智能无功补偿控制器的设计

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1、工程设计项目名称：智能无功补偿控制器的设计智能无功补偿控制器的设计摘要：随着社会的发展，社会用电量的急剧增加，大量低功率因素的负荷接入电网对电网形成的巨大挑战。而且现在用户对电能质量的要求越来越高，同时也为了电网的安全运行，需要平衡无功负荷功率。在低压供电系统中，低压无功补偿装置的功能就是向感性负载设备就近提供无功功率，低压无功补偿控制器是无功补偿装置的核心，采用检测电网运行参数，减少了运算量，提高电网参数辨识的精度，并可以简化系统软件设计。控制器以MCU处理器为控制核心，采用功率因数控制方式来检测电压电

2、流并计算出功率因数、无功功率，按照一定的控制规律投切电容器组，实现无功补偿。本文首先介绍无功补偿的基本原理，再详细介绍基于STM32F103RBT6和ATT7022E的无功补偿控制器的设计。关键词：无功补偿、控制器、功率因数、STM32F103RBT6、ATT7022E一、引言电力是我国的主要二次能源，随着国民经济的发展，节电降耗，减少生产成本是企业追逐的目标。但是电力系统中先天性的存在着大量的无功负荷，这些无功负荷来自电力线路、电力变压器以及用户的用电设备。系统运行中大量的无功功率将降低系统的功率因数，

3、增大线路电压损失和电能损失，严重影响着电力企业的经济效益，解决这些问题的一个有效途径就是进行无功补偿。功率因数的提高，不仅能提高供电设备的供电能力，而且可以降低电力系统的电压损失，减少电压波动，改善电能质量，降低电能损耗，从而节省电力提高企业的经济效益。同时，在现代电力企业中，功率因数是考核配电网运行的重要指标。为达到考核指标，必须结合本地区的具体情况，进行无功的规划,其规划的目的是：(1)保证规划地区的无功平衡，维持电力系统的无功稳定。(2)提高地区电网电压的质量，使地区电网无功、电压优化运行。(3)提

4、高功率因数、改善地区电网电能质量，提高电力企业经济效益。(4)合理确定无功补偿方式、无功补偿容量、无功补偿的安装地点使补偿效果最佳。电网中的用电负荷绝大部分是感性负荷，比如生活中常见的发电机、电动机、变压器等，所以为了电网的合理运行需要对电网补偿一定容量的无功功率。因为补偿一定的无功功率可以提高功率因数，减少线路损耗电量，提高用电效率等。无功补偿方式比较多，常见的有调相机、电力电容器、静止无功补偿器等。本文注重介绍智能无功补偿器的设计，涉及到软件与硬件设计。为了取得比14较好的无功补偿效果，需要准确地测量

5、电网的参数：每一相的电压、电流。因为涉及到有功功率、无功功率、功率因数等的计算，因此我们采用了高精度电能计量芯片ATT7022E对采集到的电流、电压信号进行处理，得到我们所需要的有功功率、无功功率、功率因数等结果。而主控芯片则采用STM32F103RBT6。二、无功补偿的工作原理电力网中的变压器和电动机是根据电磁感应原理工作的。磁场所具有的磁场能是由电源供给的。电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场,在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率称为感性无功功率。接在交流电网中的电容器，在一个周期内

6、上半周的充电功率与下半周的放电功率相等，这种充电功率叫做容性无功功率。所以无功功率被使用于建立磁场和静电场，它存储于电感和电容中，通过电力网往返于电源和电感、电容之间。无功功率在电力网元件中流动，将会在电力网元件中引起电压损耗和功率损耗，降低电网的电压质量，增加电网的线损率。将电容器和电感并联在同一电路中，电感吸收能量时，电容器释放能量而电感放出能量时，电容器吸收能量。因此能量就只在它们之间交换，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。因此把由电容器组成的装置称为

7、无功补偿装置。无功补偿的作用和原理如图2-1所示。图2-1设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q，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14提高到，视在功率S减少到。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。电力网络除了要提供有功功率P外，还要承担负荷所需要的无功功率Q。有功功率P与无功功率Q、视在功率S之间存在下面关系：被定义为功率因数，其物理意义是供给线路的有功功率P占线路视在功率S的百分比。在实际的电网中，我们希望功率因素越大越

8、好。而我们搞无功补偿的结果就是要提高功率因素，提高功率因素有几大意义：1、改善设备的利用率功率因素还可以表示为其中U为线电压、单位为KV；I为线电流，单位为A。根据式可知在一定的电压和电流下，提高，其输出功率增大。因此改善功率因素是充分发挥设备潜力，提高设备利用率的有效方法。2、提高功率因素可以减少电压损耗图2-2由电力网的等值电路图2-2可知，电力网由于无功负荷而带来的电压损耗的计算公式为：式中：为电力网的额定电压；为元件的