低压无功补偿器调研报告.docx
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低压无功补偿器调研报告
本科生毕业论文(设计)
调研报告
题目:
低压无功补偿器的设计
学生姓名:
王亚
学号:
200816010315
专业班级:
自动化08103
指导教师:
陈日新
完成时间:
2011年12月5日
通用低压无功补偿器的设计
一、主要目标任务:
综合运用所学知识,如《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《自动控制原理》、《微机原理》、《单片机原理与应用》,设计一个低压无功补偿器。
1)对以前所学知识进行系统的复习,全面的综合并将其联贯。
2)学会了独立的分析和解决问题和进行相关社会调查的能力
3)学会了查阅文献的方法和培养查阅文献的良好习惯。
4)提高专业相关外文的阅读、翻译能力。
提高专业英语水平。
5)提高编写程序的水平,优化软件结构。
提高电脑绘图水平。
二、技术性能指标:
提出了一种新型的智能无功补偿控制器,该装置适合对大用户进行无功补偿。
1)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。
2)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。
3)LCD显示,可实时显示电压、电流和功率因数等数据。
三、简要工作原理
以AT89C51单片机,A/D转换器、LCD显示器、静态电子开关,设计出一个无功补偿系统。
将低压电容器组与电动机并联,通过控制、保护装置与电机共同投切。
用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停止运补偿装置也退出,不需要频繁调整补偿容量。
且具有投资少,配置灵活,维修简单等优点。
为防止电机推出时产生自激过电压,补偿容量一般不大于电机的空载无功。
将电容器和电感并连在同一电路中,电感吸收能量时,正好电容器释放能量,而电感放出能量时,电容器却在吸收能量。
能量就在它们之间交换,即感性负荷(电动机、变压器等)所吸收的无功功率,可由电容器所输出的无功功率中得到补偿[4]。
因此,把由电容器组成的装置称为无功补偿装置。
此外,同步电动机等也可以作为无功补偿装置。
无功补偿的作用和原理可由图1.1解释:
设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为
,装设无功补偿装置后,补偿无功功率为
,使电源输出的无功功率减少为
,功率因数由
提高到
,视在功率
减少到
。
图1.1无功补偿补偿原理示意图
视在功率的减少可相应减少供电线路的截面和变压器的容量,降低供用电设备的投资。
例如一台1000千伏安的变压器,当负荷的功率因数为0.7时,可供700千瓦的有功负荷,当负荷的功率因数提高到0.9时,可供900千瓦的有功功率[5]。
同一台变压器,因为负荷的功率因数的提高而可多供200千瓦负荷,是相当可观的。
四、课题文献综述
1.《晶闸管投切电容器(TSC)技术的研究现状与发展.电力电子技术》
1)作者:
谷勇刚,肖国春,裴云庆,王兆安
2)摘要:
介绍了用于配电系统动态无功补偿的晶闸管投切电容器(TSC)的基本原理、分类、主电路形式、控制物理量的检测、控制策略及最新的研究进展等
3)研究动向:
由于晶闸管投切电容器具有优良的动态无功功率补偿性能,近年来该技术在低压配电网中得到了迅速的推广应用。
该技术在以下几个方面的发展动向值得注意:
(1)提高TSC产品可靠性,降低其成本 产品的可靠性是其赖以生存和发展的首要条件。
TSC产品集强电(晶闸管、电容器等)与弱电(微处理器、存储器等)于一体,它们之间的电磁干扰非常严重。
合理选择电子器件及设计控制器电路,合理选择检测物理量和控制算法,进一步提高产品的可靠性和抗干扰能力,减小投切的振荡,降低产品成本,提高产品的竞争力是今后的一个研究方向。
主电路中采用晶闸管阀,过零检测电路采用光耦,存在逻辑触发电路比较复杂、可靠性低的问题。
笔者用过零固态继电器作为TSC装置的开关元件
来解决这一问题,得了满意的效果。
(2)无功参量的快速检测及控制新方法快速准确地检测系统的无功参数,是TSC进行快速动态补偿的前提条件。
虽然目前提出了一些检测方法,但对于三相不平衡系统、存在谐波的系统的无功功率的定义及无功参数的测量还值得研究。
随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展,一些先进的控制方法引入TSC控制,提高其智能控制水平也是一项非常有意义的工作。
(3)研制兼具补偿无功和抑制谐波的多功能产品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TSC与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器(TSF—ThyristorSwitchedFilter),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。
(4)高压系统中的TSC技术由于受到晶闸管耐压水平的限制,目前用于高压系统的TSC是通过变压器降压接入的,如用于电气化铁道牵引变电所中的TSC。
研制直接接入高压电网(如10kV)进行高压动态无功补偿的装置具有重要意义。
该方式的关键问题是要解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压,即多个晶闸管元件串联及均压、触发控制的同步性等。
2.《单片机原理课程设计》
1)作者:
张一斌,余建坤
2)内容简介:
本系列教材的主要特点为:
1.充分吸取了教学改革、课程设置与教材建设等方面的经验成果,在内容的选材上(如例题和习题)力求理论紧密联系实际、注重实用技术的讲解和实用技能的训练。
同时也能反映出电子电气信息领域的最新研究成果,体现电子电气应用领域的新知识、新技术、新工艺与新方法。
2.根据专业特点,对传统教材的内容进行了精选、整合、优化,以满足理论教学与实验教学的需求。
同时,注意到与相关课程内容之间的衔接,从而保证了教学的系统性,有利于理论教学。
3.编写与电子技术类课程设计相配套的指导性教材,有利于实践性教学。
4.在本系列教材中,基本概念的阐述较清晰,层次分明,语言表述做到了通俗易懂,有利于学生自学。
2)总结:
单片机原理课程设计是培养学生单片机应用系统设计与开发能力的重要教学环节,应用性强。
学生通过课程设计,综合应用单片机系统只是来完成一个应用系统开发的全过程,达到单片机实践动手能力的培养和提高。
通过单片机知识融会贯通,提高解决实际工程技术问题的能力。
3.《单片机原理与应用》
1)作者:
曾屹,陈日新
2)摘要:
本书以51单片机为主要对象,系统的介绍了单片机的基本硬件结构和工作原理、指令系统与汇编语言程序设计、计数/定时器、串行接口和中断系统等片内功能部件、基本接口应用技术、功能扩展、应用系统设计基础、C语言程序设计和仿真设计技术。
3)引言:
随着经济社会发展对智能化和信息化要求的不断提高,单片机作为智能控制的核心,逐渐渗透到社会生产和生活的各个方面。
单片机芯片的使用量每年以数百亿片计,广泛应用于仪器仪表、信息处理和通信设备、家用电器和汽车。
以及精密制导武器等方方面面,似乎已经找不到不使用单片机的领域了。
因此,社会上需要大量的学习和掌握了单片机应用技术的专门人才。
单片机原理及应用技术课程可以作为专业课程来学习,现在却越来越呈现出专业基础课的特征了。
单片机及其接口应用技术的综合性很强,涉及模拟和数字电子技术、集成电路芯片、传感器、程序设计和电路设计,需要使用多种EDA软件。
学习单片机原理及应用技术课程,能够促使我们将这些知识融会贯通,自然而然会提高我们解决实际工程技术问题的能力。
4)主要内容:
以培养21世纪复合型、应用型人才为目标,为有利于更新教学内容和教学方法,反映当前单片机应用的新技术、新进展而编写。
第一部分阐述了:
单片机的基本硬件结构、汇编语言指令系统、汇编语言程序设计基本知识和方法、单片机的定时/计数器以及串行接口和中断系统、单片机的基本接口(包括开关量接口、显示接口、键盘接口和AD/DA接口)应用技术。
学完这部分內容后的学生可以对51单片机系统有一个基本的了解,可以从事较简单的应用。
第二部分包括:
51单片机的功能扩展和接口设计,单片机应用系统设计基础。
学完这部分內容后的学生,对51单片机系统应有一个比较全面的认识,能够进行单片机应用系统设计。
4.《现代测试技术》
1)作者:
何广军等
2)内容简介:
本书从理论和实践相结合的角度,详细介绍了测试技术的基本理论、原理和方法。
其主要内容包括测试技术的有关概念,测试误差理论,各种常用电量和非电量参数的测试方法,常用仪器仪表、常用传感器的结构及工作原理,自动测试系统的设计及总线技术和数据采集与处理系统。
本书可作为高等院校测控技术及仪器、电气工程及其自动化等相关专业本科生的教材和教师的教学参考书,也可作为相关专业工程技术人员的参考书。
5.《片机原理及应用实验指导书》
1)作者:
陈日新
2)编写背景:
《单片机原理及应用》课程的实验内容必须考虑单片机自身资源的发挥与利用,围绕如何应用、怎样应用、能够应用这个前提来安排。
通过实验要使学者达到掌握、理解、应用单片机技术的目的。
单片机应用系统由硬件系统和应用软件两部分构成。
硬件系统虽然会因面向的具体对象不同而各式各样,但万变不离其宗,基本且经典的硬件单元电路掌握了,其它也就迎刃而解;而应用软件也有一些基本的方法和技巧。
掌握了这些硬件单元的原理与设计、编程的基本方法与技巧,应用也就没有太多问题。
所以《单片机原理及应用》实验要充分考虑这样的特点来合理安排实验内容。
3)内容摘要:
本书共安排了7个实验,囊括了单片机技术的基本内容。
如何合理、充分利用单片机的软件、硬件资源,如何设计硬件电路,如何编写应用程序,书中都有一定的体现。
所有案例都是经过实验检验且成功的。
实验内容做到了精心组织、合理安排、深入浅出、循序渐进、案例经典,其中的编程方法与技巧是编者集二十多年单片机应用与开发的经验之浓缩。
6.《电力电子技术》
1)作者:
浣喜明、姚为正
2)内容提要:
浣喜明、姚为正编著的《电力电子技术(第2版)》内容按照“电力电子器件、电力电子电路及其控制技术和电力电子装置”的编写思路分为三部分。
第一部分内容包括常用电力电子器件(如SCR、GTO、VDMOS、IGBT、SIT、SITH、MCT、PIC等)的工作原理、特性、参数、驱动电路及保护方法;第二部分包括直流变换电路、逆变电路、整流电路和交流变换电路在内的四大类电力电子电路的工作原理、参数计算方法和应用范围,还介绍了软开关技术的内容、相控技术和PWM控制技术在上述各种电路中的应用:
第三部分从应用的角度出发,介绍了多种典型电力电子装置的组成、工作原理和实际应用,同时还介绍了先进控制技术在电力电子装置中的应用以及电力电子装置的可靠性与抗电磁干扰技术。
7.《自动化系统工程设计与实施》
1)作者:
林敏
2)内容摘要:
本书是作者从事自动化控制领域工程设计与实践的知识积累与经验总结。
本书阐述了一般控制理论与方法以外的工程设计与实践的基础知识,全方位、多视角地介绍单片机、智能仪表、工控机、PLC等各种主要控制装置用于不同工业流程的设计案例与实施过程。
本书由浅入深,循序渐进,软硬结合,注重对学生分析和解决实际问题能力的培养,强调对学生的动手设计与工程实践技能的培养。
3)文摘:
工程设计与实践基础知识
自动化系统工程设计与实践一般包括三个方面的内容:
方案设计、工程设计和安装调试。
方案设计是决定技术方向与路线的首要问题,他是自动化工作者丰富经验积累后的思想集成;工程设计是在方案设计的基础上所实施的深度的‘详尽的分析与设计;安装调试就是把方案、设计变成物理实现的最终完成。
这三者都是依据一定规范与标准进行的。
其中,大量的基础工作主要涉及工程(图)设计。
工程技术人员要表达设计思想,理解设计思路,组织生产施工以及运行维护管理,就一定要学会认识、阅读和绘制工程图。
工程图始终是工程技术界技术交流的语言,在工程领域中起着其他语言不可替代的作用。
作为一种基础知识,这是必须要学习和掌握的。
另外,还要掌握工程设计原则与实施步骤。
五、低压电网中的几种无功补偿的方式
广大市电低压电网处于电网的最末端,因此补偿低压无功负荷是电网补偿的关键。
搞好低压补偿,不但可以减轻上一级电网补偿的压力,而且可以提高用户配电变压器的利用率,改善用户功率因数和电压质量,并有效降低电能损失。
低压补偿对用户及供电部门都有利。
低压无功补偿的目标是实现无功的就地平衡,通常采用地方式有三种:
随机补偿、随器补偿、跟踪补偿[1]。
随机补偿就是将低压电容器组与电动机并联,通过控制、保护装置与电机共同投切。
随机补偿地优点是:
用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停止运补偿装置也退出,不需要频繁调整补偿容量。
且具有投资少,配置灵活,维修简单等优点。
为防止电机推出时产生自激过电压,补偿容量一般不大于电机的空载无功。
随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧,以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。
有很多的低压配电网中的变压器,尤其是农网配电变压器,普遍存在负荷轻的现象。
在负荷时接近空载,此时配电变压器的空载无功是电网无功负荷的主要部分。
随器补偿由于补在低压侧,可有效地补偿配变空载无功,且连线简单,做到无功地就地补偿。
跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将低压电容器组补偿在大用户0.4kV母线上的补偿方式。
补偿电容器组的固定连接可起到相当于随器补偿的作用,补偿用户的固定无功基荷;可投电容器组用于补偿无功峰荷部分。
由于用户负荷有一定的波动性,故推荐选用自动投切方式。
此法对电容器的保护比前二种要更可靠。
上述三种补偿方式均可对特定种类无功负荷实现“就地平衡”的无功补偿,降损节能效果好。
六、参考文献
[1]陈日新.MCS-48单片机在无功补偿中的应用.电子节能技术[J],1998.3
[2]谷勇刚,肖国春,裴云庆,王兆安.晶闸管投切电容器(TSC)技术的研究现状与发展.电力电子技术[J].第37卷第2期,2003.4
[3]苏文成,金子康等编著.无功补偿与电力电子技术.北京:
机械工业出版社,1989.7
[4] 张一斌等.单片机原理课程设计.中南大学出版社.,2009
[5]曾屹.单片机原理与应用.中南大学出版社,2009
[6]曹才开 .检测技术与应用.中南大学出版社.,2009
[7] 陈日新.单片机原理及应用实验指导书.自编教材,2009
[8]吴坚,赵英凯,黄玉清主编.计算机控制系统.武汉:
武汉理工大学出版社,2002.8
[9]何立民编著.单片机高级教程.-北京:
北京航空航天大学出版社,2000.8
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