无功补偿装置中电子开关设计(附件)

目 录
1 引言 1
1.1 背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 论文工作的主要任务 2
2 无功补偿 3
2.1 无功功率的基本概念 3
2.2 无功功率的危害 4
2.3 无功补偿的作用和特点 5
2.4 晶闸管投切电容器技术的进展 6
3 硬件设计 11
3.1 总体框图设计 12
3.2 芯片介绍 13
3.3 过零触发电路 16
3.4 工作原理及流程 20
3.5 本章总结 22
4 实验测试 23
4.1 实验接线图 23
4.2 信号流程 23
4.3 过零触发电路实测情况 25
4.4 实验结论 29
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录：整体原理图与PCB版 34
1 引言
1.1 背景
随着电力系统的发展和技术进步，无论是供电部门还是用户，对具有降低线损和提高电能质量作用的无功补偿措施越来越关注。无功补偿不仅要求有足够的无功补偿容量，而且要求被补偿装置具有灵活性和较高的自动化水平，以达到优化补偿的目的。目前，无功补偿大多以交流接触器作为电力电容器的投切执行元件，投入时冲击电流大，切除时产生过电压，自身触头易损甚至熔焊，噪声大，设备故障率高，可靠性差。在控制环节上基本不能满足分相、分级、快速及跟踪补偿的要求。晶闸管投切电容器（TSC）就是一种广泛应用于配电系统的动态无功补偿装置。
电容器的分组投切在较早的时候大都是用机械断路器或接触器来实现的，这就是机械投切电容器（MSC）装置，由于机械触头动作速度与工频电压和电流的变化速度不匹配，再加上机械触头动作时间的分散性，使得MSC在运行中不可避免地产生过渡过程，不能实时地跟踪系统无功的变化，从而不能实现动态无功补偿。
与机械投切电容器相比，晶闸管的开、关是无触点的，其操作寿命几乎是无限的，而且晶闸管投切时刻可以精确控制， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072# 
可以快速无冲击地将电容器接入电网，大大减少了投切时的冲击电流和操作困难，其动态响应时间约为0.010.02s。TSC能快速跟踪冲击负荷的突变，随时保持最佳馈电功率因数，实现动态无功补偿，减小电压波动；提高电能质量，节约电能。
1.2 研究现状
TSC系统是一个对供电网络波动无功进行动态补偿的相对独立系统，其应用形式有很大的灵活性，可按电压等级划分和应用范围划分。
按电压等级划分：(1)低压补偿方式，适用于1kV及其以下电压的补偿；(2)高压补偿方式即补偿系统直接进入电网进行高压补偿。
按应用范围划分：(1)负荷补偿方式，该方式是直接对某一负荷进行针对性动态补偿，消除对电网的无功冲击；(2)集中补偿方式，该方式是对电网供电采取系统补偿的方法来解决整个电网的各种无功功率的波动问题，一般为高压补偿方式。
目前，我国一方面总的无功补偿装置容量不足，另一方面作为无功补偿装置主要补偿方式的并联电容器的自动投切能力较差，不能很好地发挥其补偿作用，致使电网电压不能满足要求。因此，研究和开发适用于频繁自动投切电容器的控制方式及装置，是改善电网电压质量的重要措施[1,2]。
在现有国内外低压配电网并联电容器无功补偿装置的实际应用中，存在着以下诸多问题：
（1）由于补偿目标单一、采取的控制策略不合理，补偿装置普遍存在投切振荡问题。如仅以功率因数为补偿目标就会产生投切振荡现象。
（2）没有考虑到谐波对电容器的影响，使得电容器寿命大大缩短，甚至经常被烧毁。
（3）采样方式不当，造成无功倒送。有的控制器为了降低成本和提高运算速度，只采样一相电压、电流信号，使得当三相负载不平衡时，很难准确测量无功功率，造成有的相过补，有的相欠补。
（4）补偿速度慢，补偿精度差。在采样三相电压、电流信号，进行FFT变换，计算谐波电压、电流的情况下，单片机一般难以实现无功功率的实时检测和动态补偿，或者补偿精度比较差。
（5）电容器的分组、接线形式和控制方式相互结合起来，形成了多种补偿方案，而很多控制器不能同时适用于这些方案。
（6）采用交流接触器作为电容器投切开关，不可避免地产生过渡过程，形成冲击电流并引起电网电压的波动，造成接触器触点烧蚀，使得成套装置可靠性差、维护不便。采用晶闸管投切，则常因触发脉冲控制不当，在运行过程中频繁出现故障，导致电容器组投入冲击电流过大，损坏晶闸管和电容器；有时，甚至在投入过程中，由于冲击使得开关装置保护跳闸，致使补偿装置形同虚设。
1.3 论文工作的主要任务
针对设计要求：合理设计晶闸管快速投切控制电路，采用2500V耐压，300A的晶闸管，投切涌流小于1.6倍额定电流，响应时间小于20ms。
本文提出采用晶闸管投切电容器作为执行元件的方法，从晶闸管特性迅速响应的要求入手，着重对晶闸管过零触发回路设计进行了较为深入的理论和实验研究。晶闸管投切电容器装置的组成：主电路包括晶闸管和二极管、电容、串联电感。
（1）深刻分析晶闸管投切电容器的工作原理，认真推导晶闸管触发控制电路投切过程以及动态无功补偿。
（2）设计晶闸管电压过零触发电路。晶闸管反并联接线方式，并配合过零触发电路，严格保证晶闸管两端电压为零时晶闸管触发导通与关断。
（3）选用单片机AT89C2051为主体进行控制器的硬件设计，要完成相应的PCB制作并对所做电路进行试验研究，对结果进行分析，并实验运行。
2 无功补偿
2.1 无功功率的基本概念
发电、输电、配电和供电系统结合而成的电力系统。同时它具有多种能量进行互换的电力系统。电力系统的使用可以用两种功率来表示，分别是无功功率和有功功率。

版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/2670.html