功率因數(shù)開題報告

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p><b>　　開題報告</b></p><p>　　題目：功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)的研究</p><p>　　功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)的研究</p><p><b>　　1課題來源</b></p>

2、<p>　　近年來，隨著我國國民經(jīng)濟GDP的不斷增長，我國的電力工業(yè)也有了長足的發(fā)展。同時電力網(wǎng)中的無功問題也已逐漸引起人們的廣泛關(guān)注，這是由于隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛。而大多數(shù)電力電子裝置的功率因數(shù)很低，它們所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所輸送的電量中占有很大的比例。無功功率增加會導(dǎo)致電流的增大，設(shè)備及線路的損耗增加，導(dǎo)致大量有功電能損耗。同時使功率因數(shù)偏低、系統(tǒng)電

3、壓下降。無功功率如果不能就地補償，用戶負(fù)荷所需要的無功功率全靠發(fā)、配電設(shè)備長距離提供，就會使配電、輸電和發(fā)電設(shè)施不能充分發(fā)揮作用，降低發(fā)、輸電的能力，使電網(wǎng)的供電質(zhì)量惡化，嚴(yán)重時可能會使系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電事故。</p><p>　　供電系統(tǒng)常由于感性負(fù)載過重，造成感性無功過大，電能質(zhì)量下降，功率因數(shù)過低。為提高電能質(zhì)量和功率因數(shù)，維護電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運行，常需在低壓側(cè)裝設(shè)無功補償裝置。</p&

4、gt;<p>　　2 研究的目的和意義</p><p>　　據(jù)報道，我國平均每年因為無功分量過大造成的線損高達15%左右，折算成線損電量約為1200億千瓦時。假設(shè)全國電力網(wǎng)負(fù)載總功率因數(shù)為0.85，采用無功補償裝置將功率因數(shù)從0.85提高到0.95時，則每年可以降低線損約240億千瓦時。近年來，隨著電網(wǎng)負(fù)荷的增加，對無功功率的要求也與日俱增。由于無功功率同有功功率一樣，是保證電能質(zhì)量不可分割的一部分

5、。所以在電力系統(tǒng)中需要進行無功功率補償，這對電力系統(tǒng)安全、可靠運行有著很重要的意義。</p><p>　　電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是電感性的，因此，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實現(xiàn)；而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要消耗無功功率。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機提供并經(jīng)過長距

6、離傳送是不合理的，通常也是不可能的。</p><p>　　合理的方法應(yīng)是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率，即無功補償。</p><p>　　無功補償?shù)囊饬x主要有以下幾點：</p><p>　?。?）提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。</p><p>　?。?）穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。在長距離輸電線中

7、合適的地點設(shè)置動態(tài)補償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。</p><p>　?。?）在電氣化過程中三相負(fù)載不平衡的場合，通過適當(dāng)?shù)臒o功補償可以平衡三相的有功及無功負(fù)載。</p><p>　　3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　3.1國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　早期的無功補償裝置為同步調(diào)相機和并聯(lián)電容器。同

8、步調(diào)相機可理解為專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機，可根據(jù)需要控制同步電機的勵磁，使其工作在過勵磁或欠勵磁的狀態(tài)下，從而發(fā)出大小不同的容性或感性無功功率，因此同步調(diào)相機可對系統(tǒng)無功進行動態(tài)補償。但是它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運行中的損耗和噪聲都比較大，運行維護復(fù)雜，成本高，且響應(yīng)速度慢，難以滿足快速動態(tài)補償?shù)囊?。并?lián)電容器簡單經(jīng)濟，靈活方便，但其阻抗固定，不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化即不能實現(xiàn)對無功功率的動態(tài)補償。</p><p&

9、gt;　　3.2國內(nèi)外的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近幾年出現(xiàn)了多種電力系統(tǒng)無功補償新技術(shù)。電力電子技術(shù)是無功補償技術(shù)的基礎(chǔ)，電力電子器件向快速、高電壓、大功率發(fā)展，使采用電力電子器件的無功補償從根本上改變了交流輸電網(wǎng)過去基本只依靠機械型、慢速、間斷及不精確的控制的局面，從而為交流輸電網(wǎng)提供了空前快速、連續(xù)和精確的控制以及優(yōu)化潮流功率的能力。隨著電力電子器件的發(fā)展，無功補償控制器在其性能

10、和功能上也出現(xiàn)不同的發(fā)展階段。無功補償控制器己由基于SCR的靜止無功補償器（Static Var Compensator-SVC）、晶閘管控制串聯(lián)電容補償器（Thyristor Controlled Series Compensator-TCSC）發(fā)展到基于GTO的靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator-SVG）、靜止同步串聯(lián)補償器（StaticSynchoronous Series Compensator-SSSC）

11、、統(tǒng)一潮流控制器（Unified Power FlowController-UPFC）、可轉(zhuǎn)換靜止補償器（Convertible Static Compensator-CSC）等。</p><p>　　下面列舉一些重要的無功補償技術(shù)及設(shè)備：</p><p>　　（1）靜止無功補償器（SVC）</p><p>　　早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器（Saturated

12、 Reactor-SC）型，1967年英國GEC公司制成了全世界上第一批飽和電抗器型SVC。飽和電抗器與同步調(diào)相機相比，具有靜止型的優(yōu)點，響應(yīng)速度快，但因其鐵心需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，所以未能占據(jù)靜止無功補償裝置的主流。由于使用晶閘管的SVC具有優(yōu)良的性能，所以十多年來占據(jù)了靜止無功補償裝置的主導(dǎo)地位。因此，SVC一般專指使用晶閘管的靜補裝置。</p><p>　

13、　SVC是利用晶閘管作為固態(tài)開關(guān)來控制接入系統(tǒng)的電抗器和電容器的容量，從而改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。按控制對象和控制方式不同，分別稱之為晶閘管控制電抗器（Thyristor Control Reactor-TCR），晶閘管投切電容器（Thyristor Switch Capacitor-TSC）以及這兩者的混合裝置（TCR+TSC），TCR與固定電容器（Fixed Capacitor-FC）配合使用的靜止無功補償器（TCR+FC）和TCR與機

14、械投切電容器（Mechanically Switch Capacitor-MSC）配合使用的裝置（TCR+MSC）。</p><p>　?。?）靜止無功發(fā)生器（SVG）</p><p>　　靜止無功發(fā)生器（SVG）也稱為靜止調(diào)相機（Static Condenser-STATCON），靜止同步補償器（Static Synchronous Compensator-STATCOM）、新型靜止無功

15、發(fā)生器（Advanced Static Var Generator-ASVG）。其分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。</p><p>　　電壓型橋式電路，其直流側(cè)采用電容作為儲能元件，交流側(cè)通過串聯(lián)電抗器并入電網(wǎng)；電流型橋式電路，直流側(cè)采用電感作為儲能元件，交流側(cè)并聯(lián)上電容器后接入電網(wǎng)。迄今投入實用的SVG大都采用電壓型橋式電路，因此SVG往往專指采用自換相的電壓型橋式電路作為動態(tài)無功補償?shù)难b置。<

16、;/p><p>　　（3）統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）</p><p>　　將SVG中與電網(wǎng)并聯(lián)的電壓器改為與電網(wǎng)串聯(lián)的變壓器，就成為靜止同步串聯(lián)補償器（Static Synchoronous Series Compensator-SSSC），它能實現(xiàn)對線路潮流的快速控制。把一臺SVG與一臺SSSC的直流側(cè)通過直流電容禍合，就構(gòu)成了統(tǒng)一潮流控制器UPFC。SVG與SSSC既可配合使用也可解藕獨立

17、運行。</p><p>　?。?）可轉(zhuǎn)換靜止補償器（CSC）</p><p>　　由紐約電力局NYPA與EPRI專家共同建議，并聯(lián)合西屋公司和PTI合作研究的可轉(zhuǎn)換靜止補償器（CSC）是強功能新型控制器。正在安裝中的美國Marcy變電站中的CSC由多個同步電壓源逆變器構(gòu)成，可同時控制2條以上線路潮流（有功、無功）、電壓、阻抗和相角，并能實現(xiàn)線路間功率轉(zhuǎn)換。其實質(zhì)是一種UPFC的多重組合。&

18、lt;/p><p>　　4 研究的主要內(nèi)容及設(shè)計成果的應(yīng)用價值</p><p>　　4.1課題研究的主要內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　本課題研究主要內(nèi)容：</p><p>　?。?）低壓無功補償控制器總的組成設(shè)計</p><p>　　（2）無功補償控制器系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　?。?

19、）無功補償控制器系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p><b>　　主要難點：</b></p><p>　?。?）硬件電路抗干擾設(shè)計</p><p>　　（2）軟件抗干擾設(shè)計</p><p><b>　　關(guān)鍵技術(shù)：</b></p><p>　?。?）低壓無功補償控制器總的組成設(shè)計&l

20、t;/p><p>　?。?）無功補償控制器系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　4.2設(shè)計成果的應(yīng)用價值</p><p>　　電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是電感性的，因此，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實現(xiàn)；而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要

21、消耗無功功率。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。</p><p>　　合理的方法應(yīng)是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率，即無功補償。</p><p>　　無功補償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c：</p><p>　?。?）提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。</p><p>　

22、?。?）穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。在長距離輸電線中合適的地點設(shè)置動態(tài)補償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。</p><p>　?。?）在電氣化鐵道中等三相負(fù)載不平衡的場合，通過適當(dāng)?shù)臒o功補償可以平衡三相的有功及無功負(fù)載。</p><p>　　4.2設(shè)計成果的應(yīng)用價值</p><p>　　我國平均每年因為無功分量過大造成的線損高達15%左右，折

23、算成線損電量約為1200億千瓦時。假設(shè)全國電力網(wǎng)負(fù)載總功率因數(shù)為0.85，采用無功補償裝置將功率因數(shù)從0.85提高到0.95時，則每年可以降低線損約240億千瓦時。近年來，隨著電網(wǎng)負(fù)荷的增加，對無功功率的要求也與日俱增。由于無功功率同有功功率一樣，是保證電能質(zhì)量不可分割的一部分。所以在電力系統(tǒng)中需要進行無功功率補償，這對電力系統(tǒng)安全、可靠運行有著很重要的意義。</p><p>　　5工作的主要階段、進度</

24、p><p>　?。?）2011年秋季學(xué)期第11周前</p><p>　　接受畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，學(xué)習(xí)畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及有關(guān)規(guī)定。</p><p>　　（2）2011年秋季學(xué)期第16周</p><p>　　閱讀指定的參考資料及文獻（包括5-10萬個印刷符號與課題或本專業(yè)相關(guān)的外文資料)。</p><p>　?。?）2011年

25、秋季學(xué)期第18周</p><p>　　完成開題報告、外文翻譯初稿。</p><p>　?。?）2011年秋季學(xué)期第19周</p><p>　　上交開題報告、外文翻譯，指導(dǎo)教師批閱。</p><p>　?。?）2012年春季學(xué)期第11周</p><p>　　提交畢業(yè)設(shè)計中期報告。</p><p>

26、　　（6）2012年春季學(xué)期第14周</p><p>　　論文寫作，提交畢業(yè)設(shè)計初稿。</p><p>　?。?）2012年春季學(xué)期第15周</p><p>　　完成畢業(yè)設(shè)計，全部成果教指導(dǎo)老師批閱。</p><p>　　（8）2012年春季學(xué)期第16周</p><p><b>　　畢業(yè)答辯。</b&g

27、t;</p><p>　　6最終目標(biāo)及完成時間</p><p>　　完成功率因數(shù)監(jiān)測設(shè)計與補償系統(tǒng)設(shè)計方案論文的撰寫。達到以下目的：能測量并顯示實驗系統(tǒng)的功率因數(shù)，有功功率和無功功率，誤差的絕對值小于5%。功率因數(shù)補償單元能根據(jù)負(fù)載變化自動的進行功率因數(shù)補償，使功率因數(shù)大于0.95.補償電容在投入時無明顯沖擊電流。測量，記錄并顯示補償電容變化時電流的瞬態(tài)響應(yīng)，要求采樣頻率大于3KHz，記錄

28、長度不小于0.3秒。</p><p><b>　　完成時間：第15周</b></p><p>　　7現(xiàn)有條件及必須采取的措施</p><p>　　本課題擬采用ATMEL公司推出的AVR系列單片機進行無功補償控制器的設(shè)計開發(fā)。AVR系列單片機具有速度快（大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，能夠達到1 MIPS/MHz的性能），內(nèi)存豐富（內(nèi)置EEPR

29、OM與ADC），價位低等優(yōu)點，且利用AVR單片機的捕捉功能可以簡單、準(zhǔn)確的計算出電網(wǎng)的周期和頻率。</p><p>　　設(shè)計擬上采用低功耗CMOS技術(shù)，而且在軟件上有效支持C高級語言（用IAR系統(tǒng)的ICC90C編譯器編譯）及匯編語言（用AVR匯編器編譯）。因此選用性價比較高的AVR單片機系列中的ATmegal 6來進行低壓無功補償控制器的設(shè)計，降低儀表的成本，便于該儀表的推廣利用，從而可以更大范圍的提高電網(wǎng)的供電

30、質(zhì)量。</p><p>　　8協(xié)助單位及要解決的主要問題</p><p>　　本課題的完成應(yīng)解決在電力系統(tǒng)運行過程中，精確監(jiān)測和快速敏捷動態(tài)補償?shù)谋O(jiān)測系統(tǒng)o測109426技術(shù)問題。同時，需要得到學(xué)校實驗室和指導(dǎo)老師的大力支持和幫助。</p><p><b>　　6 參考文獻</b></p><p>　　[1] Bude

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