線路串聯(lián)電容器實(shí)1

1、 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 線路串聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓控制 (3) 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣101 學(xué) 號(hào)： 100303019 學(xué)生姓名： 尹柏睿 指導(dǎo)教師： 李寶國 起止時(shí)間： 2013.12.16 12.29課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)100303019學(xué)生姓名尹柏睿專業(yè)班級(jí)電氣101課程設(shè)計(jì)題目線路串聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓控制(3)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)T1 T2電力系統(tǒng)圖如圖：1 勵(lì)磁可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)：PN=280MW，cosN=0.9，UN=10KV，

2、Xd=Xq=1.55； 2 變壓器T1：SN=350MVA,Uk%=15,Pk=1.5MW,I0%=4,P0=0.8MW,變比K31=242±10×1%/10KV.3 變壓器T2：SN=350MVA,Uk%=15,Pk=1.5MW,I0%=4,P0=0.8MW,變比K2=220±10×1%/11KV.4 每回線路:L=200KM,X1=0.42/KM, R=0.07/KM, b1=2.8×10-6S/KM.5 末端最大負(fù)荷: S=230MVA.最小負(fù)荷: S=90MVA. 功率因數(shù)均為0.85。任務(wù)要求：1 計(jì)算各元件的參數(shù)，并畫出系統(tǒng)的等值電

3、路。2 對(duì)給定的系統(tǒng)（變壓器為主分接頭，發(fā)電機(jī)電壓額定），計(jì)算各點(diǎn)電壓。3 采用線路中串聯(lián)電容器的調(diào)壓方法，確定串聯(lián)電容器的容量，使發(fā)電廠220KV母線電壓不超過240KV，變電所10KV母線電壓在9.8KV到11KV之間。5 利用單片機(jī)（或PLC等）實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)電容器的實(shí)時(shí)控制。4 對(duì)調(diào)壓結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解電壓調(diào)整的基本方法和原理。（1天）2、系統(tǒng)等值電路繪制及參數(shù)計(jì)算。（1天）3、變壓器取主分接頭，發(fā)電機(jī)取電壓額定，計(jì)算各點(diǎn)電壓（1天）4、采用線路中串聯(lián)電容器的調(diào)壓方法，計(jì)算電容值，完成電壓調(diào)整要求。（2天）5、利用單片機(jī)（或PLC等）實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器的實(shí)時(shí)控

4、制。（3天）6、對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。（1天）7、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語及成績平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，為了增加輸電線路的傳輸容量以及提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，串聯(lián)電容補(bǔ)償器的數(shù)量越來越多。為保證用電電器有良好的工作電壓，避免受到配電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響而損壞用電設(shè)備，配電網(wǎng)需要進(jìn)行電壓調(diào)整。電網(wǎng)的電壓調(diào)整方法有：中心調(diào)壓、調(diào)壓變壓器調(diào)壓和無功補(bǔ)償調(diào)壓。串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓方法可用于配電網(wǎng)中局部調(diào)壓。串聯(lián)電容用來補(bǔ)償輸電線路的感抗，起到縮短電氣距離、提高穩(wěn)定性水平和線

5、路輸電容量的作用，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)線路電壓功能。在距離較長的重載線路，因其調(diào)壓作用是通過線路滯相電流流過串聯(lián)電容器而產(chǎn)生的電壓升高來實(shí)現(xiàn)的。故線路負(fù)載越重，功率因數(shù)愈低，串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓的作用越顯著。這種調(diào)壓作用隨線路負(fù)載的變化而變化，具有自行調(diào)節(jié)功能。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；功率補(bǔ)償；電壓調(diào)節(jié)；串聯(lián)電容器II目 錄第1章 緒論11.1 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整概況及本文主要內(nèi)容1第2章 串聯(lián)電容補(bǔ)償前系統(tǒng)電壓計(jì)算22.1 系統(tǒng)等值電路22.2 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算22.2.1 變壓器參數(shù)22.2.2 輸電線路及末端負(fù)荷的參數(shù)值：32.3 各點(diǎn)電壓值3第3章 采用電力電容器串聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾妷赫{(diào)整計(jì)算53.1 電力電容器的補(bǔ)

6、償原理53.2 電力電容器補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)63.3 串聯(lián)補(bǔ)償容量的計(jì)算63.4 串聯(lián)電容器的選擇8第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)104.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)104.2 輸入通道設(shè)計(jì)104.3 輸出通道設(shè)計(jì)114.4 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)12第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)15參考文獻(xiàn)16III第1章 緒論1.1 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整概況及本文主要內(nèi)容電能以其高效，無污染，使用方便，易于調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)普遍應(yīng)用于社會(huì)各領(lǐng)域中。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)推動(dòng)了電能的應(yīng)用的發(fā)展，使其進(jìn)入了新的時(shí)代。電力系統(tǒng)的電壓和頻率一樣，都是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。保證供給用戶的電壓和額定電壓的偏移不超過規(guī)定的數(shù)值，是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準(zhǔn)

7、已經(jīng)成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。電力系統(tǒng)的負(fù)荷包括電動(dòng)機(jī)、照明設(shè)備、電熱器具、家用電器、沖擊性負(fù)荷（電弧爐、軋鋼機(jī)等）所有的用電設(shè)備都是以額定電壓為條件制造的，最理想的工作電壓是額定電壓。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電壓偏離額定電壓時(shí)，將會(huì)對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生影響。當(dāng)電壓過低時(shí)，將加大網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗，造成不必要的電力資源的浪費(fèi)，還可能危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；而電壓過高，則可能損害各種電氣設(shè)備的絕緣，為了增加并維持高絕緣水平，勢(shì)必引起龐大的資金投入。為使電力系統(tǒng)電壓保持在一合理水平，保證電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。輸電系統(tǒng)使用串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置能夠有效地降低輸電系統(tǒng)間的電抗值，提高輸電能力和系統(tǒng)運(yùn)

8、行的穩(wěn)定性，降低輸電系統(tǒng)工程造價(jià)。當(dāng)前世界各國的電力工業(yè)正在大力推進(jìn)市場(chǎng)化改革，我國也不例外。在電力市場(chǎng)條件下，參與電能交易的每一方都會(huì)追求本身的最大利益。在降低成本的條件下，減少不必要的浪費(fèi)，有效合理的分配與利用電能是最可行的方案之一。在電力系統(tǒng)無功功率平衡中，為保證系統(tǒng)要較高的電壓水須采用平，必須要有充足的無功功率電源。但是要是所有用戶的電壓質(zhì)量都符合要求，還必各種調(diào)壓控制手段。要控制和調(diào)節(jié)負(fù)荷點(diǎn)處的電壓有許多方法，如控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，以改變發(fā)電機(jī)端電壓；控制電壓器變比調(diào)壓；改變輸送功率分布；改變電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)等。16第2章 串聯(lián)電容補(bǔ)償前系統(tǒng)電壓計(jì)算2.1 系統(tǒng)等值電路系統(tǒng)

9、等效電路圖如圖2.1所示。t圖2.1 系統(tǒng)等效電路圖2.2 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算2.2.1 變壓器參數(shù)變壓器T1的各參數(shù)值：變壓器T2的各參數(shù)值：2.2.2 輸電線路及末端負(fù)荷的參數(shù)值：線路參數(shù)：末端最大負(fù)荷：末端最小負(fù)荷：2.3 各點(diǎn)電壓值作為初步估算，先用符合功率計(jì)算變壓器繞組損耗和線路損耗。所以，利用首端功率求出最大負(fù)荷是降壓變壓器歸算到高壓側(cè)的低壓母線電壓，電壓值為：按最小負(fù)荷時(shí)電容器全部退出運(yùn)行來選擇降壓變壓器變比，則有規(guī)格化后，取220分接頭，即K=.第3章 采用電力電容器串聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾妷赫{(diào)整計(jì)算3.1 電力電容器的補(bǔ)償原理電力系統(tǒng)中的大部分負(fù)荷時(shí)感性的，這些感性負(fù)荷要消耗大量的無功功率，例

10、如電動(dòng)機(jī)消耗的無功功率約占其總功率的60%-70%，變壓器約占其總功率的20%-25%，而空載運(yùn)行時(shí)，變壓器的功率因數(shù)只有0.01左右，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)只有0.1-0.2左右。如果感性負(fù)載所需的無功功率得不到就地補(bǔ)償?shù)脑?，?shì)必由發(fā)電機(jī)來供給，即電氣設(shè)備與電源之間存在大量的功率交換。大量的無功電流在電源與負(fù)荷之間流動(dòng)，造成電網(wǎng)電能的損耗，降低電源的功率因數(shù)。因此，一般需要增設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)電源功率因數(shù)。整補(bǔ)償電容器組的原理圖如圖3.1所示：圖3.1 補(bǔ)償電容器組結(jié)構(gòu)3.2 電力電容器補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)：電力電容器無功補(bǔ)償裝置具有安裝方便,安裝地點(diǎn)增減方便；有功損耗小(

11、僅為額定容量的0.4 %左右)；建設(shè)周期短；投資小；無旋轉(zhuǎn)部件,運(yùn)行維護(hù)簡便；個(gè)別電容器組損壞,不影響整個(gè)電容器組運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。 （2）缺點(diǎn):電力電容器無功補(bǔ)償裝置的缺點(diǎn)有:只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)節(jié),不能進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)；通風(fēng)不良,一旦電容器運(yùn)行溫度高于70 時(shí),易發(fā)生膨脹爆炸；電壓特性不好,對(duì)短路穩(wěn)定性差,切除后有殘余電荷；無功補(bǔ)償精度低,易影響補(bǔ)償效果；補(bǔ)償電容器的運(yùn)行管理困難及電容器安全運(yùn)行的問題未受到重視等。 3.3 串聯(lián)補(bǔ)償容量的計(jì)算分析電壓損耗的計(jì)算公式，可以發(fā)現(xiàn)在傳輸功率一定的條件下，電壓損耗的大小取決于線路參數(shù)電阻R和電抗X的大小?？梢?，改變線路參數(shù)也同樣能起到調(diào)壓的作用。一般來說，電阻R是

12、不容易減小的。在高壓電網(wǎng)中，由于X>>R，PR/U在電壓損耗中所占的比例一般較QX/U要小，因此，通常都采用減小電抗來降低電壓損耗。減小電抗的方法有：采用分裂導(dǎo)線；在電力線路中串聯(lián)入靜電電容器等。其等效電路圖如圖3.1所示：圖3.2線路串聯(lián)電容等效圖未接入串聯(lián)電容器補(bǔ)償前有：= (3-1)電路串聯(lián)電容補(bǔ)償后=10+4脳2+10脳(4.2-4)10=11V (3-2)假如補(bǔ)償前后輸電線路首端電壓維持不變，即 (3-3)則有 (3-4)經(jīng)過整理可得到 (3-5)式（3-5）方括號(hào)內(nèi)第二項(xiàng)數(shù)值一般很小，可以略去，則有 (3-6)如果近似認(rèn)為接近線路的額定電壓，則有 (3-7) 公式中為經(jīng)

13、串聯(lián)電容補(bǔ)償后輸電線路末端電壓需要抬高的電壓增量數(shù)值。有公式（3-7）得：127.67高壓網(wǎng)中X>>R,用串聯(lián)電容器的方法改變線路電抗以減少電壓損耗（P、Q一定時(shí)）。低壓網(wǎng)中，R較大，通過增大導(dǎo)線截面來改變電阻以減少電壓損耗未串聯(lián)時(shí)： （3-8）串聯(lián)后： （3-9）電壓損耗減小了，則電壓水平提高了。 （3-10）則： （3-11）若已知，且末端要提高的電壓也已經(jīng)給定，則： （3-12）由公式（3-12）得：3.4 串聯(lián)電容器的選擇系統(tǒng)接線及負(fù)荷狀態(tài)如圖2-1所示，設(shè)置補(bǔ)償電容器前，最大負(fù)荷時(shí)降壓變電所3處低壓側(cè)歸算至高壓側(cè)的電壓為：最小負(fù)荷時(shí)為：按常調(diào)壓要求，確定負(fù)荷端并聯(lián)補(bǔ)償電容

14、器的容量，使發(fā)電廠220KV母線電壓不超過242KV，變電所10KV母線電壓在10KV到11.5KV之間。選擇，最小負(fù)荷時(shí)，補(bǔ)償電容器全部退出，降壓變壓器分接頭應(yīng)選為選用220+10%即242分接頭。帶入式3-2，按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求（仍未）確定電容器的容量 校驗(yàn)電壓偏移：最大負(fù)荷時(shí)，電容器全部投入低壓母線實(shí)際電壓為：電壓偏移為：最小負(fù)荷時(shí)，電容器全部退出，已知，低壓母線實(shí)際電壓為：電壓偏移為：綜上所述，選擇的并聯(lián)電容器能滿足降壓變電所常調(diào)壓的要TCSC是美國EPRI建議的串聯(lián)型FACTS的第一代裝置。與常規(guī)機(jī)械控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償相比，它利用晶閘管控制串聯(lián)接在輸電線路中的電容器組，可大范圍調(diào)

15、節(jié)線路阻抗，并且可快速進(jìn)行連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，提高電力輸送能力、平息地區(qū)性震蕩、提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)有檢測(cè)單元、主控單元、執(zhí)行單元、電源組成。如圖所示：執(zhí)行單元主控單元檢測(cè)單元電源圖4.1 裝置的基本結(jié)構(gòu) 檢測(cè)單元是從電網(wǎng)中檢測(cè)到和網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)直接或間接相關(guān)的參數(shù)，并將此參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成主控單元能接收的信號(hào)，傳給主控單元，由主控單元做出決策。主控單元接收到檢測(cè)信號(hào)后，將其和目標(biāo)值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出命令，送給執(zhí)行單元。執(zhí)行單元接到命令后，通過投切開關(guān)控制電容組的投切，完成補(bǔ)償任務(wù)。4.2 輸入通道設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是一個(gè)多開關(guān)量輸入輸出的控制裝置，由

16、于開關(guān)量比較多，如果直接用CPU的I/O接口去控制，占用的口資源比較多。本設(shè)計(jì)中有六路開關(guān)量輸入，完成較大系統(tǒng)的I/Ok口的擴(kuò)展，彌補(bǔ)了單片機(jī)的I/Ok口的不足。如果設(shè)計(jì)中需要的輸入輸出開關(guān)比較多的時(shí)候，可以用74HC138譯碼器和74HC541來擴(kuò)展。本設(shè)計(jì)的開關(guān)輸出是控制電容器的投切，開關(guān)量的輸入是作為電容器的投切狀態(tài)信號(hào)輸入的。圖4.2為開關(guān)量輸入，該輸入端與電容器組開關(guān)輔助開關(guān)的常閉接點(diǎn)連接，電容柜開關(guān)閉合，輔助開關(guān)常閉接點(diǎn)斷開，電容柜開關(guān)狀態(tài)輸入端電壓為0，電容開柜開關(guān)斷開時(shí)，即切除電容時(shí)，接點(diǎn)電壓為+12V。我們采用了74HC541，74HC541有三態(tài)功能，總線上可以掛幾十個(gè)芯片

17、，因而能圖4.2輸入通道設(shè)計(jì)4.3 輸出通道設(shè)計(jì)開關(guān)量輸出，通過74HC541，光電隔離之后驅(qū)動(dòng)三廂復(fù)合開關(guān)動(dòng)作，從而接通斷開電容組柜。開關(guān)量的輸入主要是CPU監(jiān)視動(dòng)作的執(zhí)行情況，一方面看動(dòng)作指令是否產(chǎn)生了相應(yīng)的動(dòng)作，另一方面看控制對(duì)象（電容器組）是否正確動(dòng)作，如有異常情況，控制裝置即閉鎖并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)的開關(guān)量輸出量如圖4.4圖4.3開關(guān)量輸出電路圖在驅(qū)動(dòng)接口電路、反饋信號(hào)輸入電路中，本設(shè)計(jì)是一個(gè)弱電并存的控制裝置，輸入與輸出之間信號(hào)的傳輸采用了TLP521光電耦合，避免輸出端對(duì)輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾。4.4 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（.FP

18、EROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于我們的系統(tǒng)中CPU負(fù)擔(dān)并不重，所以8位機(jī)就夠了常用的8位單片機(jī)有很多種：如Inter公司是8051.8031系列圖4.4 89C1單片機(jī)最小系統(tǒng)主程序流程圖如圖所示4.5:YNCPU初始化主程序入口內(nèi)部資料初始化中斷設(shè)置串口初始化讀電功率 因 數(shù)值11調(diào)試子程序過電壓？置過壓標(biāo)志位置正常 標(biāo)置位 調(diào)用投調(diào)切子程序連續(xù)3次不過電壓連續(xù)3次過電壓調(diào)節(jié)時(shí)間到?YNNYNY圖4.5 主程序流程圖投切主程序如圖4.6所示基本思想：投切時(shí)間間隔到，進(jìn)入投子程序，判斷是過壓。投電容的過程中，通過取出電容運(yùn)行時(shí)間單元中的值進(jìn)行比較，從運(yùn)行時(shí)間最短的開始投入，切除過程中，從運(yùn)