无功补偿装置的设计 开题报告
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四、主要参考文献与资料获得情况：
[1]王兆安，刘进军.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2009.
[2]邹有明.现代供电技术.北京：中国电力出版社，2008.
[3]董爱华.检测与转换技术.北京：中国电力出版社，2007.
[4]余发山，王福忠.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社，2008.
（3）统一潮流控制器（UPFC） 将 SVG 中与电网并联的电压器改为与电网串联的变压器，就成为静止同步串联 补偿器（Static Synchoronous Series Compensator-SSSC），它能实现对线路潮流的快速控制。把一台 SVG 与一台 SSSC 的直流侧通过直流电容祸合，就构成了统一潮 流控制器 UPFC。SVG 与 SSSC 既可配合使用也可解藕独立运行。
[5]余发山.自动控制系统.徐州：中国矿业大学出版社，2005.
[6]赵新卫.中低压电网无功补偿实用技术.北京：电子工业出版社，2011.
[7]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备.北京：中国电力出版社，2006.
[8]张景颖，王福忠. PLC智能型无功补偿装置. 煤矿机电，2007（第一期）.
五、毕业设计（论文）进度安排（ຫໍສະໝຸດ 周说明）：指导教师： （签名）
年 月 日
(1)第5周借阅相关资料。
(2)第6周撰写毕业设计开题报告。
(3) 第7-9周无功补偿控制器系统的硬件设计。
(4) 第10-12周 无功补偿控制器系统的软件设计及调试。
(5) 第13-14周软硬件综合调试。
(6) 第15周按规范格式和要求撰写毕业设计论文。
(7) 第16周准备毕业答辩。
六、指导教师审批意见（对选题的可行性、研究方法、进度安排作出评价，对是否开题作出决定）：
河南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告
题目名称
基于单片机的无功补偿装置的设计
学生姓名
訾攀登
专业班级
电气08-5班
学号
310808010530
一、选题的目的和意义：
在电力系统中，由于电感、电容元件的存在，系统中不仅存在着有功功率，而且存在无功功率。近年来，随着我国国民经济GDP的不断增长，我国的电力工业也有了长足的发展。同时电力网中的无功问题也已逐渐引起人们的广泛关注，这是由于随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置的功率因数很低，它们所消耗的无功功率在电力系统所输送的电量中占有很大的比例。无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗。同时使功率因数偏低、系统电压下降。无功功率如果不能就地补偿，用户负荷所需要的无功功率全靠发、配电设备长距离提供，就会使配电、输电和发电设施不能充分发挥作用，降低发、输电的能力，使电网的供电质量恶化，严重时可能会使系统电压崩溃，造成大面积停电事故。
（4）可转换静止补偿器（CSC） 由纽约电力局 NYPA 与 EPRI 专家共同建议，并联合西屋公司和 PTI 合作研究的可转换静止补偿器（CSC）是强功能新型控制器。正在安装中的美国 Marcy 变电站中的CSC由多个同步电压源逆变器构成， 可同时控制 2 条以上线路潮流（有功、无功） 、 电压、阻抗和相角，并能实现线路间功率转换。其实质是一种 UPFC 的多重组合
三、毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段：
无功补偿控制器主要由单片机、存储器与I/O接口、电量测量、执行机构、键盘/显示器、通信模块等组成。控制系统中以单片机作为主芯片接收采样信号和发出控制命令，控制电容器的投切。电压互感器、电流互感器送来的A相电压和电流的方波过零信号输入到单片机的高速输入口，比较过零点的时间差得到电网中的功率因数。将计算出的功率因数与设定的功率因数进行比较，按控制条件发出相应的电容器投切的命令，最终达到控制无功补偿的目的。
二、国内外研究现状简述：
早期的无功补偿装置为同步调相机和并联电容器。同步调相机可理解为专门用来产生无功功率的同步电机，可根据需要控制同步电机的励磁，使其工作在过励磁或欠励磁的状态下，从而发出大小不同的容性或感性无功功率，因此同步调相机可对系统无功进行动态补偿。但是它属于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，成本高，且响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求，并联电容器简单经济、灵活方便，但其阻抗固定，不能跟踪负荷无功需求的变化即不能实现对无功功率的动态补偿。
（1）静止无功补偿器（SVC）
早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器（Saturated Reactor-SC）型，1967 年 英国 GEC 公司制成了全世界上第一批饱和电抗器型 SVC。 饱和电抗器与同步调相机相 比，具有静止型的优点，响应速度快，但因其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和 噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，所以未能占据静止无功补偿装 置的主流。由于使用晶闸管的 SVC 具有优良的性能，所以十多年来占据了静止无功 补偿装置的主导地位。因此，SVC 一般专指使用晶闸管的静补装置。 SVC 是利用晶闸管作为固态开关来控制接入系统的电抗器和电容器的容量， 从而 改变输电系统的导纳。按控制对象和控制方式不同，分别称之为晶闸管控制电抗器，晶闸管投切电容器以及这两者的混合装置（TCR+TSC） ，TCR 与固定电容器（Fixed Capacitor-FC）配合使用的静止无功补偿器（TCR+FC）和 TCR 与机械投切电容器 （Mechanically Switch Capacitor-MSC）配合使用的装置（TCR+MSC） 。
随着电力电子技术的发展，近几年出现了多种电力系统无功补偿新技术。电力电子技术是无功补偿技术的基础，电力电子器件向快速、高电压、大功率发展，使采用电力电子器件的无功补偿从根本上改变了交流输电网过去基本只依靠机械型、慢速、间断及不精确控制的局面，从而为交流输电网提供了空前快速、连续和精确的控制以及优化潮流功率的能力。随着电力电子器件的发展，无功补偿控制器在其性能和功能上也出现不同的发展阶段。无功补偿控制器已由基于SCR的静止无功补偿器、晶闸管控制串联电容补偿器发展到基于GTO的静止无功发生器、静止同步串联补偿器、统一潮流控制器、可转换静止补偿器等。
（2）静止无功发生器（SVG）
静止无功发生器（SVG）也称为静止调相机（Static Condenser-STATCON），静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator-STATCOM）、新型静止无功发生器（Advanced Static Var Generator-ASVG）。其分为电压型桥式电路和电流型桥式电 路两种类型。 电压型桥式电路，其直流侧采用电容作为储能元件，交流侧通过串联电抗器并 入电网；电流型桥式电路，直流侧采用电感作为储能元件，交流侧并联上电容器后 接入电网。迄今投入实用的 SVG 大都采用电压型桥式电路，因此 SVG 往往专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。
[1]王兆安，刘进军.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2009.
[2]邹有明.现代供电技术.北京：中国电力出版社，2008.
[3]董爱华.检测与转换技术.北京：中国电力出版社，2007.
[4]余发山，王福忠.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社，2008.
（3）统一潮流控制器（UPFC） 将 SVG 中与电网并联的电压器改为与电网串联的变压器，就成为静止同步串联 补偿器（Static Synchoronous Series Compensator-SSSC），它能实现对线路潮流的快速控制。把一台 SVG 与一台 SSSC 的直流侧通过直流电容祸合，就构成了统一潮 流控制器 UPFC。SVG 与 SSSC 既可配合使用也可解藕独立运行。
[5]余发山.自动控制系统.徐州：中国矿业大学出版社，2005.
[6]赵新卫.中低压电网无功补偿实用技术.北京：电子工业出版社，2011.
[7]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备.北京：中国电力出版社，2006.
[8]张景颖，王福忠. PLC智能型无功补偿装置. 煤矿机电，2007（第一期）.
五、毕业设计（论文）进度安排（ຫໍສະໝຸດ 周说明）：指导教师： （签名）
年 月 日
(1)第5周借阅相关资料。
(2)第6周撰写毕业设计开题报告。
(3) 第7-9周无功补偿控制器系统的硬件设计。
(4) 第10-12周 无功补偿控制器系统的软件设计及调试。
(5) 第13-14周软硬件综合调试。
(6) 第15周按规范格式和要求撰写毕业设计论文。
(7) 第16周准备毕业答辩。
六、指导教师审批意见（对选题的可行性、研究方法、进度安排作出评价，对是否开题作出决定）：
河南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告
题目名称
基于单片机的无功补偿装置的设计
学生姓名
訾攀登
专业班级
电气08-5班
学号
310808010530
一、选题的目的和意义：
在电力系统中，由于电感、电容元件的存在，系统中不仅存在着有功功率，而且存在无功功率。近年来，随着我国国民经济GDP的不断增长，我国的电力工业也有了长足的发展。同时电力网中的无功问题也已逐渐引起人们的广泛关注，这是由于随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置的功率因数很低，它们所消耗的无功功率在电力系统所输送的电量中占有很大的比例。无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗。同时使功率因数偏低、系统电压下降。无功功率如果不能就地补偿，用户负荷所需要的无功功率全靠发、配电设备长距离提供，就会使配电、输电和发电设施不能充分发挥作用，降低发、输电的能力，使电网的供电质量恶化，严重时可能会使系统电压崩溃，造成大面积停电事故。
（4）可转换静止补偿器（CSC） 由纽约电力局 NYPA 与 EPRI 专家共同建议，并联合西屋公司和 PTI 合作研究的可转换静止补偿器（CSC）是强功能新型控制器。正在安装中的美国 Marcy 变电站中的CSC由多个同步电压源逆变器构成， 可同时控制 2 条以上线路潮流（有功、无功） 、 电压、阻抗和相角，并能实现线路间功率转换。其实质是一种 UPFC 的多重组合
三、毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段：
无功补偿控制器主要由单片机、存储器与I/O接口、电量测量、执行机构、键盘/显示器、通信模块等组成。控制系统中以单片机作为主芯片接收采样信号和发出控制命令，控制电容器的投切。电压互感器、电流互感器送来的A相电压和电流的方波过零信号输入到单片机的高速输入口，比较过零点的时间差得到电网中的功率因数。将计算出的功率因数与设定的功率因数进行比较，按控制条件发出相应的电容器投切的命令，最终达到控制无功补偿的目的。
二、国内外研究现状简述：
早期的无功补偿装置为同步调相机和并联电容器。同步调相机可理解为专门用来产生无功功率的同步电机，可根据需要控制同步电机的励磁，使其工作在过励磁或欠励磁的状态下，从而发出大小不同的容性或感性无功功率，因此同步调相机可对系统无功进行动态补偿。但是它属于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，成本高，且响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求，并联电容器简单经济、灵活方便，但其阻抗固定，不能跟踪负荷无功需求的变化即不能实现对无功功率的动态补偿。
（1）静止无功补偿器（SVC）
早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器（Saturated Reactor-SC）型，1967 年 英国 GEC 公司制成了全世界上第一批饱和电抗器型 SVC。 饱和电抗器与同步调相机相 比，具有静止型的优点，响应速度快，但因其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和 噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，所以未能占据静止无功补偿装 置的主流。由于使用晶闸管的 SVC 具有优良的性能，所以十多年来占据了静止无功 补偿装置的主导地位。因此，SVC 一般专指使用晶闸管的静补装置。 SVC 是利用晶闸管作为固态开关来控制接入系统的电抗器和电容器的容量， 从而 改变输电系统的导纳。按控制对象和控制方式不同，分别称之为晶闸管控制电抗器，晶闸管投切电容器以及这两者的混合装置（TCR+TSC） ，TCR 与固定电容器（Fixed Capacitor-FC）配合使用的静止无功补偿器（TCR+FC）和 TCR 与机械投切电容器 （Mechanically Switch Capacitor-MSC）配合使用的装置（TCR+MSC） 。
随着电力电子技术的发展，近几年出现了多种电力系统无功补偿新技术。电力电子技术是无功补偿技术的基础，电力电子器件向快速、高电压、大功率发展，使采用电力电子器件的无功补偿从根本上改变了交流输电网过去基本只依靠机械型、慢速、间断及不精确控制的局面，从而为交流输电网提供了空前快速、连续和精确的控制以及优化潮流功率的能力。随着电力电子器件的发展，无功补偿控制器在其性能和功能上也出现不同的发展阶段。无功补偿控制器已由基于SCR的静止无功补偿器、晶闸管控制串联电容补偿器发展到基于GTO的静止无功发生器、静止同步串联补偿器、统一潮流控制器、可转换静止补偿器等。
（2）静止无功发生器（SVG）
静止无功发生器（SVG）也称为静止调相机（Static Condenser-STATCON），静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator-STATCOM）、新型静止无功发生器（Advanced Static Var Generator-ASVG）。其分为电压型桥式电路和电流型桥式电 路两种类型。 电压型桥式电路，其直流侧采用电容作为储能元件，交流侧通过串联电抗器并 入电网；电流型桥式电路，直流侧采用电感作为储能元件，交流侧并联上电容器后 接入电网。迄今投入实用的 SVG 大都采用电压型桥式电路，因此 SVG 往往专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。
