线路串联电容器实现电力系统电压控制(4)

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 电力系统自动化电力系统自动化 课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目： 线路串联电容器实现电力系统电压控制线路串联电容器实现电力系统电压控制 (4) 本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算课程设计题目线路串联电容器实现电力系统电压控制(4)课程设计（论文）任务电力系统图如图：1 励磁可调节发电机：PN=320MW，cosN=0.95，UN=18KV，Xd=Xq=1.6； 2 变压器 T1：SN=350MVA,

2、Uk%=15,Pk=1.5MW,I0%=3.5,P0=0.7MW,变比K1=242101%/18KV.3 变压器 T2：SN=350MVA,Uk%=15,Pk=1.5MW,I0%=3.5,P0=0.7MW,变比K2=220101%/11KV.4 每回线路:L=200KM,X1=0.42/KM, R=0.07/KM, b1=2.810-6S/KM.5 末端最大负荷: S=250MVA.最小负荷: S=150MVA. 功率因数均为 0.85。任务要求：1 计算各元件的参数，并画出系统的等值电路。2 对给定的系统（变压器为主分接头，发电机电压额定） ，计算各点电压。3 采用线路中串联电容器的调压方法

3、，确定串联电容器的容量，使发电厂220KV 母线电压不超过 240KV，变电所 10KV 母线电压在 9.5KV 到 11.5KV之间。5 利用单片机（或 PLC 等）实现对串联电容器的实时控制。4 对调压结果进行分析总结。进度计划1、布置任务，查阅资料，理解电压调整的基本方法和原理。 （1 天）2、系统等值电路绘制及参数计算。 （1 天）3、变压器取主分接头，发电机取电压额定，计算各点电压（1 天）4、采用线路中串联电容器的调压方法，计算电容值，完成电压调整要求。 （2 天）5、利用单片机（或 PLC 等）实现对电容器的实时控制。 （3 天）6、对结果进行分析总结。 （1 天）7、撰写、打印

4、设计说明书（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日T1 T2本科生课程设计（论文）摘 要如今高电压，大电流，大功率，超远距离输电已被广泛应用，提高输电线路电压的稳定性对电力系统运行的稳定性，减少电力系统波动，保护用电设备具有重要意义。电网电压稳定调节方法很多，如增减无功功率进行调压，改变有功功率和无功功率的分布进行调压，改变网络参数进行调压，如串联电容器，本设计主要研究线路串联电容器实现电力系统电压控制，串联电容补偿，通过在配电线路中串入电容，补偿配电线路中的电抗来减少在配电线路阻抗上的电压损耗，其具有较强的动态调压能力。电容串联补偿提高了输电

5、网的传输功率极限，对提高静态稳定性具有较为明显的作用，还具有较好的电压动态调节性能，可以在配电系统的电压调节中发挥重要的作用关键词：电力系统；无功功率补偿；电压动态调节；电容串联补偿本科生课程设计（论文）I目 录第 1 章 绪论 .11.1 电力系统电压调整概况 .11.2 本文主要内容 .1第 2 章 串联电容器补偿前系统电压计算 .22.1 系统等值电路 .22.2 系统参数计算 .22.3 电压计算 .2第 3 章 采用串联电容器补偿的电压调整计算 .33.1 采用串联电容器的电压调整原理与方法 .33.2 串联补偿容量的计算 .33.3 串联电容器的选择 .3第 4 章 控制系统设计

6、.44.1 输入通道设计 .44.2 输出通道设计 .44.3 最小系统设计 .44.4 软件设计 .4第 5 章 课程设计总结 .5参考文献 .6本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 电力系统电压调整概况电力系统的运行允许电压偏差，在电力系统高峰负荷时期将电压中枢点的电压调整到电压曲线上限，在低谷负荷时期将电压调整到电压曲线下限的电压调整方法。电力系统在高峰负荷时，输电线和变压器的传输功率大，它们的电压损耗也大，用户处的电压偏低;在低谷负荷时，输电线和变压器的传输功率小，它们的电压损耗也减小，用户处的电压偏高。为了保持较好的供电电压质量、减小用户处的电压变化幅度，要求电力系统实行逆

7、调压，系统电压的调整必须根据系统的具体要求，在不同的厂站采用不同的方法，常用电压调整方法有：增减无功功率进行调压，改变有功功率和无功功率的分布进行调压，改变网络参数进行调压，如串联电容器1.2 本文主要内容在输电线路上接入电容器，利用电容器上的容抗补偿输电线路中的感抗，是电压损耗后的分量减小，从而提高输电线路末端电压。本文以一段 220kV 输QXU电线路为例进行如下计算与分析：1 、计算各元件的参数，并画出系统的等值电路。2 、对给定的系统（变压器为主分接头，发电机电压额定） ，计算各点电压。3 、采用线路中串联电容器的调压方法，确定串联电容器的容量，使发电厂220KV 母线电压不超过 24

8、0KV，变电所 10KV 母线电压在 9.5KV 到 11.5KV 之间。4 、利用单片机等控制器实现对串联电容器的实时控制。5、对设备进行安装调试。本科生课程设计（论文）21.3 系统等值电路ZL1JBL/1JBL/2116AX1GNDGND2U21U1图 2.1 系统等效电路图1.4 系统参数计算变压器 T1 的各参数值：79. 0103500002421500103223212111NNKTSUPR1 .2510350000242151021210011NNKTSUUXMVAMVAjSIjPSN）（25.12j7 . 0)3501005 . 37 . 0(10000001变压器 T2 的

9、各参数值：59. 0103500002201500103223222222NNKTSUPR7 .2010350000220151022220022NNKTSUUXMVAMVAjSIjPSN）（25.12j5 . 0)3501005 . 37 . 0(10000002线路参数：)427()20042. 020007. 0(21jjjXRZLLLSSBL461016. 6220108 . 222121本科生课程设计（论文）3var81.29-var2201016. 62124221MMVBQQNLBB末端最大负荷：MVAMVAS）（150j200)sin250cos250(max末端最小负荷：MV

10、AjMVAS)90120(sin150cos150min）（1.5 系统电压计算作为初步估算，先用符合功率计算变压器绕组损耗和线路损耗。38. 8)759. 079. 0(21TLTLTRRRR8 .87427 .201 .2521）（TLTLTRXXXMVAMVAjSLT)j113.48 .10()8 .8738. 8(220150200222maxMVAMVAjSLT)8 .40j9 . 3()8 .8738. 8(22090120222min所以，MVAQQjSSSSSBBLT）（28.228j212j210201maxmaxmax1MVAjQQjSSSSSBBLT)68.951 .12

11、5(j210201minminmin1利用首端功率求出最大负荷是降压变压器归算到高压侧的低压母线电压，电压值为：VVUXQRPUUk4 .116k)2424 .11328.2288 .10212242(0max1max10max3VVUXQRPUUk1 .18k)2428 .4068.959 . 31 .125242(0min1min10min3按最小负荷时电容器全部退出运行来选择降压变压器变比，则有VUUUUNtk01.21911101 .1993min3min3规格化后，取 220分接头，即 K=.0002011220本科生课程设计（论文）4第 2 章 采用电力电容器并联补偿的电压调整计算

12、2.1 采用电力电容器的电压调整原理与方法可控串补是在串联电容器两端并联一个由双向反并联晶闸管阀控制的电感回路，从而产生一个叠加在电容器上的可控附加电流，实现对串联补偿电容外部等效容抗的控制，也就是说通过对半导体晶闸管阀的控制来实现对串联电容的平滑调节和动态控制的技术过程。是一种提高交流输电线路稳定极限的经济而有效的方法。加入串联电容后，能够减小线路感抗，缩小两端电势间的相角差，从而获得较大稳定裕度和较大传输容量，还可以改善系统的运行电压和无功平衡条件，补偿线路感性压降，还可以使无功电流减小，能大幅度提高线路的输送能力和输电稳定性从而确保电网安全，稳定，经济运行，串联电容补偿装置是串联在输电线

13、路中以补偿线路感抗，由电容器及保护设备控制设备等组成。2.2 串联补偿容量的计算在输电线路上，有两种损耗存在，即为线路的电阻损耗和线路电抗损耗，在输电功率一定的条件下，线路 损耗的大小取决于线路参数电阻 R 和电抗X。可见，可以通过改变线路参数来 起到调压的作用。在输电线路中，线路的电阻 R 是固定不变得。在高压电网中，由于 电抗远大于线路阻值，因此，通常都采用减小电抗来降低电压损耗。减小电抗 常用的的方法即为在电力线路中串联入静电电容器 。其等效电路图如图 3.1 所示：U1R+Jx-JXcU2P+JQ图2.1 串联电容器控制调压补偿前输电输电线路的末端电压为本科生课程设计（论文）527*1

14、0 6*103531.29()35UKV补偿后输电线路末端电压为33KV，电压升高U=33-31.29=1.71(KV).由公式可以得到Xc=*1.71=9.98（）356线路通过的最大电流22376Im=*10 =152.13*35（A）每个电容器通过的额定电流nc20Inc=.nc0.6QU3333（A）每个电容器的容抗为Unc0.6Xnc=18Inc33.33（）因此需要并联的组数 Im152.1=4.565nc33.33MI取每组需要串联的电容器个数Imc152.1*9.98=2.53Unc600XN 取3则总的补偿容量为c=3mmQnc=3*5*3*20=900(kvar)Q2.3

15、串联电容器的选择可控串联补偿技术是 20 世纪 90 年代出现的一种灵活交流输电系统（flexible AC transmission system,FACTS）技术。FACTS灵活交流输电系统是 20 世纪 80年代未闰国电力研究院（EPPI）的 Nari Hingorani 提出的概念。对此，国际电气与电子工程师学会（IEEE）给出的定义是：“交流输电系统利用以大功率电子技术为基础的控制器及其他静止型控制器，改善可控性并增加输送功率的容量” 。FACTS 技术,重要的技术成果就是在原有的串联电容补偿的基础上采用电力电子技术使固定的串联电容补偿变为可控串联电容补偿(TCSC),使串联补偿的性

16、能特别本科生课程设计（论文）6是动态调节性能大为提高，从而适应电力系统负荷的快速增长和电力市场开放的发展的需求。晶闸管控制技术的串联电容器（TCSC）是一种非常可靠的串联补偿技术，是柔性交流输电技术的一个里程碑TCSC 模块由一个电容器 C 和一个晶闸管控制的一个电抗器 L 组成，如图2.2 所示图2.2 TCSC的基本模块本科生课程设计（论文）7第 3 章 控制系统设计3.1 输入通道设计本设计的控制模块采用摩托罗拉公司的 MC9S12XS128 单片机，是一款 16 位的高性能单片机，具有速度快，功能强，成本低，被广泛应用在工业，汽车，航空，电力控制等领域，其本身具有 10/12 位的 A

17、D 存储器及 8 路 PWM 输出功能，通过采集互感器输出的电路实时电压，电流值，经过运算放大器电路调制，通过编程算法则可以得出线路的阻抗值，进而通过晶闸管来控制串联电容器，最终可以达到控制电路电压的目的，输入通道设计原理图如下：GND+15V-15V0.1uFC4Cap0.1uFC8Cap10K 1%R3Res310kR10Res310kR9Res310K 1%R8Res310K 1%R5Res310K 1%R17Res310uFC1Cap-15V+15V-15V+15V-15V+15VAD21mR13Res310pFC2Cap10K 1%R7Res3GND1mR15Res31mR18Res

18、31mR20Res31mR21Res3D1DiodeD2DiodeGND0R12Res3C510uF/25VC710uF/25VGND10K 1%R14Res3UP10K 1%R11Res310uFC3CapC1B2E3Q1NPN10K 1%R19Res310K 1%R16Res310K 1%R1Res3-15V+15V10K 1%R2Res30R4Res30R6Res3C61000uF/25VOUT17562411U1BLM324AD91083411U1CLM324AD1412134411U1DLM324AD12P2Header 2H4111321U1ALM324AD2211J1CHAZHE

19、N2OUTVCC图 3.1 输入通道电路3.2 输出通道设计利用单片机 IO 口输出电平来控制晶闸管的开关，从而间接控制电容器。其原理图如图 3.2 所示：本科生课程设计（论文）8IGBT-NIGBT-NPWM3/KWP3/PP31TXD1/IOC2/PWM2/KWP2/PP22IOC1/PWM1/KWP1/PP13RXD1/IOC0/PWM0/KWP0/PP04IOC0/PT09IOC1/PT110IOC2/PT211IOC3/PT312VDDF13VSS114PWM4/IOC4/PT415VREG_API/PWM5/IOC5/PT516PWM6/IOC6/PT617PWM7/IOC7/PT

20、718MODC/BKGD23PB024PB125PB226PB327PB428PB529PB630PB731XCLKS/ECLKX2/PE736PE637PE538ECLK/PE439VSSX240VDDX241RESET42VDDR43VSS344VSSPLL45EXTAL46XTAL47VDDPLL48PE353PE254IRQ/PE155XIRQ/PE056PA057PA158PA259PA360PA461PA562PA663PA764VDD65VSS266PAD00/AN0067VDDA83VRH84VRL85VSSA86PS0/RXD089PS1/TXD090PS2/RXD191PS

21、3/TXD192TEST97PJ7/KWJ798PJ6/KWJ699PM5/SCK0100PM4/MOSI0101PM3/SS0102PM2/MISO0103PM1/TXCAN0/TXD1104PM0/RXCAN0/RXD1105VSSX1106VDDX1107PP7/KWP7/PWM7109PP5/KWP5/PWM5111PP4/KWP4/PWM4112PK35PK26PK17PK08PK519PK420KWJ1/PJ121KWJ0/PJ022KWH7/PH732KWH6/PH633KWH5/PH534KWH4/PH435KWH3/PH349KWH2/PH250KWH1/PH151KWH0/

22、PH052PAD08/AN0868PAD01/AN0169PAD09/AN0970PAD02/AN0271PAD10/AN1072PAD03/AN0373PAD11/AN1174PAD04/AN0475PAD12/AN1276PAD05/AN0577PAD13/AN1378PAD06/AN0679PAD14/AN1480PAD07/AN0781PAD15/AN1582PM787PM688PS4/MISO093PS5/MOSI094PS6/SCK095PS7/SS096PP6/KWP6/PWM6110PK7108MC9S12XS128(112)12Y1XTAL0.01uFC10GND10MR60

23、.01uFC91122S1位位位R5R5VD4LED01KR75VGND200R40.01uFC5RESETRESET图 3.2 输出通道原理图3.3 最小系统设计3.3.1 时钟电路时钟电路主要由晶振，电阻，和滤波电容组成，其原理图如图 3.3 所示：12Y1XTAL0.01uFC10GND10MR60.01uFC9位XTAL位EXTAL图 3.3 时钟电路原理图3.3.2 复位电路MC9S12XS128 与普通的 STC89C51 复位电路略有不同，其复位方式为保持本科生课程设计（论文）9两个时钟周期的高电平使单片机进行复位，其原理图如图 3.4 所示1122S1位位位R5R5VD4LED

24、01KR75VGND200R40.01uFC5RESET图 3.4 复位电路原理图3.4 最小系统设计最小系统包括电源电路，滤波电路，下载电路，时钟电路复位电路，最小系统原理图如图 3.5 所示1122S1位位位0.01uFC30.01uFC60.01uFC80.01uFC70.01uFC40.01uFC20.01uFC1GNDGNDGND5V5VGND12Y1XTAL0.01uFC10GND10MR60.01uFC9GND5V5VRESETGNDPWM3/KWP3/PP31TXD1/IOC2/PWM2/KWP2/PP22IOC1/PWM1/KWP1/PP13RXD1/IOC0/PWM0/KW

25、P0/PP04IOC0/PT09IOC1/PT110IOC2/PT211IOC3/PT312VDDF13VSS114PWM4/IOC4/PT415VREG_API/PWM5/IOC5/PT516PWM6/IOC6/PT617PWM7/IOC7/PT718MODC/BKGD23PB024PB125PB226PB327PB428PB529PB630PB731XCLKS/ECLKX2/PE736PE637PE538ECLK/PE439VSSX240VDDX241RESET42VDDR43VSS344VSSPLL45EXTAL46XTAL47VDDPLL48PE353PE254IRQ/PE155XIR

26、Q/PE056PA057PA158PA259PA360PA461PA562PA663PA764VDD65VSS266PAD00/AN0067VDDA83VRH84VRL85VSSA86PS0/RXD089PS1/TXD090PS2/RXD191PS3/TXD192TEST97PJ7/KWJ798PJ6/KWJ699PM5/SCK0100PM4/MOSI0101PM3/SS0102PM2/MISO0103PM1/TXCAN0/TXD1104PM0/RXCAN0/RXD1105VSSX1106VDDX1107PP7/KWP7/PWM7109PP5/KWP5/PWM5111PP4/KWP4/PWM4112PK35PK26PK17PK08PK519PK420KWJ1/PJ121KWJ0/PJ022KWH7/PH732KWH6/PH633KWH5/PH534KWH4/PH435KWH3/PH349KWH2/PH250KWH1/PH151KWH0/PH052PAD08/AN0868PAD01/AN0169PAD09/AN0970PAD02/AN0271PAD10/AN1072PAD03/AN0373PAD11/AN1174PAD04/AN0475PAD12/AN1276PAD05/AN0577PAD13/AN1378P