复合开关在无功补偿中的应用

论文摘要

由于无功功率在电网中传输会造成网络损耗以及受电端电压下降,因此大量的无功功率在电网中传输必然使电能利用率大大降低且严重影响供电质量。在电网中的适当位置装设无功补偿装置成为满足电网无功需求的必要手段。近年来,无功补偿对电力系统的重要性越来越被人们广泛认同。从低压无功补偿装置的构成而言,主要由电容器、投切开关元件和控制器3部分组成。其中,投切开关元件性能的好坏对低压无补偿装置的可靠性起着非常重要的作用。在低压无功补偿装置中,单独使用交流接触器进行投切,存在涌流大、触点易损坏和响应慢等问题；而单独使用电力电子器件,则存在功耗大、抗干扰弱和易产生谐波等问题。为了克服以上两种投切开关的不足,本文设计了一种以单片机AT89S51为核心的低功耗电容投切复合开关,装置以晶闸管和磁保持继电器并联为主回路开关,电容投切可以通过晶闸管和继电器配合工作,晶闸管在电压过零时导通,投合后电流由磁保持继电器单独承担,具有功耗低、浪涌小、抗谐波强和响应速度快等优点。本文首先系统地阐述了无功补偿的相关原理和复合开关的工作原理、补偿方式及实现方法,为本文设计的复合开关奠定了一定的理论基础。然后设计以AT89S51为核心的复合开关的硬件系统,其中主要包括过零检测电路、晶闸管触发电路、电源电路、复位电路和显示电路等几部分。而且提出复合开关的一种保护电路,能有效地解决晶闸管由于单片机受强干扰失控造成晶闸管应关断而又未关断引起短路故障发生的问题。其次对软件程序进行了设计,实现了复合开关的基本功能。另外,针对各种干扰对复合开关的影响,设计了各种抗干扰措施,提高了该复合开关的可靠性和稳定性。本文设计的复合开关的重要特性之一就是可以过零投入,避免投切瞬间的过电压和涌流,通过机械开关投入和晶闸管过零投入的仿真波形比较,证明了过零投入的必要性。并在现有实验条件的基础下,对本文设计的复合开关投切电容器一个月,工作效果良好,验证了其可行性。最后在低压复合开关原理的基础上,对复合开关在高压方面做了初步展望,构建了基本结构,并在投入电容器和短路故障方面做了相关仿真,并预见它有着广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 无功补偿技术的现状及发展趋势
• 1.2.1 无功补偿技术的现状
• 1.2.2 无功补偿技术的发展趋势
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 无功补偿的基本原理
• 2.1 无功功率的定义
• 2.2 无功补偿的作用
• 2.3 并联电容器补偿无功功率的原理
• 2.3.1 并联电容器补偿无功功率的原理
• 2.3.2 配电网无功补偿方式
• 2.3.3 并联电容器补偿容量的确定
• 第三章 复合开关
• 3.1 不同电容器投切开关的比较
• 3.1.1 交流接触器
• 3.1.2 电子式无触点开关
• 3.1.3 复合开关
• 3.2 复合开关的基本原理
• 3.2.1 复合开关的结构和工作原理
• 3.2.2 电容器无过渡过程操作的基本条件
• 3.2.3 复合开关工作过程的分析
• 3.3 主电路的接线方式
• 第四章 复合开关的硬件设计及软件实现
• 4.1 整体结构
• 4.2 相关硬件设计
• 4.2.1 单片机选型
• 4.2.2 过零检测电路与晶闸管触发电路
• 4.2.3 极性转换电路
• 4.2.4 电源电路
• 4.2.5 复位电路
• 4.2.6 显示电路
• 4.3 硬件抗干扰设计
• 4.4 相关软件设计
• 4.5 软件设计中的抗干扰措施
• 第五章 复合开关的投切仿真及物理实验
• 5.1 基于MATLAB仿真模型的建立
• 5.2 仿真结果与分析
• 5.3 物理实验
• 5.3.1 实验台环境
• 5.3.2 实测波形与分析
• 第六章 复合开关在高压系统中的展望
• 6.1 引言
• 6.2 高压复合开关的基本原理
• 6.3 高压复合开关的特性仿真
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表