三相四线制电网部分调压调容无功补偿装置的设计-开题报告

-0-开题报告1毕业设计的主要内容、重点和难点等主要内容：随着经济的发展和人民生活水平的提高，用户对供电质量的要求也越来越高，电压是标志电能质量的一个基本技术指标，它与无功功率密切相关。而无功补偿是维持电网电压稳定，电力系统运行的重要手段，常规的电容器补偿装置采用三相等容量的同时投切方式，而采用三相等容量的投切方式容易引入新的故障隐患，并且影响供电水平和质量，危及电网安全。电力系统运行的经济性与电能质量和无功功率有重大的关系。无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。对电网进行无功补偿可以减少线路损耗、改善电能质量，延长了电器寿命，提高了产品质量。主要研究内容如下：（1）查阅资料，研究已有电网无功补偿装置的构成，控制特点，选择合适的方法进行研究和设计；（2）建立无功补偿系统的数学模型并仿真分析稳态和动态指标；（3）研究通过分析确定无功补偿装置设计的方案；（4）完成硬件电路的设计和软件程序的编写。（5）验证方案可行性，制作样机并进行测试。重点：（1）了解三相四线制电源电网无功补偿的原理选择控制方案并实现5档精度调节。（2）建立数学模型，对选择的方案进行仿真系统的稳态和动态性能。（3）制造演示样机，让其实现5档调节精度等级。（4）控制方案程序的编写。难点：（1）如何设计功率因素检测电路精确检测实际的数值并符合单片机采集数据要求。（2）如何设计电容投切控制电路，使之对电网进行精确的补偿并对电网波动不大。-1-（3）如何合理单片机程序，使功率因数检测电路精确反馈到单片机。2准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）已查阅的文献：1韦寿祺，刘志杰，苏振源，陈叙，黎明，李雪娇，崔九喜.三相四线制电网部分调压调容无功补偿装置及方法P.中国专利:CN103490432A,2014年01月01日.2韩学军.综合补偿三相不平衡负载的研究J.电网技术,2006年10月，第30卷，增刊：288-290.3韩浩.用于380/220V三相四线制的功率因数调节装置P.中国专利:CN202997582U,2013年06月12日.4廖培.不平衡负荷电流无功补偿的优化设计J.现代电力，2007年12月，第24卷，第6期：17-20.5程顺足，郭西进，李素英.基于交流斩波装置的三相不平衡无功补偿方案J.工矿自动化，2013年1月，第39卷，第1期：74-77.6单铁铭，杨仁刚.不平衡电流补偿方法研究J.电力自动化设备，2004年12月，第24卷，第12期：26-29.7许苏跃.配电网三相不平衡全电容无功补偿的研究J.电器与能效管理技术，2015年，第20期.8高晶晶，赵玉林.电网无功补偿技术现状及发展趋势J.东北农业大学学报，2004年10月，第35卷，第5期：639-644.9FeifengJi,MuhammadMansoorKhan,ChenChen.StaticVarCompensatorBasedonRollingSynchronousSymmetricalComponentMethodforUnbalanceThree-PhaseSystem.IEEE,2005:621-622.10LeszekS.Czamecki.PowerRelatedPhenomenainThree-phaseUnbalancedSystems.IEEETransactionsonPowerDelivery,1995,Vol.10(3),pp.1168-1176.调研情况：（1）三相四线制电网部分调压调容无功补偿研究概况随着经济和科学技术的发展，对电能质量的要求也随之提高。配电网三相不平衡造成了电网系统诸多电能质量不达标的问题，影响良好的生活秩序。电力系统三相不平衡主要是由于系统三相元件或负荷不对称所致，由此产生的不平衡电流对系统影响很大：造成变压器损耗增加，影响出力；电动机效率降低；影响发电机的安-2-全和正常运行；线路损耗增加；三相电压不对称，不平衡电流分解出来的负序和零序电流对计量仪表的精度也会产生影响。（2）国内外的发展趋势早期的无功补偿装置为同步调相机和并联电容器。同步调相机可以理解为专门产生无功功率的同步电机，但是属于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，成本高，此外，响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。并联电容经济方便，但是阻抗不稳定，也不能实现动态补偿。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。无功补偿已由基于SCR的静止无功补偿器、晶闸管控制串联电容补偿器发展到基于GTO的静止无功发生器静止同步串联补偿器、统一潮流控制器可转换静止补偿器等。在当今电力系统中，一方面，用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备，如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等，同时大功率变流、变频等传动装置也将对电网产生大的无功功率冲击；另一方面，现代工业的发展对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求，计算机，机器人，自动化生产线等行业对系统电压稳定性均有较高要求。因此，迫切需要对系统的无功功率进行快速、动态的无功补偿。按电网无功功率补偿方式可分为串联补偿和并联补偿。并联补偿方式又可分为电容器组补偿，调电感补偿，调相机补偿的移相补偿等。本设计我们将采用并联电容器补偿，主要应用单片机技术，实现对低压电力系统的监控，完成功率因数的测量，并根据所得数据进行电容组的投切，以实现对电力系统的补偿。现有设备：计算机1台、电气绘图软件1套，控制系统仿真软件1套。试验条件：示波器1台、万用表1台、电工工具1套、单片机开发系统1套或PLC1台。3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料-3-实施方案：本课题有三个主要问题需要解决，分别是补偿装置整体设计、各部分电路的设计和仿真、补偿装置程序和实物设计制作。其中，整体设计可以通过查阅相关资料和借鉴工业成品来解决；各部分电路设计和仿真主要通过所学知识和查阅相关资料吸取总结已有经验，对各部分电路的功能进行仿真和分析；软件程序的设计和实物的制作与调试可以根据所学知识进行，对于该过程中所遇到的问题可以通过查阅相关资料，和同学讨论，询问指导老师，到实验室进行试验等手段解决。具体如下：（1）硬件设计本系统包括以下几部分：以单片机AT89S51为核心，周围电路包括显示电路、电压检测电路、电流检测电路、功率因素检测电路。AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。系统组成如图1所示：AT89S51电流检测电路功率因素检测电压检测电路LED显示V、W相电容投切控制电路图1系统组成（2）软件设计由主程序、显示电路、电压检测电路、电流检测电路、功率因素检测电路等各部分子程序组成。先确定某一相为控制对象，然后从线路上采集所需要的数据，单片机通过对数据进行的分析后确定其功率因数。接下来判断该相的功率因数是否大于0.95如果大于0.95不进行补偿，如果小于0.95再进行补偿。主程序框图如图2所示：-4-进度实施计划：序号时间工作内容12015.12.28-2016.01.04查找外文翻译资料。22016.01.05-2016.01.11查找毕业设计需要的参考文献和相关资料。32016.01.12-2016.01.18熟悉任务书内容，无功补偿的工作原理、控制要求。42016.02.29-2016.03.06根据原理以及各部分的内容撰写开题报告。52016.03.07-2016.03.13方案设计，查找资料。62016.03.14-2016.03.20画出原理框架图，提交硬件原理草图一份。72016.03.21-2016.03.27方案论证。82016.03.28-2016.04.04硬件设计布局。92016.04.05-2016.04.11对原理图进行仿真。102016.04.12-2016.04.18绘制PCB图。开始确定某相为控制对象采集测试数据查表计算功率因素值显示功率因素功率因素小于0.9？查表计算投切电容容量投切电容返回NY图2程序框图-5-112016.04.19-2016.04.25器件选型，电路板的制作。122016.04.26-2016.05.02软件编程并与硬件进行联调。132016.05.03-2016.05.09对系统建立模型，并用仿真软件进行仿真。142016.05.10-2016.05.16毕业设计（论文）的撰写。152016.05.17-2016.05.22毕业设计（论文）的撰写。162016.05.23-2016.05.30完成毕业设计，提交论文预期提交的毕业设计资料：1、撰写两万字以上的毕业设计说明书（兼附15篇以上的参考文献）；在毕业设计说明书中应包括300500个单词的英文摘要及关键词；2、完成与课题相关英文资料