线路串联电容器实

1、 本科生课程设计（论文）辽 宁 工 业 大 学 电力系统自动化 课程设计（论文）题目： 线路串联电容器实现电力系统电压控制 (3) 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气101 学 号： 100303019 学生姓名： 尹柏睿 指导教师： 李宝国 起止时间： 2013.12.16 12.29课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化学 号100303019学生姓名尹柏睿专业班级电气101课程设计题目线路串联电容器实现电力系统电压控制(3)课程设计（论文）任务T1 T2电力系统图如图：1 励磁可调节发电机：PN=280MW，cosN=0.9，UN=10KV，

2、Xd=Xq=1.55； 2 变压器T1：SN=350MVA,Uk%=15,Pk=1.5MW,I0%=4,P0=0.8MW,变比K31=242±10×1%/10KV.3 变压器T2：SN=350MVA,Uk%=15,Pk=1.5MW,I0%=4,P0=0.8MW,变比K2=220±10×1%/11KV.4 每回线路:L=200KM,X1=0.42/KM, R=0.07/KM, b1=2.8×10-6S/KM.5 末端最大负荷: S=230MVA.最小负荷: S=90MVA. 功率因数均为0.85。任务要求：1 计算各元件的参数，并画出系统的等值电

3、路。2 对给定的系统（变压器为主分接头，发电机电压额定），计算各点电压。3 采用线路中串联电容器的调压方法，确定串联电容器的容量，使发电厂220KV母线电压不超过240KV，变电所10KV母线电压在9.8KV到11KV之间。5 利用单片机（或PLC等）实现对串联电容器的实时控制。4 对调压结果进行分析总结。进度计划1、布置任务，查阅资料，理解电压调整的基本方法和原理。（1天）2、系统等值电路绘制及参数计算。（1天）3、变压器取主分接头，发电机取电压额定，计算各点电压（1天）4、采用线路中串联电容器的调压方法，计算电容值，完成电压调整要求。（2天）5、利用单片机（或PLC等）实现对电容器的实时控

4、制。（3天）6、对结果进行分析总结。（1天）7、撰写、打印设计说明书（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要随着电力系统的不断发展，为了增加输电线路的传输容量以及提高系统的稳定性，串联电容补偿器的数量越来越多。为保证用电电器有良好的工作电压，避免受到配电网电压波动影响而损坏用电设备，配电网需要进行电压调整。电网的电压调整方法有：中心调压、调压变压器调压和无功补偿调压。串联电容补偿调压方法可用于配电网中局部调压。串联电容用来补偿输电线路的感抗，起到缩短电气距离、提高稳定性水平和线

5、路输电容量的作用，从而实现调节线路电压功能。在距离较长的重载线路，因其调压作用是通过线路滞相电流流过串联电容器而产生的电压升高来实现的。故线路负载越重，功率因数愈低，串联电容补偿调压的作用越显著。这种调压作用随线路负载的变化而变化，具有自行调节功能。关键词：电力系统；功率补偿；电压调节；串联电容器II目 录第1章 绪论11.1 电力系统电压调整概况及本文主要内容1第2章 串联电容补偿前系统电压计算22.1 系统等值电路22.2 系统参数计算22.2.1 变压器参数22.2.2 输电线路及末端负荷的参数值：32.3 各点电压值3第3章 采用电力电容器串联补偿的电压调整计算53.1 电力电容器的补

6、偿原理53.2 电力电容器补偿的特点63.3 串联补偿容量的计算63.4 串联电容器的选择8第4章 控制系统设计104.1 控制系统总体设计104.2 输入通道设计104.3 输出通道设计114.4 最小系统设计12第5章 课程设计总结15参考文献16III第1章 绪论1.1 电力系统电压调整概况及本文主要内容电能以其高效，无污染，使用方便，易于调控等优点普遍应用于社会各领域中。电力系统的出现推动了电能的应用的发展，使其进入了新的时代。电力系统的电压和频率一样，都是电能质量的重要指标。保证供给用户的电压和额定电压的偏移不超过规定的数值，是电力系统运行调整的基本任务之一。电力系统的规模和技术水准

7、已经成为一个国家经济发展水平的标志之一。电力系统的负荷包括电动机、照明设备、电热器具、家用电器、冲击性负荷（电弧炉、轧钢机等）所有的用电设备都是以额定电压为条件制造的，最理想的工作电压是额定电压。当网络电压偏离额定电压时，将会对电气设备产生影响。当电压过低时，将加大网络中的功率损耗，造成不必要的电力资源的浪费，还可能危及电力系统运行的稳定性；而电压过高，则可能损害各种电气设备的绝缘，为了增加并维持高绝缘水平，势必引起庞大的资金投入。为使电力系统电压保持在一合理水平，保证电力系统供电稳定，应对电力系统进行电压调节。输电系统使用串联电容补偿装置能够有效地降低输电系统间的电抗值，提高输电能力和系统运

8、行的稳定性，降低输电系统工程造价。当前世界各国的电力工业正在大力推进市场化改革，我国也不例外。在电力市场条件下，参与电能交易的每一方都会追求本身的最大利益。在降低成本的条件下，减少不必要的浪费，有效合理的分配与利用电能是最可行的方案之一。在电力系统无功功率平衡中，为保证系统要较高的电压水须采用平，必须要有充足的无功功率电源。但是要是所有用户的电压质量都符合要求，还必各种调压控制手段。要控制和调节负荷点处的电压有许多方法，如控制和调节发电机励磁电流，以改变发电机端电压；控制电压器变比调压；改变输送功率分布；改变电力系统网络中的参数等。16第2章 串联电容补偿前系统电压计算2.1 系统等值电路系统

9、等效电路图如图2.1所示。t图2.1 系统等效电路图2.2 系统参数计算2.2.1 变压器参数变压器T1的各参数值：变压器T2的各参数值：2.2.2 输电线路及末端负荷的参数值：线路参数：末端最大负荷：末端最小负荷：2.3 各点电压值作为初步估算，先用符合功率计算变压器绕组损耗和线路损耗。所以，利用首端功率求出最大负荷是降压变压器归算到高压侧的低压母线电压，电压值为：按最小负荷时电容器全部退出运行来选择降压变压器变比，则有规格化后，取220分接头，即K=.第3章 采用电力电容器串联补偿的电压调整计算3.1 电力电容器的补偿原理电力系统中的大部分负荷时感性的，这些感性负荷要消耗大量的无功功率，例

10、如电动机消耗的无功功率约占其总功率的60%-70%，变压器约占其总功率的20%-25%，而空载运行时，变压器的功率因数只有0.01左右，感应电动机只有0.1-0.2左右。如果感性负载所需的无功功率得不到就地补偿的话，势必由发电机来供给，即电气设备与电源之间存在大量的功率交换。大量的无功电流在电源与负荷之间流动，造成电网电能的损耗，降低电源的功率因数。因此，一般需要增设无功功率补偿装置进行无功功率补偿，以提高系统电源功率因数。整补偿电容器组的原理图如图3.1所示：图3.1 补偿电容器组结构3.2 电力电容器补偿的特点 （1）优点：电力电容器无功补偿装置具有安装方便,安装地点增减方便；有功损耗小(

11、仅为额定容量的0.4 %左右)；建设周期短；投资小；无旋转部件,运行维护简便；个别电容器组损坏,不影响整个电容器组运行等优点。 （2）缺点:电力电容器无功补偿装置的缺点有:只能进行有级调节,不能进行平滑调节；通风不良,一旦电容器运行温度高于70 时,易发生膨胀爆炸；电压特性不好,对短路稳定性差,切除后有残余电荷；无功补偿精度低,易影响补偿效果；补偿电容器的运行管理困难及电容器安全运行的问题未受到重视等。 3.3 串联补偿容量的计算分析电压损耗的计算公式，可以发现在传输功率一定的条件下，电压损耗的大小取决于线路参数电阻R和电抗X的大小。可见，改变线路参数也同样能起到调压的作用。一般来说，电阻R是

12、不容易减小的。在高压电网中，由于X>>R，PR/U在电压损耗中所占的比例一般较QX/U要小，因此，通常都采用减小电抗来降低电压损耗。减小电抗的方法有：采用分裂导线；在电力线路中串联入静电电容器等。其等效电路图如图3.1所示：图3.2线路串联电容等效图未接入串联电容器补偿前有：= (3-1)电路串联电容补偿后=10+4脳2+10脳(4.2-4)10=11V (3-2)假如补偿前后输电线路首端电压维持不变，即 (3-3)则有 (3-4)经过整理可得到 (3-5)式（3-5）方括号内第二项数值一般很小，可以略去，则有 (3-6)如果近似认为接近线路的额定电压，则有 (3-7) 公式中为经

13、串联电容补偿后输电线路末端电压需要抬高的电压增量数值。有公式（3-7）得：127.67高压网中X>>R,用串联电容器的方法改变线路电抗以减少电压损耗（P、Q一定时）。低压网中，R较大，通过增大导线截面来改变电阻以减少电压损耗未串联时： （3-8）串联后： （3-9）电压损耗减小了，则电压水平提高了。 （3-10）则： （3-11）若已知，且末端要提高的电压也已经给定，则： （3-12）由公式（3-12）得：3.4 串联电容器的选择系统接线及负荷状态如图2-1所示，设置补偿电容器前，最大负荷时降压变电所3处低压侧归算至高压侧的电压为：最小负荷时为：按常调压要求，确定负荷端并联补偿电容

14、器的容量，使发电厂220KV母线电压不超过242KV，变电所10KV母线电压在10KV到11.5KV之间。选择，最小负荷时，补偿电容器全部退出，降压变压器分接头应选为选用220+10%即242分接头。带入式3-2，按最大负荷时的调压要求（仍未）确定电容器的容量 校验电压偏移：最大负荷时，电容器全部投入低压母线实际电压为：电压偏移为：最小负荷时，电容器全部退出，已知，低压母线实际电压为：电压偏移为：综上所述，选择的并联电容器能满足降压变电所常调压的要TCSC是美国EPRI建议的串联型FACTS的第一代装置。与常规机械控制的串联电容补偿相比，它利用晶闸管控制串联接在输电线路中的电容器组，可大范围调

15、节线路阻抗，并且可快速进行连续平滑调节，提高电力输送能力、平息地区性震荡、提高系统的暂态稳定性。第4章 控制系统设计4.1 控制系统总体设计本系统有检测单元、主控单元、执行单元、电源组成。如图所示：执行单元主控单元检测单元电源图4.1 装置的基本结构 检测单元是从电网中检测到和网络功率因数直接或间接相关的参数，并将此参数信号转换成主控单元能接收的信号，传给主控单元，由主控单元做出决策。主控单元接收到检测信号后，将其和目标值进行比较，并根据比较结果发出命令，送给执行单元。执行单元接到命令后，通过投切开关控制电容组的投切，完成补偿任务。4.2 输入通道设计本设计是一个多开关量输入输出的控制装置，由

16、于开关量比较多，如果直接用CPU的I/O接口去控制，占用的口资源比较多。本设计中有六路开关量输入，完成较大系统的I/Ok口的扩展，弥补了单片机的I/Ok口的不足。如果设计中需要的输入输出开关比较多的时候，可以用74HC138译码器和74HC541来扩展。本设计的开关输出是控制电容器的投切，开关量的输入是作为电容器的投切状态信号输入的。图4.2为开关量输入，该输入端与电容器组开关辅助开关的常闭接点连接，电容柜开关闭合，辅助开关常闭接点断开，电容柜开关状态输入端电压为0，电容开柜开关断开时，即切除电容时，接点电压为+12V。我们采用了74HC541，74HC541有三态功能，总线上可以挂几十个芯片

17、，因而能图4.2输入通道设计4.3 输出通道设计开关量输出，通过74HC541，光电隔离之后驱动三厢复合开关动作，从而接通断开电容组柜。开关量的输入主要是CPU监视动作的执行情况，一方面看动作指令是否产生了相应的动作，另一方面看控制对象（电容器组）是否正确动作，如有异常情况，控制装置即闭锁并发出报警信号。本设计的开关量输出量如图4.4图4.3开关量输出电路图在驱动接口电路、反馈信号输入电路中，本设计是一个弱电并存的控制装置，输入与输出之间信号的传输采用了TLP521光电耦合，避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰。4.4 最小系统设计89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（.FP

18、EROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于我们的系统中CPU负担并不重，所以8位机就够了常用的8位单片机有很多种：如Inter公司是8051.8031系列图4.4 89C1单片机最小系统主程序流程图如图所示4.5:YNCPU初始化主程序入口内部资料初始化中断设置串口初始化读电功率 因 数值11调试子程序过电压？置过压标志位置正常 标置位 调用投调切子程序连续3次不过电压连续3次过电压调节时间到?YNNYNY图4.5 主程序流程图投切主程序如图4.6所示基本思想：投切时间间隔到，进入投子程序，判断是过压。投电容的过程中，通过取出电容运行时间单元中的值进行比较，从运行时间最短的开始投入，切除过程中，从运行