TSC低压动态无功补偿装置的设计与应用_楼晓春
动态无功补偿装置在低压配电系统中的应用
动态无功补偿装置在低压配电系统中的应用摘要：随着我国经济的快速发展，部分中小型企业的发展，对供电可靠性、供电质量等方面的要求越来越高。
配电网的分布广泛，结构复杂，线路损耗高，负荷的周期变化不定，给电网的电压带来很大的波动。
在配电网中，常规并联电容器是一种以电容切换为主要手段的无功补偿方法，但在实际应用中，由于电容切换的原因，其无功补偿效果不佳。
即在较高的电压下，不能实现对配电网的无功补偿。
而并联电容仅能对无功功率进行静态综合补偿，无法实现无级智能切投运行，且无法满足系统需求。
关键词：可控硅 SVC ；谐波；低压配电系统由于配电网中采用了大容量、大功率的整流器，使得配电网中出现了许多具有非线性特性的电感器负荷。
在配电系统中，若不能针对用电负荷特性选择合适的无功补偿装置，势必会引起配电系统的电压波动。
在电网中，由于负荷的非线性变化，在电网中引起的各种谐波，会使电网的电力质量及功率因素大大下降。
这不但使配电网的供电可靠性和电能质量水平下降，而且还会使配系统的线路损耗增大，导致大量的能量浪费，给供电企业和电力消费者都带来了极大的经济损失。
为此，亟需研究一种基于负载特征及配网结构的、可满足实际应用需求的、可实时控制的、可对无功功率进行无级、可被广泛应用的低压配网无功补偿系统。
晶闸管是一种新型的动态无级调整式无功补偿装置。
对可控硅开关控制原理进行了详细的描述，并利用内部 DSP数据处理单元，对配电网的实际状况进行了动态分析。
之后，通过控制可控硅的开关状态，可以自动瞬间切换电容器和电感元件，从而完成对配电系统无功容量的动态补偿。
1配电网无功补偿的基本原则为了保证配电系统安全、可靠、高效、经济地运行，对电网进行了无功补偿。
无功补偿应遵循统筹规划，合理布局，综合补偿和局部均衡的原则。
既要保证整个配网的无功容量，同时要保证整个配网的无功平衡。
采取集中补偿和分散补偿两种方式的综合补偿方式，不但要以区域负载波动为基础，对配电网变电站的无功补偿容量进行合理的计算，还要选择一种行之有效的补偿方案，对其进行集中大容量的无功补偿。
低压动态无功补偿装置(TSC-)
低压动态无功补偿装置(TSC-Ⅱ)
设备概述
TSC-Ⅱ型动态无功补偿装置是传统无功补偿的升级产品，由多路电容器串联6﹪电抗器构成，从根本上解决了电容器过载问题，控制方式由传统的单级延时投切升级为20ms内实时投切，补偿效果更加明显。
随着电力电子装置在一般工业用户、大型商场、写字楼、智能大厦、居住小区等配电网中的广泛应用，非线性负载（如变流设备、日光灯、计算机、空调等）的大量使用，导致高次谐波的产生，如果直接投入电容器补偿功率因数，容易引起高次谐波放大，使电压和电流的畸变更加严重。
我公司针对这种情况推出TSC型动态无功补偿装置，是在TSC-I型动态无功补偿装置的基础上增加抑制谐波功能的产品，除具有TSC-I型动态无功补偿装置的全部优点外，还能可靠抑制电网内的高次谐波，防止谐波放大。
[TSC-II主要设备构成]
1.晶闸管(投切电容器)
2.电抗器(抑制谐波)
3.电容器(补偿功率因数)
[TSC无功补偿装置技术规范]
额定电压：400V
相数及频率：单相或三相
投切级数：3级，7级，10级（也可根据客户需要设计其它等级）额定容量：30-5000kVar并可根据用户需要定做，柱上式和柜机式两种机型可供选择
环境温度：-10°C~45°C
环境湿度：相对湿度不大于85%
海拔高度：不超过2000米。
TSC在动态低压无功补偿写的应用
第I页摘要随着经济建设的飞速发展，对电能供应提出了越来越高的要求。
面对日益紧张的能源形势，采取有效的节能措施，已成为我们全社会关注的重要课题。
而随着现代电力电子技术的发展，尤其是大功率变流、变频装置在电力系统中的广泛应用给工业和电力企业带来了巨大利益。
因此，如何提高电能质量就成为了输配电技术中最为迫切的问题之一。
当前我国主要利用无源滤波器治理电网谐波和补偿无功，同时已有少部分SVC投入在电网中应用。
因为以上治理方法简单、经济性良好，所以被广泛使用。
但由于其受科技含量低，治理效果不佳、不能实现实时治理等不利因素的制约，在今后的电能质量治理中必将逐渐被其他高效节能电能治理效果好的设备所替代。
本文主要介绍了SVC静止无功补偿装置中TSC型无功补偿装置的控制策略、设计方法、保护装置等核心技术，并对其发展前景以及趋势做了简单分析。
本文首先介绍了无功因数的基本概念及研究意义和无功补偿技术的现状以及治理的原则和目的，同时，也对瞬时无功功率理论做简要介绍，其次将动态无功功率补偿装置与静态补偿装置比较，从多个方面显示出了动态无功功率补偿装置的优越性，也是现代运用主流的原因。
同时，在本文中也对其中TSC型动态无功功率补偿装置的设计和保护做了一定说明。
我们主要从硬件设计上来更好掌握TSC技术，不管是在控制策略的选择，还是无功补偿容量确定上，都有必要把握这些细节。
在研究低压电网中无功补偿时，也对高压TSC 做了介绍，从两者区别中把握其各自特点，为以后设计上有十分重要的意义。
同时，对于低压时，TSC系统的保护系统也做了重点研究，这将是整个系统正常运行的基本前提。
在文章的最后，我们对TSC所具有的功能上的缺陷（放大谐波），通过将其与APF结合运用，同时实现无功补偿和抑制谐波的功能。
这对将来高性能补偿装置的设计思想有一定的指导性意义，起到抛砖引玉的作用。
关键字：无功功率；瞬时无功功率理论；动态补偿；TSC第II页AbstractWith the rapid development of economic construction, on the power supply is increasingly high demand. Faced with an increasingly tight energy situation, to take effective energy conservation measures, has become an important issue concerns the whole society. With the development of modern power electronics technology, especially high-power converter, inverter at power system widely used for industrial and power enterprises has brought enormous benefits. . Therefore, how to improve the power quality of the transmission and distribution technology has become the most pressing problems. At present, China mainly use passive filter harmonic control and reactive power, while a small part of the SVC has invested in grid applications. For the above control method is simple, economical well, they were widely used. However, because of its low-tech by the effect of governance and poor governance can not be achieved real-time negative factors, the quality of governance in the future power will gradually be in other energy-efficient power control equipment replaced with good effects. This paper introduces the SVC SVC device TSC reactive power compensation equipment control strategies, design methods, protective devices such as core technology, and its development prospects and trends are also analyzed.This paper introduces the basic concepts of non-power factor and study the meaning and the status of reactive power compensation and governance principles and purposes, the same time, the instantaneous reactive power theory are introduced briefly, followed by the dynamic reactive power compensation devices with static compensator comparison, in many ways shows the dynamic reactive power compensation device of the superiority of the reasons for the modern use of the mainstream. Meanwhile, in this article too, on which TSC Dynamic reactive power compensation device to do the design and protection of some description. We mainly come from the hardware design to better grasp the TSC technique, whether in the control strategy of choice or the capacity to determine the reactive power compensation, have the necessary grasp of these details. Low-voltage power network in the study of reactive power compensation, the TSC has also been described pressure from the difference between the two to grasp the characteristics of their own for the future of great significance to the design. Meanwhile, when the low pressure, TSC system protection system has done a research focus, this will be the basic prerequisite for the normal operation of the system. The article's conclusion, we have TSC as the functional defects (enlarged harmonic), by combining its use with the APF, while achieving reactive power compensation and harmonic suppression function. It will design high-performance compensation device has some guiding significance.Key Words: Reactive Power; Instantaneous Reactive Power Theory;Dynamic Compensation; TSC第III页目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 无功功率的基本概念及研究意义 (1)1.3 无功补偿技术的历史及现状 (2)1.4 无功功率补偿方式及特点 (3)1.5 瞬时无功功率理论 (6)1.6 本文所做的工作 (7)第二章低压电网中无功功率补偿 (8)2.1 动态无功补偿技术 (8)2.1.1 SVC技术 (8)2.1.2 STATCOM技术 (10)2.1.3 SVC技术未来发展分析 (10)2.2 SVC类型装置性能对比 (11)2.3 低压电网中动态无功补偿装置的技术特点 (12)第三章 TSC动态无功补偿控制装置的技术研究 (14)3.1 TSC基本原理 (14)3.2 主电路及容量设计 (15)3.2.1 连接方式 (15)3.2.2 补偿电容器的容量选择及相关因素 (17)3.3 控制电路及控制器选择 (18)3.3.2 控制器的确定 (19)3.3.3 TSC投切时刻设计 (20)3.4 动态无功补偿控制装置的技术研究 (21)3.4.1 控制设计思想 (21)3.4.2 控制系统结构 (22)3.5 动态补偿系统的应用软件概况 (23)3.5.1 主站监控软件实现功能介绍 (23)3.5.2 TSC下位机软件实现 (24)第四章系统的保护配备 (27)4.1 电网系统保护 (27)4.2 电容器组保护 (27)4.3 晶闸管阀保护 (29)4.4 控制系统保护 (30)第五章 TSC与APF的改进运用 (32)5.1 TSC与APF混合应用 (32)5.2、APF 与TSC 混合系统原理 (32)5.3 系统结构及控制方法 (33)第六章结论和展望 (36)参考文献 (36)致谢........................................................................................................... 错误！未定义书签。
低压动态无功功率补偿装置方案设计与实现方法
低压动态无功功率补偿装置方案设计与实现方法1 无功功率补偿原理与实现方法为提高供电设备效率，减少供电线路电能损失，国内外自上世纪50 年代初就开始进行无功功率补偿装置的研究工作，其方法主要有两种：一种是在电网上并联电容器，通过提高电网的功率因数达到减少线路电压损耗，提高供电设备利用率的目的;另外一种是在电网上并入同步电动机，通过改变同步电动机励磁电流的方法来改变电路负载特性。
其中前一种方法适用于居民、商业及小型工厂的低压供电系统，而后一种方法适用于大型工厂中的无功功率补偿。
在实际应用中，由于电路特性是随时变化的，为了达到较好的补偿效果，就必须动态跟踪电路特性的变化，实时监测电路中U 与I 的相位差角，根据角的大小决定并联电容器的值。
基本的功率因数cosφ补偿电路如图1 所示。
电路中的K1～Kn在自动动态补偿装置中可采用双向可控硅，在电路工作时，一般保证cosφ< 0.95，避免电路出现谐振现象，损坏电网供电设备和用电器。
具体的方法是通过对电压U和电流I的相位检测来判断是否并入补偿电容器，并入几个，这些都是通过控制装置自动完成的，这就是动态无功功率补偿装置的工作原理。
2 现有补偿装置存在的问题及解决方法上面所述的方法只局限于某一段电路，并没有从整个电力网的角度来分析。
为了弥补这一缺陷，就有必要对整个供电系统中的各段电路功率因数补偿装置进行集中调控，使整个系统处于协调工作状态。
由于现有的动态功率因数补偿装置还没有实现整网连调，所以，有必要增加动态功率因数补偿装置的数据通讯功能，将其工作状态及相关的电流、电压、功率因数、工作温度、环境状态等参数发送到总调室，总调室中的主控微机则根据前端工作状态实时调整控制参数达到整网均衡运行的目的。
另外，在分析补偿过程中所提到的电容器，是按理想电容器来分析计算的，实际的电容器可等效为电阻R与电容器C并联电路，如图2所示，电路的矢量图如图3所示。
由矢量图可列（式1）式中：tgδ———为介质损耗系数；δ———为介质损耗角由式可见：电阻R 减小，电容器介质损耗增加，电容器发热，电解液易枯竭使电容量减小，补偿不足。
低压配网中TSC型动态无功补偿装置的设计与应用
(2) 优化电能质量功能的欠缺 ● 对波动负荷和 冲击负荷用户，不能抑制电压波动和电压闪变。● 对 不平衡负荷用户，不能改善公共联络点电压和配电电 流的不平衡度。 ● 达不到最理想的高效节能效果。
3 TSC 型动态无功补偿装置的设计
3.1 TSC 的基本原理
晶闸管投切电容器（TSC）是利用电力电子开关
5 结语
晶闸管投切电容器装置具有优良的动态无功功 率补偿功能，在功率因数偏低，负载波动较大的低压 配网中具有良好的应用前景。同时也对改善系统功率 因数，抑制谐波，稳定系统电压，改善电能质量具有 重要的作用。伴随着控制元件性能的提高和电力电子 技术的飞速发展，晶闸管投切电容器将会得到进一步 的推广和应用。 参考文献
图 1 （a）与电网连接方式
投入命令
L
光电 耦合
零电 压检 测器
与门
多谐振荡器
C
脉冲隔离放大
图 1 （b） 晶闸管电压过零触发电路
2006 年第 3 期自动化与信息工程 21
电源电压与电容器的残压相等时，晶闸管上电压 为零，光电耦合器就会输出一个负脉冲，如果此时投 入指令存在，就会经过一系列环节，产生脉冲去触发 晶闸管，保证晶闸管的平稳导通。晶闸管的投入指令 撤销时，晶闸管在电流过零时断开，直到微控制器下 次发出投入指令，TSC 才会在零电压时重新投入。 3.2 TSC 的补偿判据和电容器的投切控制方式
2 机械投切电容器无功功率自动补偿装置的主 要缺点
自 1983 年电力部颁布实施按功率因数值调整电 费规定以来，各种机械投切电容器（MSC）在低压配 网中得到了广泛的应用。但这些以机械开关作为切换 元件的无功补偿装置越来越不能适应配网发展的需 求，主要表现在：
(1) 可靠性低 由于机械投切电容器在自动投切 过程中不能控制电容器回路的合闸角和开断角，因而 不可避免会引起合闸过电流、开断过电压，使开关触 头烧损严重，检修频繁，电力电容器的使用寿命缩短。
低压动态无功补偿装置的设计
低压动态无功补偿装置的设计作者：鲁晓枫来源：《科技资讯》2011年第07期摘要:设计了一种适合于冲击性负荷及频繁波动性负荷场所的低压动态无功补偿装置,重点阐述了该装置STC主电路及DSP+FPGA控制系统的设计。
装置对提高低压配电系统的功率因数,改善电能质量,降低能耗,具有重要的作用。
关键词:无功补偿晶闸管投切电容器数字信号处理器现场可编程门阵列中图分类号:TM62 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)03(a)-0126-02现代低压电网中,感性负荷和冲击性负荷占相当大的比重,造成电网功率因数降低,电能质量严重恶化。
究其根本原因是用电负荷工作中无功功率需求量的急剧变化。
因此,急需开发一种能快速响应电网无功需求,进行实时跟踪补偿的无功补偿装置。
目前无功补偿装置中,采用机械开关(接触器或断路器)或复合开关投切电容器的装置,其响应速度慢,不能实现对无功功率的动态补偿;而采用晶闸管投切电容器的装置,其控制器多为单CPU结构,控制精度和速度难以同时保证。
本文介绍的快速型低压动态无功补偿装置针对电网负荷的快速变化,以DSP芯片作为核心控制器,配合FPGA驱动大功率晶闸管投切电容器。
由于采用了无触点开关过零投切技术,电容器的投切均可实现无过渡过程的平稳投入和退出。
因此,本装置控制精度高(无功功率2级,功率因数0.5级),响应速度快,响应时间不大于13ms,而且可以频繁地投切动作,能有效地跟踪补偿快速变化的负载,改善电能质量。
1 主电路设计本装置的电容器按照8:4:2:1原则分成四组,可实现15级组合,这种不等容分组方式的优点是利用较少的分组可以得到较小的补偿级差。
控制电容器投切的无触点开关由两只单向晶闸管反向并联构成。
当晶闸管施加正向电压,且门极有脉冲触发信号时,晶闸管导通,电容器投入电网。
当触发脉冲信号去掉后,电流过零或反压时,晶闸管截止,电容器从电网上切除。
这种两只晶闸管反向并联结构与一只晶闸管和一只二极管反并联结构相比,具有投切速度快,晶闸管承受电压低的优点。
低压无功补偿装置技术改造及应用
低压无功补偿装置技术改造及应用摘要：当今企业用电中，都存在功率因素偏低的现象，导致用电设备利用率较低，电能损耗大成本增加，尤其大量使用电动机、整流装置、变频器等用电设备，对低压配电系统造成损耗及污染极大。
基于电网无功消耗及配电系统污染的状况，在低压配电系统中广泛采用并联电容器对其进行无功补偿。
关键词：无功补偿装置电容器电抗器功率因素1、改造前的介绍公司改造前的配电系统及无功补偿方法。
公司由不同的两路电源分别供给一号变（容量为400KV A）、二号变（容量为250KV A）。
一号变压器给环保车间、动力车间、一车间、三车间等区域供电；二号变压器单独给二车间供电。
无功补偿装置均采用接触器手动补偿，补偿方式均采用集中补偿，电容器容量分别为132Kvar、80Kvar，功率因素0.78左右。
2、改造方案制定2.1 电容器的补偿方法的制定根据配电室的位置，制定一号变压器及二号变压器的总配电室采用集中自动补偿，另外三车间配电室距总配电室较远在三车间增加一面无功补偿配电柜。
随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，配电系统结构日益复杂，对电网污染越来越严重，谐波对电容器使用寿命影响较为严重，将配电系统进行简化，将配电系统简化容量简化为变压器容量Sn，所有非线性负载容量Gh，将Gh/Sn 的比值，即非线性负载占总容量的比例作为补偿类型的选型依据。
（1）当Gh/Sn25%时，表示系统谐波污染非常严重，应采用调谐型无功功率补偿装置。
调谐型无功功率补偿方案由调谐电抗器和耐谐型电容器组成。
柜，也采用就地自动补偿方式；二车间采用集中自动补偿方式。
2.2 电容器容量的计算根据供电营销规定，功率因素为0.9的标准，经过查阅资料功率补偿设计一般为0.95，经过完全退出无功补偿装置观察了一周，拟定补偿前按照0.76进行确定电容器的容量，经查阅资料从0.76补偿到0.96时，每千瓦需要0.56千乏，经过计算一号变、二号变安装的电容器的容量应分别为224Kvar、140Kvar。
TSC低压动态无功补偿技术现状及其应用
重 庆钢铁 股份 有 限公 司 吴银 兵
［ 摘 要］ 本文介绍 了动态无功补偿 装置的组成 、 实现 的功 能、 主要指标及应 用。 ［ 关键词 ］ 态无功补偿 谐波 应用 动
一
、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引 言
四 、 际应 用 实
无功补偿技 术在制造业 、 金 、 冶 化工 、 电力 、 汽车 、 造船 、 通信 、 型 大 公共建筑供配 电系统 中被广泛 的应用 ， 以改善用 电负荷 的功率 因数 ， 实 现节 能和电网供 电质量 的稳定 ， 因此无功补偿技术一 直以来是人们 重 点研究 的课题 。随着经济 的不断发展 ， 电力 负荷 的 日益增 长 ， 不稳 定负 荷和非线 性负荷的增多 ， 其负荷具有 快速的无功变化 特征。传统 的接 触器投切 电容器组进行无功补偿 的方式 已经不 能实现 动态无 功的快 速 跟踪和补偿 ， 其补偿速度慢 、 投入浪涌 电流大 、 除时产 生过电压 ， 切 装置 使用 寿命 短维护成本 高 ， 应用领域 受到极大 的限制 。九十年代开始 出 现 了智能复合开关 的投切方式 、 定程度 上解决 了零 电流投 切 ， 在一 但对 于大量 的非周期 的快速无 功变 化仍然 未从根本上加以解决 。随着可控 硅技术 ， 计算机及通信技术 、 感技术 的发展为动态无功补偿技术的发 传 展 和实际应用奠定了基础 。国际上 以以色列 Ｅｓｅ 公 司的动态无功补 ｌ ｃ ｐ 偿 技术为代表 ， 国内也涌现 了不 少的动态无功 补偿 装置 的生 产和研发 公司， 动态无 功补偿装置成 功的应用实现 了动态无功 的精确 快速补偿 和滤除谐波 的双重功能 ， 大地改善 了电网质量和提高输 电线路 的传 极 输 能力 、 变压器 的负载能力 ， 高 了电力设备 的运行效率 、 提 降低了电能 损耗 ， 取得 了良好 的社会效益和经济效益 。 二、 无功 负荷和谐 波的危 害 １ 功 功 率 的影 响 ． 无 （） １ 降低 发电机 有功功率 的输 出 。２ 降低输 、 电设 备 的供 电能 （） 变 力。 ３ 造成线路电压损失增大和电能损耗 的增加 。４ 造成低功率 因数 （） （） 运行和电压下降 ， 电气设备容量得不到充分发挥 。 使 ２谐 波 的 危 害 ． （） １ 对供电变压 器和电动机的危 害 由于 电流 的趋肤效应 ， 增加铜损 ； 由于高频涡流 ， 加铁损 。使变 增 压器和 电动机发热增加 ， 温升变高 ， 谐波所 引起 的额外损耗会导致 变压 器的基波 负载容量下降 ， 电动机效率降 低 ， 甚至变压器损 坏 、 电动机不 能正常工作。 （） ２ 对供电电缆及电子设 备的危 害 由于 电流的趋肤效应 ， 增加铜损 ， 电缆发热增加 ， 使 效率 降低 ， 至 甚 烧毁 电缆 。高次谐波 的影响 ， 电子设 备受到干扰 ， 生误动作 ， 敏 使 产 灵 电子设 备的损坏 ； 波电流的存在 ， 谐 可能产生并联谐振 ， 造成 电容 器过 载， 甚至烧毁 电容器 三 、 压 动 态 无 功 补 偿 技 术 低 动态无功补偿装置 由信号采集 系统 、 信号处 理系统（ 控制器 ）电子 、 开关 、 电容器 电抗器 四大部分组成 。 低压 动态无功补偿 从技术上讲 主要解决信号 的快速采集 、 信号的 快速运 算处理 （ 制器 ） 控 和准确发 出指令 、 最短 时间和能够频繁准 确投 切开关 ， 远程通信和监控 。 电子 开关模块技术 ， 传感技术 ， 算机技术和通信技术的发展 已经 计 使得动态无功补偿技术 要解决 的核心技术问题集中到了实现信号 的快 速运算功 能的控 制器 ， 而国内和国外技术的差距就在控制器方面 ， 主要 体 现在精确运算 速度和功能 开发 上面 ， 国内产品 以其较 高的性价 比 但 和 良好的售后 服务也得到 了广泛 的应用 ， 由于动态无功补偿 的控制是 以检测零点电流（ 电流波两个相邻 的零点 电流有半个 周波时间 ） 实现零
TSC低压无功补偿装置
④滤波电容器：采用特殊材料、特殊工艺制作，抗冲击、抗谐波能力强，使用寿命长。电容器全部两年保修。
⑤自动控制系统：它采用西门子PLC安全、稳定、可靠，真正实现无人职守自动控制，实时监测电压超限，电流超限，温度超限，故障报警。停电自动退出，送电自动恢复运行，安全可靠，使用寿命长。
六、补偿效果：1、增加变压器的带载容量，提高电气设备的效率降低网损，减少线路的损耗，高效节能。
2、采用进口可控硅控制电容器实现无触点、无冲击、无过滤投切，与普通补偿柜相比还具有损耗低，元件寿命长，免维护的优点。
TSC系列动态无功补偿装置采用TSC无触点可控硅半导体模块作为开关,对多级电容器组进行快速无过渡投切（过零投切）,克服了传统无功功率补偿投切接触器触点烧损,电容电流冲击大等缺点。对各种负荷均能起到良好的补偿效果。TSC-W型补偿器采用的三相独立控制技术解决了三相不平衡冲 击负荷补偿的技术难题,属国内首创,填补了国内空白。由于采用的动态无功 补偿器响应速度快 (小于20ms) ,节能降耗效果显著,具有降低线路和变压器损耗,稳定用电系统电压,提高用电系统力率,是无功功率补偿领域的更新换代产品。
投切级数: 2-11级
柜体防护等级: IP30
功率总损耗: <1.3W/kvar
容许误差: 0~+10%
环境温度: -30゜C——+50゜C
■应用范围
负荷功率因数偏低,线路电压降大,需要进行无功功率补偿的场合
低压电网动态无功补偿装置的设计
摘要本课题研究以低压电网无功补偿改造为背景，研制了一种低压无功功率补偿控制器。
作为一种非实时的无功补偿装置，该装置以定时的电网监测数据为依据，以低压电网的无功补偿为对象。
本文主要研究了无功补偿对电网性能的改善，以及控制器的软硬件的配置。
系统采用52AT单片机，该单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高89C性能的CMOS 8位单片机，具有运算速度高，实时性好的特点；软件则使用汇编语言进行编译；人机操作界面采用LCD显示,显示效果较好；A/D转换采用ADC，是一款比较实用的A/D转换装置。
该装置可跟踪电网无功功率的变0809化并自动补偿,实现了无功补偿装置的优化运行,具有体积小、原理简单、智能投切等优点。
关键词：无功补偿,单片机,低电压ABSTRACTWhat this article studies is based on the alteration of reactive power compensation of low voltage, then design an equipment for reactive power compensation of low voltage. As a kind of reactive power compensation, this equipment is basis on the electrical network monitor data ，and provides reactive power for city‟s low voltage power grids. This thesis has discussed the importance of the reactive power compensation for the power grids ，and introduced the hardware and software of the controller.This device‟s hardware core is AT89C52 SCM ，which has many merits such as high operating speed. This monolithic integrated circuit is the low voltage which American ATMEL Corporation produces, a high performance CMOS 8 monolithic integrated circuits；The software uses the assembly language to carry on the translation；The man-machine operation contact surface uses the LCD demonstration, the demonstration effect is quite good; A/D transformation uses ADC0809 ，it is a section of quite practical A/D switching device. This equipment may track the electrical network reactive power the change and the automatic compensation, and this installment has the volume to be small, the precision is high, the price compared to the higher merit.KEY WORDS:reactive power compensation，SCM(Single Chip Micyoco)，low voltage目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录............................................................................................................................ I II 第1章前言 (1)1．1无功补偿装置必要性 (1)1．2无功补偿装置的发展史 (2)1．3设计提要 (4)第2章无功补偿的理论分析 (5)2．1无功补偿的原理 (6)2．2低压电网中的几种无功补偿的方式 (8)2．3确定补偿容量的几种方法 (9)2．3．1 从提高功率因数需要确定补偿容量 (9)2．3．2 从降低线路有功损耗需要来确定补偿容量 (9)2．3．3 从提高运行电压需要来确定补偿容量 (10)第3章硬件设计 (12)3．1无功补偿装置的技术要求 (12)3．1．1 补偿控制应符合技术条件 (12)3．1．2 测量精度 (12)3．1．3 控制器原理 (12)3．2硬件介绍 (13)3．2．1 微处理器 (13)3．2．2 A/D转换器选型 (17)3．2．3 看门狗 (20)3．2．4 LCD显示 (21)3．3模拟信号调理电路 (23)3．3．1 电流电压互感器 (23)3．3．2 电压、电流采样及信号处理电路 (24)3．4输出控制电路 (25)3．4．1 控制电路 (25)3．4．2 固态继电器 (26)第4章软件设计 (27)4．1功率因数计算 (27)4．2投切原则 (29)第5章结论与展望 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录1：硬件结构图 (34)附图 (34)附录2：软件程序 (35)第1章前言1．1 无功补偿装置必要性目前，我国输配电网无功缺乏，备用容量严重不足，无功补偿装置缺少灵活的调节能力，其中由于无功不足原因而产生电压降落、电能传输损耗大、线路输送容量降低和网络稳定性下降等问题表现尤为突出[1]。
基于DSP的动态无功补偿装置的研制
基于DSP的动态无功补偿装置的研制
吕晓洁;刘园;沈建冬
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2008(021)001
【摘要】针对电力系统中无功补偿装置发展的现状,研制出基于DSP控制的TSC 低压动态无功补偿装置.系统以无功功率和电压为综合判据控制电容器的自动循环投切,克服了传统无功补偿中只考虑单一因素作为判据的缺陷,有效地消除了电容器轻载投切振荡现象,并通过串联电抗器对谐波进行了很好的抑制.
【总页数】4页(P14-17)
【作者】吕晓洁;刘园;沈建冬
【作者单位】西安科技大学,电气与控制工程学院,陕西,西安,710054;西安科技大学,电气与控制工程学院,陕西,西安,710054;西安邮电学院,信息与控制系,陕西,西安,710121
【正文语种】中文
【中图分类】TN761
【相关文献】
1.基于DSP的动态无功补偿装置的研制 [J], 熊友红;邬守鑫
2.基于DSP的TSC型低压动态无功补偿装置的研制 [J], 罗永昌;肖国春;陈兵团;王兆安
3.基于DSP的低压动态无功补偿装置的研制 [J], 王见乐;王林虎
4.基于DSP的动态无功补偿装置的研制 [J], 周有;沈建冬
5.基于DSP的低压动态无功补偿装置的研究与设计 [J], 方昕;李晗
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
低压智能无功补偿系统的设计与应用
低压智能无功补偿系统的设计与应用作者：魏敏卢小芬来源：《科技传播》2013年第04期摘要本文介绍了无功补偿原理，分析了传统无功补偿系统与智能化无功补偿系统的优缺点。
重点介绍了智能化无功补偿系统的设计与应用，智能化无功补偿控制器和智能电容器间的通信设计以及远程无线监控系统的设计与研究，通过典型案例的设计和运行数据分析，验证设计的合理性、安全性。
关键词智能化；无功补偿；无线监控；短信报警；谐波分析中图分类号TM761 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）85-0139-021 无功补偿的原理及发展方向1.1 无功补偿的原理[1]将电容器和电感并连在同一电路中，电感吸收能量时正好电容器释放能量，而电感放出能量时电容器却在吸收能量。
它们之间产生能量的交换，即感性负荷所吸收的无功功率，可由电容器所输出的无功功率中得到补偿。
如图1，设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q吸，设置无功补偿装置后，补偿无功功率为Q吸，则电源输出的无功功率减少为Q'=Q吸-Q吸，功率因数由COS提高到COS'，视在功率S2减少到S1。
视在功率的减少可相应减少供电线路的截面和变压器的容量，减少设备投资成本。
则有：，电压损耗计算公式：。
由此可以看出，采用无功补偿措施后电源输送的无功功率减少了，相应的也使电网和变压器中的功率损耗下降，提高供电效率。
1.2 无功补偿系统的发展方向随着智能电网建设步伐的加快，电力设备智能化已经成为了趋势，因此，电力设备需在状态监测、状态检修、遥视等方面做相应的技术改进，无功功率补偿系统在电力供电系统中承担着提高电网功率因数、降低无功损耗、提高用电效率、改善供电环境的重要作用，在我国，电力浪费数量巨大，部分地区电网质量严重超标，在配电系统中用户消耗的无功功率约占总功率的50%～60%[2]，其余的无功功率全部消耗在电力配电系统中；因此，合理的设计或改造这个供电系统，有利于减少电网损耗，提高电网质量；而智能化无功补偿能满足坚强智能电网的要求，能实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合。
低压动态无功补偿装置的设计
低压动态无功补偿装置的设计
低压动态无功补偿装置的设计
随着电力负荷需求的日益增加，电力系统无功功率的问题越来越突出。
无功功率不仅造成电力系统的能源浪费，而且还会引起电压变化，降
低系统的稳定性和可靠性。
为了解决这个问题，一种低压动态无功补
偿装置被广泛应用。
低压动态无功补偿装置主要包括智能控制器、全谐波无功补偿装置、
动态无功补偿装置等组成部分。
其中，控制器可以实现对电能质量的
实时监测和分析，对电力系统的无功功率进行调节；全谐波无功补偿
装置可以补偿诸如谐波等全频段频率的无功功率；动态无功补偿装置
则主要用于补偿突发性负荷变化时的无功功率。
在低压动态无功补偿装置的设计中，需要考虑多方面的因素。
首先，
应该确定合适的控制器和传感器的种类和数量，以满足对电能质量的
监测和控制的要求。
其次，需要选择相应的电容器和电抗器来实现无
功功率的补偿。
同时，还需要考虑设备的额定容量和安装环境，保证
设备的安全性和稳定性。
此外，对设备的维护和保养也是不可忽视的
因素。
在低压动态无功补偿装置的实际应用中，还需要遵循一些技术要求。
例如，设备的连接线应该短且粗，以降低线路的电阻损耗；设备的运行应该稳定可靠，避免频繁的启停，影响设备寿命；设备的运行应该满足电力系统的负荷需求，保证电力系统的供电可靠性和稳定性。
总之，低压动态无功补偿装置的设计需要充分考虑电力系统的实际需求和技术要求，选择合适的设备和控制器，并严格遵循设计和运行规范，以确保设备的安全、稳定和可靠运行，提高电力系统的能效和电力质量，降低能源浪费，促进电力系统的可持续发展。
低压TSC可控硅动态无功补偿装置(EPFT-TSC)
低压TSC可控硅动态无功补偿装置（EPFT-TSC）产品简介晶闸管投切电容器方式的无功功率自动补偿装置(TSC)是目前国内普遍采用的低压无功功率自动补偿装置。
我公司（北京艾普飞特科技有限责任公司）生产的EPFT-TSC系列可控硅无功补偿装置是一种动态跟踪补偿的新型电子式无触点可控硅电容投切装置，利用大功率晶闸管组成低压双向可控硅交流无触点开关，可实现对多级电容器组的快速过零投切。
在TSC装置电容器支路中串联适当的电感，可有效防止谐波放大、吸收部分谐波电流，起到谐波抑制的作用。
同时该系列装置可以采用三相独立的控制技术有效解决了三相不平衡冲击负荷补偿的技术难题，装置响应时间小于20ms，实现功率因数补偿至0.9以上的目的。
EPFT-TSC系列可控硅无功补偿装置是无功补偿领域中的升级换代产品。
主要适用于工矿企业、石油、汽车、造船、发电厂、变电站、钢铁、冶金、化工、建筑、通信医院机场等负荷频繁变化的场所。
技术特点：◆采用双向反并联晶闸管，实现电压、电流过零投切，无冲击，无涌流和过电压，不引入暂态谐波；◆可以三相平衡循环、组合投切，又可分相循环、组合投切；◆采用DSP数字化控制器；◆在线参数设置；◆在线综合测量，实现检测负荷V、I、P、Q、cosΦ及投切级数；◆开关频率高，寿命长，响应迅速，响应时间≤20ms；◆断电自动恢复；◆过压/欠压保护、快速熔断器过流保护以及晶闸管过热保护。
技术参数：额定电压：0.4KV额定频率：50HZ动作相应时间：≤20ms晶闸管耐压：1800V电容选配：三相电容10KV AR~30 KV AR；单相电容3KV AR~10 KV AR。
其他规格需特殊订货装置尺寸：700mm(宽)×550mm(深)×190mm(高)柜体尺寸：800mm(宽)×800mm(深)×2200mm(高)。
不限柜型，可以与国内外各种柜型配套。
工作环境条件：环境温度：-25℃～+40℃相对湿度：＜90%（+25℃），无凝露最大日温差：20℃安装地点：户内安装海拔高度：＜1000米型号说明：EPFT — TSC—/ —级数代号额定容量系统电压柜体结构（P 屏，X 箱） 晶闸管投切电容器 企业代号注：如果负载中的谐波以5次及以上谐波为主，串联电抗器的串抗率选7%如果负载中的谐波以3次及以上谐波为主，串联电抗器的串抗率选14%也可根据用户需要，串抗率特殊订做。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
=
u1 i2 - u2 i1 2sin α
(3)
对于谐波量大的场合 ,取若干组数据 ,结合数字
滤波技术 ,就可以既准确又快速地检测出无功功率
Q 。无功功率检测原理电路如图 3 所示 。
— 168 —
第 29 卷第 7 期 TSC 低压动态无功补偿装置的设计与应用 ———楼晓春 ,等 Vol129No17
电压和电流进行采样 ,记电压 、电流的对应采样值为
u1 、u2 、i1 、i2 ,则该相的无功功率
二进制 8 :4 :2 :1 分 4 组进行补偿 ,以提高补偿精度 。 晶闸管电压
USCR = 2 ———电压裕度 ,取 k1 = 1. 1 ;
Q
(10) :22 - 26. [3 ]张永军 ,孟文博 ,赵积春 ,等. 一种 TSC 低压动补与滤波装置的关
键性技术分析[J ] . 微计算机信息 ,2004 (12) :100 - 101.
作者简介 : 楼晓春(1971 - ) ,浙江义乌人 ,硕士在读 ,讲师 ,现从事 自动控制方面的教学和科研工作 ,参与省教育厅科研课题 1 项 ,主持横 向课题 1 项 ,副主编国家“十一五”规划教材 2 本 ,发表论文多篇.
内页 (黑白) 2 400
内页 (半版) 1 200
— 169 —
0 前言 静止无功补偿是指用静止开关投切电容器或电
抗器 ,吸收或发出无功电流的能力 ,具有提高系统的
k2 ———电网电压波动系数 ,取 k2 = 1. 1 ; U ———电网额定电压 。
功率因数 、稳定系统电压 、抑制系统振荡等功能 。目
前 ,静止开关主要分为机械开关和电力电子开关 2
由于三相四线制配电网中三相负荷往往是不平 衡的 ,考虑到分相补偿的要求 ,本文采用图 1 作为 TSC 的主电路 。星形联接电容器组的每相电容器按
图 1 主电路结构
晶闸管电流
ISCR = 215πf CU ×10 - 6
(2)
式中 f ———频率 , f = 50 Hz ;
C ———电容容量 μ, F。
稿酬 ,如有不同意上面所述者 ,请来函说明 ,本杂志社将做适当处理 。投稿必须通过电子信箱发来 ,投稿只能用 Word 排双栏版并请仔细阅读 ,
字数在 3 000～5 000 字为宜 。投稿之前 ,请查看 mkjx1cn 网址投稿须知 ,在第一作者简介文末留下联系电话 、电子信箱 。
2008 年本刊仍为国际标准 A4 开本 ,208 页 ,定价每册 15 元 ,全年 12 册 180 元 ,订阅者可到当地邮局订阅 ,也可来函索取征订单 ,欢迎订阅 、
种 。晶闸管投切电容器 ( TSC) 是一种利用晶闸管作
为无触点开关的静止无功补偿装置 ,广泛应用于配 电系统中 ,是静止无功补偿技术的发展方向 。
与机械投切电容器相比 ,晶闸管的通 、断是无触 点式的 ,其操作寿命几乎是无限的 ,可以频繁投切 , 而且投切时刻是可以精确控制 ,因此能实现无过渡 过程的平稳投入和切除 (动态响应时间为 0. 01～0. 02 s) 。此外 , TSC 还具有成本低 ,运行时不产生谐 波 ,损耗小的优点 。TSC 能快速跟踪冲击负荷的突 变 ,实现动态无功补偿 ,减小电压波动 ,提高电能质 量 ,节约电能 。 1 TSC 主电路
Abstract :A kind of TSC dynamic reactive power compensation device applicable for middle and low - pressure distribution network is introduced , it meets rapid and real - time requirement of low - pressure distribution network fundamental wave reactive power compensation. The characteristic of TSC main circuit four kinds of mode of connection is analyzed ,and the solving method of key problems about thyristor trigger circuit ,reactive power rapid detection and automatic classing of multi - group capacitors is particular represented. Key words :reactive compensation ; thyristor switching capacitor ( TSC) ; capacitor
并联电容配置的电抗器主要有以下几种类型 : (1) < 0. 5 % :主要目的是限制合闸冲击电流 ; (2) 4. 5 %或 6 % :抑制 5 次以上的谐波 ; (3) 12 %～13 % :抑制 3 次以上的谐波 。 5 控制系统 本文设计的 TSC 低压动态无功补偿装置的控 制系统如图 6 所示 。系统采用 80C31 高速单片机作 为核心控制器件 ,系统主要由电压电流采集单元 、同 步锁相单元 、专用综合保护单元等组成 。
Design and Applyment of TSC Low - voltage Dynamic Reactive Power Compensation Device
LOU Xiao - chun , CHEN Sui - sheng ( Hangzhou Vocational and Technical College , Hangzhou 310018 , China)
2 无功功率的快速检测
为了满足冲击性负荷动态无功补偿和抑制电压
波动 、电压闪变的要求 ,采用瞬态无功功率检测办
法 ,将基波无功功率的计算时间缩小到 3. 3 ms ,可以
快速地检测出无功功率 ,结合阻容滤波和数字滤波
技术 ,大大提高了无功功率的检测精度 。
如图 2 所示 ,在间隔α角度的任意 t1 、t2 时刻对
图 2 某相电源的基波电压与基波电流
图 3 无功功率检测原理电路框图
3 无冲击投入问题 TSC 的理想投切方式是投切时电容器两端的电
压无突变 ,即最佳投切时间是电源电压等于电容器 两端电压的时刻 。此时投切电容器 ,不会产生合闸 冲击电流 。理想投切时刻波形如图 4 所示 。
是可以的 。但为了限制因晶闸管误触发或事故情况 下引起的合闸冲击电流 ,抑制高次谐波 ,一般还是应 当串联电抗器 。
摘 要 : 介绍了一种适用于中低压配电网的 TSC 动态无功补偿装置及应用 ,可满足低压配电 网基波无功补偿的快速性和实时性要求 。分析了 TSC 主电路 4 种接线方式的特点 ,详细地阐述了 多组电容器的自动分级投切 、无功功率快速检测及晶闸管触发电路等关键问题的解决办法 。
关键词 : 无功补偿 ; 晶闸管投切电容器 ; 电容器 中图分类号 : TM715 文献标志码 : A 文章编号 :100320794 (2008) 0720168202
图 4 TSC 理想投切时刻原理说明
由于电源电压与电容器两端电压的差值为晶闸 管两端的电压 ,所以可以通过检测晶闸管两端的电 压来确定最佳的投入时刻 ,如图 5 所示 ,反并联的一 对晶闸管作为投切电容器的开关 。由于晶闸管两端 的电压是一个有直流偏移的交流量 (为零到 2 倍峰 值电压之间变化) ,为避免互感器饱和而影响过零检 测 ,晶闸管两端电压信号的采集选用 LEM 模块 。当 晶闸管两端的电压过零时产生负窄脉冲 ,并与投切 命令配合产生触发晶闸管的脉冲序列 。
对于不对称负载 ,可以分相检测 ,可以实现分相 的动态无功功率补偿 。
参考文献 : [1 ]张劲光 ,吴加新 ,张宝华. 低压型 TSC 主回路不同接线方式调谐波 特性分析[J ] . 继电器 ,2002 (7) :34 - 36. [2 ]何一浩 ,王树民. TSC 动态无功补偿技术评述 [J ] . 中国电力 ,2004
收稿日期 :2008202218
本刊声明
《煤矿机械》杂志连续 4 次被认定为中文核心期刊 ,黑龙江省优秀期刊 ,列入《剑桥科学文摘》《、文摘杂志》来源期刊 。本刊已加入“中国期
刊网”、“万方数据网”和“重庆维普网”,作者稿酬由本杂志社一次付清 。本杂志社属自负盈亏单位 ,在本刊发表文章收发表费 ,同时也付给作者
第 29 卷第 2008 年
7 7
期 月
煤 Coal
矿 机 械 Mine Machinery
Vol129No17
Jul . 2 0 0 8
TSC 低压动态无功补偿装置的设计与应用
楼晓春 , 陈岁生 (杭州职业技术学院 , 杭州 310018)
投稿 。
2008 年本刊发布广告价格如下 (老客户老价格 ,新客户执行新价格 ,多登优惠) (元Π版) :
封面 (彩色) 10 000
封二 (彩色) 8 000
插页 (彩色) 7 000
封底 (彩色) 9 000
封三 (彩色) 7 500
插页 (黑白) 4 000
插页 (黑白半版) 2 400
图 5 电压检测及触发电路
4 串联电感 采用电源电压等于电容器两端电压的时刻投切
电容器可以避免合闸冲击电流 , 不串联电抗器完全
图 6 补偿装置的结构框图
负荷电流 、电压信号经阻耦合 、采样保持和 AΠD 转换后 ,结合数字滤波技术 ,就可以准确又快速地检 测出无功功率 。本装置不采用功率因数而采用无功 功率作为控制变量 ,按负荷实际所需无功自动分级 投切电容器组 ,同时设置独特的自适应梯级死区 ,一 次调节到位 ,不仅避免了投切振荡 ,还避免了电容器 组不必要的频繁投切 。