题目：           农村电网无功补偿装置的设计

一、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析）：

电压是衡量电能质量的一个重要指标，因此，必须对系统的各个节点进行监控，使电压水平维持在一个正常的范围以内。

农村电网的各节点无功功率平衡决定了该节点的电压水平，由于当今农村电网的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备，如轧钢机、电弧炉、电气化铁路等；同时用户中又有大量的对系统电压稳定性有较高要求的精密设备，如计算机、医用设备等。因此迫切需要对系统的无功功率进行补偿。

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。

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。

二、课题任务、重点研究内容、实现途径、条件：

（1）课题任务：

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意义。

（2）重点研究内容：

目前农村电网无功补偿已经成为确保农村经济发展和农村电网安全使用的主要方式和手段之一，其提升了农村电网电压质量和农民用户用电的可靠性，降低了对电能损耗。当今的电力系统中，负载绝大多数以感性形式存在，以农村为例，负载主要以电动机和变压器为主，这种负载的存在会产生大量的无功功率，导致农网中功率因数偏低，出现供电质量差，线路损失严重等问题，因此提高功率因数就成为提高送电质量的关键。晶闸管投切电容器（TSC） 是目前应用比较广泛的一种无功补偿的方法，在系统中加入控制芯片，可以使其实现实时动态补偿的目的。

（3）实现途径

本论题以DSP控制器为核心，通过对农网中三相电流、电压的实时采样，并将数据送入DSP中进行分析处理，来确定无功补偿的容量和方法，进而控制电容器组的投入与切除，来达到补偿的目的，以减少企业及个人的损失。

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