低压无功补偿控制器设计开题报告.doc

毕业设计（论文）开 题 报 告课 题 名 称 低压无功补偿控制器设计 系 别 专 业 班 姓 名 评 分 导 师（签名） 2007 年 12 月 10日华中科技大学武昌分校低压无功补偿控制器设计开题报告1国内外研究现状早期的无功补偿装置为同步调相机和并联电容器。同步调相机可理解为专门用来产生无功功率的同步电机，可根据需要控制同步电机的励磁，使其工作在过励磁或欠励磁的状态下，从而发出大小不同的容性或感性无功功率，因此同步调相机可对系统无功进行动态补偿。但是它属于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，成本高，且响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。并联电容器简单经济，灵活方便，但其阻抗固定，不能跟踪负荷无功需求的变化即不能实现对无功功率的动态补偿。随着电力电子技术的发展，近几年出现了多种电力系统无功补偿新技术。电力电子技术是无功补偿技术的基础，电力电子器件向快速、高电压、大功率发展，使采用电力电子器件的无功补偿从根本上改变了交流输电网过去基本只依靠机械型、慢速、间断及不精确的控制的局面，从而为交流输电网提供了空前快速、连续和精确的控制以及优化潮流功率的能力。随着电力电子器件的发展，无功补偿控制器在其性能和功能上也出现不同的发展阶段。无功补偿控制器己由基于SCR的静止无功补偿器（Static Var Compensator-SVC）、晶闸管控制串联电容补偿器（Thyristor Controlled Series Compensator-TCSC）发展到基于GTO的静止无功发生器（Static Var Generator-SVG）、静止同步串联补偿器（StaticSynchoronous Series Compensator-SSSC）、统一潮流控制器（Unified Power FlowController-UPFC）、可转换静止补偿器（Convertible Static Compensator-CSC）等。（1）静止无功补偿器（SVC） 早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器（Saturated Reactor-SC）型，1967年英国GEC公司制成了全世界上第一批饱和电抗器型SVC。饱和电抗器与同步调相机相比，具有静止型的优点，响应速度快，但因其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，所以未能占据静止无功补偿装置的主流。由于使用晶闸管的SVC具有优良的性能，所以十多年来占据了静止无功补偿装置的主导地位。因此，SVC一般专指使用晶闸管的静补装置。SVC是利用晶闸管作为固态开关来控制接入系统的电抗器和电容器的容量，从而改变输电系统的导纳。按控制对象和控制方式不同，分别称之为晶闸管控制电抗器（Thyristor Control Reactor-TCR），晶闸管投切电容器（Thyristor Switch Capacitor-TSC）以及这两者的混合装置（TCR+TSC），TCR与固定电容器（Fixed Capacitor-FC）配合使用的静止无功补偿器（TCR+FC）和TCR与机械投切电容器（Mechanically Switch Capacitor-MSC）配合使用的装置（TCR+MSC）。（2）静止无功发生器（SVG）静止无功发生器（SVG）也称为静止调相机（Static Condenser-STATCON），静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator-STATCOM）、新型静止无功发生器（Advanced Static Var Generator-ASVG）。其分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。电压型桥式电路，其直流侧采用电容作为储能元件，交流侧通过串联电抗器并入电网；电流型桥式电路，直流侧采用电感作为储能元件，交流侧并联上电容器后接入电网。迄今投入实用的SVG大都采用电压型桥式电路，因此SVG往往专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。（3）统一潮流控制器（UPFC）将SVG中与电网并联的电压器改为与电网串联的变压器，就成为静止同步串联补偿器（Static Synchoronous Series Compensator-SSSC），它能实现对线路潮流的快速控制。把一台SVG与一台SSSC的直流侧通过直流电容祸合，就构成了统一潮流控制器UPFC。SVG与SSSC既可配合使用也可解藕独立运行。（4）可转换静止补偿器（CSC）由纽约电力局NYPA与EPRI专家共同建议，并联合西屋公司和PTI合作研究的可转换静止补偿器（CSC）是强功能新型控制器。正在安装中的美国Marcy变电站中的CSC由多个同步电压源逆变器构成，可同时控制2条以上线路潮流（有功、无功）、电压、阻抗和相角，并能实现线路间功率转换。其实质是一种UPFC的多重组合。2 课题研究的目的和意义近年来，随着我国国民经济GDP（国民生产总值）的不断增长，我国的电力工业也有了长足的发展。同时电力网中的无功问题也已逐渐引起人们的广泛关注，这是由于随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛。而大多数电力电子装置的功率因数很低，它们所消耗的无功功率在电力系统所输送的电量中占有很大的比例。无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗。同时使功率因数偏低、系统电压下降。无功功率如果不能就地补偿，用户负荷所需要的无功功率全靠发、配电设备长距离提供，就会使配电、输电和发电设施不能充分发挥作用，降低发、输电的能力，使电网的供电质量恶化，严重时可能会使系统电压崩溃，造成大面积停电事故。供电系统常由于感性负载过重，造成感性无功过大，电能质量下降，功率因数过低。为提高电能质量和功率因数，维护电力系统安全、稳定地运行，常需在低压侧装设无功补偿装置。据报道，我国平均每年因为无功分量过大造成的线损高达15%左右，折算成线损电量约为1200亿千瓦时。假设全国电力网负载总功率因数为0.85，采用无功补偿装置将功率因数从0.85提高到0.95时，则每年可以降低线损约240亿千瓦时。近年来，随着电网负荷的增加，对无功功率的要求也与日俱增。由于无功功率同有功功率一样，是保证电能质量不可分割的一部分。所以在电力系统中需要进行无功功率补偿，这对电力系统安全、可靠运行有着很重要的意义。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的，因此，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，即无功补偿。无功补偿的作用主要有以下几点：（1）提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。（2）稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。（3）在电气化铁道中等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。3课题研究的主要内容和关键技术本课题研究主要内容：（1）低压无功补偿控制器总的组成设计（2）无功补偿控制器系统的硬件设计（3）无功补偿控制器系统的软件设计主要难点：（1）硬件电路抗干扰设计（2）软件抗干扰设计关键技术：（1）低压无功补偿控制器总的组成设计（2）无功补偿控制器系统的硬件设计4 研究方法及技术途径本课题拟采用ATMEL公司推出的AVR系列单片机进行无功补偿控制器的设计开发。AVR系列单片机具有速度快（大多数指令执行时间为单个时钟周期，能够达到1 MIPS/MHz的性能），内存丰富（内置EEPROM与ADC），价位低等优点，且利用AVR单片机的捕捉功能可以简单、准确的计算出电网的周期和频率。设计拟上采用低功耗CMOS技术，而且在软件上有效支持C高级语言（用IAR系统的ICC90C编译器编译）及汇编语言（用AVR汇编器编译）。因此选用性价比较高的AVR单片机系列中的ATmegal 6来进行低压无功补偿控制器的设计，降低仪表的成本，便于该仪表的推广利用，从而可以更大范围的提高电网的供电质量。5 实施计划本学期：（1） 15-16周 毕业设计开题报告及开题答辩。（2） 17-19周 无功补偿控制器系统的硬件设计。（3） 20-22周 无功补偿控制器系统的软件设计。下学期： （1） 1-3 周 综合调试。（2） 3-5 周 按规范格式和要求撰写毕业设计论文。（3） 6 周 毕业设计论文格式审查。（4） 7周 毕业设计答辩。6 参考文献1 Budeanu C I. Puissances et ficitives. Bucharest, Roman is：Inst. Romain de 1Energie,19272 高晶晶,赵玉林.电网无功补偿技术现状及发展趋势.东北农业大学学报.2004,35(5)：6396443 查丛梅,杨兆华,秦忆.现代无功功率补偿技术发展研究.河南科学.2001 (3)：2892924 何大愚.柔性交流输电系统概念研究的新进展.电网技术.1997(2)：9145 Bis warupDas.Suitable configuration of ASVC for power transmission application.Electric Power Systems Research.1999,496 姜齐荣,王强,韩英铎.新型静止无功发生器（ASVG）装置的建模及控制.清华大学学报（自然科学版）,1997(7)：21257 白恺,李隆平.ASVG几种典型回路结构的谐波分析及比较，清华大学学报（自然科学版）,1997(7)：30348 姜齐荣,王强,韩英铎.新型静止无功发生器（ASVG）装置的建模及控制.清华大学学报（自然科学版），1997(7)：26299 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，2005,25(5)：43-4510 郑健超.电力前沿技术的现状和前景.中国电力，1999(10)：91311 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，1999, (4)：252712 刘春玲,王咏等.电力参数数字化测量的常用算法研究.辽宁工学院学报，2001,21(6)：171913 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.2003,514 章云,谢莉萍，熊红艳.DSP控制器及其应用.北京：机械工业出版社，2001, 8