功率因數(shù)開題報告

1、畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目：功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)的研究 功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)的研究 1課題來源近年來，隨著我國國民經(jīng)濟gdp的不斷增長，我國的電力工業(yè)也有了長足的發(fā)展。同時電力網(wǎng)中的無功問題也已逐漸引起人們的廣泛關注，這是由于隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應用日益廣泛。而大多數(shù)電力電子裝置的功率因數(shù)很低，它們所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所輸送的電量中占有很大的比例。無功功率增加會導致電流的增大，設備及線路的損耗增加，導致大量有功電能損耗。同時使功率因數(shù)偏低、系統(tǒng)電壓下降。無功功率如果不能就地補償，用戶負荷所需要的無功功率全靠發(fā)、配電設備長距離

2、提供，就會使配電、輸電和發(fā)電設施不能充分發(fā)揮作用，降低發(fā)、輸電的能力，使電網(wǎng)的供電質量惡化，嚴重時可能會使系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電事故。供電系統(tǒng)常由于感性負載過重，造成感性無功過大，電能質量下降，功率因數(shù)過低。為提高電能質量和功率因數(shù)，維護電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運行，常需在低壓側裝設無功補償裝置。2 研究的目的和意義據(jù)報道，我國平均每年因為無功分量過大造成的線損高達15%左右，折算成線損電量約為1200億千瓦時。假設全國電力網(wǎng)負載總功率因數(shù)為0.85，采用無功補償裝置將功率因數(shù)從0.85提高到0.95時，則每年可以降低線損約240億千瓦時。近年來，隨著電網(wǎng)負荷的增加，對無功功率的要求也與日俱

3、增。由于無功功率同有功功率一樣，是保證電能質量不可分割的一部分。所以在電力系統(tǒng)中需要進行無功功率補償，這對電力系統(tǒng)安全、可靠運行有著很重要的意義。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡元件的阻抗主要是電感性的，因此，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當寬的范圍內可以實現(xiàn)；而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內實現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡元件消耗無功功率，大多數(shù)負載也需要消耗無功功率。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應是在需要消耗無功功率的地方產生無功功率，即無功補償。無功補償?shù)囊饬x主要有以下幾點：（1）提高供用

4、電系統(tǒng)及負載的功率因數(shù)，降低設備容量，減少功率損耗。（2）穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質量。在長距離輸電線中合適的地點設置動態(tài)補償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。（3）在電氣化過程中三相負載不平衡的場合，通過適當?shù)臒o功補償可以平衡三相的有功及無功負載。3 國內外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢3.1國內外的研究現(xiàn)狀早期的無功補償裝置為同步調相機和并聯(lián)電容器。同步調相機可理解為專門用來產生無功功率的同步電機，可根據(jù)需要控制同步電機的勵磁，使其工作在過勵磁或欠勵磁的狀態(tài)下，從而發(fā)出大小不同的容性或感性無功功率，因此同步調相機可對系統(tǒng)無功進行動態(tài)補償。但是它屬于旋轉設備，運行中的損耗和噪聲都比

5、較大，運行維護復雜，成本高，且響應速度慢，難以滿足快速動態(tài)補償?shù)囊?。并?lián)電容器簡單經(jīng)濟，靈活方便，但其阻抗固定，不能跟蹤負荷無功需求的變化即不能實現(xiàn)對無功功率的動態(tài)補償。3.2國內外的發(fā)展趨勢隨著電力電子技術的發(fā)展，近幾年出現(xiàn)了多種電力系統(tǒng)無功補償新技術。電力電子技術是無功補償技術的基礎，電力電子器件向快速、高電壓、大功率發(fā)展，使采用電力電子器件的無功補償從根本上改變了交流輸電網(wǎng)過去基本只依靠機械型、慢速、間斷及不精確的控制的局面，從而為交流輸電網(wǎng)提供了空前快速、連續(xù)和精確的控制以及優(yōu)化潮流功率的能力。隨著電力電子器件的發(fā)展，無功補償控制器在其性能和功能上也出現(xiàn)不同的發(fā)展階段。無功補償控制器

6、己由基于scr的靜止無功補償器（static var compensator-svc）、晶閘管控制串聯(lián)電容補償器（thyristor controlled series compensator-tcsc）發(fā)展到基于gto的靜止無功發(fā)生器（static var generator-svg）、靜止同步串聯(lián)補償器（staticsynchoronous series compensator-sssc）、統(tǒng)一潮流控制器（unified power flowcontroller-upfc）、可轉換靜止補償器（convertible static compensator-csc）等。下面列舉一些重要的無功補

7、償技術及設備：（1）靜止無功補償器（svc） 早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器（saturated reactor-sc）型，1967年英國gec公司制成了全世界上第一批飽和電抗器型svc。飽和電抗器與同步調相機相比，具有靜止型的優(yōu)點，響應速度快，但因其鐵心需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，所以未能占據(jù)靜止無功補償裝置的主流。由于使用晶閘管的svc具有優(yōu)良的性能，所以十多年來占據(jù)了靜止無功補償裝置的主導地位。因此，svc一般專指使用晶閘管的靜補裝置。svc是利用晶閘管作為固態(tài)開關來控制接入系統(tǒng)的電抗器和電容器的容量，從而改變輸電系統(tǒng)的導納。按控制對象和

8、控制方式不同，分別稱之為晶閘管控制電抗器（thyristor control reactor-tcr），晶閘管投切電容器（thyristor switch capacitor-tsc）以及這兩者的混合裝置（tcr+tsc），tcr與固定電容器（fixed capacitor-fc）配合使用的靜止無功補償器（tcr+fc）和tcr與機械投切電容器（mechanically switch capacitor-msc）配合使用的裝置（tcr+msc）。（2）靜止無功發(fā)生器（svg）靜止無功發(fā)生器（svg）也稱為靜止調相機（static condenser-statcon），靜止同步補償器（stati

9、c synchronous compensator-statcom）、新型靜止無功發(fā)生器（advanced static var generator-asvg）。其分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。電壓型橋式電路，其直流側采用電容作為儲能元件，交流側通過串聯(lián)電抗器并入電網(wǎng)；電流型橋式電路，直流側采用電感作為儲能元件，交流側并聯(lián)上電容器后接入電網(wǎng)。迄今投入實用的svg大都采用電壓型橋式電路，因此svg往往專指采用自換相的電壓型橋式電路作為動態(tài)無功補償?shù)难b置。（3）統(tǒng)一潮流控制器（upfc）將svg中與電網(wǎng)并聯(lián)的電壓器改為與電網(wǎng)串聯(lián)的變壓器，就成為靜止同步串聯(lián)補償器（static syn

10、choronous series compensator-sssc），它能實現(xiàn)對線路潮流的快速控制。把一臺svg與一臺sssc的直流側通過直流電容禍合，就構成了統(tǒng)一潮流控制器upfc。svg與sssc既可配合使用也可解藕獨立運行。（4）可轉換靜止補償器（csc）由紐約電力局nypa與epri專家共同建議，并聯(lián)合西屋公司和pti合作研究的可轉換靜止補償器（csc）是強功能新型控制器。正在安裝中的美國marcy變電站中的csc由多個同步電壓源逆變器構成，可同時控制2條以上線路潮流（有功、無功）、電壓、阻抗和相角，并能實現(xiàn)線路間功率轉換。其實質是一種upfc的多重組合。4 研究的主要內容及設計成果的

11、應用價值4.1課題研究的主要內容和關鍵技術本課題研究主要內容：（1）低壓無功補償控制器總的組成設計（2）無功補償控制器系統(tǒng)的硬件設計（3）無功補償控制器系統(tǒng)的軟件設計主要難點：（1）硬件電路抗干擾設計（2）軟件抗干擾設計關鍵技術：（1）低壓無功補償控制器總的組成設計（2）無功補償控制器系統(tǒng)的硬件設計4.2設計成果的應用價值電力系統(tǒng)網(wǎng)絡元件的阻抗主要是電感性的，因此，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當寬的范圍內可以實現(xiàn)；而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內實現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡元件消耗無功功率，大多數(shù)負載也需要消耗無功功率。顯然，這些無功

12、功率如果都要由發(fā)電機提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應是在需要消耗無功功率的地方產生無功功率，即無功補償。無功補償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c：（1）提高供用電系統(tǒng)及負載的功率因數(shù)，降低設備容量，減少功率損耗。（2）穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質量。在長距離輸電線中合適的地點設置動態(tài)補償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。（3）在電氣化鐵道中等三相負載不平衡的場合，通過適當?shù)臒o功補償可以平衡三相的有功及無功負載。4.2設計成果的應用價值我國平均每年因為無功分量過大造成的線損高達15%左右，折算成線損電量約為1200億千瓦時。假設全國電力網(wǎng)負載總功率因數(shù)為0.8

13、5，采用無功補償裝置將功率因數(shù)從0.85提高到0.95時，則每年可以降低線損約240億千瓦時。近年來，隨著電網(wǎng)負荷的增加，對無功功率的要求也與日俱增。由于無功功率同有功功率一樣，是保證電能質量不可分割的一部分。所以在電力系統(tǒng)中需要進行無功功率補償，這對電力系統(tǒng)安全、可靠運行有著很重要的意義。5工作的主要階段、進度（1）2011年秋季學期第11周前接受畢業(yè)設計任務書，學習畢業(yè)設計（論文）要求及有關規(guī)定。（2）2011年秋季學期第16周閱讀指定的參考資料及文獻（包括5-10萬個印刷符號與課題或本專業(yè)相關的外文資料)。（3）2011年秋季學期第18周完成開題報告、外文翻譯初稿。（4）2011年秋季學

14、期第19周上交開題報告、外文翻譯，指導教師批閱。（5）2012年春季學期第11周 提交畢業(yè)設計中期報告。（6）2012年春季學期第14周 論文寫作，提交畢業(yè)設計初稿。（7）2012年春季學期第15周 完成畢業(yè)設計，全部成果教指導老師批閱。（8）2012年春季學期第16周畢業(yè)答辯。6最終目標及完成時間完成功率因數(shù)監(jiān)測設計與補償系統(tǒng)設計方案論文的撰寫。達到以下目的：能測量并顯示實驗系統(tǒng)的功率因數(shù)，有功功率和無功功率，誤差的絕對值小于5%。功率因數(shù)補償單元能根據(jù)負載變化自動的進行功率因數(shù)補償，使功率因數(shù)大于0.95.補償電容在投入時無明顯沖擊電流。測量，記錄并顯示補償電容變化時電流的瞬態(tài)響應，要求采

15、樣頻率大于3khz，記錄長度不小于0.3秒。完成時間：第15周7現(xiàn)有條件及必須采取的措施本課題擬采用atmel公司推出的avr系列單片機進行無功補償控制器的設計開發(fā)。avr系列單片機具有速度快（大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，能夠達到1 mips/mhz的性能），內存豐富（內置eeprom與adc），價位低等優(yōu)點，且利用avr單片機的捕捉功能可以簡單、準確的計算出電網(wǎng)的周期和頻率。設計擬上采用低功耗cmos技術，而且在軟件上有效支持c高級語言（用iar系統(tǒng)的icc90c編譯器編譯）及匯編語言（用avr匯編器編譯）。因此選用性價比較高的avr單片機系列中的atmegal 6來進行低壓無功補償控

16、制器的設計，降低儀表的成本，便于該儀表的推廣利用，從而可以更大范圍的提高電網(wǎng)的供電質量。8協(xié)助單位及要解決的主要問題 本課題的完成應解決在電力系統(tǒng)運行過程中，精確監(jiān)測和快速敏捷動態(tài)補償?shù)募夹g問題。同時，需要得到學校實驗室和指導老師的大力支持和幫助。6 參考文獻1 budeanu c i. puissances et ficitives. bucharest, roman is：inst. romain de 1energie,19272 高晶晶,趙玉林.電網(wǎng)無功補償技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.東北農業(yè)大學學報.2004,35(5)：6396443 查叢梅,楊兆華,秦憶.現(xiàn)代無功功率補償技術發(fā)展研究.河

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18、齊榮,王強,韓英鐸.新型靜止無功發(fā)生器（asvg）裝置的建模及控制.清華大學學報（自然科學版），1997(7)：26299 錢可，李常青.電力系統(tǒng)微機保護算法綜合性能研究.電力自動化設備，2005,25(5)：43-4510 鄭健超.電力前沿技術的現(xiàn)狀和前景.中國電力，1999(10)：91311 張紅,王誠梅.電力系統(tǒng)常用交流采樣方法比較.華北電力技術，1999, (4)：252712 劉春玲,王詠等.電力參數(shù)數(shù)字化測量的常用算法研究.遼寧工學院學報，2001,21(6)：171913 魏民.智能型電力參數(shù)測試儀得研究與設計.武漢理工大學碩士學位論文.2003,514 章云,謝莉萍，熊紅艷.

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