低压智能无功补偿控制器的设计及应用_开题报告

文献综述

国内研究现状

    目前，我国正处于工业和城镇化加速发展的阶段，经济社会持续高速发展，对电力的需求长期保持快速增长[1]。据权威部门统计，到2020年，我国用电需求将提高到现有水平的两倍以上。随着电力需求的增长，我国电网规模日益扩大，“智能电网”战略规划的逐步推进，提高电网安全稳定、发展清洁能源、提高电网的运行效率无疑是当代电力系统面临的新的课题和目标。

无功补偿，即无功功率补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数，减少发、配电容量设计，降低输电线路损耗的作用，对电网的安全稳定运行起到至关重要的作用，是电力网络设计中必不可少的一项。目前，国内对无功补偿的应用主要有两大方式：静态无功补偿和动态无功补偿。

静态无功补偿是指以并联电容器为主的，在电网中注入固定无功容量以起到平衡电网无功的一种补偿方式，其特点是以接触器控制，具有结构设计简单，应用方便，经济实惠的特点，适用于绝大多数集中补偿的场合。但是其只能分级补偿固定容量，在一些负载波动较大的场合，由于接触器频繁动作，会导致电容器的寿命较短，易引起电网电压波动等缺点，同时本身电容器会放大电网中的谐波，对于电能质量的治理有很高要求。

动态无功补偿是以有源滤波器（APF）和静止无功补偿器（SVC）为主的，根据电网实时情况进行补偿的一种补偿方式，其特点是补偿效果好，响应时间短，速度快，能有效抑制电网谐波。同时静止无功补偿器投切的器件主要为复合开关、可控硅和晶闸管等电力电子器件，具有使用寿命长，无需维护等特点。静止无功补偿器能双向连续、平滑调节；与并联电容器相比，静止无功补偿器一般以可控硅元件作投切部件，所以运行维护简单。同时静止无功补偿器调节速度快，因此具有很大的优越性。但静止无功补偿器的成本较高，大功率时补偿容量受限，在大多数对电能质量和功率因数要求不是很高的场合中缺乏经济性，从而应用偏少。而复合开关控制就是将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由继电器接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。复合开关既使用晶闸管又使用继电器，于是相对传统的电容器结构就变得比较复杂，成本也比较高，但其由于同时具有静止无功补偿器的补偿优点和电容器的经济性，因此应用较为广泛。

无功补偿的两种方式各有其主要优点，目前国内因推广电能质量的进程刚刚起步，控制效果更好，瞬时特性较优的动态无功补偿应用还不普及，采用复合开关控制电容器或由控制器控制电容器的补偿方式较为多见。

控制器是通过采集电力网络中的电压，电流，功率因数等数据，计算出需要补偿的无功容量，从而控制继电器投切电容器为电网提供容性电流以平衡无功功率的设备。

目前来说，控制器控制具有应用广泛，控制效果优良，适用范围广的特点。而南德电气传统的控制器在控制精度和响应时间上已经无法满足现有要求，本次设计以改良现有的控制器硬件结构为主要目标，设计出一款新型的低压无功补偿控制器。

控制器需要具备的功能有：对采样信号和动作门限的精确计算，自动控制和手动控制的自由切换，对过电压和谐波超限的保护性切断，延时投切等。

控制器的硬件结构包含电源电路，采样电路，逻辑运算电路和控制电路。电源电路将电网中380V的交流电转换为可为整个控制器硬件电路供电的低压直流电。采样电路通过互感器采集电网中的电参数，并转换为波形信号提供给逻辑运算电路。逻辑运算电路通过设定好的运算公式计算出当前的无功缺额来给控制电路下达指令，控制电路接收到指令后通过继电器或接触开关来控制电路的闭合和断开。

国外研究现状

    

电能是现代社会不可或缺的重要能源。2003年，美国东北部发生了大规模的停电事件，给当地经济和人民生活带来巨大损失，2005年新奥尔良又遭遇了特里娜飓风袭击事件，近年来电力行业几次重大事件以及美国能源法案的提出,智能电网迅速成为全世界广泛关注的热点话题。用先进的信息技术提高输配电网的效率、可靠性和灵活性，是美国“智能电网”建设的目标。欧洲的智能电网建设略晚于美国。

随着大功率电力电子器件制造技术的不断进步以及先进数字控制器的出现，新一代智能电能质量控制装置已在发达国家广泛的应用，以实现电能质量的提高。设置无功补偿电容器和LC滤波器是传统的进行无功功率补偿和谐波的主要手段，晶闸管获得广泛应用后，静止无功补偿装置（SVC）有了巨大的进步，可以实现对变化的无功功率进行动态的补偿。随着全控型向大容量化、高频化方向的发展，用于补偿无功功率的静止无功发生器（SVG）以及用于补偿谐波的有源滤波器（APF）有更优越的补偿性能，技术上相对成熟，已在国外有不少工业应用实例[2]。

设计提纲

1.无功补偿的意义与应用

1.1低压无功补偿的原理与作用

1.2低压无功补偿的分类

2.低压智能无功补偿控制器的设计

2.1无功补偿控制器的工作原理

2.2无功补偿控制器的性能要求

2.3 无功补偿控制器的硬件设计

2.3.1控制器的硬件结构设计

2.3.2控制器元件的选型

2.3.4控制器功能电路的设计

2.3.4.1电源电路的设计

2.3.4.2采样电路的设计

2.3.4.3逻辑运算电路的设计

2.3.4.4控制电路的设计

2.4 无功补偿控制器的软件设计

2.4.1逻辑运算程序的设计

2.4.2通信程序的设计

3.对本次设计的总结

三、参考文献

中国科学院“构建符合我国国情的智能电网”咨询项目工作组.中国智能电网的技术与发展[M].北京：科学出版社，2003:104-105

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，2015.7

程汉湘.无功补偿理论及其应用[M].北京：机械工业出版社，2016.1:1-5

刘建英 张帆.无功电压与无功补偿的调整[M].北京：北京理工大学出版社，2014.6

李宏仲等.地区电网无功补偿与电压无功控制[M].北京：机械工业出版社，2012.4

徐永海 姚宝琪.无功补偿与谐波治理方案设计及案例分析[M].北京：中国水利水电出版社，2016.7

王正风.无功功率与电力系统运行[M].北京：中国电力出版社，2011.10

赵新卫.中低压电网无功功率补偿实用技术[M].北京：中国电力出版社，2012

张利生.电网无功控制与无功补偿[M].北京：中国电力出版社，2012

Grzegorz Benysek,Marian Pasko.Power Theories for Improved Power Quality [M].London:Springer London,2012 

马思尔.基于晶闸管的柔性交流输电控制装置[M].北京：机械工业出版社，2005