基于单片机的静止无功补偿装置TSC的投切控制器设计开题报告_第1页
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开题报告1本课题的研究内容、重点及难点研究内容目前,随着电力电子技术的迅速发展,工厂大量使用大功率开关器件组成的设备对大型、冲击型负载供电,这使电能质量问题日益严重。如果不进行无功补偿,在正常运行时,会反复地使负载的无功功率在很大范围内波动,这不仅使电气设备得不到充分利用,网络传输能力下降,损耗增加,甚至还会导致设备损坏,系统瘫痪,因此,装设无功补偿装置是十分必要的。目前的主要无功补偿装置主要有静止无功补偿器(SVC)和静止无功发生器(SVG),静止无功补偿器(SVC)又可分为饱和电抗器型无功补偿装置SR、晶闸管控制电抗器TCR和晶闸管投切电容器(TSC)。相比较,尽管SVG在理论上拥有无法比拟的优势,能达到快速、安全的补偿效果。但由于控制元件价格昂贵且控制系统较复杂,使得这种系统的可靠性差,容量产生误动作。根据我国目前的发展状况煤矿、农村等35KV变电站安装的大多数还是分组投切无功补偿装置,因此采用分组投切无功补偿仍然具有广阔的发展前景。此次研究的主要内容如下1)、熟悉静止无功补偿装置TSC在无功补偿中的相关知识。2)、熟悉静止无功补偿装置TSC控制方式相关内容。3)、设计控制器。4)、制作基本的硬件、编写软件并调试。5)、编写相关软件程序。研究重点及难点重点1)、无功补偿控制器系统的硬件设计。12)、TSC的投切控制,每一次的投切量是多少,如何实现最优投切。3)、实现过零投切的设计。4)、系统故障时的警告和保护设计。难点1)、补偿回路的设计。2)、硬件电路及软件部分的抗干扰设计。2准备情况(已查阅文献、研究概况及发展趋势、主要设备等)已查阅文献1张睿编ALTIUMDESIGNER60原理图与PCB设计M北京电子工业出版社,200762康华光电子技术基础模拟部分(第五版)M北京高等教育出版社,2006013王兆安等谐波抑制和无功功率补偿M北京机械工业出版社,20064王兆安、黄俊著电力电子技术(第四版)机械工业出版社,20005李华MCS51系列单片机实用接口技术M北京北京航天航空大学出版社,1993106胡伟,季晓衡单片机C程序设计及应用实例M北京人民邮电出版社,2003107陆坤等电子设计技术M成都电子科技大学出版社,19978王宏宝电子测量M北京科学出版社,200569卢文科实用电子测量技术及其电路精解M北京国防工业出版社,20001110康华光电子技术基础数字部分(第五版)M北京高等教育出版社,20060112史玲单片机控制系统的抗干扰设计J产业与科技论坛,2014226364213王一鸣静止无功补偿装置的开发和应用D电力系统及其自动化东南大学,200514宋莹高压TSC控制技术研究D哈尔滨哈尔滨工业大学,200915杨忠旭馈线引入的干扰及电路隔离技术J时代汽车,201510545616王万鹏配电系统无功补偿技术J电子世界,201320474717YONGCHANG,ZHENGXUANOVELSVCSUPPLEMENTARYCONTROLLERBASEDONWIDEAREASIGNALSJELECTRICPOWERSYSTEMSRESEAREH,2007,771215691574实验研究概况及发展趋势(1)无功补偿装置的发展电力系统中,常见的无功控制方法有同步发电机、同步电动机、同步调相机、并联电容器和静止无功补偿装置等,这里主要讨论静止无功补偿装置。静止无功补偿技术经历了3代第1代为机械式投切的无源补偿装置,属于慢速无功补偿装置,在电力系统中应用较早,目前仍在应用;第2代为晶闸管投切的静止无功补偿器(SVC),属无源、快速动态无功补偿装置,出现于20世纪70年代,国外应用普遍,我国目前有一定应用,主要用于配电系统中,输电网中应用很少;第3代为基于电压源换流器的静止同步补偿器(STATICSYNCHRONOUSCOMPENSATOR,STATCOM),亦称ASVG,属快速的动态无功补偿装置,国外从20世纪80年代开始研究,90年代末得到较广泛的应用,我国的第一个STATCOM示范应用工程已经在河南电网投运。早期无功补偿装置主要是无源装置,方法是在系统母线并联或者在线路中串联一定容量的电容器或电抗器。这些补偿措施改变了网络参数,特别是改变了波阻抗、电气距离和系统母线上的输入阻抗。无源装置使用机械开关,它不具备快速性、反复性、连续性的特点,因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。20世纪70年代以来,以晶闸管控制的电抗器(TCR)、晶闸管投切的电容器(TSC)以及二者的混合装置(TCRTSC)等主要形式组成的静止无功补偿器(SVC)得到快速发展。SVC可以看成是电纳值能调节的无功元件,它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC无功补偿可以进行连续调节并与系3统进行无功功率交换,同时还具有较快的响应速度,能够维持端电压的恒定。(2)国内外电网动态无功补偿的现状当前,我国电网中使用最为普遍的补偿装置是机械投切的并联电容器组。为满足调压要求,在低压供电网络中装设了大量的并联电容器组,在中压配电网络中装设了少量的并联电容器组。20世纪70年代初,武汉钢铁公司在17CM轧机工程中进口了由比利时直流励磁饱和电抗器与日本电容器组成的静止补偿装置后,国内才对动态无功补偿问题引起了重视。自20世纪80年代以来,我国对晶闸管控制的SVC投入了大量研发力量,目前已有了一定的技术基础,但高压大容量产品仍主要依靠进口。目前,我国输电系统中一共有5地6套大容量SVC投入使用,它们分别被装设在广东江门、湖南云田、湖北凤凰山(2套)、河南小刘以及辽宁沙岭的500KV变电站中。此类SVC多为进口,其中有3套是ABB公司的产品。高电压等级下SVC面临的最为严重的问题是电容器爆炸,如广东江门500KV变电站中SVC运行5年后并联电容器爆炸,湖南云田500KV变电站中SVC自1988年以来发生了4次电容器组爆炸事故。在380V10KV配电系统中,近年来主要采用无平滑调节功能的TSC实现分级无功补偿。国际上,目前SVC与STATCOM都已得到普遍的应用。SVC出现早,应用时间长,仅ABB公司,其目前在全世界投运的SVC就已超过370套,ABB与西门子两个公司已安装的SVC总容量约为9万MVAR(包括已退役装置)。STATCOM装置在20世纪主要以示范工程为主,从上世纪90年代末到本世纪初,STATCOM在日本及欧美得到了广泛应用,尤其是在冶金、铁道等需要快速动态无功补偿的场合。20012003年,美国在输电网接连投运了百MVAR级的大容量STATCOM,表明STATCOM在输电网中已完全进入实用阶段。由于都是基于电压源换流器技术,这些STATCOM装置仅通过改变母线接线方式,就可以变成背靠背的直流输电,能对电网的潮流进行更有效的控制。据ABB公司2001的统计,目前全世界SVC的投运容量超过32000MVAR,STATCOM的投运容量已超过1500MVAR。4实验设备及条件计算机一台、三相标准电源、单片机仿真器、示波器、开放实验室。53研究方案、系统总体设计、时间进度、预期提交的毕业设计资料等研究方案设计一款基于单片机的静止无功补偿装置TSC的投切控制器设计。该装置能精确计算出当前电网的无功功率和功率因数角以及电网中各相电压值及电流值等参数,能根据所需要补偿无功容量的大小准确地输出控制电力电容的投切,满足无功功率补偿要求,同时要让电压过零时具备投切功能,还需满足过电压和较大谐波分量的状况下,系统能安全切除电力电容,保证内部电气元件的安全。TSC投切原理6图1单相原理图图2分组投切原理图TSC无功补偿装置单相原理图如图1所示,TSC无功补偿分组投切原理图如图2所示,两个反并联的晶闸管只是将电容器并入电网或从电网中断开,串联的小电抗器用于抑制电容器投入电网运行时可能产生的冲击电流,小电感只是用来抑制冲击电流,同时避免与系统产生谐振,一般不画出来,当功率因素低于正常值时,投入电容器,当功率因素回到正常值后逐渐切除电容器。系统总体设计无功补偿装置主要由主电路和控制电路组成,如图3所示,主电路包含反并联晶闸管单元、电容器和电抗器,电抗器主要用于限制合闸过电流和抑制高次谐波的冲击;控制回路主要由信号采集、电压过零检测、触发脉冲器、投切控制器和系统保护等部分组成,控制回路主要用来采集电压、电流信号,通过信号处理结果作出电容投切判断,并发出投切动作指令,触发控制器在触发指令作用下使触发晶闸管在电压时导通,当不需要补充时,停止触发信号,晶闸管在电流为零时会自然断开,而当控制器出现紧急状况时,控制器能够断开TSC系统,起到一定保护作用。7图3无功补偿装置结构图时间进度序号时间工作内容12016012820160325查找资料,方案设计,画出原理框架图22016032620160407硬件设计布局32016040820160419仿真,制作电路板,调试。42016042020160506软件编程并与硬件调试。52016050720160525编写论文。62016052520160530完成毕业设计,提交论文预期提交的毕业设计资料1、完成二万字左右的毕业设计说明书

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