低压电网三相负荷动态补偿系统的设计

低压配电网的有源三相不平衡补偿装置应用分析由于供电范围和供电需求在近年来极大地扩张，导致电能的质量难以得到充分的保证，三相不平衡作为衡量电能质量的一个重要指标，其分布的均匀情况与电流的质量密切相关，若电流的三相由于其他的中性点电流而导致在电路中存在明显的不平衡状态，那么则会为客户带来严重的用电安全隐患，为此，本文对电路中的三相不平衡补偿装置的应用进行了分析与研究。

标签：低压配电网;有源三相装置;不平衡补偿电能作为一种环保型易于传输的绿色能源，在我国的社会发展与经济建设中发挥着巨大的作用，并且随着人们生活水平的提升，我国城市化建设与工业化建设步伐的迈进，对电能的需求呈现出逐年上升的趋势，对我国供电企业的供电规模与供电效率提出了更高的要求，与此同时，保证电能的质量也是不容忽视的一部分工作，良好稳定的电能供应对于人们生活的正常有序进行十分重要，同时也是各种电力系统与电力设备稳定运行的保证。

电路系统中的三相不平衡不仅有可能在电路中产生谐波电流进而损坏电路中的变压器，线路中由于三相不平衡电流导致的无功电流增大还会导致线路的损坏以及变压器的耗损，导致线路中的电压出现过高或过低的问题，电能的质量将大幅下降。

由此可见，在电能质量评估的过程中，三相不平衡已经成为了一项重要的指标，对低压配电网下的有源三相不平衡电流补偿方式与补偿装置的研究对提升供电企业的供电质量和供电安全性能具有非常积极的作用。

一、有源三相不平衡补偿装置概述近年来，电力技术与电子行业以较快的速度取得了巨大的发展，而绝大部分电力装置四基于非线性的用电负载进行工作的，由于低压配电网环境之下的用户绝大部分是采取单相负荷的形式用电，并且用电得到时间具有不协调和不确定性，导致配电网络在工作过程当中极易出现三相不平衡问题，对于电力系统的稳定和用电设备的正常工作造成了消极影响，长期处于这样工作状态下的用电设备损耗速度与损耗程度均增大，不利于社会生产的正常进行，所以对三相不平衡的电能进行补偿和调节使其平衡度有所提升是我国研究学者的研究热点内容之一。

毕业设计（论文）题目：低压动态无功补偿装置的设计学生姓名：系别：电气信息工程系专业年级：指导教师：年月日摘要依据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。

通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。

本文分析了无功补偿的作用和补偿容量的选择方法，着重论述了低压电网和异步电动机无功补偿容量的配置。

结合应用实例说明采用无功补偿技术，提高低压电网和用电设备的功率因数，已成为节电工作的一项重要措施。

关键词: 节电技术；功率因数；无功补偿AbstractThe power factor of equipment can be used to measure the loss of energy in transmission lines。

By refining the technique, we can let the power factor which is below the standard get standardized to save electricity。

This article analyses the function of reactive compensation and the ways to choose capacity of compensation。

It emphasizes in discussing the configuration of low voltage network and asynchronous motor’s capacity in reactive compensation。

By combining with actual examples, this article also explains that using the technique of reactive compensation to improve the power factor of low voltage network and equipment important measure to save electricity。

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。

绪论随着国民经济的飞速发展，用电量的日益增加，电网的经济运行已是一个不可忽视的问题。

因此，如何降低网损，提高电力系统的输电效率，保证电力系统的经济运行是电力系统面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。

电力系统在运行过程中，由于感性负载的存在，使电网无功功率大量增加。

另外，近些年来，国民经济各部门大力推广使用各种新型的电力电子整流装置，他们在减少能量耗损的同时，也带来了功率因数下降、电压波动、闪变、三相不平衡以及谐波干扰等问题。

其最终结果都是使配电设备的使用效能得不到充分发挥，设备的附加功耗增加。

因此，进行有效的无功功率补偿，提高功率因数是电网及电力系统安全经济运行的重要保证。

毫无疑问，无功功率补偿的研究势在必行。

我国与世界上发达国家相比，无论从电网功率因数还是补偿深度来看，都有较大差距，因此在我国大力推广无功补偿技术尤为迫切。

特别是在低压配电系统中，多数电器设备都是感性负载，它造成电流相位滞后于电压相位，电力能源消耗在电网传输线上，使得电网供电质量下降。

为此，必须采取相应的补偿措施来弥补感性负载带来的影响。

目前，在变电所和工矿企业，已安装有无功功率补偿装置，这些装置安装于配电室内，对本部门的无功功率进行补偿。

但大量为城乡居民供电的配电变压器位于户外，无人值守，也没有安装无功功率补偿装置，谐波无法消除，造成配电变压器和变电站之间无功电流的流动和线损。

现在进行的城乡电网改造重点在于线路，无功功率补偿问题尤为重要。

随着改造工作的深入，必将会考虑到这些配,变压器的无功功率补偿问题，但在低压配电系统中常用的无功功率补偿器主要存在以下缺点：体积大、采样精度不高、未考虑低压负荷三相不平衡因素、三相同时投切、投切电容器级数少、抗干扰能力和可靠性差等，经常造成电网过补偿或欠补偿。

因此，我们根据上述需求研制了一种智能化无功功率自动补偿控制器。

本文介绍的基于AT89C52控制的高精度低压无功功率补偿器，能克服以上缺点，具有对电网冲击小、响应快、抗干扰能力强、精度高、可分相投切。

一种三相自动平衡低压无功补偿装置摘要：电网中三相间的不平衡电流是普遍存在的，由于大量单相负荷的存在，三相间的电流不平衡现象尤为严重，三相不平衡对供电系统有很大的的危害。

自动平衡无功补偿装置是电力供电系统中一种设计新颖，功能完善的新型无功补偿装置。

主要应用于三相四线制低压供电系统中，调整不平衡电流和补偿系统无功，保证供用电质量。

关键词：供电系统自动平衡无功补偿1 引言电网中普遍存在着三相间不平衡的现象，在城市民用电网、农村电网以及部分企业中，由于大量单相负荷的存在，三相间的电流不平衡现象尤为严重，三相不平衡对供电系统有很大的危害：⑴三相有功电流不平衡会增加变压器及线路的损耗：由于系统的损耗是与电流的平方成正比的。

通过理论计算可以证明，在三相电流平衡的时候，系统损耗最小；在三相电流不平衡的极限情况下，损耗是平衡状态下的3倍。

⑵三相有功电流不平衡会增加变压器的铁损、会影响变压器的出力和安全运行：现有的10/0.4kV的配电变压器多为Yyn0接法三相三柱铁心变压器。

国家标准GB50052-95第6.08条规定:“当选用Yyn0结线组别的三相变压器，其由单相不平衡负荷引起的电流不得超过低压绕组额定电流的25%，且其中一相的电流在满载时不得超过额定电流值。

”由于上述规定，限制了Yyn0结线配电变压器接用单相负荷的容量，也影响了变压器设备能力的充分利用。

⑶三相有功电流不平衡会造成三相电压的不平衡而降低供电质量：由于Yyn0结线组的配电变压器的零序阻抗较大，因此在不平衡状态下的零线电流会造成较大的电压变化，形成比较严重的三相电压不平衡现象，不但影响单相用户，并且对三相用户的影响更大。

⑷三相有功电流不平衡会影响电能计量：按照理论分析，三相不平衡电流可以分解为三相平衡的正序、负序、和零序三个分量。

负序和零序电流分量的存在必然会对计量仪表的精度产生影响。

即使在高压侧，虽然零序电流在变压器内环流不会向系统传递，但负序电流分量可以毫无阻碍地向系统传递，因此仍然会对计量仪表的精度产生影响。

低压动态无功补偿装置电力系统课程设计本课程设计旨在研究低压动态无功补偿装置在电力系统中的应用。

通过对电力系统的分析和研究，了解无功补偿的作用和必要性，以及动态无功补偿装置的原理和工作方式。

本课程设计主要分为以下几个部分：
1.电力系统的分析与计算。

对电力系统进行分析和计算，包括系统的拓扑结构、负载特性、无功功率的计算等。

2.无功补偿的原理和必要性。

介绍无功补偿的基本原理和作用，在电力系统中的应用和必要性。

3.动态无功补偿装置的原理和工作方式。

对动态无功补偿装置的原理和工作方式进行详细介绍，包括其控制策略、运行方式和优点等。

4.低压动态无功补偿装置的设计与实现。

根据电力系统的实际情况，设计并实现低压动态无功补偿装置，包括装置的选型、布置和接线等。

5.装置的试验与检验。

对设计的动态无功补偿装置进行试验和检验，评估其在电力系统中的实际效果和运行稳定性。

通过本课程设计的学习与实践，可以深入了解低压动态无功补偿装置在电力系统中的应用和优势，提高对电力系统的理解和掌握。

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低压电网无功补偿控制系统的设计
低压电网无功补偿控制系统主要是为了解决低压电网中电力系
统电压稳定问题而设计的。

无功补偿系统能够改善电力系统的供电
能力和稳定性, 提高电力质量和效率, 减少无功损耗, 延长电气设
备寿命等。

以下是低压电网无功补偿控制系统的设计过程：
1.系统结构设计：根据低压电网的特点和无功补偿的需要，设
计出适合该电网的无功补偿系统结构。

包括：无功补偿设备的选择、补偿策略的确定等。

2.数据采集与传输：在低压电网中设置电参数检测装置，以采
集电压、电流、功率因数等数据，将这些数据传输到无功补偿装置上。

3.控制算法设计：制定无功补偿控制策略，根据采集到的数据
进行分析处理，控制无功补偿设备的运行，以达到最优的无功补偿
效果。

4.系统实现：将控制算法转化为电路控制模块，在无功补偿装
置中实现对无功补偿设备的控制。

5.实验测试：对系统进行实验测试，测试无功补偿装置在各种
情况下的补偿效果和控制效果。

6.系统优化：根据实验测试结果，对控制算法进行调整优化，
提高无功补偿系统的稳定性和可靠性。

低压电网无功补偿控制系统设计需要综合考虑多方面因素，包括电网特性、无功补偿设备特性、控制算法、系统可靠性等方面，才能确保系统的效果和性能。

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]。

低压三相不平衡系统无功补偿装置的设计的开题报告一、选题背景和意义低压三相不平衡系统普遍存在着功率因数低的问题，由此导致电能的浪费和设备使用寿命的缩短。

无功补偿技术可以有效地提高系统的功率因数，降低电能损失和维护成本，提高电能的利用效率。

因此，在低压三相不平衡系统中，无功补偿装置的设计和应用具有非常重要的意义。

二、课题研究现状目前，国内外已经有很多学者对无功补偿装置进行了研究。

其中，基于电容的无功补偿装置被广泛应用，如静止补偿电容器组、动态无功补偿装置、谐波电容器、SVG等。

此外，也有一些研究者基于磁性元件，如同步电容器、飞轮式无功补偿装置等。

三、研究内容本课题拟研究一种基于电容的低压三相不平衡系统无功补偿装置，主要包括以下内容：（1）建立低压三相不平衡系统的电路模型，分析系统的功率因数和无功功率。

（2）研究无功补偿技术，设计无功补偿装置的控制策略。

（3）设计电容型无功补偿装置，包括选择合适的电容器组件、设计电容器防过压、过流等保护装置。

（4）进行实验验证，对比实验前后的功率因数、功率损失等数据。

四、研究难点（1）如何正确建立低压三相不平衡系统的电路模型，确定系统的参数。

（2）有效的无功补偿装置控制策略的设计，确保装置能够自适应地对系统进行调节。

（3）在选择电容器组件和设计保护装置时，需要充分考虑装置的稳定性、可靠性和经济性。

五、研究方法和步骤（1）调研目前国内外关于无功补偿装置的研究现状。

（2）分析低压三相不平衡系统的电路模型，确定系统的参数。

（3）设计无功补偿装置的控制策略。

（4）进行电容型无功补偿装置的设计，包括选择电容器组件和设计保护装置。

（5）进行实验验证。

（6）分析实验数据，对比分析实验前后的功率因数、功率损失等数据。

六、预期研究结果通过本课题的研究，预计可以得到以下结果：（1）建立低压三相不平衡系统的电路模型，通过仿真计算分析系统的功率因数和无功功率。

（2）设计一种有效的无功补偿装置控制策略，确保装置能够自适应地对系统进行调节。