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1、山东科技大学信息与电气工程学院课程设计报告设计题目：电网无功补偿装置的研究专业：电气工程及其自动化班级：＿2009级3班姓名：方治学号：200901101105手机：18006426839Email：skfangzhi@163.com指导教师：白星振提交时间：2012年7月2日目录一、摘要二、研究现状、定义、应用、背景和意义2.1无功补偿现状2.2无功补偿的定义2.3无功补偿的应用2.4无功补偿的背景2.5无功补偿的意义三、设计方案3.1无功补偿原理3.2硬件电路的设计3.2.1控制器的设计3.2.2数据采集处理3.2.3显示部分3.2.4驱动电路3.2.5电容
2、器的联接方式3.3软件电路的设计四、结论一、摘要随着供需矛盾的加深及人们对供电质量要求的提高，配电网无功功率补偿成为目前电力系统中的一项重要工程。本课题通过设计无功补偿自动控制器来实现并联电容器组的自动投切，完成无功功率的自动补偿，保证电力网的电力品质合格。以功率因数和电压两个量作为动作判断的依据，对电容进行投切是本设计的动作原理，即根据“保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少控制次数的原则”，当电网电压处于合格范围时，以提高功率因数、降低电能损耗为主要目的，当无功功率越上限时，投入电容器组来降低无功功率，当无功功率越下限时，切除电容器组来提高无功功率;当电网电压
3、过高时，将投入的电容切除来降低电网电压。对现存无功自动控制器所存在的不足，从软件实现上作了一些改进，采用优化的投切控制区域图实行控制，并实现对电容器组进行强行投入和强行切除控制，基本上克服了所存在的不足，提高了补偿精度和快速性，实现了循环投切，避免了投切振荡，延长了电容器组的寿命;从硬件设计和软件设计上采取多项抗干扰措施进行电磁兼容设计，提高装置的抗干扰能力，使装置的工作更加稳定。以CS5460A为核心芯片，可获得很高的测量精度;以功能强大的AT89C52单片机为控制器，使控制器具有很高的灵活性与可靠性。CS5460A从电网中检测到功率因数的相关参数(电压、电流
4、、有功功率)送单片机，单片机计算出功率因数，将计算出的功率因数和电压与设定的功率因数和电压上下限进行比较，按优化的控制区域图控制规则，发出相应的电容器投切的命令。本装置提供了友好而简易的操作界面，能够实时显示电压、电流、功率因数、投切电容器组等状态，并设有报警、闭锁功能。同时用户可根据需要通过键盘设定功率因数上、下限值和过电压值等参数。采用RS一485总线标准在单片机与上位机之间实现串行通讯，上位机可实时监控功率因数、电压等状态。二、研究现状、定义和应用2.1无功补偿装置的现状电力网中的负荷大部分是感性负荷,因此在电网中安装并联电容器可以供给感性电抗消耗的部分无
5、功功率。并联电容器补偿简单经济,灵活方便,但当今电力系统的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备,如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等,就要求补偿装置能够根据负荷的变化进行动态补偿。而并联电容器只能补偿固定无功,容易造成过补或欠补,无法满足电力系统的实际需要,还有可能和系统发生并联谐振,导致谐波放大。因此,采用对电容器分组,利用微机进行控制,根据负荷无功功率的变化,对电容器组进行自动投切,以实现对无功功率动态补偿的装置,目前在国内外得到广泛应用。随着电网供电的日趋紧张,进一步挖掘供电潜能,节能降耗,己是摆在供电部门和用电客户面前一个亟待解决的问题。对低压配电变压器来讲
6、,对其加装自动无功补偿装置是一种有效的节能降耗措施。2.2无功补偿装置的定义传统的无功功率的定义是建立在工频周期的平均值基础上的,单相正弦电路或三相对称正弦电路中,利用传统概念定义的有功功率(P=UIcosU)、无功功率(P=UIsinU)、视在功率(S=UI)和功率因数等概念都很清楚。但当电压或电流中含有谐波时,或三相电路不平衡时,传统概念无法正确地对其解释和描述。电力系统的各种传统装置的响应速度多在数十毫秒到秒级,而新型的基于电力电子开关的补偿装置的时间常数则在毫秒以至微秒级,远小于电力系统20ms(对于20Hz系统而言)的工频周期。2.3无功补偿装置的应用
7、（1）就地无功补偿装置就地补偿是在异步电动机附近设置电容器，对异步电动机进行无功功率补偿电容器直接装于用电设备附近，与电动机的供电回路相并联，中间只加串熔断器保护，用电设备投入时电容器跟着一起投入，切除时一块切除，实现了最方便的无功自动补偿，切除时用电设备的线圈就是电容器的放电线圈。就地无功补偿可以分为高压集中补偿，低压分组补偿和低压就地补偿三种补偿方式。通过就地电压传感器控制而自动地投切电容器。可减少供电网，配电变压器，低压配电线路的负荷电流，可减少配电线路的导线截面和企业配电变压器的容量。可降低电动机的起动电流。在效果上，它起着一个可变无功负载作用，调整其值
8、起到保持交流电压为常数的
