1、 无功功率补偿控制器设计无功功率补偿控制器设计 无功功率补偿控制器设计 - I - 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，以城镇低 压网(220V)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AT89C51单片机， 该单片机是美国ATMEL公司生产的低电压， 高性能的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 ADC0809，是一
2、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：关键词：无功补偿无功补偿 单片机单片机 功率因数功率因数 无功功率补偿控制器设计 - II - 无功功率补偿控制器设计 - III - 目 录 摘 要 . I Abstract 错误错误!未定义书签。未定义书签。 1 绪论 1 1.1 课题的应用背景 . 1 1.2 国内研究动态 . 2 1.3 本课题主要研究的内容 . 2 1.4 无功补偿的原理 . 2 1.5 低压电网中的几种无功补偿的方式 3 2 芯片简介 5 2.1 51 系列单片机
3、简介 . 5 2.2 51 系列单片机的特点 . 5 2.3 AT89C51 单片机 . 5 2.3.1 AT89C51 特性 5 2.3.2 AT89C51 的功能 6 2.4 MAX813L 芯片 . 8 2.5 LCD1602 芯片 . 9 2.6 74HC595 10 3 系统硬件电路的设计 12 3.1 电源电路 . 12 3.2 A/D 转换电路 13 3.3 看门狗电路 . 15 3.4 LCD 显示 . 16 3.5 模拟信号处理电路 . 18 3.5.1 电流和电压相位检测电路 . 18 3.5.2 D 触发器控制电路 . 19 3.5.2 电流和电压信号采集电路 . 20
4、3.6 电容补偿控制电路 22 4 系统软件的设计 24 4.1 主程序设计 24 4.2 中 A/D 转换软件设计 . 24 4.3 电容补偿控制电路软件设计 25 无功功率补偿控制器设计 - IV - 结 论 27 参 考 文 献 28 附录 系统硬件原理图 29 致 谢 30 无功功率补偿控制器设计 1 1 绪论 1.1 课题的应用背景 目前，我国的电网，特别是广大的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损较 大的情况。 导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后， 功率因数较低。 比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的 70%，而由于设计和使用等方面的原因我 国电动机的功率
5、因数往往较低，一般约为7.0cos。 在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分必 要的，世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分 1。从我国电网功率因数和 补偿深度来看，我国与世界发达国家有不小差距。因此大力推广无功补偿技术是非常必 要的，并且从以下数据，我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。2007 年 ，我国年总发电量为 32559 亿千瓦时，统计线损率为 8.77%，但是这个数字没有包含 相当大的 110 千伏、 35 千伏、 10 千伏的输电线损及 0.38 千伏的低压电网线损。 据报道， 估计实际的统计线损率约为 15%，即 2007 年
6、全国年线损量约为 4800 亿千瓦时。设全国 的理论线损与统计线损相一致，其中可变线损约占理论总线损的 80%，则年可变线损电 量约为 3900 亿千瓦时。设当前全国电力网总负荷的当前功率因数85.0cos，采用无 功功率补偿后，把电力网总负荷的功率因数提高到95.0cos，则每年可以降低线损约 为 390 亿千瓦时，按 0.5 元每千瓦时计，价值约为 185 亿元。设 2007 年全国电网的最 大负荷利用小时数为 5000 小时，则电网的最大负荷约为 2 亿千瓦，当用无功功率补偿 法把功率因数85.0cos，提高到95.0cos，全国电网需总补偿容量约为 0.58 亿千 瓦。当前无功功率补偿装置设备主要为电力电容器，设无功补偿设备每千瓦的平均综合 造价为 50 元，则全国无功补偿装置的总投资约为 29 亿元。应当指出，节省 240 亿千瓦 时约相当于一座 400 万千瓦火电厂的年发电量，而建一座 400 万千瓦的火电厂需综合费 用约为 300 亿元，同时每年需燃烧煤约为 1200 万吨，每年产生 2 CO， 2 SO等有害物质 约为
