1本科毕业论文（设计）低压无功补偿控制器的设计系 （部）信息工程系 专 业自动化学 号201207022141 学生姓名崔民正 指导教师贺焕林 提交日期2014年 月 日中工 信商 2013-JX16-目录第一章 (1)1．1 研究背景 (1)1．2 无功补偿装置的发展状况 (1)1．3 本课题主要研究的内容 (4)第二章无功补偿的原理 (5)2．1 无功补偿的原理 (6)2．2 低压电网中的几种无功补偿的方式 (8)2．3 确定补偿容量的几种方法 (9)2．3．1 从提高功率因数需要确定补偿容量 (9)2．3．2 从降低线路有功损耗需要来确定补偿容量 (9)2．3．3 从提高运行电压需要来确定补偿容量 (10)2．4 本章小结 (10)第三章硬件设计 (11)3．1 无功补偿装置的技术要求 (11)3．1．1 补偿控制应符合技术条件 (11)3.1.2 测量精度 (11)3.1.3 控制器原理 (11)3．2 硬件介绍 (12)3．2．2 A/D转换器选型 (14)3．2．3 看门狗 (16)3．2．4 LCD显示 (17)3．3 模拟信号调理电路 (19)3．3．1 互感器信号转换及电流—电压转换电路 (19)3．3．2 电压、电流采样及信号处理电路 (20)3．4 输出控制电路 (21)3．5 本章小结 (22)第四章软件设计 (23)4．1 投切原则 (23)4．2 功率因数计算 (24)4．3 本章小结 (26)第五章总结与展望 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录1：硬件结构图 (30)附录2 ：软件程序 (30)摘要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51AT单片机，该单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的89CCMOS 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0809ADC，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Design of low voltage reactive power compensation controllerAbstractWhat 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 reactive power compensation, this equipment is basis on the electrical network monitor data ,and provides reactive power for city’s 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 the 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;On the software，Using assembly language to compile，Follow the principle of modular ，To improve the degree of versatility and easy maintenance of the system design;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 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 merit.Key Words:Reactive power compensation SCM(Single Chip Micyoco) Low voltage第一章1．1 研究背景目前，我国的电网，特别是广大的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损较大的情况。
导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数较低。
比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的70%，而由于设计和使用等方面的原因我国电动机的功率因数往往较低，一般约为70.0cos =φ。
在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分必要的，世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分。
从我国电网功率因数和补偿深度来看，我国与世界发达国家有不小差距。
因此大力推广无功补偿技术是非常必要的，并且从以下数据，我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。
2007年 ，我国年总发电量为32559亿千瓦时，统计线损率为8.77%，但是这个数字没有包含相当大的110千伏、35千伏、10千伏的输电线损及0.38千伏的低压电网线损。
据报道，估计实际的统计线损率约为15%，即2007年全国年线损量约为4800亿千瓦时。
设全国的理论线损与统计线损相一致，其中可变线损约占理论总线损的80%，则年可变线损电量约为3900亿千瓦时。
设当前全国电力网总负荷的当前功率因数85.0cos =φ，采用无功功率补偿后，把电力网总负荷的功率因数提高到95.0cos =φ，则每年可以降低线损约为390亿千瓦时，按0.5元每千瓦时计，价值约为185亿元。
设2007年全国电网的最大负荷利用小时数为5000小时，则电网的最大负荷约为2亿千瓦，当用无功功率补偿法把功率因数85.0cos =φ,提高到95.0cos =φ，全国电网需总补偿容量约为0.58亿千瓦。
当前无功功率补偿装置设备主要为电力电容器，设无功补偿设备每千瓦的平均综合造价为50元，则全国无功补偿装置的总投资约为29亿元。
应当指出，节省240亿千瓦时约相当于一座400万千瓦火电厂的年发电量，而建一座400万千瓦的火电厂需综合费用约为300亿元，同时每年需燃烧煤约为1200万吨，每年产生2CO ,2SO 等有害物质约为600万吨。
由此可见，产生相同的电力，无功补偿的费用约为新建电厂费用10%，而且无功补偿设备的费用仅需两个月的无功功率补偿的将损节电费用即可全部收回。
综上所述 ，无功补偿不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节省燃煤及污染等作用，同时还可以提高电力系统设备的供电能力，改善电压质量，减少用户电费开支，延缓用户的增容改造等作用。
1．2 无功补偿装置的发展状况近20年来，世界各地（包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯、日本等国）发生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重视。
持续了短短72 小时的8.14 美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社会影响，这次事故提醒人们，电网运行要有足够的无功备用容量，无功不能靠远距离传输，在电力市场环境下，必须制定统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用。
在我国也曾多次发生电压崩溃事故，如1993 年和1996 年南方电网的几次事故，这些事故都促使人们采取各种措施以维持电网稳定。
早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。
至今并联电容器仍是一种主要补偿方式，应用范围广泛，只是控制器在不断的更新发展。
同步补偿器的实质是同步电机，当励磁电流发生改变时，电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行有好处。
但同步补偿器成本高，安装复杂，维护困难，使其推广使用受到限制。
随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿技术也随之发展。
在第一个工业用晶闸管出现之前，电子半导体由于功率过小，在直流传动，交流传动，电磁合闸，交流不间断电源和无功补偿等领域内一直没有得到应有的推广使用。
晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生，并以此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的发展，新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变革，如交流变频调速技术的蓬勃发展。
同样电力电子技术对无功补偿技术也带来了新的发展锲机。
无功补偿技术和电力电子技术的结合主要有以下三方面：1．是作为投切电容器的开关。
因为电力半导体开关的响应时间短(PS级)，所以能够选择电容的投切角度，实现零电压投切，避免了涌流的产生，提高了电容器使用的可靠性和电力系统的稳定性。
现代并联电容器补偿装置中的输出回路就引进了该项技术。
2．是作为无功输出的调节开关。
由于电力电子器件的高开关频率，使其能够方便地控制电容器电流的导通角，从而实现无功的连续调节，快速跟踪负载无功的变化。
静止型无功补偿器是其中的代表。
3．是引入电力电子变流技术，将变流器作为无功电源来调节无功的输入和输出，起到补偿负载无功的作用。