一种新型智能低压无功补偿装置的设计

摘要

无功功率是影响电力系统电压稳定的重要因素，无功功率在电网中传输会加大网络损耗，降低电能利用率，影响供电质量。因此在线路的适当位置对电网进行无功补偿是保证系统高效可靠运行的有效措施之一。
　　 本文阐述了无功补偿的基本原理以及对电网性能的改善作用，给出了控制装置的设计方案。控制器采用新型的电能参数计量芯片ATT7022A实时采集电网运行数据，以TI公司的32位定点数字信号处理器TMS320F2812为控制核心，与传统的单片机控制器相比运算速度高，实时性好。
　　 本论文中电容器组以二进制编码方式分组，优化了电容器的投切阈值，从而最大限度地提高了补偿效率和连续性。通过采用“电压-无功功率”综合控制思想，对原有的“九区图”控制策略进行了改进，使得电容器组能够准确投切到位，避免了电容器组在临界区域的频繁投切。同时，电容器组采用永磁真空同步开关控制，实现了无涌流切换。本文还介绍了装置主要电器元件的选型方案，并且充分考虑了电容器组等内部器件的保护。
　　 为了实现该装置的功能，本文设计了较为完整的控制器硬件电路及系统的主电路，主要包括采样电路、触发电路、保护电路、电源电路等。软件设计采用了C语言模块化编程思想，提高了系统的通用性和可维护性。论文同时给出了系统软件的主要程序流程图。
　　 最后对系统进行了性能测试，测试结果验证了本设计方案的合理性和可行性。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题背景以及研究意义

1.2 无功补偿技术的研究现状以及发展趋势

1.3 论文的主要内容

2 电力系统无功补偿的基本原理

2.1 无功功率的产生和作用

2.2 并联电容器组无功补偿的原理

2.3 电容器组的投切对系统电压和无功的影响

2.4 电力电容器组的接线类型

2.5 补偿位置的确定

3 并联电容器组无功补偿装置关键技术研究

3.1 最佳目标功率因数的确定

3.2 无功补偿容量的确定

3.3 并联电容器组的同步投切技术

3.3.1 电容器组投切暂态过程以及投入时刻的选取

3.3.2 三相电容器组的同步投切技术

3.4 电容器组的分组方式以及电容器组的投切阈值的确定

3.5 控制目标的选取以及控制策略的确定

3.6 电容器组分补与共补的配合问题

4 装置主回路设计及主要电气元件的选取

4.1 并联电容器组的选定

4.2 串联电抗器的选取

4.2.1 串联电抗器的基本选用原则

4.2.2 电抗率的确定

4.3 放电线圈接线的设计

4.4 电容器组投切装置的选用

4.4.1 永磁真空同步开关的选用及控制原理

4.4.2 磁保持继电器的选用及控制原理

4.5 主回路的设计

4.5.1 主回路设计方案一

4.5.2 主回路设计方案二

4.5.3 方案评述及方案选择

5 无功补偿装置保护部分的研究

5.1 电容器组保护

5.1.1 过电压保护

5.1.2 欠电压保护

5.1.3 失电压保护

5.1.4 电压缺相保护

5.1.5 电流保护

5.1.6 温度保护

5.2 主控制器保护

5.2.1 控制器供电异常

5.2.2 触发信号的保护

6 控制器硬件设计

6.1 控制器设计方案

6.2 电网数据采集处理模块

6.3 电容器组保护单元

6.3.1 电容器组电流信号采集电路

6.3.2 电容器组温度测量模块

6.4 电压、电流过零点检测

6.5 电容器组投切状态检测电路

6.6 永磁真空同步开关的控制电源模块

6.7 磁保持继电器控制电源电路

6.8 继电器输出接口电路

6.9 电源模块

6.10 硬件抗干扰措施

7 系统软件设计

7.1 软件总体结构

7.2 系统的初始化

7.3 数据读取与处理模块

7.4 “九区图控制策略的软件实现

7.5 磁保持继电器与永磁真空同步开关的动作时序控制模块

7.6 中断子程序

8 装置调试及试验结果

8.1 控制器硬件电路调试

8.1.1 电网信号采集模块调试

8.1.2 电网信号过零点检测模块调试

8.1.3 永磁开关电源控制电路输出波形

8.2 控制器部分软件调试

8.2.1 cmd文件的配置

8.2.2 SPI通讯模块调试过程中的数据丢失问题

8.3 装置调试

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

攻读硕士学位期间参与科研项目情况

致谢