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上海电机学院 继续教育学院 毕业设计开题报告 学 历 层 次 本 科 专 业 电气工程及其自动化 班 级 1259 学 号 125901 姓 名 席人杰 导 师 徐正明 开题日期： 2014 年 11 月 1 日 设计题目：无功补偿智能控制器设计 一、课题简介 摘要 长 期 以 来 电 力 系 统 网 络 损 耗 问 题 比 较 突 出 ， 而 无 功 补 偿 是 降 低 线 损 的 有 效 手 段 。 随 着 电 力 系 统 负 荷 的 增 加 ， 对 无 功 功 率 的 需 求 也 日 益 增 加 。 在 电 网 中 的 适 当 位 置 装 设 无 功 补 偿 装 置 成 为 满 足 电 网 无 功 需 求 的 必 要 手 段 。 本 文 在 详 细 分 析 无 功 补 偿 的 基 本 原 理 和 控 制 方 法 的 基 础 上 ， 研 究 了 一 种 基 于 CS5464 的 TSC型 智 能 无 功 补 偿 控 制 器 设 计 方 案 。 该 无 功 补 偿 控 制 器 在 硬 件 上 采 用 三 片 CS5464 芯 片 测 量 三 相 电 网 的 各 参 数 ， 选 用 C8051F022 单 片 机 为 主 控 制 单 元 ， 完 成 数 据 的 简 单 处 理 、 无 功自 动 调 节 、 电 压 检 测 与 控 制 、 数 据 存 储 与 显 示 等 功 能 ， 投 切 装 置 采 用 过 零 触 发 可 控 硅 控 制 器 ， 以 抑 制 投 切 涌 流 。 此 外 ， 还 设 计 了 一 些 外 围 辅 助 硬 件 ， 包 括 采 样 调 理 电 路 、 人 机 界 面 （ 按 键 、 液 晶 等 ） 、 光 电 隔 离 、 数 据 存 储 以 及 电 压 报 警 等 ； 采 用 了 模 块 化 的 设 计 方 法 ， 由 模 块 到 整 体 构 成 了 控 制 器 稳 健 的 软 件 体 系 。 在 电 网 电 压 无 功 功 率 复 合 控 制 策 略 的 基 础 上 ， 编 写 了 简 洁 稳 健 的 代 码 实 现 控 制 算 法 。 该 方 案 设 计 的 控 制 器 最 多 能 够 控 制 16 路 电 容 器 组 ， 可 以 应 用 在 电 网 三 相 共 补 、 三 相 分 补 以 及 三 相 共 补 与 分 补 相 结 合 的 电 容 器 组 等 容 量 配 置 的 无 功 补 偿 装 置 中 。 关 键 词 ： CS5464， T S C ， C8051F022， 无 功 补 偿 上海电机学院 继续教育学院 毕业设计开题报告 第 1 页 二、选题背景及意义 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。 三、工作特色及其难点，拟采取的解决措施 控制信号：采用功率因数及无功电流两物理量进行综合控制； 路数通用：投切路数由用户选择； 数据保存：失电后设定参数不会丢失，数据永久保存； 适应性强：控制器自动适应不同参数的配电系统，无须提供电流互感器变比和补偿 电容器容量； 过压保护：电网电压超过过电压设定值时，快速逐级切除已投入的电容器； 抗干扰强：独特的设计，运行中不会出现死机、乱投、乱切的现象； 投切震荡：能防止小电流负荷及过压临界值出现的反复投切； 灵敏度高：补偿器在输入信号电流 0.10A 时便能正常工作； 显示误差：输入信号电流 0.10A 到 5A 变化时测量显示的功率因数值误差都极小； 电流识别：控制器能判别取样电流极性并自动转化。 四、设计工作量及预期进度 （1）1 周 毕业设计开题报告 （2）2-3 周 无功补偿控制器系统的硬件设计 （3）4-5 周 无功补偿控制器系统的软件设计 （4）6 周 毕业设计论文格式审查 （5）7 周 毕业设计答辩 上海电机学院 继续教育学院 毕业设计开题报告 第 3 页 五、文献综述（参考文献） 1 公茂法MCS-51/52 单片机原理与实践北京航空航天大学出版社，2009.3 2 马忠梅单片机的 C 语言应用程序设计第三版北京航空航天大学出版社， 2003.11 3 谷永刚，肖国春，裴云庆，王兆安晶闸管投切电容器(TSC)技术的研究现状与发 展叨， 电力电子技术，2003(2) 4 田林静，石新春. MSC+TSC 型低压无功补偿装置的实现J. 大功率交流技术, 2008 5 何一浩，王树民. TSC 动态无功补偿技术述评. 中国电力，2004 6 戴晓亮. 无功补偿技术在配电网中的应用. 电网技术，1999 7 罗承廉，纪勇，刘遵义. 静止同步补偿器(STATCOM)的原理与实现. 中国电力出版 社，2005 8 刘会金. 电容器并补大功率晶