电力系统无功功率测量及自动补偿装置的设计(附件)【字数：9630】
由于使用的感性负载过多导致无功功率在电网中流动，使得电能电压不稳定以及造成损失，有可能会影响破坏设施，因此，需要研发一种无功功率补偿设备来降低造成这种情况的可能性。目前有很多无功功率补偿器，但是因为速度慢以及准确度不够，无法降低这种在使用过程中造成的损失，所以我的思路是以单片机的形式研究出一种性价比高的补偿装置，使得能够改变这种现状。电力系统的运行情况不断发生变化，通过人工不断调整电力系统中无功功率补偿的量，不能达到较好效果。因此本课题的目的就是自动检测电力系统中的功率因数，计算无功功率的大小，按要求调节功率因数，计算需要补充的无功功率，通过自动投切装置并接一定容量的电容器，实现功率因数自动补偿。该课题要用到互感器、单片机电路、余弦函数计算，无功功率计算、自动投切电路、显示补偿后的功率因数。要求将功率因数补偿到0.93-0.97。电网额定电压10000V，最大供电电流1000A。
目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 无功补偿装置的发展概况 1
1.2.1 同步调相机 1
1.2.2 并联电容器 1
1.3 无功补偿技术的发展趋势 3
1.4 本课题的主要工作 3
第二章 无功补偿理论的研究 4
2.1 功率因数及相关知识 4
2.2 无功功率补偿的作用及意义 6
第三章 无功补偿方式补偿容量的研究 7
3.1 无功补偿方式的选择 7
3.1.1 低压集中补偿方式 7
3.1.2 分散补偿方式 8
3.1.3 用户终端就地补偿方式 8
3.2 无功补偿容量的计算 8
3.3 电容的接法及分组方式 9
第四章 电容器组投切元件的选择 10
4.1 交流接触器 10
4.2 晶闸管电子开关 10
4.3 固态继电器 11
4.4 复合开关 11
4.4.1 复合开关的工作原理 12
4.5 复合开关的工作过程 12
第五章 控 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
制系统的硬件软件设计 14
5.1 系统的总体设计 14
5.2 系统的硬件结构 15
5.3 控制系统的硬件电路设计 15
5.3.1 单片机型号的选择 15
5.3.2 电源电路设计 16
5.3.3 采样电路设计 17
5.3.4 模拟量的A/D转换 18
5.3.5 功率因数的测量电路 19
5.3.6 复位电路 21
5.3.7 显示电路 23
5.3.8 驱动电路 24
5.4 控制系统的软件设计 27
5.4.1 控制系统的流程图 27
5.4.2 功率因数角的测量 28
5.4.3 由功率因数角计算功率因数和无功功率 29
5.4.4 电容器组的投切控制 30
第六章 总结与展望 31
6.1 总结 31
6.2 展望 31
参考文献 32
致谢 34
附录 35
1 控制系统电路原理图 35
2 PCB布线图 37
第一章 绪论
1.1 引言
局部电压的不稳定和功率因数的恶化引发的质量降低都是因为电力系统参数变化导致的。在低压配电情况下，要补偿运行的无功负荷，不然的话将导致损失变大，电压质量下降。因而，各大用户目前最大的要求就是稳定系统电压并降低网络上的损失。
如果要使电路中的功率最大程度的给予有功功率并且降低其无功功率则要让运行的电力网中的功率因数尽可能的大。然而无功功率补偿这个设备就是用来提高功率因数并且降低供电及输送的损耗，使效率提升并且使得供电环境得到优化。因此这在供电系统中是一个极其特殊的位置。谨慎认真的选择补偿装置能尽可能的降低损失，同时提高电网的实际质量。
1.2 电力系统无功功率测量及补偿装置的变化
1.2.1 同步调相机的发展
同步调相机（Synchronous CondenserSC）作为一种老式的装置。它主要的作用是产生无功功率并且可以根据不同的场合发出不一样的无功功率，其中包括了容性和感性两种。在上世纪这种无功功率补偿装置一直占据着主导地位。然而，因为机器运行过程中，内部消耗以及声音过于巨大并且运行慢，导致了在现今这个时代已经不能融入主流。所以，目前很少能看到这种传统的无功功率补偿装置。
1.2.2 并联电容器的发展
并联电容器和同步调相机都是老式的装置，可是因为不管在构造、运行或者性价比方面都强于同步调相机，所以它的适用面更广。目前，其投入各大部门的数量都在慢慢加大。
1.3 无功补偿技术的发展趋势
随着电力电子技术的日新月异以及各门学科的交叉影响，无功补偿的发展趋势主要有以下几点[5]：
① 在城网改造中，运行单位往往需要在配电变压器的低压侧同时加装无功补偿控制器和配电综合测试仪，因此提出了无功补偿控制器和配电综合测试仪的一体化的问题。
② 快速准确地检测系统的无功参数，提高动态响应时间，快速投切电容器，以满足工作条件较恶劣的情况（如大的冲击负荷或负荷波动较频繁的场合）。随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展，可以在无功补偿中引入一些先进的控制方法，如模糊控制等。
③ 目前无功补偿技术还主要用于低压系统。高压系统由于受到晶闸管耐压水平的限制，无功补偿装置不能得到广泛的应用。因此，研制高压动态无功补偿的装置则具有重要意义，关键是解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压问题。
④ 由单一的无功功率补偿到具有滤波以及抑制谐波的功能。随着电力电子技术的发展和电力电子产品的推广应用，供电系统或负荷中含有大量谐波。研制开发兼有无功补偿与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器，将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量的有效手段。
1.4 本课题的主要工作
本课题所研究的主要内容包括以下几部分：
1、设计的装置可以完成对电力系统中无功功率的自动测量，自动投切电容组，完成对无功功率的自动补偿；
2、通过查资料了解装置各部分的工作原理，设计方案，通过做模拟实验验证方案的可行性；
目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 无功补偿装置的发展概况 1
1.2.1 同步调相机 1
1.2.2 并联电容器 1
1.3 无功补偿技术的发展趋势 3
1.4 本课题的主要工作 3
第二章 无功补偿理论的研究 4
2.1 功率因数及相关知识 4
2.2 无功功率补偿的作用及意义 6
第三章 无功补偿方式补偿容量的研究 7
3.1 无功补偿方式的选择 7
3.1.1 低压集中补偿方式 7
3.1.2 分散补偿方式 8
3.1.3 用户终端就地补偿方式 8
3.2 无功补偿容量的计算 8
3.3 电容的接法及分组方式 9
第四章 电容器组投切元件的选择 10
4.1 交流接触器 10
4.2 晶闸管电子开关 10
4.3 固态继电器 11
4.4 复合开关 11
4.4.1 复合开关的工作原理 12
4.5 复合开关的工作过程 12
第五章 控 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
制系统的硬件软件设计 14
5.1 系统的总体设计 14
5.2 系统的硬件结构 15
5.3 控制系统的硬件电路设计 15
5.3.1 单片机型号的选择 15
5.3.2 电源电路设计 16
5.3.3 采样电路设计 17
5.3.4 模拟量的A/D转换 18
5.3.5 功率因数的测量电路 19
5.3.6 复位电路 21
5.3.7 显示电路 23
5.3.8 驱动电路 24
5.4 控制系统的软件设计 27
5.4.1 控制系统的流程图 27
5.4.2 功率因数角的测量 28
5.4.3 由功率因数角计算功率因数和无功功率 29
5.4.4 电容器组的投切控制 30
第六章 总结与展望 31
6.1 总结 31
6.2 展望 31
参考文献 32
致谢 34
附录 35
1 控制系统电路原理图 35
2 PCB布线图 37
第一章 绪论
1.1 引言
局部电压的不稳定和功率因数的恶化引发的质量降低都是因为电力系统参数变化导致的。在低压配电情况下，要补偿运行的无功负荷，不然的话将导致损失变大，电压质量下降。因而，各大用户目前最大的要求就是稳定系统电压并降低网络上的损失。
如果要使电路中的功率最大程度的给予有功功率并且降低其无功功率则要让运行的电力网中的功率因数尽可能的大。然而无功功率补偿这个设备就是用来提高功率因数并且降低供电及输送的损耗，使效率提升并且使得供电环境得到优化。因此这在供电系统中是一个极其特殊的位置。谨慎认真的选择补偿装置能尽可能的降低损失，同时提高电网的实际质量。
1.2 电力系统无功功率测量及补偿装置的变化
1.2.1 同步调相机的发展
同步调相机（Synchronous CondenserSC）作为一种老式的装置。它主要的作用是产生无功功率并且可以根据不同的场合发出不一样的无功功率，其中包括了容性和感性两种。在上世纪这种无功功率补偿装置一直占据着主导地位。然而，因为机器运行过程中，内部消耗以及声音过于巨大并且运行慢，导致了在现今这个时代已经不能融入主流。所以，目前很少能看到这种传统的无功功率补偿装置。
1.2.2 并联电容器的发展
并联电容器和同步调相机都是老式的装置，可是因为不管在构造、运行或者性价比方面都强于同步调相机，所以它的适用面更广。目前，其投入各大部门的数量都在慢慢加大。
1.3 无功补偿技术的发展趋势
随着电力电子技术的日新月异以及各门学科的交叉影响，无功补偿的发展趋势主要有以下几点[5]：
① 在城网改造中，运行单位往往需要在配电变压器的低压侧同时加装无功补偿控制器和配电综合测试仪，因此提出了无功补偿控制器和配电综合测试仪的一体化的问题。
② 快速准确地检测系统的无功参数，提高动态响应时间，快速投切电容器，以满足工作条件较恶劣的情况（如大的冲击负荷或负荷波动较频繁的场合）。随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展，可以在无功补偿中引入一些先进的控制方法，如模糊控制等。
③ 目前无功补偿技术还主要用于低压系统。高压系统由于受到晶闸管耐压水平的限制，无功补偿装置不能得到广泛的应用。因此，研制高压动态无功补偿的装置则具有重要意义，关键是解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压问题。
④ 由单一的无功功率补偿到具有滤波以及抑制谐波的功能。随着电力电子技术的发展和电力电子产品的推广应用，供电系统或负荷中含有大量谐波。研制开发兼有无功补偿与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器，将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量的有效手段。
1.4 本课题的主要工作
本课题所研究的主要内容包括以下几部分：
1、设计的装置可以完成对电力系统中无功功率的自动测量，自动投切电容组，完成对无功功率的自动补偿；
2、通过查资料了解装置各部分的工作原理，设计方案，通过做模拟实验验证方案的可行性；
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