【正文】 ； 2．主電路設計、元器件選擇； 3．裝置工藝設計：畫出布置圖和電氣接線圖； 4．裝置調試與實驗：寫出調試和實驗報告。 5．提交設計說明書和圖紙。優(yōu)化低壓配網的無功補償，已成為保證低壓電網安全經濟運行不可缺少的重要環(huán)節(jié)。目前，高壓電網的無功補償裝置，大多數采用計算機控制技術和較先進的無功判別方法，補償效果顯著，取得了可觀的經濟和社會效益，而低壓電網無功補償裝置與高壓電網的無功補償裝置相比，無論在性能上、技術上都遠不如高壓電網無功補償裝置，并且補償效果較差，甚至許多低壓線路不進行無功補償，造成了很大的浪費。對提高供電電壓質量，挖掘供電設備的潛力、降低線路損失及節(jié)約均起到積極的作用。本設計低壓動態(tài)無功補償裝置以電力電容器作為無功補償器件，以晶閘管為電力電容器的投切開關，以單片微機為控制器，通過無功電量檢測電路和晶閘管觸發(fā)電路以及人機接口構成控制系統(tǒng)。初步的總體思路如下：總體方案的確定；主電路設計與元器件選擇；控制系統(tǒng)硬件部分的設計；控制系統(tǒng)軟件部分的設計；裝置工藝設計：畫出布置圖和電氣接線圖；裝置調試與實驗：寫出調試和實驗報告。了解低壓動態(tài)無功補償控制技術的發(fā)展、技術動向和新的應用領域，明確本次設計的內容、性質和基本要求。針對無功功率和諧波引起的電網質量下降及接觸器投切補償電容器存在的不足，研制了一種新型晶閘管投切電容器 TSC 動態(tài)無功補償裝置，采用 80196KB 單片機系統(tǒng)作為控制器的核心。關鍵詞：晶閘管；低壓動態(tài)無功補償；單片機控制；電容器投切；零電壓觸發(fā)Design of Lowvoltage DynamicReactive Power Compensation DeviceABSTRACT: The present status of reactive power pensation technique in electric power industry is reviewed . Reactive power and harmonic will decrease power work quality and pensators with contact switch have some drawback , one new thyristor switching capacitor equipment for reactive power pensation are introduced ,the 80196KB singlechip microputer is adopted as the core of the controller . Based on the reactive pensation theorem , an optimal control method for automatic capacitor pensation is set up . The thyristors are applied for the fast automatic contactless switching of capacitor sets . It detects the voltage across the SCR and takes zero voltage as its necessary condition of triggering . The hardware locking protection avoids the over pensation and the ponent damage by rush current from improper triggering .Keywords: Thyristor。 Single microputer control 。 Switching of capacitor 。近兩三年來，由于全國電力緊張，電力市場的開放和電力用戶對電能質量的提高，電力系統(tǒng)運行的經濟性已經引起高度重視。大量的感性負荷和電網中的無功功率損耗，要求系統(tǒng)提供足夠的無功功率，否則電網電壓將下降，電能質量得不到保證。電力系統(tǒng)運行的經濟性和電能質量與無功功率有重大的關系。大量的感性負荷和電網中的無功功率損耗，要求系統(tǒng)提供足夠的無功功率，否則電網電壓將下降，電能質量得不到保證。發(fā)電機提供的無功功率相對負荷和網絡對無功功率的需求來說遠遠不夠，僅僅依靠發(fā)電機提供無功功率也是極不經濟的。因此，無功補償是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它是保證電能質量和實現電力系統(tǒng)經濟運行的基本手段。低壓電力用戶量大面廣，其負荷的功率因數又大都比較低，因此在低壓電網中進行無功功率的就地補償是整個電力系統(tǒng)無功補償的重要環(huán)節(jié)。 無功補償的作用靜止無功補償裝對電力系統(tǒng)中無功功率進行快速的動態(tài)補償，可以實現如下的功能：對動態(tài)無功負荷的功率因數校正；改善電壓調整；提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩；降低過電壓；減少電壓閃變；阻尼次同步振蕩；減少電壓和電流的不平衡。這些功能有的屬于對一個或幾個在一起的負載的補償效果，有的則以整個輸電系統(tǒng)性能的改善和傳輸能力的提高為目標，而改善電壓調整，提高電壓的穩(wěn)定度。 無功補償技術發(fā)展狀況 傳統(tǒng)無功補償裝置低壓無功補償的傳統(tǒng)模式主要有以下幾種：（1） 裝于低壓電動機的單臺就地補償；（2） 裝于配電變壓器低壓側的補償箱；（3） 裝于企業(yè)配電房或車間及高層建筑樓層配電間的自動補償柜。往往存在不足，如下：（1）接觸器或空氣開關固有的缺陷會在合閘過程中存在彈跳、涌流沖擊、電弧重燃及開閘過壓等危險，從而造成開關損壞和電容器擊穿等情況；（2）無法實現按相位角瞬時投入、切除電容器，當電容器上的殘壓與電網電壓不一致時，投切將產生很大的沖擊電流、拉弧過電壓等；（3）觸頭動作時間有限，不適于頻繁投切電容；（4）機械開關動作速度慢，難以實現動態(tài)無功補償。（6）電容器投切判據單一，常根據以下五種方法之一來對電容器投切：電網電壓高低、無功功率方向、功率因數大小、負荷電流大小、晝夜時間劃分。以功率因數作為投切判據的無功補償裝置，在小負荷情況下會出現投切振蕩。（2）可實現分相投切，以改善低壓電網三相不平衡性，實現優(yōu)化補償。（4）能實時跟蹤無功負荷的變化，通過連續(xù)快速地投切電容器，獲得最佳補償效果。適用于電力、冶金、化工、交通等行業(yè)中三相平衡負載的場合，對于電動機等電感性設備進行無功功率的實時監(jiān)測和瞬時就地補償。早期的無功補償裝置的典型代表是同步調相機。但同步調相機是一種旋轉的機械，其損耗、噪聲都很大，它正被靜止無功補償裝置（SVC ）所取代。由于使用晶閘管的靜止無功補償裝置具有優(yōu)良的性能，近年來發(fā)展很快，且采用并聯(lián)電容器進行無功補償有一系列的優(yōu)點，因而在電力系統(tǒng)的無功補償中獲得廣泛應用。SVC 主要有晶閘管控制電抗器 TCR，晶閘管開關電容器 TSC。TSC 是一種動態(tài)無功補償裝置，可解決電容器組頻繁投切的問題，兩個反并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并入電網或從電網中斷開，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網運行時可能產生的沖擊電流。電力負荷是隨時變化的，所需要的無功功率也是隨時變化的，為了維持無功平衡，要求無功補償設備實行動態(tài)補償。本文設計了一種新型晶閘管投切電容器 TSC 動態(tài)無功補償裝置，采用 80196KB 單片機系統(tǒng)作為控制器的核心，新穎的快速無功功率檢測方法和獨特的晶閘管技術，實現了對多組電容器快速自動分級投切，達到了對沖擊負荷動態(tài)無功補償的要求。為了限制投切時產生的沖擊電流，大多在主回路中加裝了限流電抗器，同時，為了實現所謂的過零投切，需專門的放電電阻或對電容器預充電。（3）控制器除基本功能外，還應具有微機檢測功能和通信功能。圖 原理框圖 概述系統(tǒng)本設計低壓 TSC 無功補償裝置由主電路和控制器兩部分組成。TSC 無功補償裝置的檢測量與控制目標可以是：功率因數；無功功率；無功電流。本方案以無功功率為控制量。由 Q 的大小決定投入電容器容量。 系統(tǒng)主要特點本文根據 TSC 無功補償原理，設計一種智能型動態(tài)無功補償控制器的設計，其控制器采用 80C196KB 單片機為核心的新型實時無功功率控制器，性能穩(wěn)定，功能設置簡便，無需人工干預即可自動跟蹤無功變化。該智能型動態(tài)無功補償控制器的設計的技術特點如下：（1）通過只檢測任意兩相的線電壓、相電流波形上任意時刻的瞬時值，不需要檢測無功功率因數角即可檢測出無功功率的新方法，保障了響應的快速性。（3）可實現自動監(jiān)控和通信功能，通過控制器的通信功能，可以將電容器補償設備與監(jiān)控系統(tǒng)連接，實現遙測、遙信、遙控功能。（2）零電壓投切技術：要做到系統(tǒng)電壓與電容器殘壓相等時投切，以避免涌流，電容器上的殘壓無法計算，很難測量。（4）操作界面：液晶顯示；輸入方式，如設計投切方式；RS458 串行通信接口。而三相不對稱的功率因數至今沒有統(tǒng)一的定義。在三相對稱電路中,各相電壓、電流均為對稱,功率因數也相同。由于諧波分量的存在,相電壓和相電流只能用各諧波分量的集合來定義,即： ?????????tniiuanas21（） 其中，有效值為 ??12nU（） ???12nI（）單相有功功率為 ()nnaIUtdiuP???cos)(2110????? 則三相有功率為 nnaCOSI??13（）三相視在功率為 ???????121122coscos3nnnIUSPIIN??（）含有諧波的非正弦電路中的無功功率情況比較復雜,至今還沒有被廣泛接受的科學而權威的定義。無功補償的原理就是準確檢測三相電路的無功功率Ｑ,然后根據Ｑ值的大小進行最優(yōu)投切電容器,從而減?。阎颠_到最優(yōu)狀態(tài)。然而功率?因數 并不能準確反映電網中負荷的無功分量大小，如電網在重載時，負荷的無?功分量 Q 和大，點由于 Q 在負荷中所占的比例叫小，所測的功率因數角可能較小，甚至低于系統(tǒng)補償的只能整定值，使控制裝置對電網不做補償，的整定值，使控制裝置對電網不做補償，無法做到跟蹤調節(jié)，表現出控制系統(tǒng)的遲鈍性，當電網輕載時，功率因數角可能較大，但負荷的無功分量 Q 并不大，此時對電網進行補償，很容易造成過補償，補償裝置要切除電容，系統(tǒng)恢復到初態(tài)，如此反復，造成控制系統(tǒng)的投切振蕩。本文采用了檢測無功功率作為電容器投切的判據，通過只檢測任意兩相的線電壓、相電流波形上任意時刻的瞬時值，不需要檢測無功功率因數角即可檢測出無功功率的新方法，保障了響應的快速性。相量圖如圖 所示。 檢測點的選擇控制器中檢測點放置有兩種選擇方案：(1)控制器輸入電壓和電流信號的檢測點放在補償器的前端，如圖 中的Ａ點處；(2) 控制器輸入電壓和電流信號的檢測點放在補償器的后端，如圖 中的Ｂ點處。該無功功率動態(tài)補償裝置兼顧兩者的優(yōu)點的閉和控制，方式，即檢測點放點 B 處，檢測補償后的無功功率 ，Q?檢測補償后的無功功率 ，又通過 求得負載的全部無功功率Ｑ，完全補償時Q?所需投入的全部電容器的無功功率，這種由變動量求總和的設想，可通過單片機來實現，又因可一次投入應投的全部電容器，獲得快速的動態(tài)補償特性，是目前公認比較理想的方案。否則由于電容器兩端電壓不能突變，系統(tǒng)電壓和電容殘壓的差值較大時觸發(fā) SCR 會產生很大的沖擊，這一沖擊會直接損壞晶閘管。沖擊電流最大值可能達到正常工作電流的幾十倍，晶閘管具有短時承受 8—10 倍過電流的能力，但是難以承受這樣大的過電流。因此只有在控制上設法解決問題。 零電壓投入的方法為了確定觸發(fā)的合適時刻，需要預先測知電容器的殘壓，這通常不太容易做到，為解決這一問題，只能考慮以下方案：（1）電容器預充電：投入電容器之前對其預充電，充電到系統(tǒng)電壓的峰值，當系統(tǒng)電壓為最大值時觸發(fā)晶閘管。（2）加放電電阻：每次切除電容器后，通過專門的放電電阻對電容器放電，使電容器殘壓接近為零，晶閘管在電壓過零時投入，這種方法將增大裝置的成本。在本設計中，采用晶閘管零電壓觸發(fā)電路，來解決零電壓投入的方法。調相型可以在任意時刻投切補償電容器，但必須有高性能高精度觸發(fā)控制器與之配合。根據上面分析，本文設計的裝置中采用晶閘管反并聯(lián)作為投切元件的開關。而分相補償適用于不對稱負載，且采用 Y 接線，分相檢測與控制。圖 、圖 給出了低壓 TSC 無功補償裝置常見的主電路方案，依次(A),(B),(C),(D)方案。(A)方案中的無觸點投切開關有 2 只反并聯(lián)的晶閘管構成的，當主回路施加正向電壓,且晶閘管的控制極有觸發(fā)脈沖時，晶閘管導通,把電容器投入；而當去掉觸發(fā)脈沖后，電流過零時自然關斷，從