开题报告模板(电气学院)

毕业设计（论文）材料之二（2）

本科毕业设计(论文)开题报告题目：配电变压器无功补偿控制器设计

课题类型：设计□实验研究□论文●

学生姓名：涂必柱

学号： 3110205229

专业班级：电气工程及其自动化112

学院：电气工程学院

指导教师：刘世林

开题时间：

2015年

开题报告内容与要求

一、本课题的研究意义、研究现状和发展趋势（文献综述）1．研究意义

无功功率是一种不能做有功功率,但在电网中会引起损耗而且电网中又不能缺少的功率,它给电网带来了许多麻烦。现代电网中,电动机等感性负荷占相当大的比重,它们在消耗有功功率的同时也需要大量的无功功率,在有功功率不变的情况下,无功功率的存在会使功率因数降低,从而需要增大发、输电设备的容量、增加投资和电力损耗、增加运行费用、增大输电线路压降、不利于电力的输送与合理应用。大量的无功功率如果完全由发电厂提供,会造成线路有功损失加大、用户电压降低、电力设备得不到充分应用。近年来由于电网容量的增加,对电网无功的需求也是越来越多,从而使功率因数的下降,大大影响了电网的供电能力。无功功率补偿是保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,无功功率补偿装置的主要作用是:提高负载和系统的功率因数,减少设备的功率损耗,稳定电压,提高供电质量,在长距离输电中,提高输电稳定性和输电能力,提高电源带负载的能力。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性电抗，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率，也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。这种做法称为无功补偿。无功补偿可以改善电压质量，提高功率因数，是电网采用的节能措施之一。

2.研究现状

早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器,多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J一使用受到限制。晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生,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,电力电子技术使无功补偿技术发展的非常快。无功补偿技

术和电力电子技术的结合主要有以下三方面: (一)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(微秒级),而

且能够精确选择电容器的投切角度,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，电力系统的稳定性。并联电容器补偿装置中的输出回路就

采用了该项技术。

(二)是作为无功功率输出的调节开关。由于电力电于器件的高开关频率,使其能

够方便地控制晶闸管等电力电子器件的导通角,从而实现无功的连续调节,快速

跟踪负载无功的变化,TCR(ThyristorControlledReaCtor)型无功补偿装置是其

中的代表。

(三)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。经常用的是静止调相机和有源滤波器。随着电力电子

技术及计算机控制技术的发展,各种新型的自动、快速无功补偿装置相继出现,

晶闸管投切电容器(TSC)就是一种广泛应用于配电系统的动态无功补偿装置。与

机械投切电容器相比,晶闸管的开、关无触点,其操作寿命几乎是无限的,而且对

晶闸管的投切时刻可以精确控制,可以快速无冲击地将电容器接入电网,大大减

少了投切时的冲击电流和操作困难,其动态响应时间约为0.01一0.02ms。TSC

能快速跟踪冲击负荷的突变,随时保持最佳馈电功率因数,实现动态无功补偿,减

小电压波动,提高电能质量,节约电能。另外,TSC(ThyristorSwitehedCapaeitor)

虽然不能连续调节无功功率,但具有运行时不产生谐波而且损耗较小的优点。若

输出无功功率需要连续调节,或者要求能提供感性无功的情况下,TSC常与TCR配

合使用。由于晶闸管投切电容器具有优良的动态无功功率补偿性能,近年来得到

了较大的发展。国外无功补偿技术发展比国内成熟,如日本的三菱、日立、东芝,

美国的GE、西屋公司,德国的西门子等在电力无功补偿方面自动化程度很高。

3.发展趋势

随着技术的不断进步,无功补偿控制器的附加功能也越来越多,如数据存储,

数据通信,谐波检测,电量检测等等.使用的控制元件也从最初的小规模集成电路

到8位单片机,再到16位单片机,再到16位DSP,直到最高级的32位单片机。现

在的32位单片机的价格已经降到30多元一片，对控制器的硬件成本已经没有多

少的影响，其性能超过8位单片机100多倍。难以普及的原因主要是因为技术的开发难度太大。测量仪器整体测量水平较低，存在着实用性不强，检测指标少，效率低，无功补偿往往与电力参数检测设备分离等局面。今年来，我国不少厂家通过借鉴国外的设备以及与国外的公司合作，不断研发和推出了一系列高性能的各种无功补偿测量仪器，还具有485，GPRS，红外线等通信方式。但是仍然存在设备体积较大，功能不全面，功耗高，仪表数据存量低，补偿效果差等缺点。随着无功补偿装置应用的不断普及，补偿装置与其他设备的组合是一个必然的趋势。例如补偿装置与计量箱的组合，补偿装置与开关箱的组合等等。组合装置的设计制造没有技术难度，只是没有统一的标准，所以生产厂商之只能根据订货来组织生产

二、主要设计（研究）内容

（1）三相的功率因数和电压电流等电参量实时精确的测量

（2）无功功率自动补偿投切电力电容判据的确定

（3）新型无功功率补偿控制器硬件、软件设计

（4）在谐波状态下如何保证电容器的安全运行

三、研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）

1.研究方案

设计出一款低压无功功率自动补偿控制器。该装置能够精确的计算出当前所在电网的无功功率和功率因数角以及电网中各相电压和电流值等电量参数，并且能根据所需要补偿无功容量的大小准确地输出控制电力电容的投切，满足用户对无功功率补偿的要求。同时还兼具有过零投切的功能，并且能满足在过电压和较大谐波分量的状况下，能够较为安全地切除电力电容，保证电容柜内部电气元件的安全。

2.研究计划

第一周接收指导老师编制的毕业设计任务书。

第二周查资料写开题报告和计划进度表。

第三周查资料写开题报告和计划进度表。