低压无功补偿系统中智能电容器的研究与设计

摘要

无功功率是电网中不可缺少的一部分。然而随着用电负荷的不断增加，特别是大功率感性负荷的使用，使电网中的无功缺额越来越大，这就需要对电网进行无功补偿。在我国低压无功补偿系统中，往往存在着无功补偿技术落后，补偿精度低，响应速度慢等问题，直接导致了供电系统损耗量大、经济性差等问题。因此研制智能化、可靠性高、稳定性强的无功补偿装置，对低压配电网具有极为重要的作用和意义。
　　本文首先详细介绍了无功功率及无功补偿对低压配电网的重要意义，结合目前国内外无功补偿装置的研究概况及发展趋势，具体分析了低压无功补偿装置应具备的功能及技术指标。并针对电容器在投切过程中所存在的冲击电流问题，以及在控制过程中存在的“投切振荡”问题，通过分析多种投切元件及控制方式的优缺点，设计了一款利用复合开关投切的、采用综合控制方式的低压无功补偿智能电容器。
　　在智能电容器的具体实现过程中，按照模块化的设计思想，针对各功能模块的特点进行深入的分析和设计。其中，硬件电路的设计主要包括:电源模块、主控模块、信号采集与预处理电路、复合开关电路、复合开关驱动电路、及通信模块、液晶显示及按键电路的设计;软件设计主要包括:主程序设计、数据处理程序设计、电容器投切控制程序、按键与液晶显示程序、通信子程序等。
　　最后，对智能电容器的整体功能进行了测试和分析。验证了智能电容器的测量功能、投切功能、故障保护功能，并测试了智能电容器的补偿效果。实验数据表明，本智能电容器能够准确的补偿系统中的无功缺额，具有补偿效果好、运行稳定可靠等特点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 无功功率及其无功补偿的概念意义

1．2．1 无功功率和无功补偿

1．2．2 无功补偿的意义

1．3 国内外的研究概况及其发展趋势

1．4 论文的主要工作和结构

第2章 智能电容器的原理及总体设计

2．1 系统总体框图

2．1．1 无功补偿系统总体框图

2．1．2 智能电容器总体框图

2．2 技术要求

2．3 投切元件的比较

2．3．1 交流接触器

2．3．2 大功率晶闸管

2．3．3 复合开关

2．4 过零投切的原理

2．5 电容器的选择与分组方式

2．5．1 电容器的选择

2．5．2 电容器分组方式

2．6 无功补偿控制方式

2．6．1 时间控制方式

2．6．2 功率因数控制方式

2．6．3 无功功率控制方式

2．6．4 综合控制方式

2．7 本章小结

第3章 智能电容器硬件电路设计

3．1 电源模块设计

3．2 主控模块设计

3．3 数据采集与预处理模块

3．3．1 数据采集模块

3．3．2 数据预处理模块

3．4 功率因数测量模块设计

3．5 复合开关模块设计

3．5．1 复合开关的工作原理

3．5．2 复合开关硬件电路设计

3．5．3 复合开关驱动电路设计

3．6 通信模块设计

3．7 液晶显示与按键电路设计

3．7．1 液晶显示电路设计

3．7．2 按键处理电路设计

3．8 本章小结

第4章 智能电容器的软件设计

4．1 系统主程序设计

4．2 数据处理程序

4．3 电容器投切控制程序

4．3．1 无功补偿控制方式

4．3．2 复合开关控制程序

4．4 按键扫描与液晶显示程序

4．4．1 按键扫描程序

4．4．2 液晶显示程序

4．5 通信子程序

4．6 故障检测与保护子程序

4．7 本章小结

第5章 装置的测试与结果分析

5．1 实验平台的搭建

5．2 功能测试及数据分析

5．2．1 测量功能的测试

5．2．2 过零投切的测试

5．2．3 故障保护功能测试

5．2．4 补偿效果测试

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术成果

附录B 攻读硕士学位期间所参加的科研项目