǔ)償方式不能滿足技術(shù)要求的情況下才使用。并聯(lián)電容器用于補(bǔ)償感性大功功率，并聯(lián)電抗器用于補(bǔ)償容性無功功率。單獨(dú)使用時(shí)，串聯(lián)