毕业论文-基于ATM89C2051单片机的无功补偿智能控制器硬件设计.doc

PAGE 学 士 学 位 论 文 基于单片机的无功补偿智能控制器的设计 无功补偿智能控制器硬件设计 作者姓名： 导师姓名： 专业名称： 所在学院： 山 东 科 技 大 学 摘要 本文从无功补偿的基本原理出发，分析了无功补偿的必要性及其所能产生的经济效益；确定了无功补偿的几种基本方法，对无功补偿所遇到最佳补偿容量问题进行了分析和探讨，研究并解决了补偿电容器在运行中的几种异常现象。 在TSC型无功补偿装置的基础上设计了一种新型的低压智能无功补偿控制器。该控制器以ATM89C2051为控制核心，直流式电磁继电器控制电容组的投/切，避免了电容器投切时的电流冲击；解决了投切时的暂态电流冲击和稳态可靠运行的难题。采用看门狗电路对系统的运行进行监控，改善了系统运行的可靠性。该控制器还具有历史数据存储功能，能够对电网运行状况进行监视，通过后台软件的分析处理给出各项电网参数的运行曲线，可方便地对控制器性能和电网运行状况作出评估。该低压智能无功补偿装置运行稳定可靠并实现了预期的目的 关键词： 无功补偿，ATM89C2051，电磁继电器 目 录 摘要 ABSTRACT 1 绪 论1 1.1 课题研究的背景1 1.2 无功补偿技术的历史与现状2 1.3 无功补偿的分类8 1.4 本文研究的内容及关键技术10 2 无功功率补偿的基本原理12 2.1 无功功率理论及研究历史12 2.2 无功补偿的概念13 2.3 无功补偿对电压的损失率的影响及其经济意义17 2.4 低压无功补偿的基本方法19 2.5 确定无功补偿容量的方法20 3 补偿电容器在运行中的异常现象及分析24 3.1 电容器投入时发生的异常现象24 3.2 限制电容器涌流的技术措施33. 4 无功补偿控制器硬件电路设计35 4.1 控制器的硬件结构35 4.2 信号采样及调整电路设计36 4.3 控制电路及功能电路设计37 5 无功补偿控制器软件设计48 5.1 系统整体软件结构图48 5.2 检测与功率因数的计算48 5.3 LED数码管显示51 5.4 电容的投/切53 6 结束语55 致 谢56 附 录57 附录1 系统硬件电路图57 附录2参考文献58 附录3 外文原文和翻译59 1 绪 论 1.1课题研究背景 随着科学技术的发展，以及各种益于人类生活的用电器的发明，和企业用电量的增加，给全国的电力系统提出了新的挑战，电力是我国的主要二次能源之一，因此节约用电降低消耗，减少生产成本成为企业可持续发展追逐的目标。但是电力系统中先天性的存在着大量的无功负荷，这些无功由于负荷来自电力线路、电力变压器以及用户的用电设备。系统运行中大量的无功功率将降低系统的功率因数，增大线路电压损失和电能损失，严重影响着电力企业的经济效益。而解决这些问题的一个有效途径就是进行无功补偿。功率因数的提高，不仅能提高供电设备的供电能力，而且可以降低电力系统的电压损失，减少电压波动，改善电能质量，降低电能损耗，从而节省电力提高企业的经济效益。 同时，在现代电力企业中，功率因数是考核配电网运行的重要指标，为达到考核指标，必须结合本地区的具体情况，进行无功的规划，其规划的目的是： 保证规划地区的无功平衡，维持电力系统的无功稳定。 提高地区电网电压的质量，使地区电网无功、电压优化运行。 提高功率因数、改善地区电网电能质量、提高电力企业经济效益。 合理确定无功补偿方式、无功补偿容量、无功补偿的安装地点使补偿效果最佳。从我国电力系统所处的发展阶段来看，正处于发展时期。虽然我国总装容量已跃居世界第二，但全国人均拥有是装机容量还只是世界平均水平的1/3，不及发达国家水平的1/10，还有约8000万边远农村人口尚未用电，严重的缺电局面决定了我们必须保持高的电力增长速度为国民经济发展保驾护航；资金不足的客观事实决定了我们必须采取适合中国国情的高新技术，在加强一次系统——电源和电网建设的同时，更多的靠“二次”或新的控制来弥补“一次的不足”。我国各大电网几乎无例外的缺乏有效的无功和电压调节手段，因而带来一系列安全、经济与制约输电能力的问题，迫切需要寻找高投资效益比的新出路。 世界上一些大停电事故又表明现代电力系统在一定意义上讲还是相当脆弱的动态大系统。因此现代电力系统必然成为各种新技术竟相被引入和渗透的交汇点。 鉴于无功功率的影响、无功补偿的作用和现有电力系统的状况和补偿装置的优缺点，强烈需要寻求一种能综合现有多种补偿装置的优点，且成本较低的静止无功补偿装置。该补偿装置通过实时检测供电系统需要补偿的无功功率，对系统进行跟踪补偿。本课题就是在次基础上提