09电气2班 莫剑文 毕业设计初稿

1、广东工业大学华立学院本科毕业设计（论文）低压电容无功补偿器应用的研究论文题目 低压电容无功补偿器应用的研究 系 部 机电工程学部 专 业 电气工程及其自动化 班 级 09电气2班 学 号 学生姓名 莫剑文 指导教师 宁干忠 2012年 3 月摘 要近年来，随着电网系统的完善，用电规模的进一步扩大，使得电力的供需矛盾越来越突出。电力的供应紧张使人们想到了降损节能。人们从电力在线路中的传输特点，利用无功电流在系统中消耗有功功率的特点，使用了无功补偿装置。电力系统使用无功补偿，可以提高电网的质量，降低网损，达到节能的目的。本课题研究以低压电网无功补偿改造为背景，研制了一种低压无功功率补偿控制器。作为

2、一种非实时的无功补偿装置，该装置以定时的电网监测数据为依据，以城镇低压网(220V)的无功补偿为对象。本文主要研究了无功补偿对电网性能的改善，以及控制器的软硬件的配置。系统采用单片机，该单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS 8位单片机，具有运算速度高，实时性好的特点；软件则使用汇编语言进行编译；人机操作界面采用LCD显示,显示效果较好；A/D转换采用，是一款比较实用的A/D转换装置。该装置可跟踪电网无功功率的变化并自动补偿,实现了无功补偿装置的优化运行,具有体积小、原理简单、智能投切等优点。关键词：无功补偿,单片机,低电压AbstractIn recent years, w

3、ith further improvement in power net, expanding use of electricity, making power supply and demand will become sharp. Short of power supply force people to want to energy conservation. With the operating characteristics of power net, consumption active power for reactive current, reactive power comp

4、ensation was used. With reactive compensation, that can improve the power quality, reduce network loss, save energyWhat this article studies is based on the alteration of reactive power compensation of low voltage, then design an equipment for reactive power compensation of low voltage. As a kind of

5、 reactive power compensation, this equipment is basis on the electrical network monitor data ,and provides reactive power for citys low voltage power grids. This thesis has discussed the importance of the reactive power compensation for the power grids ,and introduded the hardware and software of th

6、e controller.This device's hardware core is AT89C51 SCM , which has many merits such as high operating speed. This monolithic integrated circuit is the low voltage which American ATMEL Corporation produces, a high performance CMOS 8 monolithic integrated circuits;The software uses the assembly l

7、anguage to carry on the translation;The man-machine operation contact surface uses the LCD demonstration, the demonstration effect is quite good; A/D transformation uses ADC0809 , it is a section of quite practical A/D switching device. This equipment may track the electrical network reactive power

8、the change and the automatic compensation, and this installment has the volume to be small, the precision is high, the price compared to the higher meritKEY WORDS: Reactive power compensation; SCM(Single Chip Micyoco);Low voltage目 录1 绪论11.1 电网无功补偿的背景和意义 11.2 电网无功补偿在国内外发展的现状状1 1.2.1 国内背景1 1.2.2 国外背景2

9、1.3 本课题主要研究的内容 32 无功补偿基本原理介绍3 2.1 需要无功补偿的原因 3 2.2 无功补偿的原理 43 无功补偿应用93.1 无功补偿的作用 93.1.1电网无功补偿的三种情况 93.1.2 电网无功补偿效益 93.1.3无功补偿的一般方法 103.2 无功补偿的装置 103.2.1电容器103.2.2 同步调相机11 3.2.3静止无功补偿装置11 3.2.4电抗器113.3无功补偿容量的确定124 电力电容134.1 电容器组投入和退出运行 134.2 并联电容器的补偿方式 134.3 并联电容器的接线方式 144.4电容器组的运行注意事项144.5电容器组的运行维护15

10、5 硬件设计155.1 无功补偿装置的技术要求 16 5.1.1补偿控制应符合技术条件165.1.2控制器原理165.1.3测量精度165.2 硬件介绍 175.2.1 CPU 175.2.2A/D转换器选型195.2.3看门狗215.2.4 LCD显示225.3 模拟信号调理电路 245.3.1互感器信号转换及电流电压转换电路245.3.2电压、电流采样及信号处理电路255.3.3输出控制电路265.5本章小结 276 软件设计286.1 投切原则286.2 功率因数计算 296.3 本章小结317 总结与展望317.1 编程语言 387.2 程序设计 398 结论40参考文献32致谢 41

11、1 绪 论1.1电网无功补偿的背景和意义随着我国经济改革的不断深入，国民经济持续快速增长，工业企业的数量不断增加，人们生活水平不断提高，这些都导致电量的需求大大增加。相比较而言，我国发电机的装机容量与输配电能力的增加速度没有需求快，致使我们一些省份出现“电荒”的情况，尤其一些经济相对发达的地区和用电负荷较大的大中城市。更有甚者，部分城市在用电高峰期出现拉闸限电以使电网正常运行的情况，严重制约着国民经济的发展，也给人民群众的生活带来很大不便。电压是电能主要质量指标之一，电压高低反映无功出力与用户无功负荷是否平衡。就我国来说，电力系统的用电负荷主要为感应电动机、变压器、感应电炉与电弧炉、电焊机与电

12、焊变压器、整流设备等感性负载。这些负载在消耗着大量有功功率的同时也在消耗着大量的无功功率，造成电网功率因数偏低。线路中的无功功率的增加会导致功率因数偏低，导致电流的增大和系统电压的下降，从而增加了线路和设备的损耗，导致大量电能的损耗。因此需要对无功功率进行补偿，在电网中安装并联的电容器可以进行无功补偿，但对配电网来说，抑制谐波是很有必要的，对于并联的电容组，我们抑制谐波的方法是使用串联电抗器，就是在电容旁边串联一个电抗器，使得补偿回路的阻抗在某次谐波相对于感性负载来说呈感性，从而消除由于电路呈容性带来的谐波震荡。无功补偿的方式有集中补偿、分散补偿、就地补偿等。其中就地补偿的效果是最明显的，装设

13、在异步电动机或电感性设备附近，这种方式不仅提高了用电设备供电回路的功率因数，还能够改善用电设备的电压质量。无功补偿装置装在变压器低压侧，能对电压、电流、无功功率、有功功率、功率因数这些电力参数能够快速准确的检测和无功补偿。能够及时掌握设备和线路的运行状态，从而采取有效措施保证设备的正常运行。最后总结无功补偿作用：提高电压质量；提高变压器利用率，减少设备投资；减少用户电费支出；提高电网传输能力。1.2 电网无功补偿的发展趋势和国内外现状1.2.1国内背景及其发展趋势由于我过国情我国对无功补偿的研究开发起步相对较晚，整体测量水平较低，其中存在实时性不强，检测指标少，效率低，无功补偿往往和电力参数检

14、测设备分离等软肋。如今我国将电容器与网络感性负荷并联是补偿无功功率的传统方法，在国内外获得了广泛的应用。并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。随着电力系统的发展，要求对无功功率进行动态补偿，从而产生了同步调相机。它是专门用来产生无功功率的同步电动机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。由于它是旋转电动机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。 20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐补静止无功补偿装置所取代。早期的静止无功补偿

15、装置是饱和电抗器型的。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点，但其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些非凡问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。 电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台，并逐渐占据了静止无功补偿装置的主导地位，于是静止无功补偿装置（SVC）成了专门使用晶闸管的静止无功补偿装置。静止无功补偿装置主要包括晶闸管摧投切电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）。现就在农网改造中应用最广泛的TSC技术性能做一下介绍1.2.2国外背景及其发展趋势国外对电力测量补偿控制设备

16、的研究和开发起步较早，设备仪器已经进入智能化时代，进入90年代来，计算机技术、微电子技术、控制技术特别是网络通讯技术的迅速发展，使得测量控制装置得到空前发展。国外各大公司把这些技术应用于测量控制装置上，研制推出了众多在世界范围内处于领先的设备仪器，如美国Fluke公司推出的F43B电能质量分析仪，瑞典UNIPOWER公司的LIP系列电能质量测量控制器等，可实时检测电力系统中的所有参数，计算高达51次的谐波，可以捕捉电压瞬变和骤升骤降及浪涌电流的显示，具有强大的网络功能，还融合计算机控制、网络技术、总线技术和虚拟仪器相关技术，将测量、控制、分析集成于一体；这种装置体积小，测量精度较高，具有较强的

17、网络化和自动化功能，可以测量电压、电流、功率因数、频率、无功功率、视在功率、谐波及其他电力参数值的测量，进行多条记录存储、可与计算机进行数据交换、可进行远程实时测量、控制。控制除补偿基波无功外，还具有平衡三相电压、抑制电压闪变等功能。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，交流无触点开关SCR 、GTR、GTO等的出现，将其作为投切开关速度可以提高500倍(约为10s)，对任何系统参数，无功补偿都可以在一个周波内完成，而且可以进行单向调节。现今所指的无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有以下三大类型：一类是具有饱和电抗器的无功补偿装置(SR：Saturated Reacto

18、r)；第二类是晶闸管控制电抗器(TCR：Thyristor Control Reactor)；第三类是晶闸管投切电容器(TSC：Thyristor Switch Capacitor)，后两类装置统称为SVC( Static Var Compensator)。1.3本课题主要研究的内容本文研究的主要有两方面：一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一般问题进行分析，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，从而开发出一种智能无功补偿器。文中对这种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。2 无功补偿基

19、本原理介绍2.1 需要进行无功补偿的原因在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。无功功率比较抽象，它是电路内电场与磁场的交换，在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，

20、在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。但是从发电机和高压输电线供给的无功功率远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。无功补偿是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负

21、荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。2.2无功补偿原理电网输出的功率包括两部分，有功功率和无功功率。直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学或声能等 的电功率，称为有功功率。不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能是电气设备能够做功的必要条件。这种能作为电网中与电能进行周期性转换，这叫无功功率。电流在电感元件中做功过过程中，电流超前电压90度。电流在电容元件中做功时，电流滞后电压90度。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反。所以，如果在电磁元件装上相应比例的电容元件，使两都的电流相互批评消，使电流和电压的矢量夹角减小，从而提高了电流做

22、功的能力，使有功功率增加。见图 1.1Q用户负载无功补偿装置P+jQP+jQ发电厂 图 1.1 无功补偿示意图 在纯电阻电路中，通过消耗电能而做功的元件特性是电阻性元件。通过储存和释放磁场能量面达到一定功能的元件是电感性元件。通过储存和释放电场能量面达到一定功能的元件是电容性元件。电阻在电路中的电压和电流的相位是一致的，电功率为正值。所以电阻只能吸收能量。电阻只有有功功率，P=UI。 其功率因数为零。 在纯电感电路中，有交流电压加在这个线圈L上，则线圈两端出现一个自感电动势。这个电动势和所加的交流电压大小相等，方向相反。 当电压交变时，相应的磁场能量也随着变化。当电压增大时，磁场能量加强，这时

23、磁场将外电源供给的能量以磁场能量形式贮藏起来;当电流减小时，线圈把磁场能量释放并输回到外面的电路中。 在纯电容电路中，有交流电压加在这个电容C上，电压交变时，相应的电场能量也随着变化。当电压增大时，电流和电流和电场能量增大，此时电容器氢外电源供给的能量以电场能量的形式储存起来；当电压减小时，电容器把电场的能量释放并输回到外电路中。如图并联补偿电路，电路中的总电流I 值为负荷电流IL 与通过电容器电流IC 的矢量和。加在负荷与电容器上的外加电压U 是相同的，其公式如下： I = IL + IC IL = IC = 其矢量关系见图1.2 IC ILI 图 1.2 并联补偿线电路的矢量图从矢量图中可

24、以看到，在并联补偿前电压与电流间的夹角为L,即它的功率因数的夹角等于cosL;经过并联补偿后，夹角减小为，即它的功率因数从cosL提高到cos。 在并联补偿电路中，如果电容器的容量和电感线圈的容量，从而使电路中电压与电流同相位，则此时电路为阻性。 这样是一种完全的补偿。电源只要向负载提供有功功率即可。Q在实际的线路中，既有有功功率，也有无功功率。它们的关系如较图1.3所示。 SP图 1.3 并联补偿线电路的矢量图有功电流与线路电压的乘积为有功功率，用P表示。无功电流与线路电压的乘积为无功功率，用Q表示。线路电压与线路电流的乘积为视在功率，用S表示。图1-3称为功率三角形。 S= 有功功率与视在

25、功率的比率称为功率因数。 cos= Q=Ptg无功补偿的作用和原理5可由图22来解释：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。 图2. 2 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。例如一台1000千伏安的变压器，当负荷的功率因数为0.7 时，可供700千瓦的有功负荷，当负荷的功率因数提高到0.9时，可供900千瓦的有功功率。同一台变压器，因为负荷的功率因数的提高而可多供200千瓦负荷，是相当可观的。可见，因采用无功补偿措

26、施后，电源输送的无功功率减少了，相应的也使电网和变压器中的功率损耗的下降，从而提高了供电效率。由电压损耗计算公式 可知，采用无功补偿措施后，因通过电力网无功功率的减少，降低了电力网中的电压损耗，提高了用户处的电压质量。并联电容器的无功补偿作用和原理，也可以用图2.3 加以说明。 图2.3 并联电容器的补偿电流向量图图中的用电负荷总电流可以分解为有功电流分量，和无功电流分量(电感性的)。当并联电容器投入运行时，流入电容器的容性电流与方向相反，故可抵消一部分使电感性电流分量降低为，总电流由降为，功率因数也由提高到。这时，负荷所需的无功功率全部由补偿电容供给，电网只需供给有功功率。根据第一章的有功电

27、流 与无功电流的定义，还可以用图2.4理解电力系统中无功补偿的作用与原理。 图2.4 电力系统无功补偿原理图设负荷实际吸收的电流为，为了使输电线路上流过纯有功电流，则需要在负荷端接入一个无功补偿器，补偿器提供的电流为，则 这里 的就是无功电流，这就是电力系统中进行无功补偿的要点。这是完全的补偿，线路上的电流是为产生负载实际功率(平均功率)而携带能量最小的电流，因而在线路上造成的损失是最小的。此时，的波形和相同，即电压和电流的相位相同。 3 无功补偿应用3.1无功补偿作用3.1.1无功补偿的目的无功功率补偿装置能够提供或吸收感性无功功率，可使电网中输送的无功功率减少，从而达到提高功率因数、提高电

28、压质量、减少电能损耗和提高电网输送电能的目的。3.1.2无功补偿的意义加装无功补偿设备后，电力网功率因数的提高，具有一下几个方面的意义：(1)减少系统原件的容量，换个角度看是提高电网的输送能力。电气设备的视在功率在补偿后为由公式可知，加装无功补偿后，减少了电网无功输送量，在输送同样的有功功率情况下，设备安装容量可以减少，节约大量有色金属，也节约了投资。对于运行中的电气设备而言，无功补偿后其中通过的无功功率减小了，有功的输送量提高，使设备容量得到充分利用。(2)降低网络功率损耗和电能损耗。当负荷电流流过线路时，其功率损耗为 （KW）线路输送的无功由补偿后的Q减少到Q时，线路的功率损耗下降，每年的

29、线路上和变压器中的电能损耗也下降。(3)改善电压质量。潮流计算得到的线路电压损耗的公式为 （V）从公式可以看出，减少线路输送的无功功率，则电压损耗有所下降，改善了电力网和用户的电压质量。可见无功补偿是保证电能质量的重要措施。3.1.3无功补偿的一般方法无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的

30、无功负荷而直接控制电容器的投切。高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的610kV高压母线上的补偿方式。3.2无功功率补偿装置电力系统中的无功功率补偿装置可以根据补偿的过程和功能，分为静止无功补偿和动态无功补偿两大类。还可以根据补偿的方式分为串联补偿和并联补偿两类。静止无功补偿装置包括并联电容器，中、低压和超高压并联电抗器。动态无功补偿包括调相机、静止补偿装置等。在各种补偿设备中，中、底压并联电抗器的主要功能是从系统中吸收过剩的感性无功功率，以保证电压水平不超限。超高压并联电抗器主要是补偿超高压线路的充电功率，可降低系统的工频过电压。3.2.1电容器(1)电容器的分类按安装方式分:户内式

31、和户外式电容器。按相数分：单相和三相电容器。按接入电力系统的方式分：并联和串联电容器。并联电容器用于补偿感性无功功率。串联电容器用于补偿电力线路的感抗。按额定电压分：高压和低压电容器。高压电容器的额定电压为1.05、3.15、6.3、10.5、11、12、19KV等。单相高电压电容器的容量有30、50、100、200、334kvar等，可产生1000、1200、1667kvar等大容量电容器。三相主要有100、200kvar两种电容器，可生产单台容量为1200、1500、1800、3600kvar的特大容量三相高压并联电容器。低压电容器的额定电压为0.23、0.4、0.525、0.69KV。容

32、量为1100kvar。按用途分：高压交流滤波电容器，交流电动机电容器，耦合电容器，电容分压器，电热电容器，断路器电容器，脉冲电容器，防护电容器，直流滤波电容器等。按结构分：电解电容器，纸、膜、复合介质电容器，金属化、金属箔电容器，自愈式电容器，压缩气体电容器，浸渍、干式、水冷式电容器。(2)电容器的型号电容器的型号由系列代号、介质代号、设计代号、额定电压、额定容量、相数或频率、尾注号或使用环境等部分组成，符号代号一般用汉语拼音字头表示。3.2.2同步调相机同步调相机是最早采用的一种无功功率补偿设备。它能提供短路电流，动态响应时间较快，在动态过程中是支撑电压的一种重要手段。同步调相机是一种特殊设

33、计的，显著过励磁或欠励磁，只能发出或吸收无功功率的发电机，总是在cos0的工况下运行，需要消耗电力系统中一定的有功功率，维持自身的运转。过励磁运行时相当于并联电容器，发出无功功率：欠励磁运行时相当于并联电抗器，吸收无功功率。调相机可用来改善电网的功率因数，或用作调整输电线路终端和中间各点的电压数值。3.2.3静止无功补偿装置静止无功补偿装置是由并联电容器C和各种容量无级连续可调的并联感性无功设备L联合组成的一种装置，简称静补。它可以进相、滞相运行，向电力网提供可快速无级连续调节的容性和感性无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量。静止无功补偿装置可分为电磁型和晶闸管控制型两大类，晶闸管

34、控制型又可分为开关控制和相位控制两种。3.2.4电抗器电抗器是在电路中用于限流、稳流、无功补偿、移相等的一种电感元件。(1) 电抗器的分类按绕组内有无铁芯分：空心式、铁芯式和饱和式电抗器。按绝缘介质分：油浸式和干式电抗器。按用途分：限流电抗器、并联电抗器、消弧线圈、中性点电抗器、启动电抗器、滤波电抗器、阻波器、阻尼电抗器、平波电抗器、电炉电抗器和调节用电抗器。(2) 电抗器的型号电抗器型号的构成有几种形式，主要由产品型号代号、设计序号、额定容量（kvar）、电压等级（kv）、额定电流（A）、电抗()和尾注等组成。3.3无功补偿容量的确定无功补偿装置的用途就是为电网补偿无功功率，但是对电网的无功

35、补偿容量不是随意的，需要根据电网的运行情况来确定，因此确定无功补偿容量成为必不可少的步骤。确定无功补偿容量最直接的方法就是从提高功率因数的需要来确定补偿容量。如果补偿线路有功功率为P1，补偿前的功率因数为cos1，补偿后的功率因数为cos2，则补偿容量可以用下述公式计算: (4-1)上式中QC表示线路中需要的补偿容量。有时，为了迅速的求出补偿容量，可用查表法。对于补偿后的功率因数cos2的设定要适当，通常设为0.91.0之间的某个合适的值，该值不宜设的过高。例如对于一个有功功率为100kw功率因数为0.75的待补偿线路，如果将功率因数补偿到0.9，按照式4-1计算所得的补偿容量为39.5kva

36、r，如果将功率因数补偿到1.0，计算所得的补偿容量则为88.2kvar，可以看出，在超过0.9的高功率因数下进行无功补偿其效益将显著下降。所以可能的情况下可以将补偿后功率因数适当设置的低些。对于并联电容器组补偿方式来说，电力电容器组额定容量与其接线方式有关。对于三相电路，电容器容量为: (4-2)上式中：QC表示电容器容量，单位kvar f为交流电网的频率，f=50Hz U为相电压，单位kV C为单相电容器值，单位µF对于三相三角形接线的系统，线电压等于相电压，而对于三相星形接线的系统，线电压等于相电压的倍，对于同样的电容器组三角形接线的无功出力是星形接线的3倍，这也是将并联电容器组

37、以三角形连接并联于电网的原因。4 电力电容器电力电容器是电力系统中的无功补偿设备之一，它具有无噪音、消耗能量小、安装方便等优点，被广泛应用在10kV配电线路、变电站10kV母线及配电所400V母线中。它安装在电力系统中，可以补偿无功功率，提高功率因数，从而提高设备出力，降低功率损耗和电能损失，并改善电压质量，所以在10kV配电线路、变电站10kV母线及配电所400V母线上应用较为普及。在电力系统中多数采用并联电容器作为无功补偿设备。4.1电容器组投入和退出运行(1)正常情况下，电容组的投入和退出运行应根据系统无功负荷潮流或负荷功率因数以及电压情况来决定，一般情况下，当功率因数低于0.85时投入

38、电容器组，功率因数超过0.95且有超前趋势时应退出电容器组。当电压偏低时可投入电容器组。(2)当电容器组母线电压超过电容器额定电压的1.1倍或者电流超过额定电流的1.3倍以及电容室的环境温度超过±45时，均应将其退出运行。(3)当电容器组发生下列情况之一时，应立即退出运行：电容器发生爆炸；电容器套管发生破裂并有闪络放电；电容器严重喷油或起火；电容器外壳明显膨胀，有油质流出或三相电流不平衡超过5%以上，以及电容器或电抗器内部有异常声响；接头严重过热；电容器内部或放电设备严重异常响声。4.2并联电容器的补偿方式并联电容器组是电网中使用较广的一种专用于无功功率补偿的设备，它以其低廉的价格、

39、方便的使用而受到广泛使用。其补偿原理前文己有叙述，这里不再介绍。按照电容器组安装位置的不同，并联电容器组无功功率补偿方式一般可以分为集中补偿方式、分散补偿方式和单机就地补偿方式三种。(1)集中补偿方式：将电容器组直接安装在变电所的610KV母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所的供电范围内无功功率基本平衡。可以减少高压线路的无功损耗，而且能够提高供电电压质量。(2)分组补偿方式：将电容器组分别装设在功率因数较低的终端配电所高压或低压母线上，也称为分散补偿。这种方式具有与集中补偿相同的优点，仅无功补偿容量和范围相对小些。但是分组补偿效果比较明显，采用的较为普遍。(3)就地补偿方式：将电

40、容器或电容器组装设在异步电动机或者电感性用电设备附近，就地进行无功补偿，也称为单独补偿或个别补偿方式。这种方式既能提高为用电设备供电回路的功率因数，又能改善用电设备的电压质量，对中小型设备十分适用。4.3并联电容器的接线方式电容器接线方式不同，相应的补偿方式也不同。在无功补偿中，线路的补偿电容器组有如下三种接线方式：三角形接法(接法)、星形接法(Y接法)、三角形和星形相结合接法(-Y)，相应的补偿方式也就分为三相共补、三相分补、三相共补与三相分补相结合的方式。三角形接线对应于三相共补的方式。如图2.3所示。传统的低压补偿大都是采用三相共补的方式，根据控制器统一采样，各相投入相同的补偿容量。这种

41、补偿方式适用于三相负载基本平衡、各相负载的功率因数相近的网络。图5-1并联电容器的接线方式星形接线对应于三相分补方式。三相分补方式就是各相分别取样，按照需要分别投入不同的补偿容量。此种方法适用于各相负载相差较大，其功率因数值也有较大差别的场合。与三相共补不同的是：控制器分相进行工作,互不影响。当然,其价格高于三相共补的装置,一般要贵20%30%。三角形和星形相结合接线对应于三相共补与三相分补相结合的方式。三相共补部分的电容器为接线，三相分补部分的电容器为Y接线。采用此种接线方式的补偿装置，运行方式机动灵活。4.4电容器组的运行注意事项(1)三相电流相差不得超过±5%；(2)电容器的容

42、量偏差不额定值的5%10%；(3)高压套管爬距应小于350mm;(4)在使用环境温度内电容器在额定容量下连续运行时，其内部油温不得超过65；(5)正常运行情况下电容器组的操作原则：当变电站电容器组的母线全停电时，应先拉开电容器组分断路器，后拉开该母线上各出线断路器；当该母线送电时，则应先合上各出线断路器，后合上电容器组断路器；(6)当10kv母线失压后，应待母线电压恢复正常后方可将电容器组投入运行；(7)电容器组断路器若带电容器组拉开后，一般应间隔5min后才能再次合闸操作；(8)电容器停用后应经充分放电后才能验电、装设接地线，其放电时间不得少于min，若有单台熔丝熔断的电容器，应进行个别放电

43、；(9)当系统发生单相接地时，不准带电检查该系统上的电容器组；(10)退出电容器时，必须注意是否会造成主变过负荷；(11)电容器组断路器跳闸后，不准强行送电；4.5电容器组的运行维护(1)对电容器外壳应定期进行油漆。(2)电容器每季应停用清洁检查、测量一次，其项目有：测量放电线圈是否通路；用手触摸验查每个电容器外壳温度情况；检查套管、瓷瓶及电容器箱壳是否完好；检查构架、遮栏及接地是否牢固；进行全面清洁工作(包括套管、瓷瓶、电容器外壳、放电线圈、串联电抗器等)。5 硬件设计在一系列的理论分析之后，本次设计将采用根据功率因数来确定补偿容量的方法，再根据当前无功补偿技术的发展状况，我们采用TSC并联

44、电容器型的无功补偿装置。它具有连线和控制方式简单，电容使用效率高及不产生谐波污染等优点。5.1 无功补偿装置的技术要求5.1.1补偿控制应符合技术条件1、 控制方式：可控硅与接触器联合控制，即在投切时采用可控硅，正常运行时采用接触器的方式。2、 工作方式：动态跟踪，逻辑判断，自动及时补偿容量。3、 控制物理量：以无功功率电容器的投切。4、 补偿方式：采用三相共补5、 自动延时功能：电容器投切延时至少10秒，同组电容器的投切间隔时间大于5分钟 。6、 保护功能：过电压快速切断功能：当电网电压大于高压保护值时，自动切除全部电容器。短路保护：由快速熔断器和空气开关双重保护。7、 现场参数显示：可现场

45、显示电网运行参数，比如电压、电流、功率因数。5.1.2测量精度1、电压、电流：1.0级2、有功功率、无功功率、功率因数：1.0级5.1.3控制器原理由以上功能，可得到控制器的机构图如下 图3.1 控制器结构原理图5.2 硬件介绍5.2.1CPU AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。主要性能参数：n 与MCS

46、51产品指令系统兼容n 4K字节可重复擦写Flash闪速存储器n 1000次擦写周期n 全静态操作：0Hz24MHzn 三级加密程序存储器n 1288字节内部RAMn 32个可编程I/O口线n 2个16位定时/计数器n 6个中断源n 可编程窜行UARTn 低功耗空闲和掉电模式管脚说明：     VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流，当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进

47、行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存

48、取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚         备选功能P3.0 

49、60;    RXD（串行输入口）P3.1       TXD（串行输出口）P3.2       /INT0（外部中断0）P3.3       /INT1（外部中断1）P3.4       T0（记时器0外部输入）P3.5       T1（记时器1外部输入）P3.6        /WR（外部数据存储器写选通）P3.

50、7        /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

51、此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。5.2.2A/D转换器选型ADC0809是一种8路模拟输入逐次比较型A/D转换器，由于价格适中，与单片机的接口、软件操作均比较简单，目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。ADC080