電力系統(tǒng)動態(tài)無功補償控制器的研究

1、電力系統(tǒng)動態(tài)無功補償控制器的研究摘要隨著國家經(jīng)濟的高速開展，電力系統(tǒng)的負荷在成倍增加，這就使得無功功率在電力系中越來越凸出其的重要性。無功功率在電網(wǎng)傳輸過程中會造成能量損耗及線路端電壓下降，使電能的利用率下降的同時嚴重影響電能質(zhì)量。本文主要闡述了無功補償?shù)哪康暮鸵饬x，介紹了國內(nèi)外無功補償?shù)默F(xiàn)狀及開展趨勢，分析了無功補償?shù)脑砑把a償?shù)慕泳€原理，研究了無功補償在改善電能質(zhì)量的優(yōu)越性以及無功補償裝置的控制方式，完成了無功補償控制器的硬件設(shè)計。該控制器在系統(tǒng)硬件上采用了由STC生產(chǎn)的STC10F08X單片機作為主控制器。采用ATT7022作為電能檢測芯片，實現(xiàn)電網(wǎng)參數(shù)的精確采樣與計算。在系統(tǒng)軟件上采用

2、晶閘管控制投切電容器，實現(xiàn)了電容器的快速，無弧的投切。采用全中文液晶顯示界面實時顯示系統(tǒng)運行狀況，。本文設(shè)計的硬件電路較為完整，實現(xiàn)電網(wǎng)參數(shù)信息的實時捕捉。它們包括電源電路、觸發(fā)電路、采樣電路、顯示電路及通訊電路等。關(guān)鍵詞無功補償；單片機；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不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印目錄摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2

8、* ROMAN II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328568053 第1章 緒論 PAGEREF _Toc328568053 h 1 HYPERLINK l _Toc328568054 研究無功補償?shù)囊饬x PAGEREF _Toc328568054 h 1 HYPERLINK l _Toc328568055 國內(nèi)外無功補償?shù)拈_展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc328568055 h 1 HYPERLINK l _Toc328568056 無功功率補償原那么 PAGEREF _Toc328568056 h 3 HYPERLINK l _Toc328568057

9、 第2章 無功補償控制器的原理 PAGEREF _Toc328568057 h 4 HYPERLINK l _Toc328568058 無功補償?shù)脑?PAGEREF _Toc328568058 h 4 HYPERLINK l _Toc328568059 無功補償?shù)姆绞?PAGEREF _Toc328568059 h 5 HYPERLINK l _Toc328568060 無功補償裝置的介紹 PAGEREF _Toc328568060 h 5 HYPERLINK l _Toc328568061 無功補償裝置的控制原理 PAGEREF _Toc328568061 h 6 HYPERLINK l

10、_Toc328568062 無功補償裝置的選擇 PAGEREF _Toc328568062 h 11 HYPERLINK l _Toc328568063 主補償回路的設(shè)計 PAGEREF _Toc328568063 h 12 HYPERLINK l _Toc328568064 電容器的接線方式 PAGEREF _Toc328568064 h 12 HYPERLINK l _Toc328568065 電容器的分組方式 PAGEREF _Toc328568065 h 16 HYPERLINK l _Toc328568066 電容器投切單元 PAGEREF _Toc328568066 h 16 HY

11、PERLINK l _Toc328568067 第3章 動態(tài)無功補償控制器的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc328568067 h 18 HYPERLINK l _Toc328568068 設(shè)計功能介紹 PAGEREF _Toc328568068 h 18 HYPERLINK l _Toc328568069 主功能設(shè)置 PAGEREF _Toc328568069 h 18 HYPERLINK l _Toc328568070 顯示功能 PAGEREF _Toc328568070 h 18 HYPERLINK l _Toc328568071 按鍵功能 PAGEREF _Toc328568071

12、h 18 HYPERLINK l _Toc328568072 其他功能 PAGEREF _Toc328568072 h 18 HYPERLINK l _Toc328568073 控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc328568073 h 18 HYPERLINK l _Toc328568074 主控制芯片的選擇 PAGEREF _Toc328568074 h 20 HYPERLINK l _Toc328568075 電能檢測芯片 PAGEREF _Toc328568075 h 21 HYPERLINK l _Toc328568076 顯示模塊 PAGEREF _Toc32856807

13、6 h 23 HYPERLINK l _Toc328568077 電源模塊 PAGEREF _Toc328568077 h 23 HYPERLINK l _Toc328568078 互感器的選擇 PAGEREF _Toc328568078 h 24 HYPERLINK l _Toc328568079 信號采集電路 PAGEREF _Toc328568079 h 25 HYPERLINK l _Toc328568080 晶閘管選擇 PAGEREF _Toc328568080 h 25 HYPERLINK l _Toc328568081 外部通訊電 PAGEREF _Toc328568081 h

14、26 HYPERLINK l _Toc328568082 光電隔離器選擇 PAGEREF _Toc328568082 h 26 HYPERLINK l _Toc328568083 第4章 動態(tài)無功補償控制器軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc328568083 h 28 HYPERLINK l _Toc328568084 單片機的編程Keil C語言 PAGEREF _Toc328568084 h 28 HYPERLINK l _Toc328568085 主程序流程圖 PAGEREF _Toc328568085 h 29 HYPERLINK l _Toc328568086 結(jié)論 PAGEREF

15、_Toc328568086 h 31 HYPERLINK l _Toc328568087 致謝 PAGEREF _Toc328568087 h 32 HYPERLINK l _Toc328568088 參考文獻 PAGEREF _Toc328568088 h 33 HYPERLINK l _Toc328568089 附錄A PAGEREF _Toc328568089 h 34 HYPERLINK l _Toc328568090 附錄B PAGEREF _Toc328568090 h 44 HYPERLINK l _Toc328568091 附錄C PAGEREF _Toc328568091 h

16、 50千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域，然后“更新整個目錄。打印前，不要忘記把上面“Abstract這一行后加一空行緒論研究無功補償?shù)囊饬x在衡量電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)中，電壓作為一個重要的指標(biāo)對電網(wǎng)穩(wěn)定運行起到重要作用。研究無功功率對維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定、提高電能質(zhì)量、降低線路損耗、保證工農(nóng)業(yè)平安生產(chǎn)具有重要的意義。 在交流電路中，電功率有兩種：一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率將電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量機械能、光能、熱能。無功功率比擬抽象，它是用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場，用于電路內(nèi)電場與磁場交換，因此它不對外做功。但凡有電氣線圈的電氣設(shè)備，都需要建立磁場，這就要消

17、耗無功功率。 無功功率不是無用功率，電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源吸取無功功率建立的。變壓器需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，從而在二次線圈感應(yīng)出電壓。在正常情況下，電氣設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)不但需要有功功率，還需要無功功率。 電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)各節(jié)點的電壓水平與無功功率有不可分割的聯(lián)系，無功功率的缺乏會造成電網(wǎng)電壓的下降，降低發(fā)電機有功功率的輸出、降低輸變電設(shè)備的供電能力、造成線路電壓損失增大和電能損耗增加、造成低功率因數(shù)運行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。 由于從發(fā)電機經(jīng)高壓輸電線傳輸?shù)臒o功功率遠遠滿足不了符合的要求，因此需要在電網(wǎng)中設(shè)置一些無功補償裝置來補充電網(wǎng)的無功功率，以保

18、證用戶對無功的需求，使用電設(shè)備在額定狀態(tài)下工作。在當(dāng)今電力用戶中，不難發(fā)現(xiàn)在工業(yè)中存在大量無功功率變化頻繁的設(shè)備，如電動機、電爐、變壓器等。在普通用戶中又有大量對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有較高要求的精密電氣，如計算機等，這些都使得對電力系統(tǒng)中無功功率的補償變得尤為重要。國內(nèi)外無功補償?shù)拈_展現(xiàn)狀傳統(tǒng)的無功補償裝置主要為同步調(diào)相機和并聯(lián)電容器。同步調(diào)相機是早期無功補償?shù)牡湫痛?，同步調(diào)相機不僅能補償固定的無功功率，對變化的無功功率也能進行動態(tài)補償。至今在無功補償領(lǐng)域中這種裝置還在使用，而且隨著控制技術(shù)的進步，其控制性能還有所改善。但是它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運行時噪聲和損耗都比擬大。目前雖在使用，但在技術(shù)上已顯

19、落后。由于在實際中遇到的大多是感性負載，所以后來多采用低本錢的并聯(lián)電容器做無功補償裝置。電容器補償可以根據(jù)系統(tǒng)所需無功的多少，由控制系統(tǒng)自動投切電容進行補償，因此是一種性能比擬優(yōu)越的補償方式。然而，由于電容器容量的恒定，系統(tǒng)無功變化時，電容器的投切只能是有級的，難免出現(xiàn)過補償或者欠補償，不能動態(tài)的跟蹤系統(tǒng)所需無功功率的變化。同時一般需要串聯(lián)電抗器，限制裝置投入時的涌流，抑制高次諧波的影響。但是因為系統(tǒng)中有諧振，有可能發(fā)生并聯(lián)諧振使系統(tǒng)諧波放大。 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電氣領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。相控技術(shù)，脈寬調(diào)制等技術(shù)被引入電力系統(tǒng)。這些新型技術(shù)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)控制技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)-

20、柔性交流輸電系統(tǒng)Flexible AC Transmission System-FACTS,其本質(zhì)就是將高壓大功率的電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，以增強對電力系統(tǒng)的控制能力，提高原有電力系統(tǒng)的輸電能力。FACTS的多個類型都具有諧波抑制和無功補償能力。靜止無功補償器Static Var Compensator-SVC是它的一個類型，靜止無功補償技術(shù)是20世紀70年代以后開展起來的，是指用不同的靜止開關(guān)投切電容器或電抗器，使其具有發(fā)出和吸收無功的能力，用于提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)和提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。目前這種技術(shù)使用的投切開關(guān)主要是交流接觸器和電力電子開關(guān)。由于使用交流接觸器來投切電容器會產(chǎn)生巨

21、大的沖擊涌流，且閉合時產(chǎn)生的觸頭抖動會引起電弧?，F(xiàn)在的靜止無功補償器一般專指使用晶閘管投切的無功補償設(shè)備。晶閘管投切電容器Thyristor Switch Capacitor-TSC和晶閘管控制電抗器Thyristor Control Reactor-TCR是其典型代表。TSC補償器可以很好的補償系統(tǒng)所需的無功功率，如果級數(shù)分的足夠細，根本上可以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。目前國內(nèi)外對SVC的研究集中在控制策略上，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和專家系統(tǒng)等智能控制手段也被引入SVC控制系統(tǒng)，這使得SVC系統(tǒng)的性能更加提高1。世界上已投入運行的SVC大約150套，我國運行于500kV的輸電系統(tǒng)也有5套，形式為TS

22、C+TCR或是TCR+MSC，均是進口產(chǎn)品。國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用的TSC型裝置大約有20套，其中一局部為國產(chǎn)，另一局部為進口。低壓0.4kV的供電系統(tǒng)中有各類TSC型國產(chǎn)無功補償裝置在運行。靜止無功發(fā)生器Static Var generator-SVG是FACTS的新一代裝置，是采用可關(guān)斷晶閘管GTO構(gòu)成的自換相變流器，通過電源逆變技術(shù)提供超前或滯后的無功功率。它是隨著電力電子技術(shù)的開展而開展的，特別是197680年代以來高功率大電流全控器件的開展而出現(xiàn)的進行動態(tài)無功補償?shù)撵o止無功補償器。1979年日本研制出世界上第一臺20Mvar的強迫自換相的橋式SVG，1991年日本研制出首臺80Mvar的SVG

23、，1994年美國研制出無功功率到達100Mvar的SVG。在我國，1995年清華大學(xué)和河南省電力局研制出首臺作為工業(yè)試驗裝置300Mvar的SVG，續(xù)之在1999年實現(xiàn)了20Mvar的SVG并網(wǎng)成功。目前，國內(nèi)外在SVG建模、控制方式、結(jié)構(gòu)設(shè)計和不對稱控制方面做了很多的研究，但是目前依然有很多的理論和實際應(yīng)用問題需要解決。而且其控制的復(fù)雜性使得控制器件的價格變得異常昂貴，所以目前還沒有普及應(yīng)用。對于我國而言，大功率電力電子器件依然需要進口，使得SVG裝置在我國實現(xiàn)普及依然需要相當(dāng)長的時間。而在低壓無功補償裝置中要求裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單易于安裝和維護，因此，TSC和TCR裝置適合于無功就

24、地補償?shù)膹V泛應(yīng)用。但SVG具有調(diào)節(jié)速度快且不需要大容量的電容、電感元件，諧波含量低的優(yōu)點，必然使其成為無功補償裝置的開展方向。無功功率補償原那么在目前國內(nèi)電力系統(tǒng)中，各級輸配電網(wǎng)絡(luò)和變電設(shè)備都需要消耗一定量的無功功率，尤其以配電網(wǎng)所占比例最大2。為了使電網(wǎng)平安經(jīng)濟運行和用戶的正常供電，首先必須減少無功功率在電網(wǎng)中的流動，這也就使得無功功率在補償時要求就地補償。電網(wǎng)無功補償原那么應(yīng)按就地平衡原那么進行：首先，總體平衡和局部平衡相結(jié)合。如果無功補償不合理，造成局部地區(qū)的無功不能就地平衡，可能使一些地區(qū)無功功率偏多，電壓偏高，多余的無功功率向外傳輸。一些地區(qū)無功偏少，電壓下降，需向外界輸入無功功率，

25、這就使得無功功率在電網(wǎng)中進行流動，增加了線路損耗。因此，補償無功功率，因在總體平衡的根底上，進行局部補償，才能得到較好的效果。其次，電力部門補償與用戶補償相結(jié)合。在低壓配電網(wǎng)中，除去工業(yè)消耗的大局部無功功率和普通用戶消耗的小局部無功功率外，其余無功都消耗在了配電網(wǎng)中。為了無功功率的損耗，需盡可能的實現(xiàn)無功的就地補償，就地平衡，這就需要電力部門與用戶共同補償，二者相依相存。最后，采用分散補償與集中補償相結(jié)合,分散為主的原那么電站的集中補償，主要是補償變壓器本身的無功損耗以及減少變電站以上線路的無功功率。這樣降低輸電線路的無功損耗，但不能降低配電網(wǎng)的無功損耗，用戶需要的無功功率依然在配電網(wǎng)中流動，

26、為了降低損耗，必須進行分散補償。由于配電網(wǎng)的損耗所占比例較大，因此應(yīng)該以分散補償為主3。無功補償控制器的原理無功補償?shù)脑砼潆娋W(wǎng)中的負荷無論是工業(yè)負荷還是民用負荷，大局部都是感性負荷。這些負荷在運行時需要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，致使電網(wǎng)的功率因數(shù)，電能質(zhì)量降低，損耗增大。電網(wǎng)中安裝補償裝置后，可以減少電源向感性負荷經(jīng)由線路輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，從而降低了輸電線路和變壓器在輸送無功時造成的損耗。這樣就提高了電網(wǎng)功率因數(shù)，改善了電網(wǎng)電能質(zhì)量。將電容器和電感并聯(lián)在同一線路中，電感吸收能量時，正好電容釋放能量，而電感放出能量時電容在吸收能量。能量在他們之間交換，即感性負荷

27、所吸收的無功功率，可由電容器所輸出的無功功率補償。在不考慮輸電線路的對地電容時，從節(jié)點i送到節(jié)點j的功率為，節(jié)點i和節(jié)點j的電壓分別為和，節(jié)點間的阻抗為，那么節(jié)點電壓關(guān)系為: 2-1在超高壓電力系統(tǒng)中，線路電抗遠大于線路電阻，因此上式可寫為： 2-2 電壓還可以寫成: 2-3 為線路兩端電壓的相位角差。通過比擬2-22-3得： 2-4 電網(wǎng)在正常運行時，線路兩端電壓相位差角很小，可以近視認為，這樣線路中傳輸?shù)臒o功功率大小就與線路兩端電壓有效值之差成正比，無功功率將從電網(wǎng)端電壓高的一端向端電壓低的一端流動。節(jié)點電壓有效值得改變，將引起流經(jīng)線路的無功功率隨之發(fā)生改變。因此可見電網(wǎng)中無功功率的改變與

28、電網(wǎng)電壓有著不可分割的聯(lián)系。電網(wǎng)中的負荷多數(shù)為感性負荷，其等效電路可看作是電阻R與電感L的串聯(lián)電路，當(dāng)進行補償時，可以把補償電容器看做與電容電阻的串聯(lián)電路相并聯(lián)。將R、L串聯(lián)電路與電容C并聯(lián)滯后，其電路如圖2-1所示，功率因數(shù) 式中圖2-1 補償電路該電路的電流方程為：， 其欠補償向量圖如圖2-2所示：圖2-2 向量圖欠補償過補償向量圖如圖2-3所示：圖2-3 向量圖過補償由圖2-2可知，并聯(lián)電容后，電壓與電流的相位差變小，即供電回路的功率因數(shù)提高了。此時供電電流的相位滯后電壓，這種情況稱為欠償；假設(shè)電容C的容量過大，使供電電流的相位超前于電壓，這種情況稱為過補償。過補償會引起變壓器二次側(cè)電壓

29、抬高，電容器的溫升增加損耗增大，使電容器壽命縮短。另外，容性無功在線路上傳輸也會增加電能損耗，因此這種情況應(yīng)該防止。無功補償?shù)姆绞綗o功補償裝置的介紹傳統(tǒng)的無功補償裝置有并聯(lián)電容器、調(diào)相機和同步發(fā)電機等，圖2-4所示為一種最簡單的無功補償裝置。圖2-4 最簡單的無功補償裝置M代表需要滯后無功的用電設(shè)備，C代表用于向提供無功功率的補償裝置。當(dāng)M運行時，M從電網(wǎng)吸收無功功率和有功功率。為了減少電網(wǎng)中無功功率的缺少，我們將閉合開關(guān)，使C接入電網(wǎng)，用C的超前無功來補償M中的滯后無功電流，這樣就完成最簡單的補償任務(wù)。由于C的補償容量恒定，它不能隨著實際的無功變化而變化。因此，這種無功補償方式僅僅適用于無功

30、功率變化不大的場合，不能普遍使用。但實際用電系統(tǒng)中，無功往往變化很大，圖2-4所示的補償裝置顯然無法滿足要求。而調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其噪聲大，損耗大，而且還不適用于較大或較小的無功補償，因此這些設(shè)備都無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)開展的要求。20世紀70年代，出現(xiàn)了一種靜止型無功補償技術(shù)SVC，這種技術(shù)經(jīng)過二十多年的開展，經(jīng)歷了一個不斷創(chuàng)新，不斷完善的過程。主要包括晶閘管相控電抗器TCR和晶閘管投切電容器TSC，以及二者的混合裝置TCR+TSC，還有TCR與固定電容器TCR+FC或機械投切電容混合使用的裝置TCR+MSC。由于TCR+TSC裝置本錢較高，因此很少使用4。無功補償裝置的控制原理具有飽和電抗器

31、的無功補償裝置SR飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種，相應(yīng)的無功補償裝置也分為對應(yīng)的兩種。具有自飽和電抗器的無功補償裝置是依靠電抗器自身固有的能力穩(wěn)定電壓，它利用鐵芯的飽和特性來控制發(fā)出或吸收無功功率5。可控飽和電抗器通過改變控制繞組中的工作電流來控制鐵芯的飽和度，從而改變工作繞組的感抗，進一步控制無功電流的大小。這類裝置組成的無功補償裝置屬于第一批補償器6。但是由于這種裝置中飽和電抗器造價高，并且電抗器的硅鋼片長期處于飽和狀態(tài)鐵芯損耗較大，另外，這種裝置有震動和噪聲，而且調(diào)節(jié)時間長，動態(tài)補償緩慢，因此這種補償裝置在現(xiàn)在很少使用，一般只用于超高壓線路中。晶閘管相控電抗器TCRTCR

32、是SVC中的重要組成局部之一，IEEE將晶閘管相控電抗器TCR定義為一種并聯(lián)型晶閘管控制電抗器，通過控制晶閘管的導(dǎo)通時間它的導(dǎo)通電抗可以連續(xù)變化。其結(jié)構(gòu)圖如圖2-5所示：圖2-5 TCR根本結(jié)構(gòu)TCR型無功控制器其三相一般結(jié)成角型，這樣的電路接入電網(wǎng)相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路接入感性負載。這樣的電路的觸發(fā)角為90180。當(dāng)觸發(fā)角=90時，晶閘管全部導(dǎo)通，支路就是一個純電感元件導(dǎo)通角=180，此時電抗器吸收的無功電流最大，TCR中的電流為連續(xù)的正弦波。當(dāng)觸發(fā)角從90變到180時，TCR中的電流變?yōu)榉沁B續(xù)脈沖，對稱分布于正半波和負半波。當(dāng)觸發(fā)角=180時，電流減到最小。當(dāng)觸發(fā)角低于90時，將在電流中引入

33、直流分量，從而破壞兩個反并聯(lián)晶閘管的對稱運行。所以一般在090范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過控制晶閘管的觸發(fā)延時角，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，在阻斷與最大之間變化，這就相當(dāng)于改變電抗器的等效電抗。晶閘管一旦導(dǎo)通，流經(jīng)晶閘管電流的關(guān)斷將發(fā)生在其自然過零時刻，這一過程稱為電網(wǎng)換相。而TCR是按電網(wǎng)換相方式運行的。電網(wǎng)換相的一個特征是晶閘管一旦導(dǎo)通，任何觸發(fā)角的變化只能在下半周期起作用，從而導(dǎo)致所謂的晶閘管死區(qū)時間。觸發(fā)角與等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式： 2-5 其中 由式2-5可知，增大觸發(fā)角即可增大觸發(fā)器的等效導(dǎo)納，這樣就會減小補償電流中的基波分量，所以可以通過調(diào)整觸發(fā)角的大小就可改變吸收的無功分量，到達調(diào)節(jié)效果

34、。TCR型動態(tài)無功補償裝置具有以下優(yōu)點： (1) 從零到最大功率連續(xù)可調(diào) (2) 可以根據(jù)電網(wǎng)負荷分相調(diào)節(jié) (3) 電路簡單，維護方便 TCR型動態(tài)無功補償存在的缺點 (1) 在運行中會產(chǎn)生諧波 (2) 占地面積大 (3) 電容、電抗器和晶閘管容量都是按系統(tǒng)最大沖擊無功功率來配備，設(shè)備投資大 (4) 從實際情況看，跟蹤補償裝置大局部時間處于零或低無功補償狀態(tài)，最大功率運行能耗大 單獨的TCR只能吸收無功功率，不能發(fā)出無功功率，為了解決此問題，通常將并聯(lián)電容器與TCR配合構(gòu)成無功補償器。這種TCR型補償器靈活性大，反響速度快，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛7。TCR與固定電容器TCR+F

35、CTCR+FC型SVC的系統(tǒng)一般由TCR、濾波器、電抗器、電容器組和控制系統(tǒng)組成。通過控制與電抗器反并聯(lián)的兩個晶閘管的導(dǎo)通角，可以控制晶閘管導(dǎo)通向系統(tǒng)輸送感性無功，又可以關(guān)斷晶閘管使系統(tǒng)只有濾波器向系統(tǒng)輸送容性無功。圖2-6 TCR+FC型SVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖TCR+FC型SVC不像TCR型SVC只能吸收或發(fā)出感性無功功率，其在需要時可以通過電容器組進行容性無功功率補償，且實現(xiàn)了動態(tài)快速的對電網(wǎng)無功的改善，因此具有比TCR更優(yōu)越的無功補償性能8。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。該補償器的響應(yīng)時間很快，一般小于半個周期波，靈活性大，可以連續(xù)輸出無功，確定是會產(chǎn)生諧波，對電網(wǎng)造成干擾，為解決諧波問題，需要加

36、上濾波裝置。晶閘管投切電容器TSCTSC型無功補償裝置是為解決電容器頻繁投切問題而產(chǎn)生的，其單相結(jié)構(gòu)如圖2-7所示：圖2-7 單相STC結(jié)構(gòu)圖其中兩個反并聯(lián)的晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)把電容器斷開的作用，而并聯(lián)的小電感只是用來抑制電容器投入電網(wǎng)時可能造成的沖擊電流,在很多情況下，這個電感往往畫不出來9,10。因此當(dāng)電容器投切時，TSC型裝置的伏安特性就是電容器組的伏安特性。TSC型無功補償?shù)碾娏ο到y(tǒng)模型如圖2-8所示。圖2-8 TSC型無功補償?shù)碾娏ο到y(tǒng)模型圖2-8中，交流電源經(jīng)由變壓器PT和線路電抗后向負載供電，其中負載端電壓為，電流為，功率因數(shù)角為。在負載處經(jīng)晶閘管接入電容器C，

37、容抗為，流入負載的容性電流超前電壓90，如果適中選取電容C的大小使，等于負載感性電流，即： 2-6那么負載感性電流將被流入電容器的容性電流補償，電網(wǎng)流入電容器的容性電流等效于電容器向電網(wǎng)輸出，由于超前90，因此滯后90，是感性電流，矢量圖如圖2-9所示，因此按式2-6選擇電容C，電容的輸出感性電流正好等于負載的感性電流，所以電容和感性負載并聯(lián)后，負載電流只剩下有功電流，等效負載的功率因數(shù)為1，發(fā)電機、變壓器、線路只是流過有功電流，只傳輸有功功率，最大限度的降低了損耗。如圖2-8所示，電容器相當(dāng)于一個滯后的無功電流源，滯后無功功率發(fā)生器。其工作過程是，當(dāng)晶閘管在交流電源正負半波都導(dǎo)通時，電容C投

38、入電網(wǎng)補償無功功率；當(dāng)晶閘管在正負半波都阻斷時，電容從電網(wǎng)切除。晶閘管只是作為一個開關(guān)把電容器從電網(wǎng)中投入或切除，因此，這種電路稱為晶閘管投切電容器無功補償器TSC，其所能補償?shù)臒o功多少有電容器的容量C所決定。TSC在補償無功的同時，還可改善負載端得電壓水平。電流流過變壓器和線路時會引起電壓的下降，圖2-8中，和兩端的壓降為。如果流過的電流時感性時，那么與同相，比小，如果流過的電流為容性時，那么與同相，比大，所以感性電流流過變壓器和線路會使負載端電壓下降，而容性電流流過變壓器和線路會使負載端電壓升高。因此說，TSC型補償控制器可以很好的改善由于線路和輸電設(shè)備壓降而引起的負載端電壓降低的問題。圖

39、2-9 矢量圖TSC型無功補償控制器用于三相電網(wǎng)，可以結(jié)成三角型，也可以結(jié)成星型。一般對稱網(wǎng)絡(luò)使用星型接法，不對稱網(wǎng)絡(luò)使用三角型接法。由于負載無功功率的大小是隨著時間不斷變化的，因此設(shè)置一個或兩個電容器不能時刻滿足電網(wǎng)無功補償?shù)囊?，而過度的無功補償也會使功率因數(shù)降低。因此，只有設(shè)置許多小容量的電容器，根據(jù)負載的變化情況進行有次序，有容量的投切才能得到比擬好的補償效果,同時需要考慮諧波造成的影響11。其任一相分組投切電路如圖2-10所示，在補償時一般采用按比例的等分方法，組成一個級的電容組數(shù)12。圖2-10 分相投切電路無功補償裝置的選擇通過比擬與分析可見，在無功補償方式上TSC型無功補償具有

40、較大的優(yōu)越性，其可以實現(xiàn)動態(tài)的電容器投切，實時地跟準(zhǔn)電網(wǎng)無功參數(shù)的變化，準(zhǔn)確的快速的補償電網(wǎng)的無功，維持電網(wǎng)的參數(shù)穩(wěn)定13。因此本設(shè)計采用TSC型無功補償裝置。各種無功補償裝置的比照方下表2-1所示:表2-1 各種無功功率補償裝置的簡單比照同步調(diào)相機SCTCR或TCR+FCTSCTCR+TSC靜止無功發(fā)生器SVG響應(yīng)速度20ms10ms10ms10ms50過載能力倍信號采集電路電流信號采集電路如圖3-6所示：圖3-6 電流信號采集電路電壓信號采集電路如圖3-7所示：圖3-7 電壓信號采集電路晶閘管選擇晶閘管的電壓值選擇要考慮電網(wǎng)的電壓，一般按式3-1選擇： 3-1式中為電壓裕度，一般取1.11

41、.2,；為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，一般取1.15；U為電網(wǎng)電壓有效值晶閘管的電流值一般按式3-2選擇： 3-2式中C為電容器的電容值；U為電網(wǎng)電壓有效值本設(shè)計選用瑞星的MT系列可控硅模塊MTX800，其參數(shù)如表3-3所示：表3-3 可控硅MTX800參數(shù)型號TypeMTX800800A600-2500V50A200mAV該可控硅采用M06封裝，其內(nèi)部電路圖如圖3-8所示:圖3-8 可控硅內(nèi)部電路圖外部通訊電選用RS-232接口，實現(xiàn)控制器與PC之間通訊。通過使用MAX232芯片實現(xiàn)RS-232 與單片機之間的電平轉(zhuǎn)換。 MAX232 與單片機連接如圖3-9所示：圖3-9 MAX232與單片機連接圖光

42、電隔離器選擇為了保證控制器的穩(wěn)定運行，具有更強的抗干擾能力，在控制電路中使用光電隔離芯片TLP621進行對可控硅門極與單片機的隔離。TLP621是由東芝生產(chǎn)的光電耦合器，其系列的TLP621-4提供四路隔離通道，TLP621提供一路隔離通道。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-10所示：圖3-10 TLP621內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖動態(tài)無功補償控制器軟件設(shè)計單片機的編程Keil C語言單片機的編程語言有匯編語言、C語言等。使用匯編語言所編寫的程序?qū)τ趩纹瑱C的操作使用是很簡單，編寫的系統(tǒng)代碼短小，使用方便，但它的制作時間較長，靈活性和可拷貝性較差。C語言作為近幾年單片機開發(fā)使用的程序，它不僅開發(fā)時間短，使用方便移植性也非常好

43、。尤其是Keil C語言的出現(xiàn)，使得單片機程序的開發(fā)變得更加方便。Keil C作為目前流行的單片機C語言調(diào)試和開發(fā)軟件，多被現(xiàn)在單片機設(shè)計者所采用。Keil C語言具有很好的可讀性和可維護性，它是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，編寫效率很高，具有非常好的結(jié)構(gòu)性和模塊化，使得程序完全結(jié)構(gòu)化，可移植性好而且更容易閱讀和維護，代碼的可重用性也比擬高，雖然8051單片機的類別很多，但Keil C語言對它的硬件資源大局部都可以進行操作。用Keil C語言編寫程序更符合人們的思維習(xí)慣。Keil C語言功能強大，具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，指針概念的引入，使程序執(zhí)行效率更高。另外它也具有強大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動

44、器，而且計算功能和邏輯功能也比擬強大，可以實現(xiàn)決策目的。而且它使用范圍廣，適合多種操作系統(tǒng)，如DOC、Windows、Unix等。用Keil C語言編寫的程序具有鞏固性：數(shù)據(jù)被破壞是導(dǎo)致程序運行異常的重要因數(shù)。Keil C語言對數(shù)據(jù)進行了專業(yè)性的處理，防止了運行期間非異步的破壞；它對不同函數(shù)的數(shù)據(jù)進行覆蓋，有效利用片上的RAM空間；它提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型數(shù)組、結(jié)構(gòu)、聯(lián)合、枚舉、指針等，極大的增強了程序處理能力和靈活性；它還提供auto、static、const等存儲類型和專門針對8051單片機的data、idata、pdata、xdata、code等存儲類型自動為變量合理地分配地址提供small

45、、compact、large等編譯模式以適應(yīng)片上存儲器的大小Keil C的中斷效勞程序的現(xiàn)場保護和恢復(fù)中斷向量表的填寫是直接與單片機相關(guān)的都由Keil C編譯器代辦它還提供了常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫以供用戶直接使用頭文件中定義宏、說明復(fù)雜數(shù)據(jù)類型和函數(shù)原型有利于程序的移植和支持單片機的系列化產(chǎn)品的開發(fā)它有嚴格的句法檢查錯誤很少可容易地在高級語言的水平上迅速地被排掉并可方便地接受多種實用程序的效勞如片上資源的初始化有專門的實用程序自動生成再如有實時多任務(wù)操作系統(tǒng)可調(diào)度多道任務(wù)簡化用戶編程提高運行的平安性等等。Keil C與Turbo C相比可以更有效地利用片上有限的RAM空間利用其特有的特殊功能存放器用

46、sfr可以更加有效地對硬件的I/O接口提供了更有效率的內(nèi)部RAM可尋址位或特殊功能存放器中的可尋址位操作Keil C編譯器支持C中大局部的函數(shù)但是一些不適用于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的庫函數(shù)那么沒有包含而是由C51擴充了一些非C標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)使其更加適合單片機的操作它同時針對8051單片機的自身特點作了一些特殊擴展。德國keil公司的單片機語言編譯器Keil C支持九種根本數(shù)據(jù)類型變量可存放在bit、data、bdta、idata、xdata、pdata等不同類型的存儲器空間支持AMD和DALLAS公司的80320等單片機的雙數(shù)據(jù)指針和PHILIPS公司的807651等單片機的指令集以及InfieonSiem

47、ens公司80C51單片機中的算術(shù)單元和多重數(shù)據(jù)指針支持數(shù)據(jù)覆蓋。 Keil C提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境Vision將這些組合在一起。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的windows界面集成開發(fā)調(diào)試工具。重要的一點是Keil C51生成目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的目標(biāo)代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時，更表達高級語言的優(yōu)勢。Keil C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼，而且用Keil C語言可翻開或關(guān)斷中斷。任何使用Keil C語言的人都可以直接調(diào)用C語言庫中函數(shù)而不用為這個函數(shù)添加任何代碼，只

48、需要包含具有該函數(shù)說明的相應(yīng)頭文件即可。而自定義函數(shù)是完全個性化的，是用戶根據(jù)自己需要編寫的。在Keil C中，其提供了100多個庫函數(shù)供編程者使用。單片機Keil C語言作為一種成熟的單片機開發(fā)設(shè)計語言，其C51優(yōu)化交叉編譯器完全符合ANSIC標(biāo)準(zhǔn)，并擴展優(yōu)化支持單片機的指令，既具有一般高級語言的特點又能對單片機的硬件進行直接操作，支持C語言與匯編語言的混合編程，支持實時嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計。表達和運算能力比匯編更容易和強大，開發(fā)出的程序本身也不是特別依賴硬件，移植性好，而且還是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，具有完善的模塊化程序結(jié)構(gòu)。用Keil C編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，效率高，能大大縮短開發(fā)周期明顯增加軟件可

49、讀性，生成的程序代碼優(yōu)化效率高，可產(chǎn)生最少的代碼，運行速度極高，且存儲空間極少，便于改良和擴充17。Keil C語言與標(biāo)準(zhǔn)C語言之間的不同主要在于他們所針對的嵌入式處理器的硬件系統(tǒng)不同。Keil C的根本語法與標(biāo)準(zhǔn)C相同，但對標(biāo)準(zhǔn)C進行了擴展。主程序流程圖控制器對實時性和精確度要求都比擬高，而且這兩點也關(guān)系到控制系統(tǒng)的好壞，因此縮短程序執(zhí)行時間和提高計算精度是程序設(shè)計的出發(fā)點。程序流程圖如圖4-1所示：圖4-1 程序流程圖千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印?！敖Y(jié)論以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。結(jié)論本文分析了目前國內(nèi)外無功補償裝置的開展現(xiàn)狀,對各種無功補償方式進行了具體的介紹。闡述

50、了對電力系統(tǒng)進行無功補償?shù)谋匾?，分析了無功功率與電網(wǎng)電壓之間的具體關(guān)系，列舉了無功缺乏對電網(wǎng)造成的危害。在傳統(tǒng)型無功補償裝置的根底上，具體分析了SVC系列新型無功補償器的工作原理以及適用范圍?？紤]到電力系統(tǒng)的瞬時性、可靠性，設(shè)計了由STC生產(chǎn)的10F08XE單片機作為本設(shè)計的CPU，由珠海巨力集團生產(chǎn)的ATT7022電能檢測芯片的型動態(tài)無功補償器。該無功補償控制器能夠快速，準(zhǔn)確的檢測電網(wǎng)參數(shù)，準(zhǔn)確的輸出控制電容的投切，防止了早期控制器的無功過補和補償缺乏的缺點。控制器具有的LCD顯示器能夠顯示電網(wǎng)參數(shù)和工作狀態(tài)，在控制方式上可以在手動與自動之間根據(jù)需要選擇。通過長達4個月的學(xué)習(xí)，在認真查找資

51、料的前提下，設(shè)計取得了豐碩的成果，但還有很多缺乏，設(shè)計中采用的電容器不等容分組方式雖實現(xiàn)了較高的補償精度和無級補償，但控制復(fù)雜，經(jīng)濟本錢較高。在電容器的接線方式上由于采用了星型接法，較大的增加了控制本錢?？刂破鞯目垢蓴_能力和諧波影響還需進一步驗證。同時，根據(jù)補償效果也需進一步完善和改良。致謝在完成論文期間，很多人給予了我支持和幫助。在論文即將完成之際，我對他們表示衷心的感謝！ 首先感謝王晨光老師悉心指導(dǎo)和教誨，王老師教授了我科學(xué)知識和做人的道理。王老師嚴謹、科學(xué)、求實、創(chuàng)新的工作作風(fēng)，淵博的知識和坦誠正直的優(yōu)秀品格，給我留下了深刻的印象，并將對我以后的學(xué)習(xí)和生活中產(chǎn)生重要影響。 同時，我也感謝

52、在我論文的完成過程中都給予我?guī)椭拿恳晃煌瑢W(xué)。 有了王老師和同學(xué)的幫助，我才有幸完成了畢業(yè)設(shè)計，獲得了珍貴的知識，鍛煉了自己的學(xué)習(xí)能力。參考文獻高海霞基于DSP的TSC型無功補償控制器的研究江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007：34 孫成寶，李廣澤配電網(wǎng)實用技術(shù)中國水利水電出版社，1999：2023李曉明，婁穎，皮偉才等工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)無功補償與節(jié)電高電壓技術(shù)，2006,32(6)：2024林海雪電力系統(tǒng)電壓暫降和短時斷電上海電力出版社，2002：120127李輝，全慶貽，趙光宙基于DSP電力系統(tǒng)動態(tài)無功補償裝置江南大學(xué)學(xué)報，2003，6：601604顏友鈞朱宇光DSP應(yīng)用教程中國電力出版社，200

53、2：3140高連強低壓動態(tài)無功補償裝置的研究河北工業(yè)大學(xué)碩士論文，2007：23李鵬，劉巖TCR+FC型SVC在江西電網(wǎng)中的應(yīng)用研究電氣應(yīng)用，2021，28(21)：4647LGyugyi, RAOtto, T HPutman etcPrinciples and Application of Static Thyristor-Controlled Shunt CompensatorsIEEE Trans-power Appear syet，1978(97)：19351945趙登福，楊靖，張濤等新型變電站電壓無功綜合控制裝置的研制電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(6)：13KJohnson Benchm

54、ark systems for simulation of TCSC and SVCIEEE Transactions on Industry Applications，2002：484485米勒電力系統(tǒng)無功功率控制水利電力出版社，1990:200203HHHapp，KAWirgau. Minimization of VARs in system planning. Procamer Power，1997,(6)：10191025谷永剛，肖國春.晶閘管投切電容器TSC技術(shù)的研究現(xiàn)狀和開展電力電子技術(shù)，2003，37(2)：8687李全利單片機原理及接口技術(shù).高等教育出版社，2021：45鄧顏過

55、，羅禮全基于ATT7022的低壓無功補償控制器的研究國外電子測量技術(shù)，2006，25(16)：5355劉志遠Keil C單片機C語言應(yīng)用研究太原師范學(xué)院碩士學(xué)位論文，2021：14附錄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