毕业论文：无功功率补偿控制器设计 ㊣ 精品文档 值得下载

在定的范围内。

频率的控制与有功功率的控制密切相关，而电压控制的重要方法之是对电力系统的无功功率进行控制。

早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。

至今并联电容器仍是种主要补偿方式，应用范围广泛，只是控制器在不断的更新发展。

同步补偿器的实质是同步电机，当励磁电流发生改变时，电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行有好处。

但同步补偿器成本高，安装复杂，维护困难，使其推广使用受到限制。

随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿技术也随之发展。

在第个工业用晶闸管出现之前，电子半导体由于功率过小，在直流传动，交流传动，电磁合闸，交流不间断电源和无功补偿等领域内直没有得到应有的推广使用。

晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生，并以此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的发展，新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变革，如交流变频调速技术的蓬勃发展。

同样电力电子技术对无功补偿技术也带来了新的发展契机。

本课题主要研究的内容本文研究的主要有两方面是无功补偿的基本理论和电网中最佳补偿方式的探讨。

首先是对无功补偿中般问题进行分析，其次是对无功补偿计算方案的分析。

二是在传统的无功补偿装置的基础上，对其控制器和动作执行机构进行改进，从而开发出种智能无功补偿器。

文中对补偿器的控制器的硬件设计和软件设计作了较详尽的分析。

无功补偿的原理将电容器和电感并连在同电路中，电感吸收能量时，正好电容器释放能量，而电感放出能量时，电容器却在吸收能量。

能量就在它们之间交换，即感性负荷电动机变压器等所吸收的无功功率，可由电容器所输出的无功功率中得到补偿。

因此，把由电容器组成的装置称为无功补偿装置。

此外，同步电动机等也可以作为无功补偿装置。

无功补偿的作用和原理可由图解释设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为，装设无功补偿装置后，补偿无功功率为，使电源输出的无功功率减少为，功率因数由提高到，视在功率减少到。

无功功率补偿控制器设计图无功补偿补偿原理示意图视在功率的减少可相应减少供电线路的截面和变压器的容量，降低供用电设备的投资。

例如台千伏安的变压器，当负荷的功率因数为时，可供千瓦的有功负荷，当负荷的功率因数提高到时，可供千瓦的有功功率。

同台变压器，因为负荷的功率因数的提高而可多供千瓦负荷，是相当可观的。

低压电网中的几种无功补偿的方式广大市电低压电网处于电网的最末端，因此补偿低压无功负荷是电网补偿的关键。

搞好低压补偿，不但可以减轻上级电网补偿的压力，而且可以提高用户配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，并有效降低电能损失。

低压补偿对用户及供电部门都有利。

低压无功补偿的目标是实现无功的就地平衡，通常采用地方式有三种随机补偿随器补偿跟踪补偿。

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并联，通过控制保护装置与电机共同投切。

随机补偿地优点是用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停止运补偿装置也退出，不需要频繁调整补偿容量。

且具有投资少，配置灵活，维修简单等优点。

为防止电机推出时产生自激过电压，补偿容量般不大于电机的空载无功。

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

有很多的低压配电网中的变压器，尤其是农网配电变压器，普遍存在负荷轻的现象。

在负荷时接近空载，此时配电变压器的空载无功是电网无功负荷的主要部分。

随器补偿由于补在低压侧，可有效地补偿配变空载无功，且连线简单，做到无功地就地补偿。

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户母线上的补偿方式。

补偿电容器组的固定连接可起到相当于随器补偿的作用，无功功率补偿控制器设计补偿用户的固定无功基荷可投电容器组用于补偿无功峰荷部分。

由于用户负荷有定的波动性，故推荐选用自动投切方式。

此法对电容器的保护比前二种要更可靠。

上述三种补偿方式均可对特定种类无功负荷实现就地平衡的无功补偿，降损节能效果好。

本次设计使用第种补偿方式。

无功功率补偿控制器设计芯片简介系列单片机简介单片机是对目前所有兼容指令系统的单片机的统称。

该系列单片机的始祖是的单片机，后来随着技术的发展，单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的位单片机之，其代表型号是公司的系列，它广泛应用于工业测控系统之中。

目前很多公司都有系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的段时间内将占有大量市场。

单片机是基础入门的个单片机，还是应用最广泛的种。

需要注意的是系列的单片机位送到的第脚负输入端。

的第脚正输入端接地。

在这里是个电压比较器。

因为的第脚正输入端接地，所以它是个过零比较器，当电流波形过零时，的第脚输出端电平反转。

的第脚输出端接到的口和触发器端。

图电流转换电路触发器控制电路触发器如图所示，控制切断或者投入电容。

电流信号接入触发的端。

当电流滞后电压时，触发时钟为上升沿。

端为。

端输出为。

将端输出送入单片机的口。

单片机根据功率因数情况决定是否切断电容。

若电流超前电压，端置，当电压信号来到时，为上升沿，输出高电平。

并送入单片机处理。

单片机根据功率因数情况决定是否切断电容。

无功功率补偿控制器设计图触发器控制电路电流和电压信号采集电路电流互感器把到的交流信号变换成到的小信号，此处是假负载，。

经过二极管整流和和电容滤波，和分压后，再传给的端进行转换。

电路图如图所示。

无功功率补偿控制器设计图电流采集电路电压变压器把交流变成交流的小信号电压，经过桥整，的滤波，以及和的分压后，再送到的进行转换。

电路图如图所示。

无功功率补偿控制器设计图电压采集电路电容补偿控制电路本电路主要功能是投入或者切除电容。

为了让电路用较小的电流去控制较大电流，继电器起种自动开关的作用。

故在电路中起着自动调节安全保护转换电路等作用。

而启动继电器则使动芯片，它内部集成了个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。

电容补偿分为两组，每组由单片机个口控制。

每个口又控制组电容。

单片机发串行数据给的串行输入端口，由实现串并转换。

的由单片机的发送控制。

由到输出给发光二极管。

二极管灯亮，表示此路电容投入工作。

再由发光二极管传入芯片。

光耦导通，并将信号再传至的输入端。

再由输出端发信号启动继电器。

继电器通电导通，电容连入电路进行补偿。

补偿后的功率因数经单片机计算后判断是否投入更多电容，或者切除部分电容。

硬件连接如图所示。

无功功率补偿控制器设计图电容补偿控制电路无功功率补偿控制器设计系统软件的设计在软件设计上我们采用汇编语言，用汇编语言用来编制系统软件和过程控制软件，其目标程序占用内存空间少，运行速度快，有着高级语言不可替代的用途。

主程序设计本次设计的装置主要的投切标准是功率因数和测量电压，本装置采用默认的标准功率因数为。

随器补偿应以配变容量的选择电容器容量效果较好，因为这大约相当于配电变压器空载时的无功功率，又电容器补偿容量可近似为，则本次设计共设了组容量为电容器组，方便控制和调节补偿容量，采用相共同补偿。

首先检测电压电流数值。

经计算后，若功率因数为，则无需补偿。

再次检测，直至功率因数不为。

当检测到到的功率因数小于时，投入第组电容器组再进行第二次检测，计算得到功率因数再于默认值进行比较，若实际功率因数仍然小于的话，继续投入第二组电容器组。

当检测到功率因数大于时，若电流滞后电压，即电网处于容性状态，无功补偿过量，则立即切除第组电容继续检测电压，若电压仍然高于标准的话，则切除第二组电容器组。

补偿完毕后，将功率因数电压电流送入显示电路显示。

主要的程序流程如图所示。

中转换软件设计转换分为两部分电压与电流转换。

电压与电流转换相似。

如图以电压转换为例。

首先运行主程序，单片机口向发送，允许地址输入。

口向发送，选中电压口。

单片机口向发送，开启的地址锁存。

检测后的电压数据送入。

口向发送下降沿信号，开启转换。

若转换结束，即，由个非门向单片机的中断，则进入延时程序，在中断服务程序中单片机读取转换的结果。

读取后，由向发上升沿复位。

无功功率补偿控制器设计开始初始化电压电流检测电压转换电流转换电容控制电路显示主程序开始开启检测电压锁存地址开启转换延时读出转换结果复位转换结束图主程序流程图图电压转换流程图电容补偿控制电路软件设计电容补偿是在转换结束后，单片机由采到的数据控制投入或切除电容。

如图所示。

若计算结果，说明电压与电流相位差为，功率因数最高，不需要补偿，系统跳回检测状态。

若不为，则需要判断是否大于。

若小于，则按计算结果再次计算，应该投入多少电容，将组电容投入电路。

若大于，则跟据触发器控制电路的输出结果，若为，说明电路程感性，不需要操作。

无功功率补偿控制器设计若为，说明电路呈容性。

再由单片机计算切除多少电容。

最后启动显示电路，显示结果。

程序跳回检测状态。

主程序电压电流检测计算切除电容显示投入电容电流滞后电压图电容补偿电路软件设计流程图无功功率补偿控制器设计结论无功补偿技术在边沿科学如电力电子技术和微电子技术发展的推动下，在电力系统领域取得了很大的发展，形成了多种补偿方式。

本文在对无功补偿技术进行分析的基础上，针对传统无功补偿装置的缺点提出了种新型的智能无功补偿控制器，该装置适合对大用户进行无功补偿，也就是随器补偿，其优点如下装置结构简单，通过硬件软件配合，稳定性高，用单片机控制，可实现真正的智能控制，具有很高的性价比。

采用显示，可实时显示电压电流和功率因数等数据。

控制策略比较合理。

该策略既考虑到无功补偿对电容容量需求，又考虑到稳定电压质量的要求，比如在高电压区间的只切不投原则和在低压区间的只投不切原则。

今后本控制器在以下几方面还有待提高优化采样电路，使采样数据更为精确。

采用较高档的系统，升级位数，使控制器的电网监测功能到进步的完善，也可使控制系统实现实时检测实时控制。

采用更简便准确的无功计算方案和更多组数的电容器组，使软件更为简便，控制更加精确。

可外接存储装置，用于存储电压电流等数据，这样有助于对电网的电能质量进行评估。

总之，无功补偿目前在我国还是很有发展潜力的行业，其技术还有待于进步的深究和提高。

无功功率补偿控制器设计参考文献方向晖中低压配电网规划与设计基础