低压电网无功补偿控制器设计-开题报告.doc

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毕业设计（论文）开题报告

自动化学院电气工程及其自动化专业级班

课题名称：

低压电网无功补偿控制器设计

学生姓名：

学号：

指导教师：

报告日期：

1．本课题所涉及的问题及应用现状综述

问题：

近20年来，世界各地（包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯、日本等国）发生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重视。

持续了短短72 小时的8.14 美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社会影响，这次事故提醒人们，电网运行要有足够的无功备用容量，无功不能靠远距离传输，在电力市场环境下，必须制定统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用。

现状：

随着我国经济发展和国际化能源紧张局势的加剧，现代工业的飞速发展，对电能的质量要求越来越高，电网的经济运行日益受到重视。

然而在电力系统中60%以上是电动机等感性负载，它们在系统运行中会消耗大量的无功功率。

加强电能质量和节能降耗的影响十分重要，采取无功补偿方式提高功率因数降等都是行之有效的措施。

在有功功率保持一定的前提下，线路功率因数越小，在线路上流过的电流就越大，导致在线路上的降压以及损耗就越大。

在严重情况下，会导致用户端电压达不到规定值。

因此在电力供电系统中，功率因数的提高是一项重要的技术工作，直接关系到输电线路的电能损耗及供电的经济性，供电质量。

功率因数的补偿措施一直为人们所重视。

研制高性能的功率因数补偿装置具有实际的社会，经济效益。

而且在电力系统中，无功功率要保持平衡，否则，将会使系统电压下降，严重时，会导致设备损坏，系统瓦解。

此外，网络的功率因数和电压降低，使电气设备得不到充分利用，促使网络传输能力下降，损耗增加。

因此，解决好网络补偿问题，对网络降损节能有着极为重要的意义。

在电动机附近以及线路的适当位置并联安装适当容量的电容器，可以减少无功功率的输送，从而达到降低线损、提高负载端电压的目的。

当然，并联电容的容量是有限的，并联电容器容量过大，导致线路功率因数值时，就会出现补偿点向电源端传送无功，这是不允许的。

因此，应用在低压配电网中能根据负载中无功功率的变化自动投切补偿电容器、准确实现无功功率补偿的装置具有迫切的需求。

我国电网曾在20世纪70年代由于缺乏无功功率补偿设备而长期处于低电压运行状态。

有些地方想用调节变压器分接头的办法来解决本地区电压低的问题。

开始，这种办法也有一些效果，某些供电点电压升高了，但这是以降低别处电压为代价的，因为总的无功电源不足，局部地区电压升高无功负荷增大，必然使别处无功功率更少、电压更低。

各处普遍采用调节变压器分接头的结果，不仅没能提高负荷的供电电压，而是使得无功损耗加大，整个系统低电压问题更加严重。

在这种情况下，首要的问题应该是增加无功功率补偿设备。

低压运行同时对电网安全带来巨大危害，系统稳定性差，十分脆弱，经受不起事故异常及负荷强烈变化对系统的冲击、十分容易造成大面积的停电和系统瓦解的后果，国内外均有此先例。

由此可见，合理配置无功电源，进行无功补偿是非常重要，我们进行无功补偿研究是一个重要的课题。

2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析

（1）关键问题

确定无功补偿的方法以及补偿容量的方法。

系统中电压电流采样以及信号处理，还有控制输出电路的使用。

（2）解决思路

本次设计的装置主要是面向低压电网的，可以采用从提高功率因数需要来确定无功补偿，同时又可取标准电压作为电容器切除标准，这样既考虑到功率因数的需要，又考虑到稳定电网电压质量的要求。

用电流互感采样得到交变的电流信号，在通过电路把电流信号转变为半波电压信号。

控制电路采用光电隔离电路、驱动电路，控制继电器，再控制电容器组投切的形式。

（3）可行性分析

在电力系统中要设法减小相位差，提高值，称为提高功率因数，以降低无功功率，减少电能损失。

由式看出若能使为零，则值为最小，功率因数最高，就是说如能使感抗和容抗最大限度地相互抵消，则线路中功率因数为最高。

由容抗抵消感抗（反之亦然）从而减小的方法称为功率因数补偿。

设电网的最大负荷月的平均有功功率为，补偿前的功率因数为，补偿后的功率因数为，则所需要的补偿容量的计算公式为：

若要求将功率因数由提高的而小于，则补偿容量计算为：

此设计通过单片机AT89C51与A/D转换器、电压互感器电流互感器等相结合实现数据的采样和条理、模拟信号转换为单片机可读的数字信号、单片机进行数据处理、单片机进行对显示和控制电路的控制、看门狗主要起对单片机运行状况进行检测，装置结构简单，通过硬件软件配合，稳定性高，用单片机控制，可实现真正的智能控制，具有很高的性价比。

采用LCD显示，可实时显示电压、电流和功率因数等数据。

控制策略比较合理。

该策略既考虑到无功补偿对电容容量需求，又考虑到稳定电压质量的要求，如在高电压区间的只切不投原则和在低压区间的只投不切原则。

3．完成本课题的工作方案

设计的控制器通过判定功率因数的高低、负荷电流的大小和判定需补偿或过补偿无功功率是否大于单组电容器容量，并采用欠补偿状态连续计数等方法，来最大限度避免电容器的“误投切”和“反复投切”。

控制器的结构原理图如下所示：

电容器组

单

片

机

A/D

转换

信号

处理

LED

显示

电流互感器

控制

部分

电压互感器

时间安排

第01至03周查找设计电路的有关基础知识，搜集资料；

第04至05周熟悉资料，理清设计电路的方案，提交开题报告；

第06至08周购买各种器材，绘制原理图与外部接线图、仿真图，并进行仿真；

第09至13周根据原理图设计完成硬件电路的焊接；

第14周撰写论文，准备结尾工作。

4．指导教师审阅意见

指导教师（签字）：

　　　　　　年月日

说明：

本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在毕业论文（设计）正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。