【正文】 ation effect is quite good。s hardware core is AT89C51 SCM , which has many merits such as high operating speed. This monolithic integrated circuit is the low voltage which American ATMEL Corporation produces, a high performance CMOS 8 monolithic integrated circuits。該裝置可跟蹤電網(wǎng)無(wú)功功率的變化并自動(dòng)補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償裝置的優(yōu)化運(yùn)行,具有體積小、原理簡(jiǎn)單、智能投切等優(yōu)點(diǎn)。本文主要研究了無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)性能的改善，以及控制器的軟硬件的配置。中工信商2013JX16 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì) 系 （部）信息工程系專(zhuān) 業(yè)自動(dòng)化學(xué) 號(hào)201207022141學(xué)生姓名崔民正指導(dǎo)教師賀煥林提交日期2014年 月 日中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）目錄第一章 11．1 研究背景 11．2 無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展?fàn)顩r 11．3 本課題主要研究的內(nèi)容 4第二章 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?52．1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?62．2 低壓電網(wǎng)中的幾種無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?82．3 確定補(bǔ)償容量的幾種方法 92．3．1 從提高功率因數(shù)需要確定補(bǔ)償容量 92．3．2 從降低線路有功損耗需要來(lái)確定補(bǔ)償容量 92．3．3 從提高運(yùn)行電壓需要來(lái)確定補(bǔ)償容量 102．4 本章小結(jié) 10第三章 硬件設(shè)計(jì) 113．1 無(wú)功補(bǔ)償裝置的技術(shù)要求 113．1．1 補(bǔ)償控制應(yīng)符合技術(shù)條件 11 測(cè)量精度 11 控制器原理 113．2 硬件介紹 123．2．2 A/D轉(zhuǎn)換器選型 143．2．3 看門(mén)狗 163．2．4 LCD顯示 173．3 模擬信號(hào)調(diào)理電路 193．3．1 互感器信號(hào)轉(zhuǎn)換及電流—電壓轉(zhuǎn)換電路 193．3．2 電壓、電流采樣及信號(hào)處理電路 203．4 輸出控制電路 213．5 本章小結(jié) 22第四章 軟件設(shè)計(jì) 234．1 投切原則 234．2 功率因數(shù)計(jì)算 244．3 本章小結(jié) 26第五章 總結(jié)與展望 27參考文獻(xiàn) 28致謝 29附錄1：硬件結(jié)構(gòu)圖 30附錄2 ：軟件程序 30摘 要 本課題研究以低壓電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償改造為背景，研制了一種低壓無(wú)功功率補(bǔ)償控制器。作為一種非實(shí)時(shí)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，該裝置以定時(shí)的電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，以城鎮(zhèn)低壓網(wǎng)(220V)的無(wú)功補(bǔ)償為對(duì)象。 系統(tǒng)采用單片機(jī)，該單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS 8位單片機(jī)，具有運(yùn)算速度高，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)；軟件則使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編譯；人機(jī)操作界面采用LCD顯示,顯示效果較好；A/D轉(zhuǎn)換采用，是一款比較實(shí)用的A/D轉(zhuǎn)換裝置。關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償，單片機(jī)，低電壓Design of low voltage reactive power pensation controllerAbstractWhat this article studies is based on the alteration of reactive power pensation of low voltage, then design an equipment for reactive power pensation of low voltage. As a kind of reactive power pensation, this equipment is basis on the electrical network monitor data ,and provides reactive power for city’s low voltage power grids. This thesis has discussed the importance of the reactive power pensation for the power grids ,and introduded the hardware and software of the controller. This device39。On the software，Using assembly language to pile，F(xiàn)ollow the principle of modular ，To improve the degree of versatility and easy maintenance of the system design。 A/D transformation uses ADC0809 , it is a section of quite practical A/D switching device. This equipment may track the electrical network reactive power the change and the automatic pensation, and this installment has the volume to be small, the precision is high, the price pared to the higher merit.Key Words: Reactive power pensation SCM(Single Chip Micyoco) Low voltage45第一章 1．1 研究背景 目前，我國(guó)的電網(wǎng)，特別是廣大的低壓電網(wǎng)，普遍存在功率因數(shù)較低、電網(wǎng)線損較大的情況。比如我國(guó)的電動(dòng)機(jī)消耗的電能占全部發(fā)電量的70%，而由于設(shè)計(jì)和使用等方面的原因我國(guó)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)往往較低，一般約為。從我國(guó)電網(wǎng)功率因數(shù)和補(bǔ)償深度來(lái)看，我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家有不小差距。2007年 ，我國(guó)年總發(fā)電量為32559億千瓦時(shí)，%，但是這個(gè)數(shù)字沒(méi)有包含相當(dāng)大的110千伏、35千伏、。設(shè)全國(guó)的理論線損與統(tǒng)計(jì)線損相一致，其中可變線損約占理論總線損的80%，則年可變線損電量約為3900億千瓦時(shí)。設(shè)2007年全國(guó)電網(wǎng)的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5000小時(shí)，則電網(wǎng)的最大負(fù)荷約為2億千瓦，當(dāng)用無(wú)功功率補(bǔ)償法把功率因數(shù),提高到。應(yīng)當(dāng)指出，節(jié)省240億千瓦時(shí)約相當(dāng)于一座400萬(wàn)千瓦火電廠的年發(fā)電量，而建一座400萬(wàn)千瓦的火電廠需綜合費(fèi)用約為300億元，同時(shí)每年需燃燒煤約為1200萬(wàn)噸，每年產(chǎn)生,等有害物質(zhì)約為600萬(wàn)噸。綜上所述 ，無(wú)功補(bǔ)償不僅具有如上所述的節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用，同時(shí)還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力，改善電壓質(zhì)量，減少用戶電費(fèi)開(kāi)支，延緩用戶的增容改造等作用。持續(xù)了短短72美加大停電給美國(guó)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，這次事故提醒人們，電網(wǎng)運(yùn)行要有足夠的無(wú)功備用容量，無(wú)功不能靠遠(yuǎn)距離傳輸，在電力市場(chǎng)環(huán)境下，必須制定統(tǒng)一的法規(guī)以激勵(lì)獨(dú)立發(fā)電商和運(yùn)營(yíng)商從維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)安全性的角度提供充足的無(wú)功備用。年和1996 早期的無(wú)功補(bǔ)償裝置為并聯(lián)電容器和同步補(bǔ)償器，多用在系統(tǒng)的高壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。同步補(bǔ)償器的實(shí)質(zhì)是同步電機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)可隨之平滑的改變輸出無(wú)功電流的大小和方向，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有好處。 隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)也隨之發(fā)展。晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生，并以此為起點(diǎn)，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子器件不斷問(wèn)世，由此引發(fā)了眾多行業(yè)的變革，如交流變頻調(diào)速技術(shù)的蓬勃發(fā)展。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)和電力電子技術(shù)的結(jié)合主要有以下三方面：1．是作為投切電容器的開(kāi)關(guān)?，F(xiàn)代并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置中的輸出回路就引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)。由于電力電子器件的高開(kāi)關(guān)頻率，使其能夠方便地控制電容器電流的導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功的連續(xù)調(diào)節(jié)，快速跟蹤負(fù)載無(wú)功的變化。3．是引入電力電子變流技術(shù)，將變流器作為無(wú)功電源來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功的輸入和輸出，起到補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功的作用。由無(wú)功補(bǔ)償源在主電路回路中連接方式的不同，無(wú)功補(bǔ)償器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種結(jié)構(gòu)。主回路如圖11所示，是由多臺(tái)電力電容器并聯(lián)以及由可控硅構(gòu)成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。由此可見(jiàn)TSC的無(wú)功調(diào)節(jié)是有級(jí)的，它無(wú)法連續(xù)的輸出無(wú)功，這使其在使用中存在合理選擇電容，適當(dāng)分級(jí)的問(wèn)題。 圖 11 TSC 型無(wú)功補(bǔ)償裝置主回路2． FC TCR( Fixed capacitorThyristor Controlled Reactor)型無(wú)功補(bǔ)償裝置，它屬于并聯(lián)型無(wú)功補(bǔ)償裝置。FCTCR方式是用雙相可控硅的相位控制，調(diào)整電抗器的電流，從而調(diào)整無(wú)功功率的方式?？梢詮牡椒秶鷥?nèi)變化。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(gè)電流諧波源，對(duì)電網(wǎng)有一定的危害。圖12 FCTCR型無(wú)功補(bǔ)償器的主回路3．靜止調(diào)相機(jī)ASVC (Advantage Static Var Compensator),屬于串聯(lián)型補(bǔ)償器。它可以連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功，并且能夠抑制諧波，補(bǔ)償特性較好。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(wú)功補(bǔ)償?shù)幕纠碚摵碗娋W(wǎng)中最佳補(bǔ)償方式的探討。二是在傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)其控制器和動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而開(kāi)發(fā)出一種智能無(wú)功補(bǔ)償器。 第二章 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑黼娏W(wǎng)中的變壓器和電動(dòng)機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工做的。電動(dòng)機(jī)和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率稱(chēng)為感性無(wú)功功率。所以無(wú)功功率被使用于建立磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)，它存儲(chǔ)于電感和電容中，通過(guò)電力網(wǎng)往返于電源和電感、電容之間。 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(wú)功負(fù)荷而帶來(lái)的電壓損耗的計(jì)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(fù)載和無(wú)功負(fù)載由上式可知由負(fù)荷的無(wú)功功率在元件引起的損耗的計(jì)算公式為： 而由負(fù)荷的有功功率在元件中引起的電壓損耗的計(jì)算公式為：。 電網(wǎng)中的線損公式如下：式中：，其中有功線損的計(jì)算公式為： R這其中由于無(wú)功功率在電網(wǎng)中流動(dòng)而引起的有功線損的計(jì)算公式為： 由上述分析可見(jiàn)，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(wú)功傳輸，可以從提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)和進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償兩方面來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。能量就在它們之間交換，即感性負(fù)荷(電動(dòng)機(jī)、變壓器等)所吸收的無(wú)功功率，可由電容器所輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償。此外，同步電動(dòng)機(jī)等也可以作為無(wú)功補(bǔ)償裝置。 圖2. 2 無(wú)功補(bǔ)償補(bǔ)償原理示意圖