1、桂林电子科技大学毕业设计1摘 要无功 功 率是 影 响电 力 系统 稳定 的 一个 关 键因 素 。它 关 系到 整 个系 统 能否 安全稳 定 运行 。 随着 科 技的 进步 与 发展 ， 现代 设 备工 作 时所 需 要的 无 功 率逐 步增大 ， 且无 功 功率 在 电力 网络 中 的分 布 越来 越 复杂 。 因此 对 无功 补 偿的 要求 也日益 提 高， 许 多传 统 的无 功补 偿 方式 和 设备 越 来越 不 适应 当 前发 展 的需 要。本文 首 先介 绍 了无 功 补偿 的发 展 及现 状 ，重 点 涉及 了 基于 单 片机 控 制的 静态无 功 功率 补 偿系 统 （ S
2、VC） 。 本 文以 三 相对 称 正弦 交 流电 为 基础 。 硬件 上， 采用 Intel 公 司 16 位单 片 机 80C196KC 作 为主 控 制芯 片 ，通 过 信号 调 理电 路对 三相电压 、电 流 信号 进 行采 样， 用 TSC 并 联电 容 器组 作 为无 功 补偿 装 置， 其中 输出驱 动芯片 采 用 MOC3061 芯片 控 制进 行 过零 投 切。 软 件 上 以 80C196KC 单 片 机为控制 核 心，通 过编 程完 成 AD 采样 ， 电 压 电 流及 功 率因 数 的 相 关 计算 ， 并 实 现对 输出 电 容器组 投切 控 制。 该系 统 由大 功
3、 率晶 闸 管电 路 对多 级 电容 器 组进 行自 动投切 ，能 够对 线 路 无 功 功率 进 行实 时 补偿 。其 无 触 点不 发 热 、 小 冲 击、 过 零投切、 安 全可靠 、免 维 护， 实现 了 自动 补 偿、 无 人值 守 的功 能 ，解 决 了以 往有 触点投 切 工作不 可靠 、 故障 率高 、 维护 量 大、 使 用寿 命 短等 缺 点。关键 词 ：电 力 补偿 ；8 0C196KC； 控 制 系统 ； 单片 机AbstractReactive power is a key factor that impacts power system stability. It
4、relates to the safe and stable operation of the whole system. With the progress of science and technology, the reactive power is needed to increase gradually, and it becomes more and more 桂林电子科技大学毕业设计2complicated in the distribution of electricity network. Therefore the requirement of reactive power
5、 compensation is increasing; many of the traditional way of reactive power compensation are less to the current development needs.This paper describes the current situation and the development of reactive power compensation, involving the static-based SCM system reactive power compensation (SVC). In
6、 this paper, taking three-phase symmetric sinusoidal alternating current as a starting point. Hardware based on 16 bit microcomputer 80C196KC of Intel corporation as the main control chip, through the signal circuit for three -phase current and voltage signal sampling, the use of TSC shunt capacitor
7、 set as reactive compensation devices, including output driver MOC3061 chip control chip adopt zero cutting. Software based on 80C 196KC single- chip microcomputer as control core, through programming complete AD sampling, complete voltage, current, and power factors calculation, and achieve switch-
8、on and switch-off of capacitors control. This system consists of high- power thyristor circuit of multilevel capacitor set to switch-on and switch- off automatically, can achieve real- time power compensation for line recite voltage The system is non-contact ,non- fever, small and crossing zero impa
9、ct cutting, safe and reliable, free maintenance. It has accomplished the function of automatic compensation and the unattended operation, solved the contacts are cutting work is not reliable, the high failure, lots of maintenance, short life, etc.Key Words： electric power compensation； 80C196KC； con
10、trol system； single chip目 录桂林电子科技大学毕业设计3引 言随着 国 民经 济 的快 速 发展 ，用 电 负荷 的 不断 增 加， 电 网的 经 济运 行 日益 受到重 视 。降 低 网损 ， 提高 电力 系 统输 电 效率 和 电力 系 统运 行 的经 济 性是 电力 系统运 行 部门 面 临的 实 际问 题， 也 是电 力 系统 研 究的 主 要方 向 之一 。 特别 是随 着电力 市 场的 实 行， 输 电公 司( 电网 公 司) 通过 有 效的 手 段， 降 低网 损 ，提 高系 统运行 的 经济 性 ，可 给 输电 公司 带 来更 高 的效 益 和利 润 。
11、无 功 功率 补 偿是 电力 系统安 全 经济 运 行研 究 的一 个重 要 组成 部 分。 通 过无 功 补偿 技 术不 仅 可以 维持 电压水 平 和提 高 电力 系 统运 行的 稳 定性 ， 而且 可 以降 低 网损 ， 使电 力 系统 能够 安全经 济 运行 。桂林电子科技大学毕业设计41 课题绪论1.1 课题研究背景与意义工业 和 生活 用 电负 荷 中， 阻感 负 载占 有 很大 的 比例 。 异步 电 动机 和 变压 器就是 其 中的 一 种。 这 些用 电设 备 要消 耗 大量 的 无功 功 率。 如 普通 异 步电 动机 的功率 因 数为 0.4-0.8， 直 流 电动 机
12、的功 率 因数 大 约 0.35-0.7。 如果 功率 因 数为0.707， 就 意 味着 负 载的 有 功 率 等于 无 功 率 。 无功 功 率将 大 量消 耗电 网 的电能。 倘 若功 率 因数 由 0.7 补偿 到 0.95， 则 节省 了 约 25%的 电 能。 因 此无 功 率如果 不 能 及 时 地得 到 补偿 ，就 会 对电 网 的安 全 、 稳 定 运行 产 生不 利 影响 。因此 ， 实现 无 功 率 补偿 ，提 高 功率 因 数对 电 力系 统 运行 有 重要 意 义。具体如 下 ：(1) 减 少设 备 容量 。 无 功 功率 的 增加 ， 会 导 致电 流 增大 和 视
13、在 功 率增 加， 从而使 发 电机 、 变压 器 及其 他电 气 设备 容 量和 导 线容 量 增加 。 同时 ， 电力 用户 的 桂林电子科技大学毕业设计5起动 、 控 制设 备 及测 量 仪表 的 尺寸 和 规格 也要 加 大 。 因此 对 设备 进行 无 功补 偿，可以 提 高设 备 利用 率 ，减 少设 备 容量 。(2)降低 设 备及 线 路损 耗。 无 功 率 的增 加 ，使 总 电流 增 大， 因 而使 设 备及线路 的 损耗 增 加。 设 线 路总 电 流 为I= Ip+Iq， 线 路 电 阻为 R， 则线 路 损耗 P 为：P I 2 R （ I2p+I2q） R （ 1-
14、1）UQP2式 中 ,这 一 部分 损 耗就 是 由无 功 功率 引 起的 。 可 见 ， 减 小 Q有 利于 降低设UQ备和线路的损耗。(3)降低 线 路及 变 压器 的电 压 降。变压 器 是电 力 系统 的 又一 无功 功 率消 耗 大户 。 变 压器 的 无功 功 率消 耗 包括励 磁消 耗 和漏 抗 中的 消 耗两 部分 ： 励 磁 消耗 基 本上 等 于空 载 损耗 电 流的 百 分值 ，约为 1%-2；绕组漏 抗 消 耗 在 变压 器 满载 时 基 本 上 等于 短路 电 压的 百 分值 ， 约 为10%。 因此 ， 从 电 源到 用 户需 要 经过 好几 级 变压 ， 其 无
15、功 率 消耗 的 数值 是 相当 可观的 。 通过 相 关理 论 的学 习， 可 知， 有 功 率 的波 动 一般 对 电网 电 压影 响较 小 ，电网 电 压的 波 动主 要 是由 无功 功 率的 波 动引 起 的电 动 机在 起 动期 间 功率 因数 很低， 这 种 冲 击 性 无 功 率 会 使 电网 电 压剧 烈 波动 ， 甚 至 使接 在 同一 电 网上 的用 户无法 正 常工 作。 电 弧炉 、 轧 钢 机等 大 型设 备 会产 生 频繁 的 无功 功率 冲 击， 严重 影响电 网 供电 质 量， 所 以及 时地 补 偿无 功 功率 有 利于 电 网的 安 全、 稳 定运 行。1.
16、2 基 本任 务 与要 求我们 知 道， 电 力补 偿 装置 是对 电 网实 施 无功 补 偿，提 高 电网 的 功率 因 数， 让 无功 功 率 基 本就 地 平 衡 ，降 低 线损 ，改 善 电 压 质 量和 提 高 线 路及 变 压 器的输送 能 力 。 随 着 社会 的 发展 ， 传 统的 补 偿方 法 越来 越 不能 够 满足 与当 前 的需 求，积极探 索 新 的 补偿 办 法 事 在 必行 。 而 目 前计 算 机 技 术充 分 快 速 发 展, 在 各 领域包括电 力 领 域 的到 了 广 泛 应 用， 大 有 取 代传 统 无 功 补偿 之 势 。 基 于此 ， 本 设计的思
17、 想 是 以In tel 公 司 的1 6 位 80C196KC 单片 机 为核 心 ，通 过 本次 尝试 ,实现单 片机控 制 的 电力 无 功 补 偿 系 统 ， 完 成 驱动 模 拟 输 入 电 路 对 三 相 电压 、 电 流进行 采样 ,计算 功 率 因 数并 控 制 对 输出 单 元 控 制电 容 器 组 的投 切 ，从 而 实 现对电网 无 功 率的补 偿 。1、 毕业 设 计（ 论 文） 的主 要 内容（1 ）了 解 基于 无 功 率跟 综 的电 力 补偿 器 工作 原 理， 确 定电 力 补偿 方 法 ；（ 2） 计 以 80C196KC 单 片 机为 控 制核 心 的大 功
18、 率晶 闸管 电 路无 触 点投 切 电路 ，对 多 级 电容 器 组进 行 自动 投切 ， 实现 线 路 的 无 功 率 实时 补 偿。 具 体包 括：a、 系统 硬 件设 计 ：模 拟输 入 电路 （ 三相 电 压和 电 流信 号 采集 ）；80C 196KC中央 控 制电 路 设计 ；M OC3061 输 出电 路 设计 等 。b、系 统软 件 设计 ：主 程序 、A/D 转 换 子程 序 、投 切 子 程序 、电 压投 切子 程序、 电 流计 算 子程 序 、输 出子 程 序、 软 件定 时 器中 断 服务 程 序。2、 实现 的 主要 功 能桂林电子科技大学毕业设计6由大 功 率晶
19、闸 管电 路 对多 级电 容 器组 进 行自 动 投切 ，对 线路 无 功 率进 行 实时 补 偿。 该 补偿 器 无触 点不 发 热、 小 冲击 、 过零 投 切、 安 全可 靠 、免 维护 。控制 部 分采 用 了80 C196KC 单 片 机为 核 心的 控 制器 ，实现 了 自动 补 偿、 无 人值守。他 解决 了 以往 有 触点 投切 工 作不 可 靠、 故 障率 高 、维 护 量大 、 使用 寿命 短等特点 。3、 主要 参 数、 技 术指 标（ 1）系 统 计算 需 要对 交流 电 一个 周 期2 0ms 内 对三 相 电 压U 、电 流I 进 行采 样 , 要求 一 个周 期
20、内采 样次 数 至少 在 100 次 以上 。（ 2）要 求 补偿 后 功率 因数0.95。 2 无功功率补偿2.1 无功补偿理论2.1.1 概述无 功 率 在 电 气 技术 领 域 是 个 必不 可 少 的 重要 物 理 量 。 变化 的 磁 场 产生 变化 的电 场 ， 变 化的 电 场 产 生 变化 的 磁 场 ，这 正 是 无 功 率 交 换 的 规律 。 因 此有磁 场空 间 和 电 场空 间 才 能 存 在无 功 功 率 产生 的 空 间 。而 电 力 系 统 网络 中 不 仅大多 数负 荷 要 消 耗无 功 功 率 ， 而且 大 多 数 网络 组 件 也 要消 耗 无 功 功 率
21、。 因 此 电力系 统中 网 络 组 件和 负 荷 需 要 的无 功 功 率 必须 从 网 络 中某 个 地 方 获 得。 如 果 这些所 需要 的 无 功 功率 由 发 电 机 提供 并 经 过 长距 离 传 送 ，显 然 是 不 合 理的 ， 通 常也是 不可 能 的 ； 如果 这 些 所 需 要的 无 功 功 率不 能 及 时 得到 补 偿 ， 电 力系 统 的 安全运 行以 及 用 电 设备 的 安 全 就 会受 到 影 响 。所 以 无 功 补偿 一 直 是 电 力系 统 必 须解决的 问 题， 对 电力 系 统有 着重 要 意义 ， 概括 起 来有 ：（1 ）稳 定 受电 端 及电
22、 网的 电 压， 提 高供 电 质量 。（2 ）提 高 供用 电 系统 及负 载 的功 率 因数 ， 降低 设 备容 量 ，减 小 功率 损 耗。（3 ）改 善 系统 的 稳定 性， 提 高输 电 能力 ， 并提 供 一定 的 系统 阻 尼。（4 ）提 高 发电 机 有功 输出 能 力。（5 ）减 少 线路 损 失， 提高 电 网的 有 功传 输 能力 。（6 ）降 低 电网 的 功率 损耗 ， 提高 变 压器 的 输出 功 率及 运 行经 济 效益 。（7 ） 降 低 设备 发 热， 延长 设 备寿 命 ，改 善 设备 的 利用 率 。（8 ） 高 水 平 衡 三相 的有 功 功率 和 无功
23、 功 率。（9 ） 避 免 系统 电 压崩 溃和 稳 定破 坏 事故 ， 提高 运 行安 全 性。2.1.2 无功功率理论电网 中 的许 多 用电 设 备是 根据 电 磁感 应 原理 工 作的 。 它们 在 能量 转 换过 程 中建 立 交变 磁 场， 在 一个 周期 内 吸收 的 功率 和 释放 的 功率 相 等， 这 种功 率叫 无功 率 。电 力 系统 中 ，不 但有 功 功率 平 衡， 无 功 率 也要 平 衡。有功 功 率、 无功 率 、视 在功 率 之间 的 关系如 图2 -1 所 示S=P+Q （ 2-1） 式 中 ：桂林电子科技大学毕业设计7S视在 功 率， KvaP有功 功
24、率， kW Q无功 率, kvar 角为 功 率因 数 角 ， 它 的 余弦 (cos )是有 功 率 与视 在 功率 之 比即 cos=P/S 称作 功 率因 数 。由功 率 三角 形 可以 看 ， 在一 定 的有 功 功率 下 ，用 电 企业功率 因数co s 越小 ，则 所 需的 无 功 率 越大 。图 2.1 功率三 角 形实 际中 ， 若 无 功 功率 不 是 由 电 容器 提 供 ， 则必 须 由 输 电 系统 供 给 。 为满 足用 电的 要 求 ， 供电 线 路 和 变 压器 的 容 量 需增 大 。 这 样， 不 仅 增 加 供电 投 资 、降低 设备 利 用 率 ，也 将
25、增 加 线 路损 耗 。 为 此， 国 家 供 用电 规 则 规 定 ：无 功 电 力应就 地平 衡 ， 用 户应 在 提 高 用 电自 然 功 率 因数 的 基 础 上， 设 计 和 装 置无 功 补 偿设备， 并 做到 随 其负 荷 和电 压变 动 及时 投 入或 切 除， 防 止无 功 倒送 。2.1.3 正弦电路的无功 功率理论1、 单相 正 弦交 流 电经典 无 功 率 及功 率 因数 的概 念 是建 立 在线 性 正弦 交 流电 路 基础 上 的 。 在正 弦交 流 电路 中 ， 负荷 是 线性 的 ， 电 路 的电 压 和电 流 都是 正 弦波 。 设 电压 、 电流瞬时 值 u
26、、 i 的 表 达式 分 别为u sin(t ) （2 -2）U2i sin(t ) cos sin(t) sin cos(t) ip + iqII2I2式 中U电 压 u 的 有 效值 ；I电 流 i 的 有 效值 ； 电 压 u 与 电流 i 的 相 位差 ；ip 和 电 压 u 同相 的 电流 分量 ；iq 和 电 压 u 同相 的 电流 分量 ；电 流 i 被 分 解为 与 电压 相位 相 同的 分 量 ip 和与 电 压 相 位相 差 90 度 的 分量 iq ，则其 ip 和 iq 分别 为 ：Ip=cos cos(t ) （ 2-3）iq=- sin cos (t )2电路 的
27、瞬时 功 率 p 为 ：P=ui （ 2-4）瞬时 功 率 p 在一 个 周期 内的 平 均功 率 P 为 ：P= = (uip+uiq)dt=Tpat01uidtT0T01cos （1-cos2 d( )=UI cos201UIt桂林电子科技大学毕业设计8(2-5) 式中 的 P UI cos 是消 耗 在电 阻 元件 上的 平 均功 率 ，常 称 为有 功 功率 。 电路的 无功 功 率定 义 为：Q =UI sin （2-6）Q 表 示 了 这 种能 量 交换 的幅 度 ,在 单 相电 路 中， 这 种能 量 交换 通 常在 电 源和具有 储 能元 件 的负 荷 之间 进行 。 因此 ，
28、u ip 称 为 正 弦 电路 的瞬 时 有功 功 率； u iq 弦电路的瞬时无功功率 ， 真 正的 功 率消 耗 是由 被 积函 数 的第 一 项功 率 ，i p 称为瞬时有功电流分量，i q 称为瞬时无功电流分量。由式 可 知， 当电 流 的相 位 滞后 电 压时 ， Q为正 ， Q是消 耗 在感 性 负荷 的 无功 功率 ， 当 电 流的 相 位超 前 电压 时 ， Q为负 ， Q是 消 耗 在 容 性负 荷 的无 功 功率 。 因此 通常规 定 感性 无 功 率 为正 ，容 性 无功 功 率为 负 。对于 发 电机 和 变压 器 等电 气设 备 来说 ， 其 额定 电 流与 导 线的
29、 截 面积 及 铜损耗有关 ， 其 额 定电 压 和绕 组 电气 绝 缘有 关， 在 工作 频 率一 定 的情 况下 ， 其额 定电压还和 铁 心尺 寸 及铁 心 损耗 有关 。 因 此 工程 上， 常 把电 压 电流 有 效值 的 乘积 作为电气设 备 功率 设 计极 限 ，这 个值 也 就是 电 气设 备 最大 可 利用 容 量， 称 为视 在功率 。视在 功 率定 义 为：S=UI （2-7）功率 因 数定 义 为有 功 功率 与视 在 功率 的 比值 。 cos (2-8)SP由此 看 出 ， 在 正 弦电 路中 ， 功 率因 数 由电 压 和电 流 之间 的 相角 差 决定 。 在这
30、种 情 况 下 ,功 率 因 数常 用 cos 来表 示。 因 此， 在 单相 正 弦电 路 中， 功 率因 数有明确 的物 理 意义 ,它就 是电 压 和电 流 之间 的 相角 差 的余 弦 值。由式 可得 满 足如 下 关系 ：S2=P2+Q2 (2-9)需要 指 出的 是 ，视 在 功率 只是 电 压和 电 流有 效 值的 乘 积， 它 并不 能 准确 反映能 量 交换 和 消耗 的 强度 ， 并 且在 一 般电 路 中， 视 在 功率 并 不遵 守 能量 守 恒定 律。在线 性 交流 电 路中 ， 当 电流 和 电压 均 为正 弦 波时 ， 无 功 功率 是 代表 负 荷与 电源 之间
31、能 量 来回 交 换的 一 种量 度， 它 是电 路 中储 能 元件 与 电源 间 交换 功 率的 最大 值 。无功 功 率表 示 有能 量 交换 ， 但 不消 耗 功率 ， 而 且 一般 只 有当 有 储能 元 件时 才会 有这种 能 量交 换 。2、 三相 正 弦电 路 的无 功 率 和功 率 因数三相 正 弦电 路 的总 有 功 率定 义 为各 相 有功 功 率之 和 。三 相 正弦 电 路的 总 视在 功 率 至 今 还没 有 一个 统一 的 定义 。 定 义 之一 为 ： 若 设三 相 正弦 电 路的 总有 功 功率 为 P，那 么 三相 正 弦电 路的 总 视在 功 率定 义 之一
32、 为 ：S (2-10)2Q由于 三 相正 弦 电路 的 总视 在功 率 至今 还 没有 一 个统 一 的定 义 ，从 而 导三 相功 率 因 数 至 今也 还 没有 一个 统 一的 定 义， 三 相 功 率 因数 定 义之 一 为 ：桂林电子科技大学毕业设计9cos (2-11)SP uAiA +uBiB + uC iC (2-12)p在三 相 对称 正 弦电 路 中， 各相 视 在功 率 、功 率 因数 也 均相 同 。由 式 可知 ， 三相 对 称正 弦 电路 的 总视 在功 率 等于 各 相视 在 功率 之 和 ,三 相 对称 电 路的 功率 因数等 于 单相 功 率因 数。 因 此
33、， 三 相 对称 电 路的 总 视在 功 率和 功 率因 数 也有 明确 物理意 义 ， 三 相 总 视 在功 率 等 于 各相 电 压电 流 有效 值 的乘 积 之和 ， 三 相 不对 称正 弦电路 的 总视 在 功率 并 不一 定等 于 各相 视 在功 率 之和 ， 因 此， 三 相正 弦 电路 的视 在功率 和 功率 因 数失 去 了单 相电 路 的视 在 功 率 和 功率 因 数物 理意 义。 另 外， 在 三相对 称 正 弦 电 路中 ， 瞬 时功 率p 等 于三 相 平均 功 率， 也就 是 说瞬 时 功率 P等 于三 相有功 功 率 P, 这 是 三相 对称 正 弦电 路 的一
34、大 特点 。从上 述 无功 功 率定 义 可以 进一 步 得出 其 以下 几 个属性 ：(1)无功 功 率是 一 物理 量， 其 表达 式 为 Q UI sin 。 (2)无功 功 率是 一 个有 符号 的 物理 量 。(3)系统 中 无功 功 率可 以被 平 衡掉 ， 即 流入 某 节点 的 无功 功 率等 于 流出 某 节点的 无 功 率 。(4)对无 功 功率 进 行补 偿可 以 使功 率 因数 等 于 1。（5) 单相 无 功 率 与有 功 率 及视 在 功率 满 足直 角 三角 形 运算 关 系。(6)三相 无 功 率 与有 功 率 及相 量 视在 功 率满 足 直角 三 角形 运
35、算关 系 ， 而三相 无 功 率 与有 功 功率 及算 术 视在 功 率不 一 定满 足 直角 三 角形 运 算关 系。根据 本 次设 计 的相 关 要求 ，主 要 来研 究 三相 对 称正 弦 交流 电 路， 因 此， 关于非 正 弦的 相 关理 论 不再 赘述 。2.2 无功补偿装置无功 补 偿 的基 本 原理 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 。无功 功 率 补偿 是 保
36、持 电 网 高质 量 运行 的 一 种主 要 手段 ， 也 是当 今 电气 自 动化 技 术 及电 力 系统 研 究领 域所 面 临的 一 个重 大 课题 ， 正在 受 到越 来越 多 的关 注。电 网中 无 功 不 平衡 主 要 有 两 方面 的 原 因 ：一 方 面 是 输送 部 门 传 送 的三 相 电的质 量 不高 ， 一 方 面是 用 户 的 电 气性 能 不 够 好 。 这 两 方 面的 原 因 综 合 起来 导 致了无功 的大 量 存 在 。在 电 力 系 统 中， 电 压 和 频 率 是 衡 量 电能 质 量 的 两 个最 重 要的指标 。为 确 保 电 力系 统 的 正 常
37、运行 ， 供 电 电 压 和 频 率 必须 稳 定 在 一 定的 范 围内。 频 率的 控 制 与 有功 功 率 的 控 制密 切 相 关 ， 而 电 压 控 制的 重 要 方 法 之一 就是 对电力系 统 的无 功 功率 进 行控 制。 因 此， 进 行无 功 功率 补 偿是 非 常必 要 的。无功 补 偿 装置 经 过数 十 年 的发 展 ，形 成 了 种类 繁 多的 无 功 功率 补 偿装 置 。 根 据无 功 功 率 补偿 装 置 输 出 是否 能 跟 踪 电力 系 统 无 功 率 的 变 化 来分 类 ， 分为静 态无 功 补 偿 和动 态 无 功 功 率补 偿 。 根 据无 功 补
38、 偿 装置 是 否 拥 有 运动 部 件 来分类 ，可 分 为 运 动无 功 功 率 补 偿装 置 和 静 止无 功 功 率 补偿 装 置 。 根 据无 功 功 率补偿 装置 开 始 使 用的 时 间 ， 可 以分 为 传 统 无功 功 率 补 偿装 置 和 现 代 无功 功 率 补偿桂林电子科技大学毕业设计10装 置。 根 据 电 压的 等 级 的 不 同分 类 ， 可 以分 为 低 电 无功 功 率 补 偿 装置 和 高 压无功 功率 补 偿 装 置。 根 据 装 置 本身 有 无 自 带电 源 分 为 无源 无 功 功 率 补偿 装 置 和有源无 功 功率 补 偿装 置 。 静止 无 功
39、 率 补偿 装置 主 要有 电 力电 容 器 ， 电 力 电抗 器、静 止无 功 功 率 补偿 器 、 精 致 无功 功 率 发 生器 、 统 一 潮流 控 制 器 、 有源 电 力 滤波器 ，其 中 电 力 电容 器 和 电 力 电抗 器 为 传 统静 止 无 功 功率 补 偿 装 置 ，其 他 静 止无功 功率 补 偿 装 置属 于 现 代 静 止无 功 功 率 补偿 装 置 。 电容 器 、 电 抗 器、 无 功 功率补 偿器 属 于 无 源无 功 功 率 补 偿装 置 ， 精 致无 功 功 率 发生 器 ， 统 一 潮流 控 制 器、有 源电 力 滤 波 器属 于 有 源 无 功 率
40、补 偿 装置 。 传 统 静止 无 功 功 率 补偿 装 置 的最大 特征 是 补 偿 容量 不 能 随 负 荷无 功 功 率 容量 的 变 化 而变 化 ， 因 而 又称 静 态 静止无 功 率 补 偿 装置 。 现 代 静 止无 功 功 率 补偿 装 置 的 最大 特 征 是 补 偿容 量 能 随负荷 无功 功 率 容 量的 变 化 而 变 化， 因 此 又 称动 态 静 止 无功 功 率 补 偿 装置 。 每 种无功 率 补偿 装 置均 可 以分 为高 压 无功 功 率补 偿 装置 和 低压 无 功 率 补偿 装置 。2.2.1 传统补偿 装置传统 补 偿装 置 控制 无 功 率的 方
41、式很 多 ，可 采 用 :(1)同步 发 电机 同步 发电 机 是唯 一 的有 功 电源 ， 同时 又 是最 基 本的 无 功电源装 置 。 从系 统 观点 来 看， 它 的容 量 最大 ， 调 节也 最 方便 。 电 力系 统 中大 部分 无功功 率 需 求 都 是由 同 步发 电机 提 供的 。 同 步发 电 机在 过 励磁 和 欠励 磁 时可 以分 别发出 或 吸收 无 功 率。 调 整励 磁 电流 ， 使 其 在超 前 功率 因 数下 运行 ， 输出 有功 功率的 同 时输 出 无功 功 率(2)同步 电 动机 同步 电动 机 是一 种 除可 将 电能 转 换成 机 械能 外 ，还 可
42、 调节其励 磁 电 流 产 生无 功 功率 的旋 转 机械 ， 因 而 也是 一 种无 功 电源 补 偿装 置。 同步 电动机 的 优 点 是 ： 可在 功 率 因 数 超前 的 方式 下运 行 ， 输 出 无功 功率 ； 当 电网 频率不 变 时 ， 电 动机 的 转速 恒定 ， 且转 速 与负 载 情 况 有 关； 如果 采 用强 行励 磁 ，可提 高 供电 系 统的 稳 定性 。 但 这 种电 动 机的 价格 较 贵， 控 制设 备较 复 杂， 维护 也较麻 烦 。 与 前 者 的 区别 主 要 在 于同 步 发电 机 位于 发 电厂 ， 而 同步 发 电机 位于 大用户 处 。(3)同
43、步 调 相机 同步 调相 机 是一 种 特制 的 同步 电 动机 ， 轴 上不 带 机械 负 载， 专门 用 于补 偿 无功 功 率。 它能 在 过励 磁 运行 时， 向 系统 供 给感 性无 功 功率 ， 起 无功电 源 的作 用 ； 在 欠 励磁 运行 时 ， 从 系 统吸 取 感性 无 功 率 ， 起 无 功负 荷 的作 用。装有 自 动励 磁 装置 的 同步 调相 机 能根 据 电压 平 滑地 调 节输 入 或输 出 的无 功 率 。它是 一 种旋 转 机械 ， 有 功 功 率损 耗 较大 ， 运 行维 护 复杂 ， 响 应速 度 慢 。 主 要装 设于枢 纽 变电 所 。(4)并联
44、电 容器并联 电容 器 是指 并 联在 系 统的 电 容器 。 电容 器 是电 子 工业与电 工 设 备 中 的基 本 元件 之一 。 电 容 器就 是 储藏 电 荷的 容 器。 并联 电 容器 通过 吸收容 性 无 功 功 率来 补 偿感 性无 功 功率 和 增大 局 部 电 压 。 可 提 供超 前 的无 功 率 ，多装 设 于降 压 变压 所 内， 可就 地 补偿 无 功。(5) 静 止 无 功 补偿 装 置 具 有 调相 机 的 功 能， 使 用 日 益 广泛 ， 但 投 资相比其他 方 式较 大 。桂林电子科技大学毕业设计11其 中 传 统 无 功补 偿 多 为 静 态静 止 无 功
45、 补 偿， 它 的 特 点 是补 偿 不 精 确， 容易出 错 ， 难 以 控制 ， 噪声 较大 。2.2.2 现 代新型无功 补 偿 装置随 着电 力 电 子 技 术的 发 展 和 计 算机 技 术 的 进步 ， 各 种 新 型无 功 补 偿 设备 应运 而生 ， 主 要 特点 是 补 偿 准 确， 易 于 控 制， 多 为 动 态静 止 无 功 功 率补 偿 。 静 止无功 补 偿装 置（ SVC）是 用 户 电力 技 术(C usPow)的 一种 ，它 于 70 年代 发 展起 来，“静止 ”是 针 对旋 转 的 同 步 调相 机 而 言 。国 内 多 称 为动 态 无 功 补 偿器 ,
46、这 是针对固 定 电容 器 组(F ixed Capacitor， 简 称FC )而 言 。SV C 通过 控 制晶 闸管 的 导通角来快 速 调 整 并联 电 抗 器 的 大小 或 投 切 电容 器 组 数 ，对 改 善 负 荷 功率 因 数 ，稳定和平 衡 系 统 电压 、 消 除 流 向系 统 的 谐 波电 流 、 平 衡三 相 负 荷 等 有显 著 效 果。此种 系 统 可 以 快速 精 确的 进行 容 性及 感 性无 功 补 偿 ，使 SVC 在 稳定 母线 电 压、 提高 功 率 因 数 的同 时 较好 地解 决 了无 功 倒送 的 问 题 。 因 此 ， SVC 具有 较高 的
47、研究价值和 较好 的 市场 应 用前 景， 是 国内 应 用此 类 装置 的 理想 选 择。 提高SVC 的 设 计 水平 ，提 供 更加 可 靠 、 容 量大 、 响 应 速度 快 、 调 节灵 活 、 经 济 性好 、 维 护方便的 和 能更 加 优 越 的 拥有 我国 自 主知 识 产权 的 SVC， 对 改 善我 国 配电 网的 电 能质量、 提 高配电 网的 经 济运 行具 有 积极 的 意义 。静止 无 功补 偿 装置 （S VC）是 配电 网 中控 制 无功 功 率的 装 置， 它 根据 无功 功率 的需 求 ， 对 无功 器 件 （ 电 容器 和 电 抗 器） 进 行 投 切或
48、 调 节 。 传 统的 无 功 补偿装 置采 用 机 械 开关 （ 接 触 器 或断 路 器 ） 投切 电 容 器 ，开 关 触 头 易 受电 弧 作 用而损坏 据调 查 ，我 国 过去 使用 的 自动 投 切电 容 器无 功 补偿 装 置在 使用 3年 后损 坏 率达 75。 随 着电 力 电子 技 术的 迅 速发 展 ，晶 闸 管开 始用 于 SVC 装置 中 ,出现 了晶闸 管 控 制 电抗 器 （T CR） 和 晶闸 管 投 切 电容 器 （T SC） 这 两种 基 本 结 构型式 的 SVC。 使 用 晶 闸 管 作为 电 容器 的 投切 开关 ， 其 最 大优 点 是可 以 频繁 投 切。因此 ， TSC 正在 成 为电 容器 无 功补 偿 装置 的 更新 换
