基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1

1、TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    目录 摘要I AbstractII 第1章绪论1 1.1单片机的特点，发展及应用1 1.2基于单片机控制无功功率补偿的开发背景3 1.3单片机在无功功率补偿的现状    41.4 无功补偿的原则、目的和负荷补偿    41.5无功补偿装置的发展    5第2章 无功功率补偿的基本原理    82.1无

2、功功率的主要影响    82.2 无功功率和功率因数的一般概念    82.2.1 正弦电路无功功率和功率因数    82.2.2非正弦电路无功功率和功率因数    92.3无功功率补偿    92.4电压补偿作用    112.3电压无功综合控制装置    122.4负荷及系统谐波问题 

3、   142.4.1电网谐波的产生    142.4.2电网谐波的危害    14第3章  功率因素动态补偿的技术与实现    163.1系统控制方式的确定    163.2信号检测方式研究    163.3补偿装置中的补偿电容接线方式    193.4补偿电容器组的分组方式   

4、; 203.5电容器组的投入时刻的确定    21第4章 控制方案的单片机实现    234.1.引言    234.2设计任务    234.3主电路设计    244.4.主控制器芯片的选取    254.4.1MCS-51单片机的内部结构及管脚功能    254.4.2单片机最小系统构成

5、60;   274.5.硬件设计    304.5.1.模拟信号输入处理单元    304.5.2. C51系统模块    354.5.3.执行单元    374.6&n<优麦电子商务论文>bsp;软件设计    404.6.1主程序    404.6.2.电容器投切原则  &#

6、160; 424.6.3.中断程序    434.7.可靠性、抗扰性设计    474.7.1硬件抗干扰    474.7.2软件抗干扰    47结论    50致谢    51参考文献    52基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计摘  要：经济建设的飞速发展对能源供应提出了越来越高

7、的要求。同时，为适应可持续发展的战略发展目标，能源必须得到有效和充分的利用。电力系统中的无功冲击和谐波作为一种 "电网污染"，严重影响了电力系统中各种设备的正常运行，在造成能源浪费的同时，对电网的安全构成隐患。       无功补偿是提高系统运行电压、减小网损、提高系统稳定水平的有效手段。本文分析了无功功率的产生和危害，回顾了无功补偿技术的发展，并对当前国内外的无功补偿技术进行了全面地分析和比较。讨论了瞬时无功功率理论和基于单片机控制技术，在此基础上探讨了数字化SVC静止补偿装置的设计。

8、0; 本文核心内容阐述了无功补偿装置的控制原理、基于单片机的处理控制系统、系统数字化控制技术，主要包括了电容器组的投切策略、采样频率的选取、触发脉冲的形成等，并对实现主、副控硬件电路、辅助外围功能电路做了详细的论述。最后根据系统运行情况，分析了补偿装置功能的实现，提出了该类无功补偿装置的不足之处和改进提高的方法。关键词:无功功率，谐波滤波，静止无功补偿，单片机，瞬时无功功率理论Design For VAR Compensation System Focuses on MCU Abstract：With&#

9、160;rapid progress has been got in economic construction, there is&nbs基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1_第2页TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    p;higherandhigherdemandforenergysupply.Furthermoreenergyshouldbeusedmoreeffectiveandsufficient

10、togeartonation'slastingdevelopingstrategy.VARandharmonichas became serious pollution in circuit, it results in abnormal working of various equipments in electric system.   VAR compensation ha

11、s been proved an effective measure to reduce electric circuit loss and to increase working-system stable level. In this paper, it analyzes source and harmness of VAR,

12、0;then looks back to the development of VAR compensation, then compares different modern VAR compensation technology.It elaborates Instantaneous Reactive Power Theory and technology, ex

13、pounds digital SVC design. The core content focuses on MCU based classed digital control system. It clarifies tactics on TSC controlling, choosing of sampling frequency, etc.&

14、#160;The design of main and auxiliary digital control circuit is discussed in detail, too. In the end, it gives weakness in this SVC system and inquires into improve

15、ment according to practical apply property.Key Words: VAR, Harmonic Filter, SVC,MCU, Instantaneous Reactive Power Theory第1章  绪论1.1 单片机<优麦电子商务论文>的特点，发展及应用    自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20

16、年来单片机发展里程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。1. 单片机长寿命    这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作10年，20年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有15岁，产量仍是上升的。这一方面是由于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于

17、以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。可以预见，一些成功上市的相对年轻的CPU核心，也会随着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。新的CPU类型的加盟，使单片机队伍不断壮大，给用户带来了更多的选择余地。2. 8位、16位、32位单片机共同发展    这是单片机技术发展的另一个动向。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通信、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足的发展。以MOTOROLA68k为CPU的32位单片机为例，1997年的销售量达8千万枚。过去认为由于

18、8位单片机功能越来越强，32位机越来越便宜，使16位单片机生存空间有限，而16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来都有较大幅度的增长。3. 单片机的速度越来越快    MPU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了许多。MOTOROLA单片机则使用了锁相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟频率。68HC08单片机使用

19、4.9M外部振荡器而内部时钟达32MHz，而M68K系列32位单片机使用32K的外部振荡频率，内部时钟可达16MHz以上。4. 低电压与低功耗    基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1_第3页TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    自80年代中期以来，NMOS工艺单片机逐渐被CMOS工艺所代替，功耗得以大幅度下降，随着超大规模集成电路技术由3um工艺发展1.5、1.2、0.8、0.5、0.35进而实现了0.2um工艺，全静态设计使时钟频率从直流电到数十M

20、Hz任选，都使功耗不断下降。MOTOROLA最近推出任选的M.CORE可在1.8V电压下以50MHz/48MIPS全速工作，功率约为20mW。几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在36V范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供电的单片机已经问世。5. 低噪声与高可靠性技术为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如美国国家半

21、导体NS的COP8单片机内部增加了抗EMI电路，增强了"看门狗"的性能。MOTOROLA也推出了低噪声的LN系列单片机。6. OTP与掩膜    OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。近年来，OTP型单片机需量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在片编程技术（In system Programming）。

22、未编程的OTP芯片可采用裸片Bonding技术或表面贴装技术，先焊在印刷板上，然后通过单片机上的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程，解决了批量写OTP芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题，使OTP的裸片得以广泛应用，降低了产品的成本。编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。而一些生产厂商推出的单片机不再有掩膜型，全部为有ISP功能的OTP。7. MTP向OTP挑战MTP是可多次编程的意思。一些单片机厂商以MTP的性能、OTP的价位推出他们的单片机，如ATMEL AVR单片机，片内采用FLASH，可多次编程。华帮公司生产的8051兼容的单片机也采用了MTP性能

23、，OTP的价位。这些单片机都使用了ISP技术，等安装到印刷板线路板上以后再下载程序。<<优麦电子商务论文>br />1.2基于单片机控制无功功率补偿的开发背景随着国民经济的迅速发展，对能源需求提出了越来越高的要求。同时，为适应国家可持续发展的战略要求，提高能源利用率，降低生产成本受到企业的高度关注。电力是我国主要的二次能源。随着电力电子技术的广泛应用，电力线路、电力变压器以及用户的用电设备，构成了电力系统中先天性存在着的大量的无功负荷。系统运行中，大量的无功功率严重降低了系统的功率因数，增大了线路的电压损失和电能损耗，严重影响着能源、制造等相关行业的经济效益。无功功率对

24、供电系统和负荷的运行都是十分重要的。当无功功率不足时，将降低发电机的有功功率输出，使电源设备的利用率下降，而且使电力线路的电压损失加大，造成电能质量下降，还使供电系统损耗加大，造成了能源的损失。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的，因此，简单的说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现;而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负荷也消耗无功功率。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的1。解决这些问题的一个有效措施就是进行无功优化补偿，提高

25、整个供、配、用电系统的功率因数。这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，降低损耗，从而节省电能，提高企业的经济效益。基于单片机控制无功功率补偿具有广阔的前景，由于单片机具有许多优点（由上1.1可知），无功优化可以分为自动化系统高级应用软件无功优化和自动控制装置无功优化。软件无功优化是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下，通过调节控制变量使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。而装置无功优化则是控制调压设备使电压和功率因数尽可能回到合格区域内，或安装补偿装置，补偿系统内的感性或容性负荷，达到无功补偿的作用。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近

26、运行，而且能取得可观的经济效益和社会效益，使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起2。1.3 单片机在无功功率补偿的现状无功补基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1_第4页TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    偿是涉及电力电子技术、电力技术、电气自动化技术、电工理论等领域的重大课题。大型电机和电力电子装置的应用日益广泛，使得无功问题引起人们越来越多的关注。 现在应用最为广泛的是产生于20世纪70年代的静止无功补偿技术。该技术经过30多年的探索与发展，经历了一个不断创新、发展完善的过程

27、。静止无功补偿是指用静止开关投切电容器或电抗器，使其具有吸收或发出无功的能力，达到提高系统的功率因数、稳定系统电压、抑制系统振荡等功能。目前，这种静止开关主要分为断路器和电力电子开关两类。使用断路器作为接触器的开关速度较慢，约为10-30s，不可能快速跟踪负荷无功功率的变化，而且投切电容器时可能会引起严重的冲击电流和操作过电压，不但容易造成接触点烧焊，而且可能使补偿电容器内部击穿，而且维修困难3。目前，无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有以下三种类型:1. 具有饱和电抗器的静止无功补偿装置(SR:  Saturated Reactor&#

28、160;) 2. 晶闸管控制电抗器(TCR: Thyristor Control Reactor Switch Capacitor)、晶闸管投切电容器(TSC:  Thyristor Control Capacitor)统称为5VC:  Static Var Compensator;3. 采用自换相变流技术的静止无功补偿装置-高级静止无功发生器ASVG:  Advanced Static Var&

29、#160;Generatoro    电力电子技术飞速发展，也促进了无功补偿方面的研究与应用。新型电力电子器件在电力系统中的应用，如交流无触点开关SCR. GTR, GTO等取代继电器作为投切开关，速度可以提高500倍，对任何参数，无功补偿都可以在一个周波内完成，更可以进行分相灵活调节。现在，世界上工业比较发达的国家，其电网功率因数都比较高:美国电力主网设备的功率因数己接近于1，原苏联法律规定功率因数应大于0.92，日本、加拿大等国建立了全国性的无功管理委员会，研究无功补偿方面的技术经济政策。因此，大力提高供、用电系统的功率因数，降低

30、无功造成的损耗，充分发挥电力设备的效能，是当前我国电力及制造行业发展的趋势。1.4 无功补偿的原则、目的和负荷补<优麦电子商务论文>偿    为了使无功补偿投资能取得最佳的综合效益，应遵循这样的原则:全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡。    无功补偿包括两个方面:一是对输配电系统，即线路补偿;二是对负荷的补偿。低压电网负荷补偿是电力系统无功补偿中重要的组成部分，它着重于在负荷端对负荷消耗的无功功率进行补偿。对于大负荷用电企业，按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补

31、偿。在补偿容量相等的情况下，低压就地补偿减低线损最有效，其原因是这种方法就地补偿了负荷的感性部分，使流经线路和变压器上的无功电流大大减小，显然此种方法所取得的经济效益最佳。    负荷补偿的目的有以下三点:一是提高功率因数、减少损耗，尽量提高本单位的功率因数以求减少电费支出(电能价格与功率因数有关);二是改善电压调节;三是负荷平衡。    负荷补偿是一个经济问题，因为在我国，电价是同功率因数有关的。目前，我国关于无功和电压的国家标准有:GB 12325-90电能质量供电电压容许偏差、GB 123

32、26-90电能质量电压容许波动和闪变、GB/T15543-1995电能质量三相电压容许不平衡度等。国家制定以上标准，从发电、供电、用电各方面对无功、电压提出了明确要求。对大型工业负荷来讲，如果未经补偿时功率因数小于0.8，则进行无功功率补偿是有较好经济收益的。理论上说，无功功率的补偿包括对基波无功功率的补偿和对谐波无功功率的补偿。因此，在设计允许的范围内，应该把除基波有功分量以外的所有谐波和基波无功都补偿掉。然而，在实际工程应用中，考虑到基波无功在所有无功损耗中的绝对比重，为了降低开关频率，提高系统容量，可以采用主要补偿基波无功的方式4。1.5无功补偿装置的发展解决电力电子装置产生的低功率因数

33、问题不外乎两种途径:一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波也不消耗无功功率，或根据需要对其功率因数进行调节;另一种是装设无功补偿装置，如无功功率补偿器等，设法对无功进行补偿。前一种方法需要对现有电力电子设备进行大规模更新，代价较大，并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，因此有一定的局限性。而后一种方法则适基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1_第5页TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，己得到广泛应用5。 目前，采用较为广泛的无功补偿方式主要有以

34、下几种 1.同步调相机 同步调相机是早期无功补偿装置的典型代表。同步调相机不仅能补偿固定的无功功率，而且对变化的无功功率也能进行动态补偿。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率，提高系统电压;在欠励磁运行时，从系统吸收感性无功功率，降低系统电压。至今在无功补偿领域中这种装置还在使用，但其运行维护比较复杂，且总体上说这种补偿手段已显落后。2. 并联电容器设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法之一，目前在国内外得到广泛应用。这种方法有集中补偿、分散补偿、就地补偿三种方式。设置并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点。但由于电容器供给的无功功率与节点电压成正比，当节点电压下

35、降时，供给无功反而减少，其无功功率调节性能较差。但其维护比较方便，装设容量可大可小，即可集中使用、又可分散装设。在国内，补偿无功用的最多的办法是并联电容器。3. 静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC)静止无功补偿装置(Static Compensator)或称SVC，是相对于调相机而言的一种利用电容器和各种类型的电抗器进行无功补偿(可提供可变动的容性或感性无功)的装置，简称静补装置或静止补偿器。1967年，第一台静补装置在英国研制成功以后，受到世界各国的广泛重视，西德、美国、日本、瑞典、比利时、苏联等国竟先研制

36、、大力推广，使得静止补偿装置比调相机具有更大的竞争力，广泛用于电力、铁道、科研等部门，成为补偿无功、电压调整、提高功率因数、限制系统过电压、改善运行条件的有效设备。随着柔性交流输电(FACTS，概念的提出，特别是电力电子技术得到长足发展以后，静止无功补偿装置(SVC)有了很好的发展。在工业界，静止无功补偿装置通常是专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，它包括晶闸管投切电容器 (Thyristor Switched Capacitor)和晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled Reactor)以及两者的混合装置(TSC+TCR)等

37、装置。下面主要介绍一下TCR和TSC的基本原理6。(1) 晶闸管控制电抗器(TCR)静止无功补偿装置。<优麦电子商务论文>TCR的电路原理图如右图1-1所示。晶闸管触发延迟角的有效延迟范围为  90°180°。连续调节，电抗器的电流  从额定到0连续可变。=90°时，晶闸 管完全导通，导通角=180°，此时电抗器吸收的无功电流最大。             

38、;                                      图1.1 TCR的电路原理图可知增大触发角即可增大补偿器的等效导纳，这样就会减小补偿电流的基波分量，所以通过改变触发延迟角的大小，就

39、可以调节补偿装置所吸收的无功分量，达到调整无功功率的效果。由于单独的TCR只能吸收无功功率，而不能产生无功功率，因此往往与并联电容器配合使用。根据投切电容器元件的不同，又可分为TCR与固定电容器配合使用的静止无功补偿器(TCR+FC型SVC)，TCR与断路器投切电容器配合使用的静止无功补偿器(TCR十MSC型SVC)，TCR与晶闸管投切电容器配合使用的静止无功补偿器(TCR+TSC型SVC)。这种具有TCR型的补偿器反应速度快，灵活性大，目前在输电系统和工业企业中应用最为广泛。但频繁投切是其不可忽视的缺点。(2) 晶闸管投切电容器(TSC)静止无功补偿装置为了解决TCR与电容器组的频

40、繁投切问题，TSC装置应运而生。其单相电路原理图如图1-2所示。其中的两个反并联晶闸管只是起将电容器并入电网或从电网断开的作用，而串联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成冲击电流的。在工程实际中，一般将电容器分为几组，每组都可由晶闸管投切。这样可根据电网的需求投切， TSC实际上是断续可     图1.2 TSC单相电路原理图调的吸收容性无功功率的动态无功补偿器。 TSC的关键问题是投切电容器时刻的选取，经过多年分析和实验研究，其最佳投切时刻是电源电压与电容器预充电电压相等的时刻。此时投切电容器，电路冲击电

41、流为零。这种补偿装置为保证更好投切电容器，必须对电容器预先充电，充电结束后，再投入电容基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1_第6页TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    器。 与TCR相比，TSC虽不能连续调节无功功率，但具有运行时不产生谐波而且损耗小的优点。因此，TSC在电力系统中获得了较广泛的应用，而且有许多是与TCR配合使用构成TCR+TSC混合型补偿器。瑞典某钢厂两台100t电弧炉，装有60Mvar的TSC后。有效的使130kV的电网电压保持在1.5%的波动范围内。 4.新型静止无功发生器(Adv

42、anced Static Var Generator,ASVG)使用晶闸管对电抗器进行实时控制和投切，构成晶闸管控制电抗器(TCR)和晶闸管投切电容器(TSC)，可以根据电网中无功功率的状况进行补偿。但在实际应用中，SVC离不开具有时滞特性的大容量器件，不能做到瞬时无功控制7。随着大功率全控性晶闸管GTO和IGBT的出现，特别是相控技术、脉宽调制技术(PWM)，四象限变流技术的提出使得电力电子逆变技术得到快速发展，一种以此为基础的更为先进的无功补偿装置新型静止无功发生器ASVG出现了。其基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路

43、交流侧输出电压的相位和幅值，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态补偿的目的。第2章 无功功率补偿的基本原理2.1无功功率的主要影响(1) 增加设备容量。无功功率的增加会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器等各种电气设备的容量和导线的容量增加。(2) 设备及线路损耗增加。无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是显而易见的。(3) 使线路和变压器的电压降增大，若是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。(4) 功率因数降低，设备容量利用少。2.2 无功功率和功率因

44、数的一般概念2.2.1 正弦电路无功功率和功率因数     在正弦电路中，负载是线性的，电路中的电压和电流都是正弦波。设电压和电流可分别表示为:                                 

45、        &n<优麦电子商务论文>bsp;                (2.1)                   (2.2) 

46、    式中-电流滞后电压的相角。     电流i分解为和电压同相位的分量，和比电压滞后90°的分量。电路的有功功率P就是其平均功率，即:                              &

47、#160;                                公                 

48、                                                  

49、     (2.3)电路的无功功率定义为:                                          &#

50、160;              (2.4)   工程上，把电压电流有效值的乘积作为电气设备功率设计极限，这个值也就是电气设备最大可利用容量，称为视在功率:                     基于单片机无功功率的

51、补偿控制系统的设计毕业论文1_第7页TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    (2.5)  有功功率和视在功率的比值为功率因数:                                &

52、#160;                                 (2.6)2.2.2非正弦电路无功功率和功率因数     在含有谐波的非正弦电路中，有功功率、视在功率和功率因数的定义和正弦电路相同。我们可以对

53、其进行非正弦周期函数经傅立叶分解，有功功率P为:                                           (2.7)  &

54、#160;  视在功率S为:                                              

55、     (2.8)     其中，,为第n次谐波电压、电流有效值，为第n次谐波电压与电流相角差（n=1,  2,  3.）。     含有谐波的非正弦电路中的无功功率的情况非常复杂，至今没有被广泛接受。可以定义无功功率:               

56、0;                               &n<优麦电子商务论文>bsp;            (2.9) 

57、60;   这里，无功功率Q只是反映了能量的流动和交换，并不反映能量在负载中的消耗。在这一点上，它和正弦电路中无功功率最基本的物理意义是完全一致的。因此这一定义被广泛接受。但是，这一定义对无功功率的描述是很粗糙的。它没有区别基波电压电流之间产生的无功功率、同频率谐波电压电流产生的无功功率，以及不同频率谐波电压和电流之间产生的无功功率。也就是说，这一定义，对于谐波源和无功功率的辨识，对于理解谐波和无功功率的流动，都缺乏明确的指导意义。仿照式(2-4)也可这样定义无功功率:        

58、                                               (2.10)  

59、   这里是由同频率电压电流正弦波分量之间产生的。已没有度量电源和负载之间能量交换幅度的物理意义了。2.3无功功率补偿电网除了要负担用电负荷的有功功率P，还要承担负荷的无功功率Q。在电网的运行中，我们希望功率因数越大越好。在有功功率无法减小的情况下，应该尽量减小无功功率在网络中的传输。这样，电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，减少无功功率的消耗8 9 10。在无功功率不足的系统中，首要的问题是增加无功功率补偿设备。所谓的理想补偿就是负荷的百分之百的就地补偿。当然，这样的补偿线路上的无功功率流动最小，因此引起的功率损耗和电压损耗也最小。但所

60、有的负荷全部就地补偿使其功率因数为1，既无必要，也很难实现。无功补偿应当包括对基波无功功率的补偿和对谐波无功功率的补偿，而对谐波的补偿就是所谓的谐波抑制。无功功率对供电系统和负荷的正常运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是感性元件，因此，通常意义上的无功补偿就是针对感性无功的补偿。同时，不断变化的系统负荷导致系统中的无功含量的不断波动基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1_第8页TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    ，因此对无功的补偿是动态的。 无功功率补偿技术发展主要经历了以下几个阶段: 1.

61、同步调相机 早期的无功补偿装置的典型代表是同步调相机。无论对固定的无功功率还是对变化的无功功率，它都可以进行动态补偿。同步调相机实际上是不带机械负荷，空载运行的同步电动机。它从电网中吸取少量有功功率供应给运转时的机械损耗和铜耗、铁耗等。同步调相机有过激和欠激两种运行方式。过激运行时，向系统提供感性无功功率，是无功电源，这是一种经常的运行状态;欠激运行时，从系统中吸收感性无功功率，成为无功负荷。这是在系统负荷比较轻，无功功率过剩，电压过高时的特殊运行状态。只要改变同步调相机的励磁，就可以平滑的改变它的无功功率的大小及方向，因而可以平滑的改变所在电力网络的电压。60年以来，同步调相机在电压和无功控

62、制中发挥了重要的作用。由于其自身的优点，即在系统电压下降时，靠维持或提高本身的出力，可以给系统提供紧急的电压支持，所以至今仍在高压输电系统中发挥着重要作用。但由于体积大、噪声高、维护不方便等原因，目前在中、低压输电领域，大部分己被并联电容器组取代。2. 并联电容器另一种早期的应用比较广泛的无功补偿装置是并联电容器，其成本较低，但是它只能补偿固定的无功功率，在系统中有谐波时，还有可能发生并联谐振，使谐波放大电容器因此被烧毁的事故也时有发生。并联电容器补偿无功功率的方式按其安装的位置不同，通常有三种:1) 变电站集中装设电容器组；2) 低压负荷的就地补偿；3)

63、0;用户集中装设低压电容器组，用户的低压母线上装设能自动投切的并联电容器成套补偿装置。并联电容器传统的控制方法是用机械开关投切电容，所以它不能快速跟踪负荷无功需求的变化，也就是不能实现对无功功率的动态补偿。而随着电力系统的发展，对无功功率进行快速动态补偿的需求越来越迫切。2.4电压补偿作用在电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最基本、最重要的指标。为确保电力系统正常运行，供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。频率的控制与有功功率的控制密切相关，而电压控制的重要方法之一就是对电力系统的无功功率进行调控。要维持整个系<优麦电子商务论文>统的电压水平，就必须有足够的无功电源来满足系

64、统、负荷对无功功率的需求和补偿无功功率的损耗。如果系统无功电源不足，则会使电网处于低电压水平上的无功功率平衡，即靠降低电压、负荷吸收无功功率的减少来弥补无功电源的不足。电网缺乏无功功率、运行电压低，有可能产生电压不稳定现象，造成电网电压崩溃。同样，如果由于电网缺乏调节手段使某时刻无功功率过剩，也会造成整个电网的运行电压过高11。电压调整定义为规定的负荷电流变化(例如从空载到满载)所引起的供电电压幅值变化的比例(或标么值)。它是由负荷电流流经电源内部阻抗时的压降所造成的。如果供电系统用如图2-1所示的单相戴维南等效电路表示，则电压调整由下式确定:    &

65、#160;       (式中v为参考相量。)图2.1电压补偿线路、矢量图在没有补偿器的情况下，由负荷电流引起的供电电压变化，在图中用表示，并存在下面的关系:                       (2.11 )现由得：     &#

66、160;                    (2.12)                            &#

67、160;                                     (2.13)     电压变化有一与同相位的分量和一与V相位差90°的分量，如图2.4所

68、示。其中，以为基准，的幅值和相位为负荷电基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1_第9页TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    流幅值和相位的函数，也就是说，电压变化决定于负荷的有功功率和无功功率。 图2.2补偿器消除电压变化 将补偿器与负荷并联，则可能做到，即使电压调整等于零，或者说在有负荷情况下维持供电电压幅值等于常数并等于E的值。这种情况表示在图2.4中，该图是针对纯无功补偿器而画的。式2.11中的无功功率，用来置换。通过调整值，使相量旋转，直到为止，    &#

69、160;                      (2.14)所须的值，通过，以为未知数求解上式，然后令得到。在实际补偿器中的值将由一个控制回路自动予以确定。结论:一个纯无功补偿器可以用来消除由负荷有功功率和无功功率变化引起的供电电压变化。2.3电压无功综合控制装置在满足电压要求的前提下，如何配置无功功率补偿设各得到经济上的最大收益，就是无功负荷最优补偿研究的内容。 

70、;    电压无功综合控制装置是安装于电力系统中各类(常为110KV及以下)电压等级变电站要求对电压、无功进行综合控制的场合，通过对有载调压变压器分接头的自动调节和对低压母线上并联电容器组的自动投切来实现变电站电压、无功的综合优化控制。保证无功及用户侧母线电压在期望的范围内变化，达到降低网损和保证供电质量的目的。该装置利用现有资源而不需要增加硬件设备，充分保护了原有资源，开辟了一条提高电压质量和功率因数的新路.目前国际上较流行的电压控制装置主要有动态电压恢复器、功率因数校正电容器、无功电压综合控制装置、静止无功补偿装置等12。  &#

71、160;                  图2.3电图容器绝缘老化特性当电压下降时，由于电容器向电网提供的无功与电压平方成正比，因此会下降更多。若电容器上的电压太高，会严重影响电容器的寿命。电容器的U-t特性，即绝缘老化特性见图2.3。电压无功控制原理：电压无功综合控制可把电压、无功、时间等因素作为限值条件，在任意时刻，根据设定的电压上、下限值和无功限值，得到如<优麦电子商务论文>图2.4所示的控制区间

72、。其中，阴影部分为防振带，其宽度由投单组电容器后低压母线变化量确定。在各区内，装置都能以最优的控制顺序和电压无功设备组合使运行点进入第9区。失控前的预测功能保证不会越限调节及确保动作次数最少13。在各区动作情况为:1区:先投电容器组，当电容器组全部投入后，电压仍低于电压下限时，发升压指令。2A区:发投电容器组指令。电容器投完仍在该区，则维持。2C区:如还有电容器组未投，则先降压再投电容器组。3, 4区:发降压指令。当有载调压开关处于下限位置时，发强行切电容器组指令。5区:发切电容器组指令。当电容器组全部切除后，电压仍高于电压上限时，发强行降压指令。6B区:发切电容器组指令。若电容器全

73、部切完仍在该区，则维持。6D区:如还有电容器组未切，则先升压，再切电容器组。7, 8区:发升压指令，当有载调压开关处于上限位置时，发强行投电容器组指令。图2.4电压无功限值区间划分电压、无功自动调节的关键在于保证电压合格、无功基本平衡的前提下，尽量减少调节次数。2.4负荷及系统谐波问题理想的公用电网提供的电压应该是单一且固定的频率、额定的电压幅值。随着非线性电力设备的广泛应用，电力系统中谐波问题越来越严重，谐波电流、电压对公用电网是一种污染，造成了电力设备和用电设备的损耗加剧，加速绝缘老化，也影响了周围计算机、通讯系统等电子设备正常工作，严重扰乱了工业生产控制14 15&#

74、160;16。2.4.1电网谐波的产生电网主要谐波源:1. 电源本身由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。2. 由非线性负荷所致谐波产生的另一个原因是由于非线性负荷。当电流流经线性负荷时，负荷上电流与施加电压呈线性关系;而电流流经非线性负荷时，则负荷上电流为非正弦电波，即产生了谐波。3. 电力电子装置电力电子技术已广泛应用于电力、冶金、基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1_第10页TAGS: 控

75、制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    化工、交通运输、机械、轻工等部门。 特别是大功率交流、变频传动调速系统己成为大型工矿企业的关键环节，而且随着电力电子技术的迅速发展，其应用范围将不断扩大。电力电子装置在通过对电网电能进行二次变换，提高用电效能的同时，向电力系统注入了大量谐波电流，成为现阶段电力谐波的主要发生源。 2.4.2电网谐波的危害 1. 污染公用电网如果公用电网的谐波特别严重，则不但使接入该电网的设备(电视机、计算机等)无法正常工作，甚至会造成故障，而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流，造成超载、发热，

76、影响电力正常输送。2. 影响变压器工作变压器用于把所需功率传送给所接的不同电压等级的负荷。按照传统理论可知，在其基波频率时的损耗最小，但变压器的附近发热受电流畸变的影响较大。整流器产生的谐波在三个方面引起变压器发热增加:1) 有效值电流谐波电流造成了变压器承受的有效值电流大于实际负荷电流的有效值，如果负荷容量等于变压器容量，则有效值电流必大于额定值，此时将引起变压器大量发热，导体损耗增加。谐波电流，特别是3次(及其倍数)谐波侵入三角形连接的变压器，会存其绕组中形成环流，使绕组发热。对Y形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线发热。2) 涡

77、流损耗 这是由磁链引起的变压器的感应电流。感应电流流经绕组、铁芯以及变压器磁场环绕的其他导体，产生附近发热。该部分损耗以引起涡流的谐波电流的频率的平方增加，是变压器谐波发热损耗的重要组成部分。3) 铁芯损耗 考虑谐波时铁损的增加取决于谐波对外加电压的影响以及变压器铁芯的设计。电压畸变的增加会使铁芯叠片涡流电流增加，从而引起铁损增加。3. 对电机的影响在电机末端的谐波电压畸变在电机里表现为谐波磁链。谐波磁链在转子中感生高频电流，其影响类似于基波负序电流的影响。谐波将引起电机效率下降、发热、震动和高频噪声。 增加旋转电机的损耗:国际上一般认为电动机

78、在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额定电压的2%，如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值，则附加功耗明显增加<优麦电子商务论文>。4. 影响继电保护的可靠性如果继电保护装置是按基波负序量调整其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统安全。5. 加速金属化膜电容器老化在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期作用下，金属化膜电容器会加速老化。6. 增加输电线路功耗如果电网中含有高次谐波电流，那么高次谐波电流会使输电线路功耗增加。7. 影响或干扰测

79、量控制仪器、通讯系统工作例如，直流输电中，直流换流站换相时会产生310kHz高频噪声，会干扰电力载波通信的正常工作。第3章  功率因素动态补偿的技术与实现3.1系统控制方式的确定系统控制流程的构建：根据控制理论的基本原理，要得到稳定的控制效果，必须引入负反馈控制。本系统控制原理如图3.1所示。                        

80、;         图3.1系统控制原理图系统通过检测到的电源U相电压与电压参考值的比较，由其偏差来识别电源向量，再由三相线电流的瞬时值通过无功电流解算得出三相无功电流瞬时有效值;然后，通过低通数字滤波环节适配出无功电流加权有效值，实现抗干扰的功能。触发和补偿执行主电路根据无功电流加权有效值投入相应的电容容量。从而产生反向无功电流注入低压电网补偿无功功率。控制系统的特点：     采用这种闭环控制策略其结构相对简单、响应速度较快、精度高、适合用于补偿负载产

81、生的无功功率，从而使电源供给的无功功率尽量小，以达到功率因素教正或改善电压调整的目的。3.2信号检测方式研究信号检测是测控系统的首要环节，其检测对象的选取、检测方式的制定，对动态补偿系统而言是至关重要的。传统功率补偿装置所采用的信号检测方式是过零比较法。该方式通过检测电网相电压过零时刻和线电流过零时刻之间的时间间隔，来识别电流向量和电压向量之间的相位差。这种检测方式虽然原理简单，但需要大量使用电流互感器电压互感器等基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文1_第11页TAGS: 控制系统 设计 毕业论文 补偿 功率 基于 无功 电压 容    模拟电

82、路设备，造成了补偿装置体积庞大、硬件结构复杂、成本高，且装置可靠性低、故障率高、寿命短。 赤木泰文于1983年首先提出了三相电路瞬时无功功率检测理论，此后该理论经不断研究逐渐完善。赤木最初提出的理论也称pq理论，是以瞬时实功率p和瞬时虚功率q的定义为基础，其理论的核心在于它突破了传统功率理论中用平均值定义功率量的局限，是对传统功率理论的拓展。但是，其主要的不足是未对有关的电流量进行定义。而下面介绍的对称分量法是以瞬时有功电流和瞬时无功电流为基础的瞬时无功功率理一沦，它是对pq理论的进一步完善16 17。1 对称分量法     

83、; 当电路参数三相线性对称、但运行状态却是三相不平衡时，通常采用对称分量法分析三相电路。一般是不平衡三相交流电源作用于平衡的三相负荷，或者在故障点的局部三相电路不对称，而其余电路参数均为三相对称。在出现故障的情况下，可设法将故障点的局部电路看成等效的不平衡三相电源作用。不论哪种不平衡三相电源产生作用，都归结为其余对称三相电路与外部不平衡三相电路连接，并称此连接关系为边界条件。对称分量法如图3.2所示。               

84、60;       图3.2对称分量法原理图         在负荷无中线的情况下，a, b, c三相系统变换至、两相，系统此时只有和分量:当a, b, c三相平衡时，和分量的大小相等、相角相差90度，即、两相也是平衡的。如图3.2所示，具有平衡化功能的矢量变换控制框图。先将a, b, c三相电流变换成和分量，经过相量识别再变换成对称分量。   &

85、#160; 在图3-2中，a, b, c三相变换为、两相的矢量变换公式如3.1所示。                  (3.1)经过相量识别以后，再将和<优麦电子商务论文>分量变换成正序和负序分量，,变换成对称分量的矢量变换公式3.2                       &