电力系统动态无功补偿控制器的研究

1、电力系统动态无功补偿控制器的研究摘要随着国家经济的高速开展，电力系统的负荷在成倍增加，这就使得无功功率在电力系中越来越凸出其的重要性。无功功率在电网传输过程中会造成能量损耗及线路端电压下降，使电能的利用率下降的同时严重影响电能质量。本文主要阐述了无功补偿的目的和意义，介绍了国内外无功补偿的现状及开展趋势，分析了无功补偿的原理及补偿的接线原理，研究了无功补偿在改善电能质量的优越性以及无功补偿装置的控制方式，完成了无功补偿控制器的硬件设计。该控制器在系统硬件上采用了由STC生产的STC10F08X单片机作为主控制器。采用ATT7022作为电能检测芯片，实现电网参数的精确采样与计算。在系统软件上采用

2、晶闸管控制投切电容器，实现了电容器的快速，无弧的投切。采用全中文液晶显示界面实时显示系统运行状况，。本文设计的硬件电路较为完整，实现电网参数信息的实时捕捉。它们包括电源电路、触发电路、采样电路、显示电路及通讯电路等。关键词无功补偿；单片机；ATT7022Studies on the Dynamic Reactive Compensation Controller in Power SystemAbstractAs the countrys rapid economic development, the power system loads exponentially, which makes

3、the reactive power in the power system more and more protruding its importance. Reactive power gird transmission process will result in energy loss and line-side voltage drop, decline in the utilization of electrical energy at the same time seriously affect the power quality.This article discusses t

4、he purpose and significance of the reactive power compensation, the situation and development trend of domestic and foreign reactive power compensation, reactive power compensation, reactive power compensation principle and writing principle of compensation, reactive power compensation to improve th

5、e power quality superior well as control of reactive power compensation device to complete the hardware design of the reactive power compensation controller. The controller on the system hardware used by the STC production STC1OF08X micro controller as master controller. As ATT7022 a power test chip

6、, accurate sampling and calculation of the implementation of network parameters. The thyristor controlled switched capacitor, capacitor, no arc switching on the system software. The Chinese LCD interface real-time display system operating conditions. In this paper, the design of hardware circuit is

7、more complete information in real time capture of network parameters. They include a power supply circuit and trigger circuit, sampling circuit, display circuit, and communication circuits.Keywords eactive power compensation; micro controller; ATT7022不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目录摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2

8、* ROMAN II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328568053 第1章 绪论 PAGEREF _Toc328568053 h 1 HYPERLINK l _Toc328568054 研究无功补偿的意义 PAGEREF _Toc328568054 h 1 HYPERLINK l _Toc328568055 国内外无功补偿的开展现状 PAGEREF _Toc328568055 h 1 HYPERLINK l _Toc328568056 无功功率补偿原那么 PAGEREF _Toc328568056 h 3 HYPERLINK l _Toc328568057

9、 第2章 无功补偿控制器的原理 PAGEREF _Toc328568057 h 4 HYPERLINK l _Toc328568058 无功补偿的原理 PAGEREF _Toc328568058 h 4 HYPERLINK l _Toc328568059 无功补偿的方式 PAGEREF _Toc328568059 h 5 HYPERLINK l _Toc328568060 无功补偿装置的介绍 PAGEREF _Toc328568060 h 5 HYPERLINK l _Toc328568061 无功补偿装置的控制原理 PAGEREF _Toc328568061 h 6 HYPERLINK l

10、_Toc328568062 无功补偿装置的选择 PAGEREF _Toc328568062 h 11 HYPERLINK l _Toc328568063 主补偿回路的设计 PAGEREF _Toc328568063 h 12 HYPERLINK l _Toc328568064 电容器的接线方式 PAGEREF _Toc328568064 h 12 HYPERLINK l _Toc328568065 电容器的分组方式 PAGEREF _Toc328568065 h 16 HYPERLINK l _Toc328568066 电容器投切单元 PAGEREF _Toc328568066 h 16 HY

11、PERLINK l _Toc328568067 第3章 动态无功补偿控制器的硬件设计 PAGEREF _Toc328568067 h 18 HYPERLINK l _Toc328568068 设计功能介绍 PAGEREF _Toc328568068 h 18 HYPERLINK l _Toc328568069 主功能设置 PAGEREF _Toc328568069 h 18 HYPERLINK l _Toc328568070 显示功能 PAGEREF _Toc328568070 h 18 HYPERLINK l _Toc328568071 按键功能 PAGEREF _Toc328568071

12、h 18 HYPERLINK l _Toc328568072 其他功能 PAGEREF _Toc328568072 h 18 HYPERLINK l _Toc328568073 控制系统总体硬件设计 PAGEREF _Toc328568073 h 18 HYPERLINK l _Toc328568074 主控制芯片的选择 PAGEREF _Toc328568074 h 20 HYPERLINK l _Toc328568075 电能检测芯片 PAGEREF _Toc328568075 h 21 HYPERLINK l _Toc328568076 显示模块 PAGEREF _Toc32856807

13、6 h 23 HYPERLINK l _Toc328568077 电源模块 PAGEREF _Toc328568077 h 23 HYPERLINK l _Toc328568078 互感器的选择 PAGEREF _Toc328568078 h 24 HYPERLINK l _Toc328568079 信号采集电路 PAGEREF _Toc328568079 h 25 HYPERLINK l _Toc328568080 晶闸管选择 PAGEREF _Toc328568080 h 25 HYPERLINK l _Toc328568081 外部通讯电 PAGEREF _Toc328568081 h

14、26 HYPERLINK l _Toc328568082 光电隔离器选择 PAGEREF _Toc328568082 h 26 HYPERLINK l _Toc328568083 第4章 动态无功补偿控制器软件设计 PAGEREF _Toc328568083 h 28 HYPERLINK l _Toc328568084 单片机的编程Keil C语言 PAGEREF _Toc328568084 h 28 HYPERLINK l _Toc328568085 主程序流程图 PAGEREF _Toc328568085 h 29 HYPERLINK l _Toc328568086 结论 PAGEREF

15、_Toc328568086 h 31 HYPERLINK l _Toc328568087 致谢 PAGEREF _Toc328568087 h 32 HYPERLINK l _Toc328568088 参考文献 PAGEREF _Toc328568088 h 33 HYPERLINK l _Toc328568089 附录A PAGEREF _Toc328568089 h 34 HYPERLINK l _Toc328568090 附录B PAGEREF _Toc328568090 h 44 HYPERLINK l _Toc328568091 附录C PAGEREF _Toc328568091 h

16、 50千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域，然后“更新整个目录。打印前，不要忘记把上面“Abstract这一行后加一空行绪论研究无功补偿的意义在衡量电能质量的标准中，电压作为一个重要的指标对电网稳定运行起到重要作用。研究无功功率对维持电网电压稳定、提高电能质量、降低线路损耗、保证工农业平安生产具有重要的意义。 在交流电路中，电功率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率将电能转化为其他形式能量机械能、光能、热能。无功功率比拟抽象，它是用来在电气设备中建立和维持磁场，用于电路内电场与磁场交换，因此它不对外做功。但凡有电气线圈的电气设备，都需要建立磁场，这就要消

17、耗无功功率。 无功功率不是无用功率，电动机的转子磁场就是靠从电源吸取无功功率建立的。变压器需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，从而在二次线圈感应出电压。在正常情况下，电气设备的正常运转不但需要有功功率，还需要无功功率。 电力系统中，电网各节点的电压水平与无功功率有不可分割的联系，无功功率的缺乏会造成电网电压的下降，降低发电机有功功率的输出、降低输变电设备的供电能力、造成线路电压损失增大和电能损耗增加、造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。 由于从发电机经高压输电线传输的无功功率远远满足不了符合的要求，因此需要在电网中设置一些无功补偿装置来补充电网的无功功率，以保

18、证用户对无功的需求，使用电设备在额定状态下工作。在当今电力用户中，不难发现在工业中存在大量无功功率变化频繁的设备，如电动机、电炉、变压器等。在普通用户中又有大量对电力系统电压稳定性有较高要求的精密电气，如计算机等，这些都使得对电力系统中无功功率的补偿变得尤为重要。国内外无功补偿的开展现状传统的无功补偿装置主要为同步调相机和并联电容器。同步调相机是早期无功补偿的典型代表，同步调相机不仅能补偿固定的无功功率，对变化的无功功率也能进行动态补偿。至今在无功补偿领域中这种装置还在使用，而且随着控制技术的进步，其控制性能还有所改善。但是它属于旋转设备，运行时噪声和损耗都比拟大。目前虽在使用，但在技术上已显

19、落后。由于在实际中遇到的大多是感性负载，所以后来多采用低本钱的并联电容器做无功补偿装置。电容器补偿可以根据系统所需无功的多少，由控制系统自动投切电容进行补偿，因此是一种性能比拟优越的补偿方式。然而，由于电容器容量的恒定，系统无功变化时，电容器的投切只能是有级的，难免出现过补偿或者欠补偿，不能动态的跟踪系统所需无功功率的变化。同时一般需要串联电抗器，限制装置投入时的涌流，抑制高次谐波的影响。但是因为系统中有谐振，有可能发生并联谐振使系统谐波放大。 随着现代电力电子技术在电气领域的广泛应用。相控技术，脉宽调制等技术被引入电力系统。这些新型技术与传统电力系统控制技术相结合，产生了近几年出现的新技术-

20、柔性交流输电系统Flexible AC Transmission System-FACTS,其本质就是将高压大功率的电力电子技术应用于电力系统中，以增强对电力系统的控制能力，提高原有电力系统的输电能力。FACTS的多个类型都具有谐波抑制和无功补偿能力。静止无功补偿器Static Var Compensator-SVC是它的一个类型，静止无功补偿技术是20世纪70年代以后开展起来的，是指用不同的静止开关投切电容器或电抗器，使其具有发出和吸收无功的能力，用于提高电力系统的功率因数和提高系统电压的稳定性。目前这种技术使用的投切开关主要是交流接触器和电力电子开关。由于使用交流接触器来投切电容器会产生巨

21、大的冲击涌流，且闭合时产生的触头抖动会引起电弧。现在的静止无功补偿器一般专指使用晶闸管投切的无功补偿设备。晶闸管投切电容器Thyristor Switch Capacitor-TSC和晶闸管控制电抗器Thyristor Control Reactor-TCR是其典型代表。TSC补偿器可以很好的补偿系统所需的无功功率，如果级数分的足够细，根本上可以实现无级调节。目前国内外对SVC的研究集中在控制策略上，模糊控制、人工神经网络控制和专家系统等智能控制手段也被引入SVC控制系统，这使得SVC系统的性能更加提高1。世界上已投入运行的SVC大约150套，我国运行于500kV的输电系统也有5套，形式为TS

22、C+TCR或是TCR+MSC，均是进口产品。国内工业应用的TSC型装置大约有20套，其中一局部为国产，另一局部为进口。低压0.4kV的供电系统中有各类TSC型国产无功补偿装置在运行。静止无功发生器Static Var generator-SVG是FACTS的新一代装置，是采用可关断晶闸管GTO构成的自换相变流器，通过电源逆变技术提供超前或滞后的无功功率。它是随着电力电子技术的开展而开展的，特别是197680年代以来高功率大电流全控器件的开展而出现的进行动态无功补偿的静止无功补偿器。1979年日本研制出世界上第一台20Mvar的强迫自换相的桥式SVG，1991年日本研制出首台80Mvar的SVG

23、，1994年美国研制出无功功率到达100Mvar的SVG。在我国，1995年清华大学和河南省电力局研制出首台作为工业试验装置300Mvar的SVG，续之在1999年实现了20Mvar的SVG并网成功。目前，国内外在SVG建模、控制方式、结构设计和不对称控制方面做了很多的研究，但是目前依然有很多的理论和实际应用问题需要解决。而且其控制的复杂性使得控制器件的价格变得异常昂贵，所以目前还没有普及应用。对于我国而言，大功率电力电子器件依然需要进口，使得SVG装置在我国实现普及依然需要相当长的时间。而在低压无功补偿装置中要求装置体积小、重量轻、结构简单易于安装和维护，因此，TSC和TCR装置适合于无功就

24、地补偿的广泛应用。但SVG具有调节速度快且不需要大容量的电容、电感元件，谐波含量低的优点，必然使其成为无功补偿装置的开展方向。无功功率补偿原那么在目前国内电力系统中，各级输配电网络和变电设备都需要消耗一定量的无功功率，尤其以配电网所占比例最大2。为了使电网平安经济运行和用户的正常供电，首先必须减少无功功率在电网中的流动，这也就使得无功功率在补偿时要求就地补偿。电网无功补偿原那么应按就地平衡原那么进行：首先，总体平衡和局部平衡相结合。如果无功补偿不合理，造成局部地区的无功不能就地平衡，可能使一些地区无功功率偏多，电压偏高，多余的无功功率向外传输。一些地区无功偏少，电压下降，需向外界输入无功功率，

25、这就使得无功功率在电网中进行流动，增加了线路损耗。因此，补偿无功功率，因在总体平衡的根底上，进行局部补偿，才能得到较好的效果。其次，电力部门补偿与用户补偿相结合。在低压配电网中，除去工业消耗的大局部无功功率和普通用户消耗的小局部无功功率外，其余无功都消耗在了配电网中。为了无功功率的损耗，需尽可能的实现无功的就地补偿，就地平衡，这就需要电力部门与用户共同补偿，二者相依相存。最后，采用分散补偿与集中补偿相结合,分散为主的原那么电站的集中补偿，主要是补偿变压器本身的无功损耗以及减少变电站以上线路的无功功率。这样降低输电线路的无功损耗，但不能降低配电网的无功损耗，用户需要的无功功率依然在配电网中流动，

26、为了降低损耗，必须进行分散补偿。由于配电网的损耗所占比例较大，因此应该以分散补偿为主3。无功补偿控制器的原理无功补偿的原理配电网中的负荷无论是工业负荷还是民用负荷，大局部都是感性负荷。这些负荷在运行时需要从电网吸收大量的无功功率，致使电网的功率因数，电能质量降低，损耗增大。电网中安装补偿装置后，可以减少电源向感性负荷经由线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动，从而降低了输电线路和变压器在输送无功时造成的损耗。这样就提高了电网功率因数，改善了电网电能质量。将电容器和电感并联在同一线路中，电感吸收能量时，正好电容释放能量，而电感放出能量时电容在吸收能量。能量在他们之间交换，即感性负荷

27、所吸收的无功功率，可由电容器所输出的无功功率补偿。在不考虑输电线路的对地电容时，从节点i送到节点j的功率为，节点i和节点j的电压分别为和，节点间的阻抗为，那么节点电压关系为: 2-1在超高压电力系统中，线路电抗远大于线路电阻，因此上式可写为： 2-2 电压还可以写成: 2-3 为线路两端电压的相位角差。通过比拟2-22-3得： 2-4 电网在正常运行时，线路两端电压相位差角很小，可以近视认为，这样线路中传输的无功功率大小就与线路两端电压有效值之差成正比，无功功率将从电网端电压高的一端向端电压低的一端流动。节点电压有效值得改变，将引起流经线路的无功功率随之发生改变。因此可见电网中无功功率的改变与

28、电网电压有着不可分割的联系。电网中的负荷多数为感性负荷，其等效电路可看作是电阻R与电感L的串联电路，当进行补偿时，可以把补偿电容器看做与电容电阻的串联电路相并联。将R、L串联电路与电容C并联滞后，其电路如图2-1所示，功率因数 式中图2-1 补偿电路该电路的电流方程为：， 其欠补偿向量图如图2-2所示：图2-2 向量图欠补偿过补偿向量图如图2-3所示：图2-3 向量图过补偿由图2-2可知，并联电容后，电压与电流的相位差变小，即供电回路的功率因数提高了。此时供电电流的相位滞后电压，这种情况称为欠偿；假设电容C的容量过大，使供电电流的相位超前于电压，这种情况称为过补偿。过补偿会引起变压器二次侧电压

29、抬高，电容器的温升增加损耗增大，使电容器寿命缩短。另外，容性无功在线路上传输也会增加电能损耗，因此这种情况应该防止。无功补偿的方式无功补偿装置的介绍传统的无功补偿装置有并联电容器、调相机和同步发电机等，图2-4所示为一种最简单的无功补偿装置。图2-4 最简单的无功补偿装置M代表需要滞后无功的用电设备，C代表用于向提供无功功率的补偿装置。当M运行时，M从电网吸收无功功率和有功功率。为了减少电网中无功功率的缺少，我们将闭合开关，使C接入电网，用C的超前无功来补偿M中的滞后无功电流，这样就完成最简单的补偿任务。由于C的补偿容量恒定，它不能随着实际的无功变化而变化。因此，这种无功补偿方式仅仅适用于无功

30、功率变化不大的场合，不能普遍使用。但实际用电系统中，无功往往变化很大，图2-4所示的补偿装置显然无法满足要求。而调相机是旋转设备，其噪声大，损耗大，而且还不适用于较大或较小的无功补偿，因此这些设备都无法满足现代电力系统开展的要求。20世纪70年代，出现了一种静止型无功补偿技术SVC，这种技术经过二十多年的开展，经历了一个不断创新，不断完善的过程。主要包括晶闸管相控电抗器TCR和晶闸管投切电容器TSC，以及二者的混合装置TCR+TSC，还有TCR与固定电容器TCR+FC或机械投切电容混合使用的装置TCR+MSC。由于TCR+TSC装置本钱较高，因此很少使用4。无功补偿装置的控制原理具有饱和电抗器

31、的无功补偿装置SR饱和电抗器分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种，相应的无功补偿装置也分为对应的两种。具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身固有的能力稳定电压，它利用铁芯的饱和特性来控制发出或吸收无功功率5。可控饱和电抗器通过改变控制绕组中的工作电流来控制铁芯的饱和度，从而改变工作绕组的感抗，进一步控制无功电流的大小。这类装置组成的无功补偿装置属于第一批补偿器6。但是由于这种装置中饱和电抗器造价高，并且电抗器的硅钢片长期处于饱和状态铁芯损耗较大，另外，这种装置有震动和噪声，而且调节时间长，动态补偿缓慢，因此这种补偿装置在现在很少使用，一般只用于超高压线路中。晶闸管相控电抗器TCRTCR

32、是SVC中的重要组成局部之一，IEEE将晶闸管相控电抗器TCR定义为一种并联型晶闸管控制电抗器，通过控制晶闸管的导通时间它的导通电抗可以连续变化。其结构图如图2-5所示：图2-5 TCR根本结构TCR型无功控制器其三相一般结成角型，这样的电路接入电网相当于交流调压器电路接入感性负载。这样的电路的触发角为90180。当触发角=90时，晶闸管全部导通，支路就是一个纯电感元件导通角=180，此时电抗器吸收的无功电流最大，TCR中的电流为连续的正弦波。当触发角从90变到180时，TCR中的电流变为非连续脉冲，对称分布于正半波和负半波。当触发角=180时，电流减到最小。当触发角低于90时，将在电流中引入

33、直流分量，从而破坏两个反并联晶闸管的对称运行。所以一般在090范围内调节。通过控制晶闸管的触发延时角，可以连续调节流过电抗器的电流，在阻断与最大之间变化，这就相当于改变电抗器的等效电抗。晶闸管一旦导通，流经晶闸管电流的关断将发生在其自然过零时刻，这一过程称为电网换相。而TCR是按电网换相方式运行的。电网换相的一个特征是晶闸管一旦导通，任何触发角的变化只能在下半周期起作用，从而导致所谓的晶闸管死区时间。触发角与等效导纳之间的关系式： 2-5 其中 由式2-5可知，增大触发角即可增大触发器的等效导纳，这样就会减小补偿电流中的基波分量，所以可以通过调整触发角的大小就可改变吸收的无功分量，到达调节效果

34、。TCR型动态无功补偿装置具有以下优点： (1) 从零到最大功率连续可调 (2) 可以根据电网负荷分相调节 (3) 电路简单，维护方便 TCR型动态无功补偿存在的缺点 (1) 在运行中会产生谐波 (2) 占地面积大 (3) 电容、电抗器和晶闸管容量都是按系统最大冲击无功功率来配备，设备投资大 (4) 从实际情况看，跟踪补偿装置大局部时间处于零或低无功补偿状态，最大功率运行能耗大 单独的TCR只能吸收无功功率，不能发出无功功率，为了解决此问题，通常将并联电容器与TCR配合构成无功补偿器。这种TCR型补偿器灵活性大，反响速度快，目前在输电系统和工业企业中应用最为广泛7。TCR与固定电容器TCR+F

35、CTCR+FC型SVC的系统一般由TCR、滤波器、电抗器、电容器组和控制系统组成。通过控制与电抗器反并联的两个晶闸管的导通角，可以控制晶闸管导通向系统输送感性无功，又可以关断晶闸管使系统只有滤波器向系统输送容性无功。图2-6 TCR+FC型SVC系统结构图TCR+FC型SVC不像TCR型SVC只能吸收或发出感性无功功率，其在需要时可以通过电容器组进行容性无功功率补偿，且实现了动态快速的对电网无功的改善，因此具有比TCR更优越的无功补偿性能8。其系统结构如图2-6所示。该补偿器的响应时间很快，一般小于半个周期波，灵活性大，可以连续输出无功，确定是会产生谐波，对电网造成干扰，为解决谐波问题，需要加

36、上滤波装置。晶闸管投切电容器TSCTSC型无功补偿装置是为解决电容器频繁投切问题而产生的，其单相结构如图2-7所示：图2-7 单相STC结构图其中两个反并联的晶闸管只是起将电容器并入电网或从电网把电容器断开的作用，而并联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流,在很多情况下，这个电感往往画不出来9,10。因此当电容器投切时，TSC型装置的伏安特性就是电容器组的伏安特性。TSC型无功补偿的电力系统模型如图2-8所示。图2-8 TSC型无功补偿的电力系统模型图2-8中，交流电源经由变压器PT和线路电抗后向负载供电，其中负载端电压为，电流为，功率因数角为。在负载处经晶闸管接入电容器C，

37、容抗为，流入负载的容性电流超前电压90，如果适中选取电容C的大小使，等于负载感性电流，即： 2-6那么负载感性电流将被流入电容器的容性电流补偿，电网流入电容器的容性电流等效于电容器向电网输出，由于超前90，因此滞后90，是感性电流，矢量图如图2-9所示，因此按式2-6选择电容C，电容的输出感性电流正好等于负载的感性电流，所以电容和感性负载并联后，负载电流只剩下有功电流，等效负载的功率因数为1，发电机、变压器、线路只是流过有功电流，只传输有功功率，最大限度的降低了损耗。如图2-8所示，电容器相当于一个滞后的无功电流源，滞后无功功率发生器。其工作过程是，当晶闸管在交流电源正负半波都导通时，电容C投

38、入电网补偿无功功率；当晶闸管在正负半波都阻断时，电容从电网切除。晶闸管只是作为一个开关把电容器从电网中投入或切除，因此，这种电路称为晶闸管投切电容器无功补偿器TSC，其所能补偿的无功多少有电容器的容量C所决定。TSC在补偿无功的同时，还可改善负载端得电压水平。电流流过变压器和线路时会引起电压的下降，图2-8中，和两端的压降为。如果流过的电流时感性时，那么与同相，比小，如果流过的电流为容性时，那么与同相，比大，所以感性电流流过变压器和线路会使负载端电压下降，而容性电流流过变压器和线路会使负载端电压升高。因此说，TSC型补偿控制器可以很好的改善由于线路和输电设备压降而引起的负载端电压降低的问题。图

39、2-9 矢量图TSC型无功补偿控制器用于三相电网，可以结成三角型，也可以结成星型。一般对称网络使用星型接法，不对称网络使用三角型接法。由于负载无功功率的大小是随着时间不断变化的，因此设置一个或两个电容器不能时刻满足电网无功补偿的要求，而过度的无功补偿也会使功率因数降低。因此，只有设置许多小容量的电容器，根据负载的变化情况进行有次序，有容量的投切才能得到比拟好的补偿效果,同时需要考虑谐波造成的影响11。其任一相分组投切电路如图2-10所示，在补偿时一般采用按比例的等分方法，组成一个级的电容组数12。图2-10 分相投切电路无功补偿装置的选择通过比拟与分析可见，在无功补偿方式上TSC型无功补偿具有

40、较大的优越性，其可以实现动态的电容器投切，实时地跟准电网无功参数的变化，准确的快速的补偿电网的无功，维持电网的参数稳定13。因此本设计采用TSC型无功补偿装置。各种无功补偿装置的比照方下表2-1所示:表2-1 各种无功功率补偿装置的简单比照同步调相机SCTCR或TCR+FCTSCTCR+TSC静止无功发生器SVG响应速度20ms10ms10ms10ms50过载能力倍信号采集电路电流信号采集电路如图3-6所示：图3-6 电流信号采集电路电压信号采集电路如图3-7所示：图3-7 电压信号采集电路晶闸管选择晶闸管的电压值选择要考虑电网的电压，一般按式3-1选择： 3-1式中为电压裕度，一般取1.11

41、.2,；为电网电压波动系数，一般取1.15；U为电网电压有效值晶闸管的电流值一般按式3-2选择： 3-2式中C为电容器的电容值；U为电网电压有效值本设计选用瑞星的MT系列可控硅模块MTX800，其参数如表3-3所示：表3-3 可控硅MTX800参数型号TypeMTX800800A600-2500V50A200mAV该可控硅采用M06封装，其内部电路图如图3-8所示:图3-8 可控硅内部电路图外部通讯电选用RS-232接口，实现控制器与PC之间通讯。通过使用MAX232芯片实现RS-232 与单片机之间的电平转换。 MAX232 与单片机连接如图3-9所示：图3-9 MAX232与单片机连接图光

42、电隔离器选择为了保证控制器的稳定运行，具有更强的抗干扰能力，在控制电路中使用光电隔离芯片TLP621进行对可控硅门极与单片机的隔离。TLP621是由东芝生产的光电耦合器，其系列的TLP621-4提供四路隔离通道，TLP621提供一路隔离通道。其内部结构如图3-10所示：图3-10 TLP621内部结构图动态无功补偿控制器软件设计单片机的编程Keil C语言单片机的编程语言有汇编语言、C语言等。使用汇编语言所编写的程序对于单片机的操作使用是很简单，编写的系统代码短小，使用方便，但它的制作时间较长，灵活性和可拷贝性较差。C语言作为近几年单片机开发使用的程序，它不仅开发时间短，使用方便移植性也非常好

43、。尤其是Keil C语言的出现，使得单片机程序的开发变得更加方便。Keil C作为目前流行的单片机C语言调试和开发软件，多被现在单片机设计者所采用。Keil C语言具有很好的可读性和可维护性，它是结构化程序设计语言，编写效率很高，具有非常好的结构性和模块化，使得程序完全结构化，可移植性好而且更容易阅读和维护，代码的可重用性也比拟高，虽然8051单片机的类别很多，但Keil C语言对它的硬件资源大局部都可以进行操作。用Keil C语言编写程序更符合人们的思维习惯。Keil C语言功能强大，具有各种各样的数据类型，指针概念的引入，使程序执行效率更高。另外它也具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动

44、器，而且计算功能和逻辑功能也比拟强大，可以实现决策目的。而且它使用范围广，适合多种操作系统，如DOC、Windows、Unix等。用Keil C语言编写的程序具有巩固性：数据被破坏是导致程序运行异常的重要因数。Keil C语言对数据进行了专业性的处理，防止了运行期间非异步的破坏；它对不同函数的数据进行覆盖，有效利用片上的RAM空间；它提供复杂的数据类型数组、结构、联合、枚举、指针等，极大的增强了程序处理能力和灵活性；它还提供auto、static、const等存储类型和专门针对8051单片机的data、idata、pdata、xdata、code等存储类型自动为变量合理地分配地址提供small

45、、compact、large等编译模式以适应片上存储器的大小Keil C的中断效劳程序的现场保护和恢复中断向量表的填写是直接与单片机相关的都由Keil C编译器代办它还提供了常用的标准函数库以供用户直接使用头文件中定义宏、说明复杂数据类型和函数原型有利于程序的移植和支持单片机的系列化产品的开发它有严格的句法检查错误很少可容易地在高级语言的水平上迅速地被排掉并可方便地接受多种实用程序的效劳如片上资源的初始化有专门的实用程序自动生成再如有实时多任务操作系统可调度多道任务简化用户编程提高运行的平安性等等。Keil C与Turbo C相比可以更有效地利用片上有限的RAM空间利用其特有的特殊功能存放器用

46、sfr可以更加有效地对硬件的I/O接口提供了更有效率的内部RAM可寻址位或特殊功能存放器中的可寻址位操作Keil C编译器支持C中大局部的函数但是一些不适用于嵌入式系统应用的库函数那么没有包含而是由C51扩充了一些非C标准函数使其更加适合单片机的操作它同时针对8051单片机的自身特点作了一些特殊扩展。德国keil公司的单片机语言编译器Keil C支持九种根本数据类型变量可存放在bit、data、bdta、idata、xdata、pdata等不同类型的存储器空间支持AMD和DALLAS公司的80320等单片机的双数据指针和PHILIPS公司的807651等单片机的指令集以及InfieonSiem

47、ens公司80C51单片机中的算术单元和多重数据指针支持数据覆盖。 Keil C提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境Vision将这些组合在一起。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的windows界面集成开发调试工具。重要的一点是Keil C51生成目标代码效率非常高，多数语句生成的目标代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时，更表达高级语言的优势。Keil C编译器能产生可重入代码，而且用Keil C语言可翻开或关断中断。任何使用Keil C语言的人都可以直接调用C语言库中函数而不用为这个函数添加任何代码，只

48、需要包含具有该函数说明的相应头文件即可。而自定义函数是完全个性化的，是用户根据自己需要编写的。在Keil C中，其提供了100多个库函数供编程者使用。单片机Keil C语言作为一种成熟的单片机开发设计语言，其C51优化交叉编译器完全符合ANSIC标准，并扩展优化支持单片机的指令，既具有一般高级语言的特点又能对单片机的硬件进行直接操作，支持C语言与汇编语言的混合编程，支持实时嵌入式系统的设计。表达和运算能力比汇编更容易和强大，开发出的程序本身也不是特别依赖硬件，移植性好，而且还是结构化程序设计语言，具有完善的模块化程序结构。用Keil C编写目标系统软件，效率高，能大大缩短开发周期明显增加软件可

49、读性，生成的程序代码优化效率高，可产生最少的代码，运行速度极高，且存储空间极少，便于改良和扩充17。Keil C语言与标准C语言之间的不同主要在于他们所针对的嵌入式处理器的硬件系统不同。Keil C的根本语法与标准C相同，但对标准C进行了扩展。主程序流程图控制器对实时性和精确度要求都比拟高，而且这两点也关系到控制系统的好坏，因此缩短程序执行时间和提高计算精度是程序设计的出发点。程序流程图如图4-1所示：图4-1 程序流程图千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论以前的所有正文内容都要编写在此行之前。结论本文分析了目前国内外无功补偿装置的开展现状,对各种无功补偿方式进行了具体的介绍。阐述

50、了对电力系统进行无功补偿的必要性，分析了无功功率与电网电压之间的具体关系，列举了无功缺乏对电网造成的危害。在传统型无功补偿装置的根底上，具体分析了SVC系列新型无功补偿器的工作原理以及适用范围。考虑到电力系统的瞬时性、可靠性，设计了由STC生产的10F08XE单片机作为本设计的CPU，由珠海巨力集团生产的ATT7022电能检测芯片的型动态无功补偿器。该无功补偿控制器能够快速，准确的检测电网参数，准确的输出控制电容的投切，防止了早期控制器的无功过补和补偿缺乏的缺点。控制器具有的LCD显示器能够显示电网参数和工作状态，在控制方式上可以在手动与自动之间根据需要选择。通过长达4个月的学习，在认真查找资

51、料的前提下，设计取得了丰硕的成果，但还有很多缺乏，设计中采用的电容器不等容分组方式虽实现了较高的补偿精度和无级补偿，但控制复杂，经济本钱较高。在电容器的接线方式上由于采用了星型接法，较大的增加了控制本钱。控制器的抗干扰能力和谐波影响还需进一步验证。同时，根据补偿效果也需进一步完善和改良。致谢在完成论文期间，很多人给予了我支持和帮助。在论文即将完成之际，我对他们表示衷心的感谢！ 首先感谢王晨光老师悉心指导和教诲，王老师教授了我科学知识和做人的道理。王老师严谨、科学、求实、创新的工作作风，渊博的知识和坦诚正直的优秀品格，给我留下了深刻的印象，并将对我以后的学习和生活中产生重要影响。 同时，我也感谢

52、在我论文的完成过程中都给予我帮助的每一位同学。 有了王老师和同学的帮助，我才有幸完成了毕业设计，获得了珍贵的知识，锻炼了自己的学习能力。参考文献高海霞基于DSP的TSC型无功补偿控制器的研究江苏大学硕士学位论文，2007：34 孙成宝，李广泽配电网实用技术中国水利水电出版社，1999：2023李晓明，娄颖，皮伟才等工业企业供电系统无功补偿与节电高电压技术，2006,32(6)：2024林海雪电力系统电压暂降和短时断电上海电力出版社，2002：120127李辉，全庆贻，赵光宙基于DSP电力系统动态无功补偿装置江南大学学报，2003，6：601604颜友钧朱宇光DSP应用教程中国电力出版社，200

53、2：3140高连强低压动态无功补偿装置的研究河北工业大学硕士论文，2007：23李鹏，刘岩TCR+FC型SVC在江西电网中的应用研究电气应用，2021，28(21)：4647LGyugyi, RAOtto, T HPutman etcPrinciples and Application of Static Thyristor-Controlled Shunt CompensatorsIEEE Trans-power Appear syet，1978(97)：19351945赵登福，杨靖，张涛等新型变电站电压无功综合控制装置的研制电网技术，2000，24(6)：13KJohnson Benchm

54、ark systems for simulation of TCSC and SVCIEEE Transactions on Industry Applications，2002：484485米勒电力系统无功功率控制水利电力出版社，1990:200203HHHapp，KAWirgau. Minimization of VARs in system planning. Procamer Power，1997,(6)：10191025谷永刚，肖国春.晶闸管投切电容器TSC技术的研究现状和开展电力电子技术，2003，37(2)：8687李全利单片机原理及接口技术.高等教育出版社，2021：45邓颜过

55、，罗礼全基于ATT7022的低压无功补偿控制器的研究国外电子测量技术，2006，25(16)：5355刘志远Keil C单片机C语言应用研究太原师范学院硕士学位论文，2021：14附录ABenchmark Systems for Simulation of TCSC and SVCBrian K. Johnson, Member, IEEEAbstractThis paper presents modeling guidelines for producing benchmark models suitable for use in electromagnetic transients pro

56、grams for two thyristor-controlled reactor (TCR) based Compensators, the Static VAr Compensator (SVC) and the Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC). Basic modeling procedures for representing the power electronic circuit lower level controls, and outer level controls are presented. Index Term

57、sFACTS, thyristor controlled reactor, static Var compensator, thyristor controlled series capacitor, emtp-like programs.I. INTRODUCTIONPower electronic based flexible ac transmission systems (FACTS)1,2 or Custom Power2,3 devices are added to power transmission and distribution systems at strategic l

58、ocations to improve system performance. When power system disturbances occur, synchronous generators arent always able to respond rapidly enough to keep the system stable. If high-speed real or reactive power control is available, load shedding or generator dropping may be avoided during the disturb

59、ance. High-speed reactive compensation is possible through the use of FACTS devices. In a few cases, these devices are also able to provide some measure of high-speed real power control through power circulation within the converter, with the real power coming from the same line or in some cases fro

60、m adjacent lines leaving the same substation.This paper describes modeling guidelines for producing benchmark models for two thyristor controlled reactor (TCR) based static compensators, the Static VAr Compensator and the Thyristor Controlled Series Capacitor. These benchmark models are geared for u