基于单片机的无功补偿系统的设计.doc

本科毕业设计开题报告

题 目： 基于单片机的无功补偿系统的设计

题 目
基于单片机的无功补偿系统的设计
来源
工程实际
1、研究目的和意义
由于电网中大量使用感性负载，使得大量的无功功率在电网中流动，造成了电能的浪费和电压的不稳定，甚至损坏设备，无功功率是影响电力系统稳定的一个关键因素。它关系到整个系统能否安全稳定运行。因此，在讨论无功功率补偿基本理论的基础上，研究基单片机的无功功率补偿系统的设计，对维持电压水平和提高电力系统的稳定性，降低网损，使电力系统能够安全经济运行具有十分重要的意义。无功补偿的基本原理和概念在整个电力系统中，由于输送部门三相电传送质量不高以及用户的普通电气设备的性能存在缺陷，所以导致在电网中存在无功不平衡。为保证电网的高质量运行，供电电压和频率必须在一定的区间为维持一个正常的水平，否则电力系统的运行就会受到影响。而频率的控制以及电压的控制都与电力系统的无功功率控制紧密联系，所以，研究无功功率补偿就显得尤为重要。
2、研究现状及发展趋势
改善电能质量措施涉及面很广，主要包括无功补偿、抑制谐波、降低电压波动和闪变以及解决三相不平衡等方面。目前用于无功补偿和谐波治理的装置如：无源电力滤波器，该设备兼有无功补偿和调压功能，一般要根据谐波源的参数和安装点的电气特性以及用户要求专门设计；静止无功补偿装置（SVC）装置是一种综合治理电压波动和闪变、谐波以及电压不平衡的重要设备。有源电力滤波器（APF），APF是一种新型的动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和幅值都发生变化的谐波和无功电流进行补偿，主要应用于低压配电系统。
随着电力电子技术，特别是大功率可关断器件技术的发展和日益完善，国内外已经开始研制、开发静止无功补偿装置静止无功功率发生装置（SVG），虽然它们尚处在开发及试运行阶段，目前尚未形成商品化，但SVG凭借着其优越的性能特点，在电力系统中的应用将越来越广泛。
目前，在国内，机械投切电容器的方式比较普遍。尤其加入控制系统后，在负荷波动幅度和频率变化不大，在对响应速度要求不高的配电网络中，MSC 以其优良的性价比，依然具有广泛的市场。目前国内比较先进，且占据一定市场份额的动态无功补偿装置是SVC。国内SVC 的主要生产企业是荣信电力电子股份有限公司、西电科技、电科院电力电子公司。其中西电科技和电科院引进的是ABB、Siemens的技术，荣信引进的是乌克兰的技术。其中电科院的鞍山红一变SVC 国产化工程是国内第一套应用于输电网络的国产化SVC 产品。但目前国内电气化铁路SVC 的使用还比较少，且只是在支线上应用。静止补偿器(SVC)的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。静止补偿器由于其价格较低、维护简单、工作可靠，在国内仍是主流补偿装置。静止补偿器先后出现过不少类型，目前来看，有发展前途的主要有直流助磁饱和电抗器型、可控硅控制电抗器型和自饱和电抗器型3种。
在国外，无功补偿装置可以应用在输配电网、长距离传输电网、风力发电厂、大型工厂特别是钢铁企业，电气化铁路等。动态无功补偿中SVC 占绝大部分份额，而高电压等级，大容量的SVC 项目几乎全部被ABB、Siemens 等跨国公司垄断。ABB 公司于1950 年生产出世界上第一套串联补偿装置，并于上世纪90年代末期推出晶闸管控制串联电容器TCSC（Thyristor-controlled Series Capacitor）。ABB 公司于上世纪70 年代开始研制SVC，并于1972 年在世界范围内第一次将SVC 应用于钢铁厂，1979 年将SVC 应用于铁路系统。目前，SVC 在动态并联补偿中占据统治性地位。1998 年，ABB 推出新一代动态无功补偿技术，SVC Light。西门子公司对基于晶闸管控制技术的无功补偿技术的研究也起始于上世纪70 年代。1984 年，提供了第一套TSC 型SVC。西门子还在美国的Nucor安装了世界最大的SVC 系统。GE 在串联补偿领域拥有先进的技术和生产能力，GE 是最早提供TCSC 装置的企业。动态无功补偿装置(SVC)，用于输电系统波阻抗补偿及长距离输电的分段补偿中，也被大量用于负载的无功补偿中。它的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。作为输配电系统动态无功补偿的主要实用技术SVC装置，由于其维护简单、工作可靠，所以其应用较为广泛。

3、设计的目标：
(1)、电源电压AC380V(±7%)，电源频率50Hz。
(2)、根据电网电压变化实现无功功率的实时补偿。
(3)、具有过电压、欠电压、过电流等保护功能。
(4)、加滤波环节，消除高次谐波对系统的影响。
4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：
本系统的硬件部分包括：测量电路、通讯接口、PWM发生装置、驱动电路、补偿电路等。系统说明框图如下图所示：

单片机
电流检测
功率因数检测
电压检测
通讯接口
数据存储器
PWM发生器器
驱动电路
补偿电路
频率检测

同步电路
显示
按键
PC

A/D

单片机是本系统的处理核心，实现数据处理、输入、输出控制等功能。系统包括检测部分、计算和处理部分、显示部分、驱动部分以及补偿部分等组成。首先我们通过计数器得出系统的电压、电流、功率因数、频率的大小，再通过AD转换器送给单片机，单片机经过处理，计算出所需补偿的无功功率，然后通过控制系统自动投切电容组。投切电容电路中用过零固态继电器来作为控制开关来实现柔性投切；还接上接口，与上位机传递系统通讯，实时交换信息。
检测部分：通过采集电路中的电压和电流，及功率因数通过AD转换器，送给PIC18F 8723进行处理计算。
单片机系列单片机：计算处理收到电压、电流、功率因数等数据，计算出功率，与额定值功率比较，计算出所需补偿功率，发送至补偿装置及显示输出装置。
显示部分：显示计算出的实际数据，可供观测与所需要数值的大小。
补偿部分：将收到的数据通过补偿装置的比较，调节无功功率，以达到无功功率补偿的效果。
5、方案的可行性分析：
动态无功功率补偿具有可靠性高，控制灵活，响应速度快，电压闪变抑制能力更强，对电容器的容量要求不高，和连接电抗小等优越性。
6、时间进程
第1周 查阅、搜集PIC18F8723系列单片机资料
第2周 查阅、搜集检测电路装置资料
第3周 查阅、搜集通讯接口、显示电路资料
第4周 查阅、搜集驱动电路资料
第5周 查阅、搜集补偿电路资料
第6周 主电路的设计与计算
第7周 主电路的设计与计算
第8周 检测电路的设计与计算
第9周 驱动电路的设计与计算
第10周 补偿电路的设计与计算
第11周 主电路的整体设计与计算
第12周 电路仿真初步设计设计
第13周 最终确立电路的仿真设计
第14周 电路图的绘制与论文输入
第15周 图纸、论文的审核
第16周 图纸、论文的修改
第17周 整理材料
第18周 准备讲稿，参加论文答辩
7、参考文献：
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[2]罗安。电网谐波治理和无功补偿技术的装备。北京：中国电力出版社，2009.
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[4]钱可，李常青.电力系统微机保护算法综合性能研究.电力自动化设备，2010,25(5)：43-45
[5]张红,王诚梅.电力系统常用交流采样方法比较.华北电力技术，2010, (4)：25－27
[6]魏民.智能型电力参数测试仪得研究与设计.武汉理工大学硕士学位论文.2011.5
[7]平孝香，刘菁。无功补偿装置中串联电抗器的作用[J].电力电容器与无功补偿，2009.
[8]陆安定，功率因数补偿装置[M]。北京：上海科学普及出版社，2009
[9]姚融融, 陈玮. 静止型动态无功补偿（SVC）分析［J］. 物理测试，2009.（7）.
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[12]N G Hingorani,L Gyugyi.Understanding FACTS.The Lnstitute of Electrical Engineers,Inc.New York,2010,26(2):221-223
[13]LGyugi.Power Electronics in Electric Utilities Static VAR Compensators ,Proceedings of the IEEE,2011,76(4):483-494.
[14]Gerin-Lajoie L,ScottG,Breault S et a.l Hydro-Quebec Multiple SVC Application Control Stability Study[J].IEE Proc.Gener.Transm.Distrib,2009,142(2):202-210.
[15]Erinmez I A.Static Var Compensators,CIGRE Working Grou P38 01,Task Force No.2 on SVC,Paris,2010,34(12):21-25.

 指导教师意见:

教师签字：

年 月 日
毕业设计领导小组意见:

组长签字：

年 月 日