配电房无功补偿电容自动投切系统

配电房无功补偿电容自动投切系统

皖西学院

本科毕业论文（设计）

配电房无功补偿电容自动投切系统设计论文题目

姓名（学号）Mark（**********）

院别机械与电子工程学院

专业电气工程及其自动化

导师姓名刘林

配电房无功补偿电容自动投切系统设计

作

者

刘

指导

教师

摘要:最近几年来，随着我国经济的发展，对电力的需求,以及全球能源危机，加强电能的质量和能耗的降耗变得很重要。

电网中在传输电能时会产生的电能损耗，这是很大的浪费。最严重的是中低压配电网中的电能耗损占了大部分。用晶闸管投切电容器来进行无功补偿来提高功率因数，降低线损这些都是很有效的方法。

在电网中安装的无功补偿设备有晶闸管控制电容器的投切、有固定配置的并联电容器等。出于对电能质量和经济运行的均衡考虑，用晶闸管控制电容器的投切在近年来都是首选的方式。

本文是使用的单片机是AT89C52，通过对单片机的编程来实现无功补偿系统的自能监测和自动控制，通过电容器的投切来调整功率因数，使其得到优化，并提高电网供电能质量以及经济运行。

关键词：配电网无功补偿电容器 AT89C52

目录

第一章绪论 (1)

1.1 课题的研究背景 (1)

1.2 目前无功补偿存在的缺陷 (1)

第二章无功补偿原理和算法 (2)

2.1 无功功率补偿的原理 (2)

2.2 无功功率补偿的方式 (4)

2.3 无功补偿投切的就地控制算法 (4)

第三章系统硬件设计 (6)

3.1 无功补偿电容自动投切系统总体框图 (6)

3.2 AT89C52单片机 ........................................................................... 错误!未定义书签。

3.2.1 AT89C52单片机的硬件结构...................................... 错误!未定义书签。

3.2.2 主要性能参数............................................................. 错误!未定义书签。

3.2.3 AT89C52管脚说明...................................................... 错误!未定义书签。

3.2.4 存储器结构................................................................. 错误!未定义书签。

3.3 相位差检测单元电路的设计 (8)

3.3.1 相电压、相电流输入电路 (10)

3.3.2 相位差的检测 (11)

3.3.3 相位差的计算 (13)

3.4 投切电容电路的设计 (15)

3.5 三相功率因数的显示电路设计 (18)

3.5.1 LED显示器 (18)

3.5.2 8255A与LED显示器的接口 (19)

3.6 电源电路设计 (22)

第四章系统软件部分设计 (23)

4.1 主程序设计流程图 (23)

4.2 子程序设计流程图 (24)

结论 (25)

致谢 (25)

参考文献： (28)

第一章绪论

1.1 课题的研究背景

我们把完整的电力系统分为发电、高压输电和次高压输电、配电、负载四个部分。输电和配电系统所输送的电能有功功率和无功功率两个部分。配电网的总负荷是有功电流和无功电流在流经输电线路，配电设备时会产生的有功功率损耗和无功功率损耗，以及电力系统用户消耗的无功功率和有功功率。在整个电网中，每个时刻，电网中的无功负荷和有功负荷都一定和无功电源和有功电源相互平衡。有功电源是发电机，无功电源可以是发电机，也可以是并联的电容器等无功补偿装置。

随着我国经济的高速发展，对电力需求不停的增长，电网规模不停的增大，电力工业也有相应的发展，但于此同时供电的质量等问题也越来越严重。其中比较明显的是无功功率的不足。在配电网中的配电线路、中低压变压器、异步电机等较多电感性负荷的存在都会产生无功损耗。

无功功率的不足造成了较多的无功电流在配电网络中传输，造成不良后果，第一，增加了有功网损，而降低原配电网运行的经济性；其次，降低了供电电能质量以及供电的可靠性；第三，降低了配电系统对有功功率输送的能力，因此电力系统的使用效率降低。实现就地无功功率的平衡是解决无功功率的不足重点之处。对于中，低压配电网络和电力系统用户来说，安装并联电容器是很经济实用的办法。

1.2 目前无功补偿存在的缺陷

数据表明，在中国国内城镇乡、村配电网无功损耗数据如下：0.4kV级损耗占约51%左右，0.4kV-10kV级损耗占约18%左右，35kV以上损耗占约31%左右。在农村电网中，较长距离供电很普遍，10kV线路耗损很大；而在城市电网中，配点网络的耗损主要在0.4kV。由此可见10kV等级电压以下的无功损耗占了很大的比例。因此，做好这部分的无功补偿很重要。

最近几年，计算机技术的快速发展，无功补偿也己经得到了巨大的成就，无功补偿设备已经进入一个崭新的阶段。但是，许多输电系统中依然会出现无功功率补偿不足。

无功补偿主要有以下的问题：无功补偿容量不足，集中补偿居大多数

第二章 无功补偿原理和算法

2.1 无功功率补偿的原理

电力网络中的电动机，变压器的工作原理是法拉第的电磁感应原理。磁场所拥有的磁场能均是由电源提供。电动机的线圈和变压器的线圈在能量转化过程就是交变磁场。在一个周期内线圈吸收与释放的功率相等或者交流电网中的电容器充电与放电功率相等，它们被称为无功功率。无功功率主要用来建立静电场和磁场，并且会在电力系统元件中流动，这就是无功电流。无功电流的存在会引起电压损耗和功率损耗，降低电网供电能质量以及电网的经济运行。通过对无功功率的补偿可以改变这一状况。

无功补偿的原理就是在一个电路中通过电感与电容器的并联，即电感吸收（释放）电能，而电容器可以释放（吸收）电能。电能在电感与电容之间相互转化，即无功补偿。无功补偿的原理可由图2-1来说明：

图2-1 无功功率补偿原理图

设负载需从电源吸收的无功功率为“Q ”，装设无功补偿装置后，无功补偿功率为“C Q ”，这样电源输出的无功功率为“Q ＝Q 1-C Q ”，功率因数从“cos ϕ”升高到“cos ϕ’”在功率

从“S ”降低到“S ’”。

由电力系统功率损耗的计算公式：

22

()()C P Q Q S P j Q R jX U +-=+=+ （2-1） 使用无功补偿设备进行无功补偿后，电源输送的总功率减少。