【 畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計(jì)】電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償.

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1、安徽工程大學(xué) 畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕 題目名稱：電力負(fù)載的無功測控電路設(shè)計(jì) 題目類型： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 院〔系〕： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣102 指導(dǎo)教師： 時(shí)間： 2021年4月1日至2021年5月23日 目錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．...I 文獻(xiàn)綜述．．．．．．．．．．．．

2、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．II 指導(dǎo)老師審查意見．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅲ 辯論會(huì)議記錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅳ 評(píng)閱教師評(píng)語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅴ 中外文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅵ

3、 前言 補(bǔ)償?shù)蛪簾o功負(fù)荷是電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)闹匾h(huán)節(jié)。搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)膲毫?，而且可以提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因?shù)和電壓質(zhì)量，并能有效地降低電能損失，減少用戶電費(fèi)支出。低壓無功補(bǔ)償對(duì)用戶和供電部門均有益。現(xiàn)有的無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置種類很多，但根本上都是由檢測單元、主控單元、執(zhí)行單元和電源組成。檢測單元的任務(wù)是從電網(wǎng)中檢測與網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)直接或間接相關(guān)的參數(shù)，并將此參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換并送人主控單元，由主控單元將其與控制指標(biāo)值進(jìn)行比擬。作出投切決策。執(zhí)行單元那么根據(jù)投切決策通過投

4、切開關(guān)(交流接觸)控制電容器的投切，完成補(bǔ)償任務(wù)。本文利用單片機(jī)8051設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)無功補(bǔ)償控制器。它具有如下功能： (1)實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)功率因數(shù)值，同時(shí)，還能夠顯示控制器的工作狀態(tài)和電容器組的投切情況。 (2)功率因數(shù)指標(biāo)可以按不同的補(bǔ)償要求設(shè)定和調(diào)整。如：以節(jié)能和減少電費(fèi)支出為指標(biāo)的無功參數(shù)補(bǔ)償方案；以提高功率因數(shù)為目的的補(bǔ)償方案和為改善電壓偏差為主要指標(biāo)的電壓參數(shù)調(diào)節(jié)方案等。 (3)利用可控硅做中間驅(qū)動(dòng)單元，使強(qiáng)、弱電別離。提高了系統(tǒng)的可靠性。 (4)采用電容器組循環(huán)投切方式，以免電容器組長期運(yùn)行，溫升過高等。 (5)電容器組切換延時(shí)及延時(shí)調(diào)整等．可防止電容器組投切時(shí)產(chǎn)生振蕩

5、現(xiàn)象。 選題背景 電壓質(zhì)量是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，它的好壞主要取決于電力系統(tǒng)無功潮流分布是否合理。這不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣問題，而且還直接影響電網(wǎng)的平安、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。假設(shè)無功電源容量缺乏，系統(tǒng)運(yùn)行電壓將難以保證。隨著電網(wǎng)容量的不斷增加，對(duì)電網(wǎng)無功功率的要求也與日增加。因此，還需考慮網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)和電壓，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)和電壓的降低會(huì)使電氣設(shè)備得不到充分利用，從而降低網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，并引起損耗增加。因此，解決好配電網(wǎng)絡(luò)無功補(bǔ)償?shù)膯栴}，對(duì)電網(wǎng)的平安和降損節(jié)能有著重要的意義。無功補(bǔ)償點(diǎn)的合理選擇以及補(bǔ)償容量確實(shí)定，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，

6、提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，防止大量無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費(fèi)用。我國配電網(wǎng)長期以來無功匱乏，由其造成的網(wǎng)損嚴(yán)重，因此，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，能投資少回報(bào)高。通常采用的方法是在配電變壓器低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，既可降低線路損耗，也能降低配電變壓器損耗，電壓質(zhì)量也有較大的改善。 方案論證 功率因數(shù)的測量方法: 在三相對(duì)稱交流電路中UA ⊥ UBC，即θ+φ = 90°,(如圖1所示。為提高測量精度，可測量一般情況下數(shù)值較大的θ值。由于直接測量日值很難，所以．我們采用測量與θ成正比關(guān)系的時(shí)間tθ，再由tθ折算得到功率因數(shù)Cosφ。測量電路及其波形如圖2和圖3所示。檢測單元通過電壓

7、互感器、電流互感器，將電網(wǎng)線電壓UBC和相電流IA變換成適當(dāng)?shù)碾妷盒盘?hào)送人反相比擬電路，得到相應(yīng)的方波信號(hào)TBC和TA，再經(jīng)與非門送到單片機(jī)INT0端。經(jīng)單片機(jī)測得時(shí)間值T和t，求出與相位φ 對(duì)應(yīng)的時(shí)問tφ 。 UA UC UB UBC IA Ф θ 電壓電流向量圖 - + + - & 80C51 IA ubccccC 測量電路圖 顯然有，tφ=T/2-t0 = T/2 – (T-t) >0(負(fù)載呈感性) =t-T/2=

8、 =0(負(fù)載呈阻性) <0(負(fù)載呈容性) 功率因數(shù)的計(jì)算： 為使CPU有能力和時(shí)間實(shí)施自診斷和二次開發(fā)，本文對(duì)Cos φ的運(yùn)算采用查表技術(shù)c設(shè)市電工頻5O Hz(周期20ms)，T=10ms，那么Cosφ=c0弧節(jié) Cosл*tφ=Cos〔л*t/T-л/2〕事先離線使 按一定步長△ 遞增，并由上式計(jì)算得t—Cosφ查詢表，存人EPROM。其中把t折算為地址，地址內(nèi)容為Cos φ值。這樣當(dāng)采樣回路測得 時(shí)，就可將其轉(zhuǎn)化為地址，查表即得對(duì)應(yīng)的Cos φ。 過程論述

9、 <一>理解關(guān)于無功功率補(bǔ)償?shù)膸讉€(gè)概念 1.1 正弦交流電中的無功功率定義 正弦電流中的無功功率定義為: 習(xí)慣上認(rèn)為它是由電路中的儲(chǔ)能元件(電容或電感)引起。在交流電一個(gè)周期的一部份時(shí)間內(nèi)，儲(chǔ)能元件從電源吸收能量，另一部時(shí)間內(nèi)將能量返回電源，理想的無損失儲(chǔ)能元件在整個(gè)周期q平均功率是零。也就是說在外電路和電感或電容之間雖有能量的來回交換，但在儲(chǔ)能元件上并沒有能量的消耗。無功功率與儲(chǔ)能元件相關(guān)聯(lián)。我們可計(jì)算功率因數(shù)： 1.2 電力系統(tǒng)中無功功率及功率因數(shù) 電力網(wǎng)除了要負(fù)擔(dān)用電負(fù)荷的有功功率P，還要負(fù)擔(dān)負(fù)荷的無功功率Q。 無功功率O和視A功率S之間存在

10、下述關(guān)系: 然而： 被定義為電力網(wǎng)的功率囚數(shù)，其物理意義是線路的視在功率S供應(yīng)有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，我們所希望的是功率因數(shù)越大越好，如能做到這一點(diǎn)，那么電路中的視在功率將人局部用來供應(yīng)有功功率，以減少無功功率的消耗。 1.2.1 如何提高電力系統(tǒng)功率因數(shù) 功率因數(shù)還可以表示成個(gè)‘述形式: 注：U:為線電壓，L為:線電流。 可見，在一定的電壓和電流卜，提高Cosφ，其輸出的有功功率將增大。因此，改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮沒備潛力，提高設(shè)備的利用率的有效方法。 1.2.2 補(bǔ)償電容以減少線路損失 電力網(wǎng)的電壓損失可以表示為:

11、 可看出，影響△U的因數(shù)四個(gè):線路的有功功率P、無功功率o,電阻R和電抗X。如果采用容抗為X。的電容來補(bǔ)償，那么電壓損失為: 故采用補(bǔ)償電容提高功率因數(shù)后，電壓損失△U減小，改善了電壓質(zhì)量。 <二>電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)脑? 2. 3. 1配電網(wǎng)無功補(bǔ)償問題的提出 在電力系統(tǒng)中，由于電感、電容元件的存在，不僅系統(tǒng)中存在著有功功率，而且存在無功功率。雖然無功功率本身不消耗能量，它的能量只是在電源及負(fù)載間進(jìn)行傳輸交換，但是在這種能量交換的過程會(huì)引起電能的損耗。并使電網(wǎng)的視在功率增大，這將對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生以下一系列負(fù)面影響: (1) 電網(wǎng)總電流增加，從而會(huì)使電力系統(tǒng)。中的元件，如變壓

12、器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等容量增大，使用戶內(nèi)部的起動(dòng)控制設(shè)備、量測儀表等規(guī)格、尺寸增大，因而使初投資費(fèi)用增大。在傳送同樣的用功功率情況下，總電流的增大，使設(shè)備及線路的損耗增加，使線路及變壓器的電壓損失增大。 (2) 電網(wǎng)的無功容量缺乏，會(huì)造成負(fù)荷端的供電電壓低，影響正常生產(chǎn)和生活用電;反之，無功容量過剩，會(huì)造成電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高，電壓波動(dòng)率過大。 (3) 降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)造成大量電能損耗，當(dāng)功率因數(shù)由0.8下降到0.6時(shí)，電能損耗將近提高了一倍。 (4) 對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵(lì)磁電流，那么使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升

13、。為了保證轉(zhuǎn)子繞組正常工作，發(fā)電機(jī)就不允許到達(dá)預(yù)定的出力。此外，原動(dòng)機(jī)的效率是按照有功功率衡量的，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的視在功率一定時(shí)，無功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)效率的相對(duì)降低。 目前，隨著電力電子技術(shù)的迅速開展，工廠大量使用大功率開關(guān)器件組成的設(shè)備對(duì)大型、沖擊型負(fù)載供電，這使電能質(zhì)量問題日益嚴(yán)重。如果，不進(jìn)行無功補(bǔ)償，在正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)反復(fù)地使負(fù)載的無功功率在很大的范圍內(nèi)波動(dòng)，這不僅使電氣設(shè)備得不到充分的利用，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力下降，損耗增加，甚至還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、系統(tǒng)癱瘓。 1.3.2 無功補(bǔ)償向量圖 在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，阻感負(fù)載占有很大的比例:異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、螢光燈等都是典型的阻感負(fù)載。

14、異步電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占有很高的比重。電力系統(tǒng)的電抗器和架空線等也要消耗一些無功功率;同時(shí)，各種諧波源也要消耗一定的無功功率。阻感負(fù)載可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為 <三>無功功率測控電路總體設(shè)計(jì)思路 該無功補(bǔ)償器是以無功功率為判斷依據(jù)。如何進(jìn)行無功補(bǔ)償？設(shè)定系統(tǒng)所需要到達(dá)的無功功率要求，通過對(duì)系統(tǒng)的無功功率的檢測，并以此作為是否補(bǔ)償無功的標(biāo)準(zhǔn)。處理所采集的數(shù)據(jù)。顯示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，如何保護(hù)補(bǔ)償裝置？怎樣處理高壓和低壓的電氣連接所產(chǎn)生的干擾和抑制諧波？重點(diǎn)就是如何測量無功功率，如何投切電容？總的解決方法是將

15、無功補(bǔ)償分為三個(gè)組成局部，功率因數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)器——執(zhí)行機(jī)構(gòu)——調(diào)節(jié)對(duì)象 該無功設(shè)計(jì)思路：通過互感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過組合電路對(duì)電壓與電流的過零比擬產(chǎn)生其相對(duì)落后時(shí)間查 差，送入單片機(jī)，進(jìn)行分析，計(jì)算，判斷，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制無功的投入與切除。這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的無功補(bǔ)償。 該無功補(bǔ)償器為單相補(bǔ)償。 3.1 無功功率補(bǔ)償原理圖 無功檢測 電容組 負(fù)載 為單環(huán)閉合回路，當(dāng)設(shè)定參數(shù)那么可以自動(dòng)調(diào)節(jié)無功功率，無功檢測的數(shù)據(jù)與設(shè)定值的比擬結(jié)果斷定電容組的投切。 3.3無功補(bǔ)償?shù)目驁D： 電壓傳感器 A/D轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 開關(guān)投切控制電路 電容組

16、投切 光隔離復(fù)合開關(guān) 電流傳感器 功率檢測電路 顯示 EEPROM <四> 硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件電路分為三大塊：采樣系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)。分別分擔(dān)各自的必要功能并構(gòu)成一個(gè)完整的無功補(bǔ)償電路。 4..1采樣系統(tǒng) 該無功補(bǔ)償器是以無功功率為判斷依據(jù)而進(jìn)行無功的投切。無功補(bǔ)償器關(guān)鍵在對(duì)無功功率的采集，樣無功功率因數(shù)。 4.1.1 功率因數(shù)的測量 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì) 信號(hào)調(diào)理電路主要完成強(qiáng)電信號(hào)與弱電信號(hào)之間的隔離和變換，該電路包括互感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、 1)互感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 選擇帶8位的A／D轉(zhuǎn)換器，其A／D轉(zhuǎn)換的域值電壓為3．3 V

17、，其最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為。因此對(duì)于選擇的交流傳感器，其采樣精度應(yīng)與選擇帶8位的A／D轉(zhuǎn)換器采樣精度相匹配。另外，電壓、電流傳感器的功用主要在于從主電路上適當(dāng)?shù)闹坊蚬?jié)點(diǎn)處對(duì)其電壓或電流值進(jìn)行采樣，并將控制電路與主電路進(jìn)行隔離。因此，傳感器的選取就要考慮到主電路及控制電路的電壓(或電流)等級(jí)。對(duì)于容量為100 kvar，電壓等級(jí)為380 V／220 V的三相靜止補(bǔ)償器，所需的電流參數(shù)為系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的輸出無功電流參數(shù)，因此，選用北京星格公司研制的精密電壓傳感器SPT304和精密電流傳感器SCT260 SH304是一款電壓輸出型精密電壓傳感器，其額定輸人為380 V，額定輸出為1．25 V，線性范圍為0～

18、450 V，最大輸人電壓為570 V，精度為0．2％(一40°～+75°)，相移5度 SCT2601是一款電流輸出型精密電流互感器，其額定輸人為600 A，額定輸出為100 mA，線性范圍為0～720 A，非線性度≤0．1％ ，相移0．5。(補(bǔ)償前)。使用電路如圖2所示，互感器副邊電路為電流／電壓變換電路，調(diào)節(jié)圖中反應(yīng)電阻R和r的值可得到所需的電壓輸出(一1．25 V～+1．25 V)：電容C2是400至1 000 pF的小電容，用來去耦、濾波和相位調(diào)節(jié)。 2) 采集功率因數(shù)的電路 將比擬器輸出的兩路矩形波信號(hào)U1’和U2’經(jīng)與門74LS08相與，輸出波形再同U1’一起送異或門74LS8

19、6，其輸出波形即顯示了相位差角的大小〔圖2-1〕。然后將信號(hào)輸入89C51單片機(jī)的INT0口。 先通過軟件對(duì)存放器IE賦值，使INT0口關(guān)中斷。這是因?yàn)?，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0檢測89C51的INT0口，通過定時(shí)器工作方式存放器TMOD來控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的工作方式和操作模式，通過定時(shí)器控制存放器TCON來控制它們的工作狀態(tài)。由于程序需要當(dāng)INT0腳由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0開始計(jì)時(shí)，為了消除外部干擾，須先將INT0口關(guān)中斷。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0選擇工作方式一，將定時(shí)器工作方式存放器TMOD中GATE位置位，C/T位清零；將定時(shí)器控制存放器TCON中TR0位置位；并將中斷允許存放器I

20、E中EX0位清零。這樣，由于電壓信號(hào)和電流信號(hào)經(jīng)過一個(gè)異或門，當(dāng)電壓首先過零而電流未過零時(shí)，INT0口就會(huì)由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，定時(shí)器0同時(shí)開始計(jì)時(shí)；當(dāng)滯后的電流也過零時(shí)，INT0口又由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，定時(shí)器0停止計(jì)時(shí)。隨后，程序?qū)⒂?jì)時(shí)值送至指定單元。為提高檢測精度，又不使計(jì)數(shù)器溢出，程序連續(xù)紀(jì)錄4個(gè)矩形波的時(shí)間，算得平均值作為檢測值t。 圖2-1 由于國家電力系統(tǒng)規(guī)定工頻〔50Hz〕下工作，單片機(jī)的晶振頻率也可知，那么就可以求出電壓或電流一個(gè)變化周期所對(duì)應(yīng)的定時(shí)器的計(jì)數(shù)值T。由 可知，t由單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)時(shí)獲得。而cos可

21、通過事先在單片機(jī)內(nèi)輸入與cos相對(duì)應(yīng)的數(shù)表，從而查詢?nèi)〉谩? 單片機(jī)算出cos的值后送七段數(shù)碼管顯示，同時(shí)與設(shè)定的功率因數(shù)值相比擬，開始可控硅調(diào)節(jié)。 ① 電壓和電流的采集 原母線的電壓和電流經(jīng)過電壓、電流互感器降低了。而顯示需要原始值，這需要軟件計(jì)算。將互感器的數(shù)據(jù)值經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，送到單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出。 3〕控制系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 選取MCS-51單片機(jī)作為主控芯片,選取ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 ① A/D轉(zhuǎn)換的步驟 A. 采樣-保持 為了能不失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)，采樣頻率應(yīng)不小于輸入模擬信號(hào)的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，即 由于A/D轉(zhuǎn)換

22、需要一定的時(shí)間，所以在每次采樣結(jié)束后，應(yīng)保持采樣電壓在一段時(shí)間內(nèi)不變，直到下一次采樣的開始。實(shí)際中采樣-保持是做成一個(gè)電路。 B. 量化與編碼 模擬信號(hào)經(jīng)采樣-保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號(hào)的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號(hào)在給定時(shí)刻上的瞬時(shí)值，并不是數(shù)字信號(hào)。還要把每個(gè)樣值脈沖轉(zhuǎn)換成與它幅值成正比的數(shù)字量。 以上為A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟，在本電路中由ADC0809芯片完成。 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ② 存儲(chǔ)器和看門狗局部 在本設(shè)計(jì)中，需要設(shè)定的參數(shù)值，為了保證掉電后數(shù)據(jù)不喪失。有兩種電路可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的非易失性保存。 a. 選用靜態(tài)的RAM，這種結(jié)構(gòu)

23、占用較多的軟硬件資源，不宜采用。 b. 使用串行的EEPROM作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，串行EEPROM具有很強(qiáng)的抗干擾能力，并且與單片機(jī)接口比擬簡單.因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)需要寫入的數(shù)據(jù)量比擬少，采用了性價(jià)比高的的X5045， c. 為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性還用到了它的看門狗定時(shí)器功能。4)外部看門狗電路在單片機(jī)中，由于外部干擾或硬件設(shè)備故障，常常出現(xiàn)程序跑飛問題。為解決這個(gè)問題，單片機(jī)中常采用看門狗(WATCH DOG)。，為保證系統(tǒng)在強(qiáng)干擾下更加可靠地運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)外部看門狗電路。系統(tǒng)工作時(shí)，內(nèi)外部看門狗電路假設(shè)能同時(shí)啟開工作，將使系統(tǒng)對(duì)于突發(fā)干擾造成的死機(jī)問題更容易解決，并可防止CPU死機(jī)后導(dǎo)致內(nèi)

24、部看門狗電路不能正常工作的情況 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì) 由于系統(tǒng)需要存儲(chǔ)較大數(shù)量的歷史數(shù)據(jù)，其中僅整點(diǎn)數(shù)據(jù)就有90 k字節(jié)的容量，故需要大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 顯示功能 4〕無功功率補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行系統(tǒng) 單片機(jī)輸出構(gòu)成控制電路，其執(zhí)行由光電組合開關(guān)和繼電器構(gòu)成，因?yàn)閷?duì)電容器的控制就會(huì)有低壓和高壓接觸，那樣會(huì)產(chǎn)生很大的干擾，通過光電控制就會(huì)很大程度降低干擾。但是由于頻繁的操作很容易使器件損壞。 設(shè)計(jì)投切的思路是六個(gè)電容器循環(huán)投切，并且先投的先斷開。這樣可以合理投切控制電容器，這樣防止了發(fā)生有的電容器長時(shí)間閑置而有的那么一直處于工作狀態(tài)，這樣可以延長器件的壽命

25、，節(jié)約本錢。 ① 補(bǔ)償電容的計(jì)算 =P〔tg?1-tg?2〕= ② “振蕩投切〞現(xiàn)象的解決方案： 無功的投切是根據(jù)無功功率的大小與設(shè)定值比擬的結(jié)果而定。當(dāng)投一組電容器時(shí)后測得的無功功率大于所設(shè)的無功功率的上限時(shí)，控制系統(tǒng)便要切除一組電容器，但是切除一組電容器后測得的無功功率又低于所設(shè)無功功率的下限，這樣控制系統(tǒng)就要投入一組電容器。這樣循環(huán)下去便形成投切震蕩現(xiàn)象，投切震蕩有很大危害，不僅造成器件反復(fù)高頻率投切，而且會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)供電不穩(wěn)定。 “振蕩投切〞現(xiàn)象的產(chǎn)生與電容器分組大小、負(fù)荷情況、投切時(shí)間有關(guān)?！把h(huán)投切〞那么要求每組電容器的容量大小相等，只有這樣才能保證每組電容器有相等

26、的使用概率。嚴(yán)格地消除“振蕩投切〞必須實(shí)現(xiàn)無功負(fù)荷的無級(jí)M嘗，而這與“循環(huán)投切〞的條件是矛盾的。粗略地看，電容器分組越多，每組容量越小，就越能精確跟蹤無功負(fù)荷的變化;但如果分組過多，不僅經(jīng)濟(jì)本錢增加，體積增大，安裝、調(diào)試難度增大;而且跟蹤時(shí)間加長，實(shí)時(shí)性變差;在大局部時(shí)間內(nèi)，電容器沒有充分工作，造成資源浪費(fèi)。解決方法：在六個(gè)電容器中選擇第六個(gè)電容器的容量為其他五個(gè)的一半，當(dāng)檢測到連續(xù)兩次發(fā)生投切震蕩時(shí)先投入第六個(gè)電容器。下一次的投切之前先投切第六個(gè)電容器。這樣就可以防止長時(shí)間的投切震蕩。 ③ 消除浪涌和抑制諧波 按功率自動(dòng)投切電容器組，由于操作比擬頻繁，因而必須考慮投切電容器的濫用電流

27、和電容器的過電壓，對(duì)投切電容的過電壓， 如果電容器不串聯(lián)附加電抗器，又僅僅依靠線路本身的感抗，浪涌電流系數(shù)就很大，當(dāng)串聯(lián)電抗時(shí)，降低了該系數(shù)的大小，顯然降低了電容器故障時(shí)的短路電流，在補(bǔ)償電容器電路中串聯(lián)電抗器除了可以減少接通電容器時(shí)的浪涌電流和減少并聯(lián)電容器組中個(gè)別電容器故障造成的危害外，還可以消除電網(wǎng)中同時(shí)接有可控硅變流裝置和補(bǔ)償電容器器時(shí)產(chǎn)生的并聯(lián)諧振及諧波電流的危害。 無功負(fù)荷的數(shù)學(xué)分析是尋求在滿足補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)前提下的最正確電容器組數(shù)，使得操作次數(shù)最少。 5〕總電路圖 <五> 輔助功能的設(shè)計(jì) 無功補(bǔ)償控制器是一種強(qiáng)弱電并存的儀器，可靠性對(duì)控制器來說至關(guān)

28、重要，惡劣的工作環(huán)境，嚴(yán)重的噪聲環(huán)境等都將嚴(yán)重影響控制器的可靠性，為了提高其對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)，保證控制器的正常運(yùn)行，必須考慮控制器的抗干擾問題。如何提高可靠性和抗干擾能力是本設(shè)計(jì)一個(gè)非常重要的方面，應(yīng)從軟、硬件兩個(gè)方面采取措施，保證其長期可靠運(yùn)行。 5.1.1 硬件抗干擾設(shè)計(jì) 1) 電源的抗干擾措施 實(shí)踐說明，系統(tǒng)失效和硬件損壞是由各種干擾引起的而90%左右的干擾源來自電源。可見這種來自電源的干擾對(duì)系統(tǒng)的影響相當(dāng)大。目前有以下幾種電源可供選擇: ①阻容分壓式: 采用簡單的電阻電容分壓、濾波。這種電源穩(wěn)定性能差、電源波動(dòng)大、帶負(fù)載能力小、電網(wǎng)干擾極易串入。 ②開關(guān)電源: 這種電源穩(wěn)壓性

29、能好、穩(wěn)波小、但本錢較高且對(duì)外界電網(wǎng)的干擾也嚴(yán)重。 ③線性電源:這種電源穩(wěn)壓性能好、隔離特性好，價(jià)格適中。電源板上所采取的抗干擾措施在電源設(shè)計(jì)局部已作詳細(xì)介紹(如加壓敏電阻，雙繞組扼流圈，瞬變電壓抑制器等)這里不再贅述。 2) 電路中加光電隔 開關(guān)量輸入輸出通道和模擬量輸入輸出通道，都是干擾串入的渠道，要切段這條渠道，就要去掉對(duì)象與輸入輸出通道之間的公共地線，實(shí)現(xiàn)彼此電隔離以抑制干擾脈沖，所以在驅(qū)動(dòng)電路與開關(guān)量反應(yīng)電路中我們?cè)黾恿斯怆姼綦x電路。光電禍合器的輸入輸出局部必須分別采用獨(dú)立的電源，如果兩端共用一個(gè)電源，那么光電禍合將失去意義。 開關(guān)量輸入電路接入光電禍合器后，由于光電藕合

30、器的抗干擾作用，使夾雜在輸入開關(guān)量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一邊。另外，光電禍合器還起到很好的保 障作用，因?yàn)楣怆姷満掀鞯妮斎胼敵龌芈分g可耐很高的電壓，有些光電禍合為可達(dá)1000V，甚至更高。 3) 布線布局上的抗干擾設(shè)計(jì) ①電源局部，數(shù)字電路和模擬電路分開。 ②印刷電路板應(yīng)有良好的絕緣，絕緣電阻大于10"n。在電路設(shè)計(jì)，必須嚴(yán)格保證強(qiáng)電與弱電的隔離，除了電路有直接連接外，100V以上的強(qiáng)電印刷布線與弱電印刷布線距離應(yīng)大于4-5mm。數(shù)字地與模擬地分開。 ③在每個(gè)印刷電路板入口處的電源線和地線之間并接退禍電容。并接的電容一般為一個(gè)大容量的電解電容(l OgF- 100pF

31、)和一個(gè)0.01 gF-0.1 gF的非電解電容。 ④除了要根據(jù)電流大小，盡量加大導(dǎo)線寬度外，采取使電源線、地線走向與數(shù)據(jù)線傳遞方向一致，有助于增強(qiáng)抗噪聲的能力。 ⑤對(duì)印刷板上容易接受干擾的信號(hào)線不能與能夠產(chǎn)生干擾或傳遞干擾的線路長距離范圍內(nèi)平行鋪設(shè)。必要時(shí)在它們之間設(shè)置一根地線，以實(shí)現(xiàn)屏蔽。所以合理的接地且減少地電阻也是非常必要的。 ⑦不要在印刷板上留下空白銅箔層，因?yàn)樗鼈兛沙洚?dāng)發(fā)射天線或接收天線，因此可將它們接地以減少電磁干擾。 5.1.2 軟件抗干擾 硬件抗干擾的目的是盡可能的切斷干擾進(jìn)入控制器的通道，但是由于干擾存在的隨機(jī)性，尤其此控制器工作的環(huán)境比擬惡劣，盡管采取了硬

32、件抗干擾，但并不能將各種千擾完全拒之門外，所以在編程方面，采用各種軟件抗干擾，與硬件抗干擾相結(jié)合，可大大的提高工作的可靠性。 5.2 濾波器抗干擾 單調(diào)諧諧波館波裝置 交流濾波裝置交流濾波裝置通常有單調(diào)諧和高通濾波器兩種形式，如下圖。 其中:a圖為單調(diào)諧交流濾波器，b圖為高通濾波器 對(duì)于低次的諧波電流，分別選定次數(shù)設(shè)置單調(diào)諧濾波器;對(duì)于更高的諧波次數(shù)，一般選用一組高通濾波器。單調(diào)諧濾波器中的電容主要承受兩種頻率的鼓勵(lì)的作用，一個(gè)是電網(wǎng)基波頻率電壓，另一個(gè)是調(diào)諧頻率電流。同樣，電抗器也受到這兩種頻率的鼓勵(lì)作用。那么電容容量為: 電抗器的大小為 過濾諧波很好的減少干擾，使

33、無功補(bǔ)償更穩(wěn)定的工作。 <六> 軟件設(shè)計(jì) 6.1軟件大體包括以下幾個(gè)程序模塊：定時(shí)檢測脈沖寬度〔功率因數(shù)和無功功率〕，采集電壓電流數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，顯示，生成加減循環(huán)控制投切脈沖。 系統(tǒng)初始化 主程序開始 系統(tǒng)無功計(jì)算 過零 過流 過壓 適宜 取采樣 脈沖封鎖 程序結(jié)束 參考文獻(xiàn) 1.基于MSP430系列單片機(jī)的智能無功補(bǔ)償控制器 陳茂勇 郭西進(jìn) 2. 關(guān)于低壓無功補(bǔ)償裝置的探討 余兆榮 陳曦 3. 配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)方案比擬

34、 王 強(qiáng) 聶軍 4.電網(wǎng)功率因數(shù)的測量及無功自動(dòng)補(bǔ)償控制 劉駿躍 5.測控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) 孫傳友 孫曉斌 6. 單片機(jī)原理實(shí)用教程〔基于Proteus 虛擬仿真〕 徐愛鈞 致謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，龍從玉老師給予了我極大的幫助。在畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告會(huì)中，羅明璋老師給我提出了珍貴的建議。因此，我在此向他們致以衷心的感謝。還有我所用到參考文獻(xiàn)的作者陳茂勇，郭西進(jìn)，余兆榮，陳曦，王 強(qiáng)，聶軍，劉駿躍，孫傳友，孫曉斌，徐愛鈞等也要一并感謝。