1、 日 期：经检查该毕业设计（论文）为独立完成，不存在抄袭现象。 指导老师签名： 日 期：摘 要随着单片机技术和电子测量技术的发展，现在有条件实时测量出功率因数，根据测量结果及时进行补偿，补偿的程度可以具体线路进行设定。本设计就是要完成这样的实际装置。要考虑适应现场恶劣电磁环境，保证能够长期可靠运行，不发生死机现象。在本设计中，用PT和CT分别采样电压、电流信号，由单片机进行相位差计算，根据计算结果，投入或切掉并联的补偿电容。电容的分组可以采8：4：2：1的比例，使调节更加精细。相位测量可以采用单片机计数配合电子线路实现。电容投切控制使用固态无触点开关，采取过零宽高频调制脉冲触发方式，以减少冲击
2、电流；关断采用电流过零自然关断；投入采用记忆方式，保证原电容充电方向与系统电源方向一致。 关键词：电力系统；能量损耗；无功功率补偿；MTSC装置 AbstractWith SCM technology and electronic measuring technology, is now measured in real time power factor conditions, according to measurements in a timely manner to compensate for the degree of compensation can be set specifi
3、c routes. This design is the actual device to finish this. To consider the harsh electromagnetic environment to adapt to the scene to ensure the long-term reliable operation of the crash phenomenon does not occur. In this design, the PT and CT were sampled by voltage, current signal, the phase diffe
4、rence calculated by the microcontroller, according to the calculation results, input or cut parallel compensation capacitors. Capacitance of the group can adopt a 8:4:2:1 ratio, so that adjustment is more precise. Phase measurements can be used to achieve single chip counts with electronic circuits.
5、 Capacitor threw cutting control using solid non-contact switch, high frequency modulation to zero pulse width trigger mode to reduce the impulse current; turned off by the natural current zero off; Input using memory way, guaranteed in the direction of the original charge and system power capacitor
6、 in the same direction.Key words: Power Systems；Energy loss；Reactive power compensation；MTSC device前 言无功功率动态补偿是电力电容无功补偿的创新，以动态无功补偿为主，改善电网质量、节约电能、提高变压器增容利用率满足增容需求、消除电磁污染和提高用电安全可靠性等功能；是静态无功补偿装置最理想的更新换代产品。无功功率动态补偿为满足不同用户的需求，分为户内与户外两大系列产品，广泛用于工矿、医疗、科研、企事业、油田、矿山、港口、居民小区、公共设施、电网等低压无功补偿的用户；特别适用于无人值守的配电室和箱式
7、变电站，户外型无功动态补偿装置可用于100.4KV或60.4KV的柱上变台；对低压侧负荷进行无功补偿，并可对较大的动力设备进行就地补偿。无功功率动态补偿由电子微机调节控制。跟踪负载无功电流变化，对多级电力电容器组进行快速投切。经电业部门调查，农网和城网输送功率潮流的功率因数大都在0.650.8左右，企业内部的配电网潮流的功率因数在0.650.7左右。低压用电设备由于动力设备实际作功比额定功率小及家用电器的作功特性，所以其自然功率因数大都偏低。供电系统除供给有功功率外，还供给大量无功功率，以至发电设备输送电能至配电设备不能有效利用。综上所述 ，无功补偿动态不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节
8、省燃煤及污染等作用，同时还可以提高电力系统设备的供电能力，改善电压质量，减少用户电费开支，延缓用户的增容改造。第1章 动态无功功率补偿装置概述1.1 无功功率补偿原理与实现方法为提高供电设备效率，减少供电线路电能损失，国内外自上世纪50年代初就开始进行无功功率补偿装置的研究工作，其方法主要有两种：一种是在电网上并联电容器，通过提高电网的功率因数达到减少线路电压损耗，提高供电设备利用率的目的;另外一种是在电网上并入同步电动机，通过改变同步电动机励磁电流的方法来改变电路负载特性。其中前一种方法适用于居民、商业及小型工厂的低压供电系统，而后一种方法适用于大型工厂中的无功功率补偿。在实际应用中，由于电
9、路特性是随时变化的，为了达到较好的补偿效果，就必须动态跟踪电路特性的变化，实时监测电路中与的相位差角，根据角的大小决定并联电容器的值。基本的功率因数补偿电路如图1-1 所示图1-1 功率因数补偿电路电路中的K1Kn在自动动态补偿装置中可采用双向可控硅，在电路工作时，一般保证U1，为分析方便，可认为U2U1，则 （2.2）当功率因数从0.8提高至0.9时，通过上式计算，可求得有功损耗降低21左右。在输送功率不变情况下，提高，I相对降低，设为补偿前变压器的电流，为补偿后变压器的电流，铜耗分别为，；铜耗与电流的平方成正比，即 （2.3）由于P1=P2，认为U2U1时，即 （2.4）可知，功率因数从0
10、.8提高至0.9时，铜耗相当于原来的80。（三）减少了线路的压降由于线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于系统电压的稳定（轻载时要防止超前电流使电压上升过高），有利于大电机起动。（四）增加了供电功率，减少了用电贴费对于原有供电设备来讲，同样的有功功率下，COS提高，负荷电流减小，因此向负荷传输功率所经过的变压器、开关、导线等配电设备都增加了功率储备，发挥了设备的潜力。对于新建项目来说，降低了变压器容量，减少了投资费用，同时也减少了运行后的基本电费。三、就地补偿与集中补偿的技术经济分析（一）电容补偿在技术上应注意的问题1、防止产生自励。采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在
11、惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流，如果电容过补偿，就可使电动机的磁场得到自励而产生电压，如图6所示。因此，为防止产生自励，可按下式选用电容 （2.5）2、防止过电压。当电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏。我国并联电容器国标规定：“工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压。”因此必须符合QC 0.1Ss的条件。3、防止产生谐振。4、防止受到系统谐波影响。对于有谐波源的供电线路，应增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。由此可见，就地补偿较集中补偿，更具节能效果。四 电容补偿控制及安装方式的选择（一）就地补偿与集中补偿的有关规定1、GB12497
12、90三相异步电动机经济运行第7.6条规定：50kW以上的电动机应进行功率因数就地补偿。2、GB348583评估企业合理用电技术导则第2.9条规定：100kW以上的电动机就地补偿无功功率。3、GB5005295供配电设计规范第5.03及5.0.10规定。4、国外用电委员会法规与专业学报均有类似规定与刊载。（二）电容补偿方式的选择采用并联电容器作为人工无功补偿，为了尽量减少线损和电压损失，宜就地平衡，即低压部分的无功宜由低压电容器补偿，高压部分的无功宜由高压电容器补偿。对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜就地补偿。补偿基本无功的电容器组宜在配变电所内集中补偿，在有工业生产机械化
13、自动化程度高的流水线、大容量机组的场所，宜分散补偿。（三）电容器组投切方式的选择电容器组投切方式分手动和自动两种。对于补偿低压基本无功及常年稳定和投切次数少的高压电容器组，宜采用手动投切；为避免过补偿或轻载时电压过高，易造成设备损坏的，宜采用自动投切。高、低压补偿效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。（四）无功自动补偿的调节方式以节能为主者，采用无功功率参数调节；当三相平衡时，也可采用功率因数参数调节；为改善电压偏差为主者，应按电压参数调节；无功功率随时间稳定变化者，按时间参数调节。五 电容补偿容量的选定（一）集中补偿容量确定先进行负荷计算，确定有功功率P30和无功功率Q30，补偿前自然功率因数
14、为COS1，要补偿到的功率因数为COS2。则 （2.6）为平均负荷因数。（二）电动机就地补偿电容器容量确定就地补偿电容器容量选择的主要参数是励磁电流，因为不使电容器造成自励是选用电容器容量的必要条件。负载率越低，功率因数越低；极数愈多，功率因数越低；容量愈小，功率因数越低。但由于无功功率主要消耗在励磁电流上，随负载率变化不大，因此应主要考虑电动机容量和极数这两个参数，才能得到最佳补偿效果。2.2 设计思路无功补偿对电网节能损耗有着极为重要的作用，而现有的负荷无功波动很大，现有无功自动补偿装置虽能自动跟踪补偿负荷的无功，但不易频繁投切，不能适应动态的要求，致使当系统的功率因数变化比较大、较频繁时
15、，系统的功率因数较低，并且投切时会产生“浪涌电流”对电容器不利。随着单片机合电子测量技术的发展，可以实时测量系统的功率因数，通过单片机编程，根据测量结果进行一步到位的投切，补偿程度可以根据具体线路进行设定，本设计就是要完成这样的装置，并考虑适应现场恶劣的电磁环境，保证能长期、可靠的运行，不发生死机的现象。方案比选：方案一：电容器分为容量相同的八组，随时检测线路的功率因数，如果低于给定值，则单片机发信号，投入一组电容器，然后再检测，只要低于给定值就再投入一组电容器，这样反复检测，直到功率因数达到给定值则停止投入。方案二：电容器分组采用8：1（容量之比），可以组合成16种组合，随时检测线路功率因数
16、，和给定值进行比较，查表得出补偿到给定功率因数需补偿的容量，然后一步到位的投入电容器。方案一投切所需的时间比较长，而且容易形成“投切振荡”现象；方案二投切所需的时间很短，调节更加精细，且能一步到位的投切，不易造成反复投切而形成“投切振荡”现象。所以我采用了方案二进行电容器的投切。第3章 无功功率优化动态补偿装置针对现有的电容器自动补偿装置的种种弊端，设计出了此无功功率动态补偿装置，它主要应用于城网、农网、配电网和变压器低压侧户外全自动跟踪无功动态补偿节电箱，对电力系统降损节能有重大的技术经济意义。3.1装置简介3.1.1 装置的主要技术特点1.真正实现无功自动跟踪投切。采用单片机对电网无功进行
17、自动跟踪监测；对电容器投切电子开关进行全自动控制，响应及时迅速，杜绝了对电网危害甚大的过补现象。2.实现了对电容的等电位投入，零电流切除，投入切除一步到位，不会发生“投切振荡”和“合闸涌流”现象，彻底克服了以往交流接触器等机械触点投切电容器时涌流大，电压冲击大，打火、振动以及使用寿命短的缺点。3.调节更加精细。1（容量之比）的比例，使用较少的电容器即可组成16种组合，并使调节更加精细。3.1.2 本装置的意义对电力系统而言：1. 能提高发、输、供电设备的利用率。使用本装置后，用户负荷功率因数将大为提高（接近1.0），电网与负荷之间交换的无功功率将大为减小，有功功率可相应增加，电网负载能力得到提高，从而提高了发、输、供电设备的利用率。例如一台1000KVA的变压器由COS1 =0.7提高到COS2 =0.95，变压器可相当于增容25，可有250KVA的容量被增用。2. 能降低输电线路损耗。
